施用牛粪对沿海泥质滩涂土壤原始肥力驱动及黑麦草幼苗生长的影响

左文刚， 黄顾林， 朱晓雯， 陈亚斯， 沈袁玲， 陶天云， 柏彦超， 单玉华， 封 克

(扬州大学环境科学与工程学院，江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心，江苏扬州 225009)



施用牛粪对沿海泥质滩涂土壤原始肥力驱动及黑麦草幼苗生长的影响

左文刚， 黄顾林， 朱晓雯， 陈亚斯， 沈袁玲， 陶天云， 柏彦超， 单玉华*， 封 克

(扬州大学环境科学与工程学院，江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心，江苏扬州 225009)

【目的】沿海滩涂土壤属于滨海盐土类型，由于长期受海洋潮汐的影响，盐渍化作用导致土壤盐分含量偏高、土体发育不明显、理化性状差、肥力水平低下，且滩涂面积还在以一定的速度增长，同时可耕地面积的逐年递减和淡水资源的日益遗乏，滩涂盐土的开发利用越来越受到人们的关注。本文研究牛粪不同用量驱动新围垦滩涂土壤原始肥力并为绿肥植物黑麦草幼苗生长提供养分的作用，以期为滩涂盐土的改良提供一条可行的途径。【方法】采用田间小区随机区组试验，探讨了牛粪不同施用量(0、30、75、150、300t/hm2)对滩涂土壤>0.25mm水稳性团聚体、盐分、pH、有机碳、氮磷养分含量等肥力因子及黑麦草幼苗生物量、生长状况的影响。 【结果】滩涂0—10和10—20cm土层土壤>0.25mm水稳性团聚体的数量随牛粪施用量的增加呈逐渐增加趋势。与对照相比，牛粪用量150和300t/hm2处理的滩涂0—10和10—20cm土层土壤>0.25mm水稳性团聚体差异均达到显著水平; 施用牛粪各处理滩涂土壤有机碳分别比对照增加17.4%、32.6%、55.0%、205.8%; 与对照相比，施用牛粪各处理显著降低了滩涂土壤盐分含量，降幅分别达25.2%、75.8%、76.0%、75.9%; 施用牛粪对滩涂土壤pH值降低不明显; 随牛粪施用量的增加，滩涂土壤全氮、全磷、碱解氮、有效磷含量均呈逐渐上升趋势; 施用牛粪增加了黑麦草幼苗地上部和根系干重; 施用牛粪各处理黑麦草幼苗株高分别比对照增加52.6%、46.1%、74.2%、56.2%(P<0.05); 牛粪施用量达150t/hm2时可显著增加黑麦草幼苗的分蘖数; 随牛粪施用量的增加，黑麦草根系总根长、平均直径、根表面积、根体积均呈逐渐上升趋势。【结论】施用牛粪改善了滩涂土壤的初始肥力特性，促进了绿肥植物黑麦草地上部及根系的生长，并提高了黑麦草幼苗的生物量，因此，牛粪可作为改良新围垦滩涂土壤的“原始肥力驱动剂”。利用牛粪进行滩涂土壤的改良还有效地处理了畜禽粪便，是滩涂土壤改良和畜禽粪便合理利用一举两得的新途径。

滩涂土壤; 牛粪; 原始肥力驱动; 绿肥; 黑麦草

滩涂土壤盐分含量高，返盐严重，且肥力水平低下。沿海滩涂土壤属于特殊原始土壤，最显著的特征就是盐分含量偏高[3]，土壤盐分含量小于5‰作物才能生长。在降水的下渗和强烈的地下水蒸发作用下，土壤水分和盐分的运动非常活跃[4]。在降水较少的季节，土壤水分的蒸发量大于下渗量，滩涂土壤下层盐分随土壤水分的蒸发向上运动于表层积聚，导致土壤返盐。因此用于农业生产的滩涂土壤围垦后第一步必须“降盐”。沿海滩涂特殊原始土壤由于围垦时间短暂、土壤层次发育不全、耕作层次尚未形成，所以滩涂土壤养分种类少、含量低、供应能力差，结构差，保水通气性差，微生物区系、组成单一，有机质含量极低[3]。研究表明，滩涂土壤有机质及氮、磷养分含量偏低，考虑到滨海滩涂区域多为砂质土壤，养分易流失，保肥供肥性能较差，需加强土壤培肥以提高有机质含量[5-7]。有机质通过改善土壤的理化性状，改变土壤盐分运动状况，促进土壤脱盐，抑制土壤返盐，中和土壤碱度，从而减轻盐分对作物的危害，提高作物产量，达到改良滩涂土壤的目的。增施有机质可改善土壤物理性状，提高土壤的保蓄性和缓冲性[8]。土壤有机质与土壤养分含量的增加有密切的联系[9]。增施有机质可为土壤微生物活动提供丰富的碳源，促进微生物的活动[10]。

