发酵猪粪对果园土壤pH及有机质含量影响研究

杜忍让,王一民,王刚弟, 侯晓斌, 翟国威，赵世明,樊晓军,于太永, 胡建宏, 杨公社, 张增强

(1.西北农林科技大学 动物科技学院，陕西 杨凌 712100；2.延安市畜牧兽医局，陕西 延安 716000;3.洛川县畜牧兽医局，陕西 洛川 727400；4.宁夏九昇生物科技产业开发有限公司，宁夏 银川 750000)

随着畜禽养殖规模化的迅猛发展，集中排放的畜禽粪便已经成为重要的农业面源污染物。特别是养猪产业，由于集约化程度较高，猪粪污染更为严重。目前，直接还田是处理畜禽粪便的主要方式之一，畜禽粪便所含氮、磷元素在丰富土壤养分的同时，也面临着超出农田消纳容量，造成水体和土壤污染，引发严重次生环境问题的危险。全国畜禽粪每年产生量大约在30×108t左右[1]，是工业废弃物年排放量的2.4倍[2]，一方面是畜禽粪便污染严重，另一方面是果园土壤有机质难以满足生产需要，如世界苹果单产最高的新西兰果园土壤有机质含量达到57～126 g/kg[3]，国内高产优质果园土壤有机质含量达到20 g/kg以上[4-5]，而陕西省苹果主产区果园有机质含量一般仅为1.13%～1.53%[6]，果园土壤有机质含量偏低，猪粪有机肥作为补充果园有机肥的主要来源之一，近年来在补充果园有机质、提高苹果质量方面起到积极作用，促进了苹果产业和果畜结合的发展，随着现代化集约化生猪养殖模式的出现，猪粪收集和处理也逐渐趋向规模化、标准化，猪粪利用受到果农及政府的重视。

为了保证猪粪施入果园既实现科学有效地补充有机质，又不致对土壤造成危害，本研究进行猪粪施肥试验研究，分析猪粪对果园土壤酸碱度、电导率及有机质的影响，以期为果树种植者合理利用猪粪提供科学依据，促进果畜结合生态发展。

1 材料与方法

1.1 试验区基本情况

试验区位于黄土高原沟壑区的陕西省洛川县，是我国苹果最佳优生区，属渭北旱原中部，介于E109°13＇14＂～109°45＇47＂，N35°26＇29＂～36°04＇12＂之间，总面积1 793 km2，其中耕地面积62 890 hm2，全县地势由东北向西南倾斜，沟壑纵横交错，地势起伏不平，是黄土高原面积最大，土层最厚的原区。黄土厚度80 m以上，质地中壤，通透性好；试验塬面平坦，土地宽广，质地优良，日照充足，昼夜温差大。属暖温带半湿润大陆性季风气候，平均海拔 1 072 m；年均气温9.2 ℃，年降水量 622 mm，主要集中在6～9月份，无霜期167 d。农产品以苹果、小麦、玉米和油菜为主，素有“陕北粮仓”和“苹果之乡”之称，全县目前种植苹果50余万亩，苹果种植占80%以上。

1.2 试验材料

根据洛川果农对猪粪利用习惯，采用果园自然发酵猪粪的方法，将猪粪运到果园，堆积并覆盖一层土，自然发酵20～60 d(根据温度高低确定发酵时间)，或添加猪粪发酵剂发酵较短时间，待腐熟无害化后将其施入果园。施肥时间为每年春季，采样时间为果树生长一年后的第二年春季，采样地块为连续三年施用猪粪的果园和连续三年未施用猪粪果园(主要施用化肥)，发酵猪粪施肥量每亩1 500 kg左右。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 采样地点 洛川县土基、朱牛、石头、老庙、槐北、交口河、黄章、旧县、菩提、凤栖等农户果园，每个采样点分别采样2个，施用自然发酵猪粪的果园和未施发酵猪粪(对照组)的果园，采样总数24份。

1.3.2 采样方法 按照NY/T 395-2012农田土壤环境质量监测技术规范，根据地形地貌，生产情况，以能代表整个土地为目标，一个果园为一个采样单元，依据果园形状和面积大小选择采样方式，长方形地块采用蛇形法采样，正方形地块采用对角线法采样，每个地块采样9～12个，采样深度为0～60 cm，采样器为不锈钢土钻，取样方法是先将所有样品进行混合，然后用四分法去掉多余的，最终留取1 kg样品，用于分析。

