羊粪还田对巨峰葡萄园土壤理化性质的影响

吴 红，刘海霞 ，周明夏，韩大勇

（1.江苏农牧科技职业学院园林园艺学院，江苏 泰州 225300；2.江苏农牧科技职业学院动物科技学院，江苏 泰州 225300）

循环农业是把农林牧副渔各部门、种养加各环节进行有机链接和科学组合，在减少一次性、紧缺性资源（如土地、水）消耗的同时，将主要农业废弃物（秸秆和畜禽粪便）资源化以提高资源利用效率的农业生产方式［1-2］。近年研究表明，长期施用畜禽粪便发酵的有机肥料可促进土壤微生物活动和土壤中有机无机复合体的形成，从而改善土壤结构和理化性质。例如，马兴林等［3］研究表明，种养结合可使农田土壤有机N、P2O5、K2O投入总量高达1 377 kg/hm2；黄小洋等［4］研究发现，猪粪有机肥可增加土壤有机质含量；石慧等［5］研究表明，添加猪粪可增加土壤微生物可利用的碳源，因而提高了微生物数量，从而提高了土壤养分利用效率；胡留杰等［6］发现，施用猪粪能显著提高油麦菜产量，且油麦菜中硝酸盐、氮磷钾含量与猪粪施用量密切相关；宋以玲等［7］研究发现，牛粪可提高土壤养分含量、土壤酶活性以及番茄产量和含糖量，其中土壤碱解氮、全氮、有效钾、有效磷含量分别显著提高；徐大兵等［8］研究发现，施入牛粪可显著提高玉米籽粒产量、千粒重，且提高了土壤活性有机碳和有机质含量。羊粪是家畜粪肥中氮、磷、钾含量最高的优质有机肥，肥效快，适于各种土壤和各类作物［9］，目前相当部分养殖场会将羊粪堆积发酵用做有机肥料，但是发酵好的羊粪如何科学有效利用是羊产业发展中遇到的最大问题。鉴于此，本研究采用羊粪田间调控试验，分析比较羊粪对葡萄园土壤理化性质的影响，明确羊粪在葡萄生产中的应用效果，为葡萄园土壤肥力提升提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区在江苏省泰州市高港区大泗镇霍堡村（119°58′E、32°21′N），海拔918.7 m，地处长江三角洲冲积平原，属亚热带海洋性气候；年平均气温17.4℃，年降雨量1 281 mm，全年无霜期220 d，平均日照数2 125.8 h，年平均相对湿度79%，全年盛行偏东风；土壤类型主要为高砂土，肥力较低但土壤耕性好，土壤有机质含量10.0 g/kg以上、速效氮142.70 mg/kg、全氮1.785 g/kg、碱解氮148.5 mg/kg、速效磷 4.5 mg/kg、速效钾 57 mg/kg［10］。

1.2 试验方法

试验于2015年3月31日至2017年10月31日进行，羊粪还田栽培模式葡萄园面积6 670 m2，以5年生栽培巨峰葡萄为研究对象，栽植密度为2 250株/hm2，随机区组排列，连续3年于10月上旬将充分发酵腐熟的羊粪（有机质24%～27%、氮0.7%～0.8%、磷0.45%～0.6%、钾0.4%～0.5%）作为基肥，沿定植行开沟（深40～50 cm、宽30～40 cm）一次性施入。试验设施入羊粪基肥20 t/hm2（T1）、40 t/hm2（T2）、60 t/hm2（T3）、80 t/hm2（T4）、100 t/hm2（T5）和不施基肥对照6个处理，每个处理3次重复，小区面积150 m2（50 m×3 m）。葡萄园管理采取常规大田管理。

1.3 测定项目及方法

连续施肥3年后，用五点法采集各试验区0～15、15～30、30～45 cm层土样，采集后土壤过2 mm筛，风干，测定土样pH值（电位法）、全氮含量（半微量凯氏定氮法）、速效磷含量（碳酸氢钠或氟化铵-盐酸浸提-钼锑抗比色法）、速效钾含量（1 mol/L乙酸铵浸提-火焰光度计法）、有机质含量（重铬酸钾容量法-外加热法）以及阳离子交换量（CEC，1 mol/L中性乙酸铵淋洗法）［11］。

试验数据采用Excel及DPSv7.05进行分析和作图，采用LSD法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同羊粪施用量对葡萄园土壤含水量的影响

图1 不同羊粪施用量对葡萄园土壤含水量的影响

从图1可以看出，随着羊粪施用量的增大，不同土层土壤含水量呈现先增加后降低的趋势，0～15 cm土层土壤含水量表现为处理T2＞T3＞T4＞T5＞T1＞CK，各处理分别比对照增加 8.48%、6.95%、6.43%、4.61%、2.10%， 且各处理之间差异极显著；15～30 cm土层含水量最大值出现在T3处理，呈现出T3＞T4＞T5＞T2＞T1＞CK，分别比对照增加13.31%、12.88%、11.81%、11.25%、9.85%，处理T3和T4间差异显著，其他各处理之间差异极显著；30～45 cm土层土壤含水量最大值出现在T4处理，呈现出T4＞T5＞T3＞T2＞T1＞CK，分别比对照增加22.45%、18.58%、16.29%、9.64%、6.72%，且各处理之间差异极显著。可见，羊粪还田有利于提高葡萄园土壤含水量，且随着羊粪施用量的增加，深层土壤蓄水能力增加。