随着奶牛养殖业的快速发展，牛粪污染已成为重要议题。牛粪质地细密，含大量有机质和氮磷养分，含水较多，发热量低，属迟效性肥料[11]。因而，对牛粪进行资源化利用变废为宝十分重要。前人一般应用牛粪做原料生产有机肥，或直接施用于农田中。然而，迄今为止国内外学者对利用牛粪改良滩涂土壤的应用效果及作用机理尚未见报道。本研究采用牛粪作为“原始肥力驱动剂”，通过一次性大量施用，使原本几乎没有肥力的滩涂土壤具备生长绿肥植物黑麦草的原始肥力，从而可以激发滩涂黑麦草地上部生物量的积累，黑麦草植株经原地还田腐解，再次种植其它绿肥植物，如此循环，可迅速提升滩涂土壤有机质的循环式自积累过程，从而实现低投入下滩涂土壤的快速改良，以期为牛粪的资源化利用和沿海滩涂土壤的快速熟化提供科学依据和理论指导，为增加我国农业耕地后备资源提供保证。

1　材料与方法

1.1研究区概况

1.2试验材料

试验区滩涂土壤属砂质壤土，滨海盐土类型，其pH为9.02，有机质3.43g/kg，全氮、全磷含量分别为0.282、0.507g/kg，碱解氮、有效磷含量分别为17.8、6.99mg/kg。供试牛粪于2011年8月取自如东县奶牛养殖场，其含水量为75.0%，pH为7.74，有机质415.7g/kg，全氮、全磷含量分别为32.3、5.31g/kg。

1.3试验设计

采用田间随机区组试验，各小区面积均为16m2(4.0m× 4.0m)。试验按干基牛粪施用量设5个处理，分别为0、30、75、150、300t/hm2，各处理重复3次。2011年10月20日将牛粪施入各小区，并利用旋耕机将牛粪与0—20cm耕层土壤拌匀，2011年10月25日，每小区播入35g黑麦草种子。试验期间，未施用其它肥料和开展其它农艺措施。于2011年12月26日(播种后60天)采集土壤和黑麦草幼苗样品，进行测定和分析。

1.4测定方法

牛粪原料有机质、pH及养分含量的测定参照

文献[12]。采集的土壤样品经自然风干并去除肉眼所见牛粪等杂物后过0.83mm和0.15mm筛。采用湿筛法测定土壤水稳性团聚体。土壤pH采用无CO2蒸馏水1 ∶5的土水比，搅拌2min并静置30min后，用pH计测定[12]。土壤水溶性总盐采用残渣烘干-质量法，有机碳采用重铬酸钾外加热法，全氮采用半微量凯氏法，全磷采用H2SO4-HClO4消煮法，碱解氮采用碱解扩散法，有效磷采用NaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定[12]。各小区采集黑麦草幼苗40株，清洗后用吸水纸吸干，称鲜重，采用RegentRHIZO根系分析系统观测根系形态情况。在通风干燥箱中105℃杀青15min，再于80℃条件下烘干至恒重，称重。

试验数据采用MicrosoftExcel(2010)和SPSS13.0统计软件进行统计分析，LSD法检验差异显著性。

2　结果与分析

2.1牛粪对滩涂土壤>0.25mm水稳性团聚体的影响

表1表明，随牛粪施用量的增加，滩涂土壤>0.25mm水稳性团聚体的数量呈逐渐增加的趋势。未施用牛粪的对照处理0—10、10—20cm土层滩涂土壤>0.25mm水稳性团聚体的数量分别为3.64%、3.01%，施用牛粪的各处理(30、75、150、300t/hm2)0—10cm土层滩涂土壤>0.25mm水稳性团聚体的数量分别比对照增加20.1%、62.6%、144.8%、307.4%，其中牛粪施用量达150t/hm2处理的滩涂土壤>0.25mm水稳性团聚体数量显著高于对照土壤; 施用牛粪的各处理10—20cm土层滩涂土壤>0.25mm水稳性团聚体的数量分别为2.78%、2.71%、5.85%、8.32%，其中牛粪施用量为300t/hm2处理的滩涂土壤>0.25mm水稳性团聚体显著高于对照处理。2.2牛粪对滩涂土壤盐分、pH及有机碳含量的影响

