施用畜禽有机肥对辽河三角洲养蟹稻田水土环境的影响

黄 河,吕小红,杜 萌，王东阁,刘 冰，崔洺霖，隋 鑫*

（辽宁省盐碱地利用研究所，辽宁 盘锦 124010）

稻田养蟹目前已成为辽河三角洲滨海稻区的重要生产经营模式，但是这一模式的大面积推广，在农民收入增加的同时， 却带来了区域粮食总产下滑的问题［1-3］。 另一方面，随着区域内畜禽养殖业的蓬勃发展， 畜禽粪便等养殖废弃物的随处堆放，又给乡村环境治理带来了极大的压力。为探索综合解决畜禽养殖业废弃物利用、地力培肥、水稻增产及农民收入再上新台阶等问题［4-6］， 从2017年开始，辽宁省盐碱地利用研究所开展了“辽河三角洲养蟹稻田施用畜禽有机肥相关技术研究”的项目。 现将本项研究的畜禽有机肥对养蟹稻田土水环境的影响作一阶段性总结， 以期为农业生产等方面提供理论依据。

1 材料与方法

试验地点设在辽宁省盐碱地利用研究所三角洲试验基地。试验设3 个畜禽有机肥基施处理，分别为牛粪37 500 kg／hm2， 猪粪30 000 kg／hm2，鸡粪22 500 kg／hm2， 对照区基施磷酸二铵600 kg／hm2。小区面积1 000 m2。不设重复小区，水样与土样以各小区内3 个固定的代表性点为重复。各处理及对照区在投放蟹苗后， 不再施用任何化肥和农药。 水稻插秧时间为5 月28 日至6 月2日。投放蟹苗时间为6 月18 日至20 日，投放量为每区3.0 kg。 9 月底收蟹，10 月初收水稻。

分析项目及方法： 土壤速效肥力等指标由辽宁省盐碱地利用研究所化验室采用常规方法分析，BOD5 采用稀释培养法，COD 采用高猛酸钾指数法。 As、Pb、Cd、Cr、Hg 等重金属污染物指标委托中科院应用生态研究所（沈阳）检测中心分析。

2 结果与分析

2.1 畜禽有机肥对养蟹稻田耕层土壤理化指标的影响

各类畜禽有机肥对稻田土壤理化指标的影响早有定论，但对养蟹田来说，原来以水稻为单一主体的生态环境被人为叠加成水稻、 河蟹双主体的人工群落，田间微环境发生的重大改变，加之蟹粪与剩余饵料的积累以及河蟹的扰动， 畜禽有机肥的矿化分解条件已大不相同， 所以其对稻田耕层土壤理化指标的影响过程与结果也有较大区别。试验第一年的土样分析结果列入表1。 各畜禽有机肥处理在分蘖末期对耕层10 cm 深处的氧化还原电位（Eh）影响较大，其中以牛粪处理为最高，比猪粪高22 mv，对照第二，比猪粪高18 mv，并且都存在差异显著；

猪粪与鸡粪相比，虽然平均值高4 mv，但差异不显著。 从容重和孔隙度两项指标的检测结果分析，畜禽有机肥可降低土壤容重，提高孔隙度，这一影响以牛粪为最大，猪粪与鸡粪次之，但差异均不显著。 从分年度的耕层土壤容重变化（图1、图2）情况看，有机肥的影响具有累积效应，这种累积效应也是以牛粪为最大。同样，畜禽有机肥可在不同程度上提高土水温度， 但只是土温变化明显，水温的改变不大。

表1 畜禽有机肥对养蟹稻田土壤理化指标的影响(2017 年)

图1 分年度各有机肥处理的容重对比图

图2 各有机肥处理年度间的容重对比图

从肥力指标看，三种畜禽有机肥都可提高有机质含量， 但只是牛粪处理与其他处理差异显著，而猪粪和鸡粪提高的不显著。 在碱解氮指标上，三种有机肥都可显著提高碱解氮含量，并以鸡粪和猪粪两处理为最高，其绝对值接近对照的3 倍。 三种有机肥对速效磷和速效钾也有提高作用，这种提高主要体现在与对照的差异上，而肥间差异不大。

2.2 畜禽有机肥对养蟹稻田田面水质的影响

考虑到灌溉水（辽河水）本底水质的年内变化规律，检测期选在汛期前的7 月上旬，每年分析一次， 采样时排除了中雨以上降水对田面水质的干扰。 检测结果（表2）显示，各类畜禽有机肥都有增加田面水中BOD5 的作用， 而且以鸡粪的增加量为最大，猪粪次之，牛粪最少。这可能是因为牛粪、猪粪、鸡粪中微生物的含量逐个升高，氧化分解作用也是逐个增强的结果。 同理，COD 的影响趋势也是一样，也可能是因为牛粪、猪粪、鸡粪中还原物质的含量逐个升高的原因。 这一结果也可以说明表1 中Eh 值的变化规律， 由于猪鸡粪有机肥中微生物和还原物质含量高，所以耗氧量较高。油类的检测结果说明，猪粪、鸡粪对这一指标没有影响， 而牛粪则有显著降低的作用。 对于Pb 和Cr两指标来说，有机肥都可以降低其含量，但体现在Pb 上差异不显著。