2.2 不同羊粪施用量对葡萄园土壤pH值的影响

由图2可知，不同羊粪施用量条件下的土壤pH值与对照相比均有不同程度下降，随着羊粪施用量的增大，不同土层土壤pH值下降程度增加，呈现出CK＞T1＞T2＞T3＞T4＞T5，0～15 cm土层分别比对照降低0.74%、1.44%、2.85%、4.29%、8.36%，15～30 cm土层分别比对照降低3.99%、5.84%、7.60%、8.62%、12.28%，30～45 cm土层分别比对照降低1.80%、2.17%、3.02%、4.137%、6.84%。可见，羊粪还田能在一定程度上降低土壤pH值，进而有效防止土壤长期灌溉引起的土壤盐渍化。经方差分析可知，30～45 cm土层处理T1和T2间差异不显著，处理T2和T3间差异显著外，其他各处理之间差异极显著。

图2 不同羊粪施用量对葡萄园土壤pH值的影响

2.3 不同羊粪施用量对葡萄园土壤养分含量的影响

2.3.1 全氮含量 由表1可知，不同羊粪施用量条件下不同土层土壤全氮含量变化趋势不同。0～15 cm土层土壤全氮含量呈现“增长-稳定”趋势，呈现T5＞T4＞T3＞T2＞T1＞CK的趋势变化，分别比对照增加76.28%、73.32%、66.03%、40.88%、22.01%；方差分析结果表明，T5和T4全氮含量差异不显著，其他处理与对照差异极显著。15～30 cm和30～45 cm土层土壤全氮含量呈现“增长-稳定-下降”趋势，各处理全氮含量均高于对照。15～30 cm土层在T1～T4之间土壤全氮含量升高，而在T4～T5之间土壤全氮含量明显降低，最大值出现在T4，分别比对照增加44.70%、59.09%、90.15.%和92.43%；方差分析表明，除T5、T4和T3全氮含量差异不显著外，其余处理间差异极显著。30～45 cm土层，T1～T3全氮含量增加，T4～T5明显降低，最大值出现在T3处理、比对照增加117.45%；方差分析表明，除T5、T4之间差异不显著外，其余处理间差异均表现为极显著，说明羊粪还田有利于提高土壤全氮含量。

表1 不同羊粪施肥量处理葡萄园土壤速效养分含量变化

2.3.2 速效磷含量 不同羊粪施肥处理下，土壤速效磷含量在不同土层中均表现为随着羊粪施用量的增加而增大，呈现出T5＞T4＞T3＞T2＞T1＞CK的趋势。0～15 cm土层，T5、T4、T3、T2、T1处理的土壤有效磷含量分别比对照提高18.69%、27.99%、4.82%、54.21%、54.41%；方差分析结果表明，除T5和T4差异不显著外，其余处理间差异极显著。15～30 cm土层，T5、T4、T3、T2、T1处理的土壤有效磷含量分别比对照提高12.22%、22.64%、26.28%、42.26%、63.62%，除T2和T3差异不显著外，其余处理间差异均为极显著。30～45 cm土层，T5、T4、T3、T2、T1处理的土壤有效磷含量分别比对照提高12.11%、15.87%、22.39%、42.85%、45.44%，除T5和T4差异不显著、T1和T2差异显著外，其余处理间差异达极显著，说明施用有机肥羊粪可有效提高土壤中速效磷含量。

2.3.3 速效钾含量 表1显示，不同羊粪施肥处理下的土壤速效钾含量均高于对照，在0～15、15～30、30～45 cm 土层中均表现为随着羊粪施用量的增加而增大，呈现出T5＞T4＞T3＞ T2＞ T1＞ CK。 在 0～15 cm 土 层 中，T5、T4、T3、T2、T1的土壤有效钾含量分别比对照提高9.53%、15.16%、23.54%、31.99%、34.98%，除T5和T4差异不显著外，其余处理间差异达极显著。在15～30 cm土层中，T5、T4、T3、T2、T1的土壤有效钾含量分别比对照 提 高 5.89%、28.109%、35.45%、41.40%、53.13%，各处理间差异极显著；在30～45 cm土层中，T5、T4、T3、T2、T1土壤有效钾含量分别比对照提高9.68%、24.43%、41.32%、50.42%、51.23%，除T5和T4差异不显著、T4和T5差异显著外，其余处理间差异达极显著。可见，施用有机肥羊粪可有效提高土壤中速效钾含量。