随牛粪施用量的增加，滩涂土壤盐分呈逐渐下降趋势(图1)。未施牛粪的对照土壤盐分含量为20.29g/kg，施用牛粪各处理(30、75、150、300t/hm2)土壤盐分含量分别为15.17、4.92、4.87、4.88g/kg，比对照分别显著降低25.2%、75.8%、76.0%、75.9%。

表1　施用牛粪滩涂土壤不同粒径团聚体组成(%)

注(Note): 同行数据后不同字母表示不同处理间差异达到5%显著水平Valuesfollowedbydifferentlettersinthesamerowaresignificantlydifferentatthe5%level.

图1表明，未施牛粪的对照土壤pH为9.11，施用牛粪各处理(30、75、150、300t/hm2)土壤pH分别为9.15、8.84、8.89、8.87。随牛粪施用量的增加，滩涂土壤pH呈下降趋势，各处理间差异未达显著水平。

图1　牛粪对滩涂土壤盐分、pH的影响Fig.1　Effect of the dairy manure addition on soil salinity and pH of mudflat

[注(Note): 柱上不同字母表示不同处理间差异达到5%显著水平Differentlettersabovethebarsindicatesignificantdifferencesatthe5%level.]

由图2可知，随牛粪施用量的增加，滩涂土壤有机碳含量呈上升趋势。未施牛粪的对照土壤有机碳含量为2.58g/kg。施用牛粪各处理(30、75、150、300t/hm2)土壤有机碳含量分别为3.03、3.42、4.00、7.89g/kg，分别比对照增加17.4%、32.6%、55.0%、205.8%，其中牛粪施用量达300t/hm2处理的滩涂土壤有机碳含量显著高于其它各处理。2.3牛粪对滩涂土壤氮、磷养分含量的影响

随牛粪施用量的增加，滩涂土壤全氮、碱解氮含量呈逐渐上升趋势(图3)。未施牛粪的对照土壤全氮、碱解氮含量分别为297、19.38mg/kg。施用牛粪各处理(30、75、150、300t/hm2)滩涂土壤全氮含量分别达420、774、1496、2498mg/kg，分别比对照增加41.4%、160.6%、403.7%、741.1%。施用牛粪各处理碱解氮含量分别为22.74、32.95、72.95、99.68mg/kg，分别比对照增加17.3%、70.0%、276.4%、414.3%。当牛粪施用量达150t/hm2时，滩涂土壤全氮、碱解氮含量均显著高于对照。施用牛粪各处理滩涂土壤全氮的增幅高于碱解氮的增幅。

图2　牛粪对滩涂土壤有机碳含量的影响Fig.2　Effect of the dairy manure addition on organic carbon in mudflat soil

[注(Note): 柱上不同字母表示不同处理间差异达到5%显著水平Differentlettersabovethebarsindicatesignificantdifferencesatthe5%level.]

图3　施用牛粪对滩涂土壤全氮、碱解氮含量的影响Fig.3　Effect of the dairy manure additon on contents of total N and alkali-hydrolyzable N in mudflat soil

[注(Note): 柱上不同字母表示不同处理间差异达到5%显著水平Differentlettersabovethebarsindicatesignificantdifferencesatthe5%level.]

施用牛粪对滩涂土壤全磷、有效磷含量的影响见图4。随牛粪施用量的增加，滩涂土壤全磷、有效磷含量均呈上升趋势。未施牛粪的对照土壤全磷、有效磷含量分别为613、13.59mg/kg。施用牛粪各处理(30、75、150、300t/hm2)土壤全磷含量分别达614、667、717、930mg/kg，其中牛粪施用量达300t/hm2时土壤全磷含量显著高于对照。施用牛粪各处理土壤有效磷含量分别比对照增加72.1%、243.0%、333.3%、592.6%，其中牛粪施用量为75t/hm2处理的土壤有效磷含量显著高于对照。施用牛粪各处理滩涂土壤全磷含量的增幅低于有效磷的增幅。

图4　施用牛粪对滩涂土壤全磷、有效磷含量的影响Fig.4　Effect of the dairy manure addition on contents of total P and available P in mudflat soil

[注(Note): 柱上不同字母表示不同处理间差异达到5%显著水平Differentlettersabovethebarsindicatesignificantdifferencesatthe5%level.]

