施用鸡粪对土壤与黄瓜Fe和Mn积累的影响

关天霞 万晶晶 马国泰 张有富 刘芝妨 张芬琴

（1.河西学院生命科学与工程学院；2.甘肃省河西走廊特色资源利用重点实验室；3.河西学院农业与生态工程学院，甘肃 张掖 734000）

肥料在农作物的生长过程中发挥着重要的、不可替代的作用［1，2］，土壤从有机肥中吸收的微量元素比化肥高，并且有机肥中微量元素的生物有效性比土壤中高，因此，有机肥对补充农田微量元素有很好的作用［3，4］.近年来，我国禽畜养殖产业发展很快，在禽畜养殖产业中，养鸡场的数量较多，鸡粪作为有机肥的利用率较高，约为80%左右［5］，在蔬菜种植时，施用的有机肥大部分以鸡粪源为主，其次是猪粪、牛粪和羊粪等［6］.赵明等［7］研究发现鸡粪中Fe和M n含量高于猪粪和牛粪，施用鸡粪源有机肥可增加土壤（潮棕壤）Fe和Mn含量，是作物Fe和Mn元素的良好供给源，李本银等［8］研究发现，长期施用有机肥后，土壤（水稻土）Fe和Mn含量没有显著变化，而同延安等［9］却发现土壤（缕土）中Mn含量随有机肥用量增加而减少.土壤中的Fe和Mn可以通过植物根系进入到植物体内，从而造成植物中元素的积累［10］，这些元素将伴随着植物的生长分布于植物的根、茎、叶和果实中［11］.赵明等［12］研究发现，施用鸡粪有机肥可以提高土壤有效态Fe和Mn含量，说明Fe和Mn更容易从土壤进入到植物体内，张娜等［13］研究发现白三叶和苜蓿根部Mn的含量大于地上部分.

Fe和Mn 是人机体中必需的微量金属元素，对人体的健康十分重要.如果食物中Fe的含量不足，就容易发生缺Fe，影响机体的正常发育生长［14］.铁过量就会造成铁中毒，严重时发生休克，乃至死亡［15］.Mn 缺乏不利于人体健康；Mn含量高是会引起锰中毒，也对人体有害［16］.黄瓜是张掖地区重要的蔬菜之一，主要分布在甘州区和临泽县［17］，因此，本研究以黄瓜为研究对象，通过大田试验田间随机区组试验设计，研究在张掖两种主要农作物土壤（灌漠土和潮土）中施用不同量的鸡粪有机肥后Fe和Mn在土壤和黄瓜中的积累，为鸡粪的合理施用提供理论支持.

1 材料与方法

1.1 试验材料

黄瓜，品种为“津优35号”，土壤为灌漠土和潮土.试验鸡粪购买自当地集约化养殖场的鸡粪，经堆肥发酵后使用（鸡粪pH为7.32，有机质含量为312.21g/kg，Fe含量为2636.96mg/kg，Mn含量为439.31 mg/kg），供试土壤理化性质见表1.

表1 供试土壤理化性质Table 1 The Physicol and chemical Properties of soils

1.2 试验设计

试验采用田间随机区组设计，设5个鸡粪施用量0（CK）；15t/hm2；30t/hm2；45t/hm2；60t/hm2.小区面积为4.56m2（1.2m×3.8m），每个处理设4个重复.每小区种植黄瓜24株.

1.3 样品采集

黄瓜盛果期进行“S”形取样，每小区取5块同时取0-20cm的土样.采集后，黄瓜植珠先用自来水冲洗根部附着的土壤，再用蒸馏水冲洗根部、茎部、叶片和果实，样品烘干，研磨，过0.25mm筛保存待测.土样去除可见的杂质，样品风干后过0.25mm筛保存待测.

1.4 测定方法

土壤Fe和Mn含量采用火焰原子吸收分光光度法测定（GB/T17138-1997）；黄瓜各部位Fe和Mn含量采用干法消解，火焰原子吸收分光光度法测定（GB 5009.90-2016；GB 5009.242-2017）.