1.3.3 样品处理 采集的样品在室内通风处风干，拣去碎石及植物残留体等，用玻璃研磨钵研碎，通过2 mm、1 mm、0.15 mm尼龙筛过筛，再按对角线法去除多余土样，留200 g土样待测。

1.4 样品的测定方法

对所采样品进行pH、Eh(mV)、电导率，有机质、全氮、有效氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾分析测定，委托西北农林科技大学资环学院测定，采用方法及标准：pH采用玻璃电极法(NY/T 1377-2007)，电导率采用ISO 11265-1994(E)，有机质采用重铬酸钾容重法——外加热法(NY/T 1121.6-2006)，全氮采用半微量凯氏法(NY/T 53-1987)，有效氮采用双波长比色法，KCl浸提—靛酚蓝比色法，全磷采用土壤全磷测定法(NY/T 88-1988)，速效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法，全钾采用土壤全钾测定法(GB 9836-1998)，速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法。

1.5 数据统计

采用SPSS 19.0统计软件对土壤样品进行独立样本t检验，P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著，所有数据均采用平均数±标准差(Mean±SE)表示。

2 结果与分析

2.1 发酵猪粪对土壤pH的影响

从表1可见，所测定的地块，土壤的pH在8.3～8.89，略高于当地土壤pH。

表1 施用和未施用猪粪果园土壤成分分析表Table 1 Analysison soil component in orchard applying and not applying pig manure

注：同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，同列不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)相同字母表示差异不显著(P>0.05)。

Note:Values with different small letter superscripts in the same row indicate significant difference between the treatments(P<0.05), difference capital letters mean extreme difference(P<0.01),while same letter superscripts insignificant difference(P>0.05).

2.2 发酵猪粪对土壤电导率的影响

果园施入发酵猪粪，发酵猪粪组与对照组比较，电导率降低50.08 μS/cm，降低了64.69%(P<0.05)，表明发酵猪粪可以显著降低果园土壤的导电率，从而降低土壤的含盐量。

2.3 发酵猪粪对土壤有机质的影响

施用发酵猪粪组果园有机质达到11.34 g/kg(1.134%)，比对照组提高0.52 g/kg，提高4.81%，表明猪粪可以有效的提高果园土壤有机质，改进土壤环境，提高苹果产量。

2.4 发酵猪粪对土壤全氮、有效氮的影响

施用发酵猪粪组，果园土壤中全氮0.7 g/kg，较对照组高0.7 g/kg，但差异不显著(P>0.05)，果园土壤中的有效氮，施用发酵猪粪组39.19 mg/kg，与对照组(20.15 mg/kg)相比，发酵猪粪组平均数比对照组提高48.58%(P<0.05)，表明发酵猪粪施入果园具有显著提高果园有效氮含量。

2.5 发酵猪粪对土壤中的全磷、速效磷

由表1可见，施用发酵猪粪组与对照组相比，全磷含量平均提高0.24 g/kg，高出32.88%(P<0.05)；施用猪粪组果园土壤中速效磷含量90.05 mg/kg，较对照组(24.27 mg/kg)提高65.78(P<0.01)，表明发酵猪粪施入果园能显著增加果园土壤全磷含量，极显著增加果园土壤速效磷含量。

2.6 发酵猪粪对土壤中的全钾、速效钾

由表1可见，施用发酵猪粪组果园土壤中全钾含量19.99 g/kg，较对照组(20.19 g/kg)降低1%(P>0.05)；速效钾，施用发酵猪粪组果园土壤中速效钾含量305.02 mg/kg，较对照组(182.4 mg/kg)高出67.23%(P<0.01)，表明发酵猪粪施入果园能极显著增加果园土壤速效钾含量。