2.4牛粪对绿肥植物黑麦草幼苗生长的影响

2.4.1 牛粪对黑麦草幼苗生物量的影响图5表明，随牛粪施用量的增加，黑麦草幼苗地上部、根系单株干重均呈逐渐上升趋势。未施牛粪的对照处理黑麦草地上部、根系干重分别为0.035、0.010g/plant，施用牛粪各处理(30、75、150、300t/hm2)黑麦草幼苗地上部干重分别达0.050、0.063、0.063、0.178g/plant，当牛粪用量达75t/hm2时显著高于对照; 各处理根系干重分别达0.011、0.011、0.012、0.024g/plant，当牛粪用量达300t/hm2时显著高于对照。

2.4.2 牛粪对黑麦草幼苗株高、分蘖的影响随牛粪施用量的增加，黑麦草幼苗株高呈逐渐上升趋势(图6)。未施牛粪的对照处理黑麦草幼苗株高为11.61cm，施用牛粪各处理(30、75、150、300t/hm2)黑麦草幼苗株高分别增至17.72、16.96、20.22、18.13cm，均显著高于对照。施用一定量的牛粪增加了黑麦草幼苗分蘖数(图6)。未施牛粪的对照处理黑麦草幼苗平均分蘖数仅为1.73，施用牛粪各处理(30、75、150、300t/hm2)黑麦草幼苗平均分蘖数分别为1.47、2.28、2.42、3.95，当牛粪用量达300t/hm2时显著高于对照。

图5　施用牛粪对黑麦草幼苗生物量的影响Fig.5　Effect of the dairy manure additionon biomass of ryegrass in mudflat soil

2.4.3 牛粪对黑麦草幼苗根系生长的影响施用牛粪改良滩涂土壤促进了所种植物黑麦草根系的生长(图7)。随牛粪施用量的增加，黑麦草根系总根长、平均直径、根表面积、根体积均呈逐渐上升趋势，但各处理总根长差异不明显未施牛粪的对照黑麦草根系平均直径为0.369mm，施用牛粪各处理(30、75、150、300t/hm2)根系平均直径分别为0.426、0.435、0.447、0.517mm，当牛粪用量达150t/hm2时显著高于对照。未施牛粪的对照黑麦草根系表面积、根体积分别为7.09cm2、0.066cm3，当牛粪用量达300t/hm2时黑麦草根表面积和根体积均显著高于对照。

图6　施用牛粪对黑麦草幼苗株高、分蘖数的影响Fig.6　Effect of the dairy manure addition on shoot length and tillers of ryegrass in mudflat soil

[注(Note): 柱上不同字母表示不同处理间差异达到5%显著水平Differentlettersabovethebarsindicatesignificantdifferencesatthe5%level.]

3　讨论与结论

图7　施用牛粪对黑麦草总根长、平均直径、根表面积和根体积的影响Fig.7　Effect of dairy manure addition on root length, root average diameter, root surface area and root volume of ryegrass in mudflat

[注(Note): 柱上不同字母表示不同处理间差异达到5%显著水平Differentlettersabovethebarsindicatesignificantdifferenceatthe5%level.]

牛粪对滩涂土壤初始肥力性状的改善为植物的生长提供了良好的生长环境。本试验证实，施用牛粪改良滩涂土壤促进了初期所种绿肥植物黑麦草地上部及根系的生长，增加了绿肥生物量的累积。姜世成等人的研究发现将牛粪施入草地能显著促进草地牧草植株的生长，提高牧草百株干重以及牧草的株高[16]。何余湧等研究发现，施用牛粪能极显著地提高矮象草的茎和叶的干物质产量，且增加牛粪施用量可提高矮象草的产草量和营养物质含量等[22]。前人研究还发现，施用牛粪可以促进大豆[23]、黄瓜[24]、番茄[25]等蔬菜植物的生长，并促进其产量的提高。在本试验条件下，施用牛粪促进了绿肥植物黑麦草根系的生长，增加了其株高及分蘖，进而增加了绿肥植物黑麦草的生物量。牛粪可作为滩涂土壤改良的“原始肥力驱动剂”，一方面，将牛粪进行资源化利用，减少了牛粪对环境的污染; 另一方面，为滩涂土壤快速改良提供了一条新的途径。该研究对牛粪的资源化利用，滩涂土壤快速改良等提供科学依据和理论指导，具有重要的理论意义和实际应用价值。