2.4 不同羊粪施用量对葡萄园土壤有机质含量和土壤阳离子交换量的影响

2.4.1 有机质含量 土壤有机质是土壤固相部分的重要组成部分，同时也是土壤酶促底物的重要原料，与土壤的风化和演变密切相关，因此有机质是土壤肥力的基础［12］。由表2可知，与对照相比，土壤有机质含量在不同土层中表现为随着羊粪施用量的增加而增大，在0～15 cm土层中，T5处理土壤有机质含量最高（较CK提高133.10%），显著高于其他处理；在15～30 cm土层中，T4处理土壤有机质含量最高（较CK提高88.49%），与T5处理差异不显著，显著高于其他处理；在30～45 cm土层中，T5处理土壤有机质含量最高（较CK提高97.12%），显著高于其他处理。说明羊粪还田可有效提高土壤有机质含量，其中施用羊粪80 t/hm2对增加葡萄耕作层土壤有机质含量效果较好。

表2 不同羊粪施用量对葡萄园土壤有机质含量和土壤阳离子交换量的影响

2.4.2 土壤阳离子交换量 土壤阳离子交换量（CEC）是土壤中所含有的全部交换性阳离子的总量，其大小可作为评价土壤保肥能力的指标，是土壤缓冲性能的主要来源，是改良土壤和合理施肥的重要依据［13］。按照土壤养分等级分级标准，CEC低于10 cmol/kg表明土壤保肥力较弱，本试验地基础CEC均在10 cmol/kg以上，在试验中各土层随着羊粪施用量的增加，土壤CEC均有所积累（表2），各土层在T5处理土壤CEC值达最大值，分别为15.62、14.70和12.25 cmol/kg，同一处理不同土层间表现为随土层深度增加CEC值递减的趋势。

3 结论与讨论

葡萄生长最适pH值在6.5～7.5之间，有利于葡萄生长发育和矿质元素的吸收［14］。有机肥施入土壤后解离出H+，吸附土壤中的K+、Na+、NH4+、Ca2+等，增强土壤的缓冲能力，从而调节土壤的pH值，时向东等［15］研究表明，烤烟施入芝麻饼肥导致植株根际周围产生大量有机酸，从而引起土壤pH值下降。李丙智等［16］研究发现，陕西渭北苹果园施用羊粪可降低土壤pH值，使用羊粪可使0～20 cm和20～40 cm土层土壤pH值从8.0分别降至7.2和7.0。本试验所在地高港区土壤为高砂土，羊粪有机肥施入土壤经微生物和物理化学作用形成大量腐植酸，促进了土壤水稳性团粒结构的形成，使砂土变成团粒结构，同时试验采用羊粪与秸秆混合发酵，发酵好的羊粪有机肥呈弱酸性，因此施入后引起葡萄园土壤pH值下降。

土壤养分是土壤肥力的重要基础，也是土壤农田结构的重要组成部分，而土壤中的氮、磷、钾则是土壤肥力衡量的重要指标［17］。肥料则是土壤养分的主要来源，也是农业可持续发展的重要物质基础之一。羊粪是一种热性肥料，羊粪发酵制成有机肥施入农田，不仅具有肥效好、使用安全方便等好处，还具有抗病促长、培肥地力等优点［18-20］，丁阔等［21］研究表明，施用羊粪可显著提高土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量。施发梅等［22］指出，增施羊粪可提高茶园土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量，从而改良土壤、培肥地力。本研究结果表明，羊粪还田3年后葡萄园各土层土壤全氮、速效磷和速效钾含量较未施入羊粪时显著增加，平均提高94.72%、54.49%、46.44%，这与郭洁［23］、呼生春等［24］研究结果相一致；有研究表明土壤养分的积累并非单纯依靠土壤养分，而且依赖于有机肥施入后土壤非环境和土壤酶活性改变引起的土壤养分的转化速率［25-26］，本试验中不同土层氮、磷、钾含量随土层深度的增加而降低，可能与不同土层土壤酶活性和微生物等的活动有关，关于羊粪施入土壤后不同土层酶活性的大小还需进一步深入研究。

土壤有机质是土壤的固相组成成分之一，其含量大小决定了土壤的缓冲能力和稳定性，也决定了土壤的可持续经营能力［27］。本研究结果表明羊粪还田可增加葡萄园土壤有机质含量，与丁阔等［28］的研究结果一致，随着施肥量增加不同土层有机质含量增加（分别增加17.57%、53.45%、92.63%、102.03%和104.89%），且随着土层深度增加其含量降低，究其原因，土壤有机质来源于有生命的生物残体，土壤有机质转化过程中，无论是矿质化过程还是腐殖化过程，都是在微生物直接参与下进行的，土壤湿度、通气状况和温度等凡能影响微生物生命活动的环境条件，都会影响有机质的转化［29］。因此，羊粪还田后表层土壤结构和土壤透气性的改变以及微生物的活动促进了土壤表层有机质含量的增加。