表2 畜禽有机肥对养蟹稻田田面水质的影响（2017～2019 年） 单位：mg/l2

2.3 畜禽有机肥对养蟹稻田土壤主要污染物的影响

试验第一年对各处理重金属的变化情况进行了检测。检测结果（表3）表示，猪鸡粪两处理的Cr值在泡田前均高于牛粪和对照，收割后表现下降，而且降幅也较大。 这个趋势一方面说明这两处理的Cr 本底值高， 另一方面说明 （参照表2 的结果）， 可能是这两处理的土壤胶体对Cr 的络合作用弱，一部分释放到水中，并由排水带出。 牛粪处理的土壤胶体对Pb 的络合固定作用比较强，所以表现为全量指标增加， 而有效值及水中含量指标值下降。 对于Cd 指标来说，猪鸡粪两处理的本底值偏高，而且固定作用不强，所以表现出全量与有效值下降，而田面水中含量升高的趋势。 对于Hg指标来说，各处理对其含量指标的影响很小。

表3 畜禽有机肥对养蟹稻田耕层土壤重金属污染物的影响(2018 年)

2.4 畜禽有机肥对河蟹体内残留污染物的影响

由河蟹捕捞期其体内重金属残留的送检结果（表4）可见，所检测的各项指标均低于国家食品卫生标准。但从各指标的绝对值分析，Cr 和Cd 值在猪鸡粪两处理中表现有所降低；而Hg、Pb 和As三项污染物指标各处理间没有明显差异。这说明，无论田间土壤和田面水体中所含有的重金属污染物总量多与少，其存在的形态如何，对三个半月养殖期的河蟹来说，都不会产生过量的体内积累。

表4 畜禽有机肥对河蟹体内残留重金属的影响(2017～2019 年) 单位mg/kg

2.5 畜禽有机肥对河蟹与水稻产量的影响

由三年试验的小区产蟹量数据（表5）可见，各处理间及处理与对照间均无明显差异， 但从水稻产量数据（表6）可见，各处理间及处理与对照间都表现出显著的差异。 各畜禽有机肥处理都可显著地增加水稻产量，增产10.6%～14.8%。这一结果说明，普通养蟹稻田由于担心影响河蟹生长，不敢施入化肥，而导致养分供应不足，进而导致了水稻产量不高。另外从各处理的增产规律看，三年的结果都是以鸡粪处理的增产幅度最大，为14.4%～14.8%，猪粪处理的次之，为13.6%～14.2%，牛粪最小，为8.8%～11.2%。这说明，在试验处理的施肥量范围内， 各畜禽有机肥的肥力与水稻产量呈显著正相关。

表5 畜禽有机肥对河蟹产量的影响 单位kg/hm2)

表6 畜禽有机肥对水稻产量的影响 单位kg/hm2

3 结论

根据三年试验的结果，可得到如下结论：

（1） 畜禽有机肥对养蟹稻田的土水微生态环境有着显著影响。 其主要表现为极显著地增加了耕层土壤的速效氮、磷、钾的供应量；显著地增加了有机质含量，提高了孔隙度；同时在一定程度上表现出提高了土水温度［7-9］。 另一方面，表现出降低了耕层土壤氧化还原电位（Eh），增大了田面水体中BOD5、COD 的含量，同时对土水中的各重金属含量及存在形态表现出极为复杂的影响。

（2） 由于牛粪有机肥养分均衡、有机质含量高，所以其缓冲能力强，阳离子代换量高，供肥平稳均衡。 同时牛粪有机肥本身重金属含量低，并且其形成的土壤胶体对多种重金属的络合固定作用强，所以可以降低重金属对河蟹和水稻的污染［10-12］。

（3） 猪鸡粪有机肥速效养分含量高，对水稻的增产作用十分显著。 猪鸡粪有机肥的自身重金属含量偏高，其胶体对重金属的固定作用也偏弱，所以在灌溉水质良好的条件下， 可通过排水排除田间的重金属。

（4） 各畜禽有机肥可提高耕层土壤温度和田面水温，这一点在蟹苗投放前期非常重要。高温环境可提高蟹苗的摄食量，促进生长，有利于"养大蟹"生产目标的实现。

（5） 各畜禽有机肥必须经无害化处理和充分腐熟后方能使用， 否则将导致耕层土壤氧化还原电位（Eh）过低，田面水体中BOD5、COD 的含量过高，对水稻与河蟹的生长将带来不利影响。 另外，畜禽有机肥不能过量使用， 否则会给河蟹带来重金属含量超标、水稻病害加重及倒伏的风险。