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Motivatingeffectofdifferentdairymanureadditiononsoilinitialfertilityformationandryegrassgrowthincoastalmudflatsoil

ZUOWen-gang,HUANGGu-lin,ZHUXiao-wen,CHENYa-si,SHENYuan-ling,TAOTian-yun,BAIYan-chao,SHANYu-hua*,FENGKe

(Institute of Environmental Science and Engineering, Yangzhou University/Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization, Yangzhou, Jiangsu 225009, China)

【Objectives】Costalmudflatsbelongtotheseashoresalinesoilfamilyandarecharacterizedbyhighsalinity,lowdegreeofdevelopment,inferiorstructureandlowfertility.Theincreasingmudflatscanactasanimportantlandreservoirtomitigatetheshrinkingofagriculturalland.Exploitationandamendmentofmudflatshavebeenwidelyconcerned.Thisexperimentwasconductedtoinvestigateshort-termeffectsofdairymanureapplication(DMA)oninitialfertilitymotivationandgreenmanureplantryegrassgrowthinanewly-reclaimedmudflat. 【Methods】Usingryegrassasanindicatorplant,afieldexperimentofcompleterandomizedblock(RCB)designwiththreereplicateswascarriedoutinanewlyreclaimedmudflat.Fiveratesofdairymanure(0, 30, 75, 150and300t/hm2)weredesigned.Soilandryegrassweresampled60daysafterthesowing,salinitythesoilpHandthecontentsofwaterstableaggregateindifferentsizes,andorganiccarbon,thecontentsofNandPinmudflatsoilandryegrassbiomassweremeasured. 【Results】Thecontentsofwaterstableaggregate> 0.25mmin0-10cmand10-20cmlayersofmudflatwereincreasedwiththeincreaseofmanureaddition,andtheincrementsweresignificantinthetreatmentsof150and300t/hm2,comparedwiththecontrol.Withthemanureadditionof30, 75, 150and300t/hm2,theorganiccarbonwereincreasedby17.4%, 32.6%, 55.0%and205.8%,respectively,thesalinitydecreasedby25.2%,75.8%,76.0%,75.9%,thepHwasnotdecreasedsignificantly.Withtheincreaseofdairymanureaddition,thesoiltotalnitrogen,totalphosphorus,alkali-hydrolyzablenitrogenandavailablephosphoruswereincreasedaswell.Boththedryweightsofabovegroundandrootpartofryegrasswereenhancedwiththeincreasedamountofmanure,andtheincrementsinryegrassheightwere52.6%, 46.1%, 74.2%and56.2%attheDMAratesof30, 75, 150and300t/hm2,respectively.Therootlength,rootaveragediameter,rootsurfaceareaandrootvolumeofryegrasswereincreasedinthesametrends. 【Conclusions】Basedontheresultsofthisstudy,additionofdairymanurecouldimprovethesoilventilation,decreasesoilpHandimprovethenutrientcontents,socanbeusedasthefertilitymotivatorinsoilslikecoastalmudflat.Astheuseofdairymanurealsoprovidesanecologicallysoundwayofthedisposalofdairyfarmwastes,thisresultsisprospectiveintheameliorationofcoastalmudflat.

mudflatsoil;dairymanure;initialfertilitymotivator;greenmanure;ryegrass

2014-07-22接受日期: 2014-12-03网络出版日期: 2015-07-02

国家自然科学基金项目(31101604)；江苏省高校自然科学基金(12KJB210008)；土壤与农业可持续发展国家重点实验室开放课题(Y412201402)；住房与城乡建设部科技项目(2014-K6-009)资助。

左文刚(1989—)，男，江苏淮安人，硕士研究生，主要从事滩涂土壤改良方向的研究。

Tel: 0514-87979645,E-mail:zuowengang1989@163.com。*通信作者Tel: 0514-87979645,E-mail:shanyuhua@gmail.com

S516.4+2;S141.4

A

1008-505X(2016)02-0372-08