3 讨 论

3.1 改善土壤理化特性

土壤有机质含量低和pH偏高是影响陕西渭北果园肥料利用率和果实品质的重要因素，渭北地区苹果有机质含量在1%以下，土壤pH多在8以上，很少有果园在7～7.5之间，加之我国化肥使用量不断增加，有机肥使用量明显减少。导致渤海湾地区土壤不断酸化，黄土高原地区土壤却不断碱化[7]。据报道国内外良好果园土壤pH为6.50～7.50[8-9]。当土壤pH小于6.00时，苹果树对许多必需的大量元素(N、P、K、Ca、Mg)的吸收利用效率会降低；pH大于7.50时，苹果树对许多微量元素(Fe、Zn、B)的吸收利用效率会降低。因此，采取有效措施，降低果园的土壤pH是提高该地区土壤微量元素吸收利用的关键[10]。本次测定土壤pH偏高，与测定方法有关，但采用同一测定方法，施用发酵猪粪组与对照组比较，施发酵猪粪组土壤pH平均为8.66，对照组为8.76，降低0.1，下降率1.14%，其结果与李丙智等报道趋势一致[7]，说明猪粪能在一定程度上降低土壤的pH。

土壤电导率是表示土壤含总盐量的指标，是土壤浸出液中各种阳离子的量和各种阴离子的量之和。近年来，土壤总盐量逐年升高，产生土壤酸化和次生盐渍化现象，其原因一是土壤常年覆盖或季节性覆盖改变了自然状态下的水热平衡(高温、缺少雨水淋洗、蒸发强烈)，土壤得不到雨水充分淋洗，致使盐分在土壤表层上聚集；二是不合理施肥所致。发酵猪粪施入果园，测定土壤pH和电导率，pH降低0.1，导电率降低64.69%，土壤的导电率降低显著，在降低土壤的含盐量的同时，促进果树对土壤营养物质的吸收。

3.2 发酵猪粪对果园土壤有机质及氮磷钾的影响

有机质是苹果生产的重要保障，果业生产要想强健树势，丰产优质，果园土壤有机质含量应达到一定的水平，世界苹果单产最高的新西兰果园土壤有机质含量达到57～126 g/kg，国内高产优质果园土壤有机质含量达到20 g/kg(2%)以上，目前大部分果园有机质含量一般在1%左右，果园土壤有机质含量偏低，不但对土壤保水性、养分利用率和通气性严重影响，而且还导致化学肥料使用成本逐年增加，果品质量持续下降，经济效益受到严重影响。因此，提高土壤有机质含量对苹果生产特别重要。研究表明[11-14]，土壤有机质含量的多少，直接影响土壤氮磷及微量元素含量，也对果园产量起着重要作用，王海云等对果园土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别与产量进行相关性回归分析，结果为在测定范围内土壤有机质含量与产量呈正相关，增加有机质含量可增加产量[15]。据监测果园有机质含量，1983年为9.2 g/kg，2002年为9.1 g/kg，2009年为10.1 g/kg， 2011年为9.7 g/kg，相对稳定于9～10 g/kg[8,16-17]，30多年变化不大。通过发酵猪粪施入可以有效提高有机质含量，试验检测结果为施肥三年有机质平均达到11.34 g/kg，与对照组相比提高0.52 g/kg，提高4.81%，其有机质含量与刘双安等[18]测定的洛川县果园有机质含量平均0.905%比较增加0.229%,增长25.3%，而对照组，土壤中有机质提高0.177%，提高率19.56%。在氮磷钾变化方面：土壤全氮、全磷、全钾和有效氮、速效磷、速效钾含量，施入发酵猪粪组含量分别为0.7 g/kg、0.97 g/kg、19.99 g/kg和39.19 g/kg、90.05 g/kg、305.02 g/kg。除全钾略低外，其他均高于对照组，特别是速效磷和速效钾，显著高于对照。根据测定结果，全氮低于其他苹果产区，全磷全钾相近，有效氮、速效磷低于国内其他产区的现状[19-21]，科学施用发酵猪粪将是解决苹果产量低有效途径。

4 结 论

发酵猪粪施入果园以后，土壤pH降低1.14%，土壤导电率下降64.69%；土壤中有效氮含量增加94.49%，全磷、速效磷和速效钾含量分别增加率32.88%、271.03%和67.23%。通过施入发酵猪粪有机肥将有利于改善果园土壤，提高苹果产量和质量。