1.5 数据统计与分析

数据采用Microsoft Excel 2016进行计算，用Origin 2018绘图，不同处理间Fe和Mn的差异显著性通过SPSS 21.0进行单因素方差分析（Ducan检验），P＜0.05条件下认为存在显著性差异.

各器官Fe和Mn的富集系数（EC）利用下面的公式进行计算：

根富集系数ECFe=Fe根/Fe土壤ECMn=Mn根/Mn土壤

茎富集系数ECFe=Fe茎/Fe土壤ECMn=Mn茎/Mn土壤

叶富集系数ECFe=Fe叶/Fe土壤ECMn=Mn叶/Mn土壤

果实富集系数ECFe=Fe果实/Fe土壤ECMn=Mn果实/Mn土壤

2 结果与分析

2.1 鸡粪施用对土壤Fe和Mn含量的影响

由图1可以看出，施用鸡粪后，灌漠土和盐碱潮土中Fe含量均有所增高，但差异不明显；45t/hm2鸡粪施用显著提高灌漠土Fe含量（P＜0.05），比对照增加了5.57%，而潮土全Fe含量受鸡粪施用影响不大.施用鸡粪后两种土壤Mn含量有所增加，但鸡粪对土壤Mn含量的增加影响不显著.

图1 鸡粪施用对土壤Fe和Mn含量的影响Fig.1 The effect of chicken manure application on the content of Fe and Mn in soils

2.2 不同鸡粪施用量对黄瓜各器官Fe和Mn含量的影响

图2反映了施用鸡粪对黄瓜各器官（根、茎、叶和果实）Fe含量的影响，可以看出，施用鸡粪对灌漠土黄瓜根部影响不显著，60t/hm2鸡粪施用显著降低了潮土黄瓜根部Fe含量（P＜0.05），比对照降低了16.51%，但中高用量（30、45和60t/hm2）鸡粪处理间黄瓜根部Fe含量差异不显著.灌漠土黄瓜茎中Fe含量随着鸡粪施用量的增加呈现先降低后增加的趋势，在30t/hm2鸡粪施用时最低，比对照降低了24.06%（P＜0.05）.黄瓜叶片Fe 含量在两种土壤中均呈现先增加后下降的趋势，30 和45t/hm2鸡粪施用显著增加了灌漠土黄瓜叶片Fe含量（P＜0.05），分别比对照增加了22.40%和25.78%，30t/hm2鸡粪施用显著增加了潮土黄瓜叶片Fe含量（P＜0.05），比对照增加了31.76%.施用鸡粪对黄瓜果实Fe含量影响不显著，果实Fe 含量变幅为78.57mg/kg～87.07mg/kg.无论是否施用鸡粪，两种土壤黄瓜各器官Fe 含量的分布顺序均为：根＞茎＞叶＞果实.

图2 鸡粪施用对黄瓜各器官Fe含量的影响Fig.2 The effect of chicken manure application on the content of Fe in cucumber tissues

图3 鸡粪施用对黄瓜各器官Mn含量的影响Fig.3 The effect of chicken manure application on the content of Mn in cucumber tissues

图3反映了施用鸡粪对黄瓜各器官（根、茎、叶和果实）Mn含量的影响，可以看出，高用量（45和60t/hm2）鸡粪显著增加了灌漠土黄瓜根部Mn含量（P＜0.05），分别比对照增加了22.40%和25.78%，54.68%和48.74%.60t/hm2鸡粪显著增加了潮土黄瓜根部Mn含量（P＜0.05），比对照增加了28.71%.施用鸡粪降低了灌漠土黄瓜茎Mn 含量，却增加了潮土黄瓜茎Mn 含量.15t/hm2鸡粪施用显著降低了灌漠土黄瓜叶片Mn含量（P＜0.05），45t/hm2鸡粪施用则显著提高了潮土黄瓜叶片Mn含量（P＜0.05）.施用鸡粪对黄瓜果实Mn含量影响不显著，果实Mn含量变幅为9.16mg/kg～12.54mg/kg.无论是否施用鸡粪，两种土壤汇中黄瓜各器官Mn含量的分布顺序均为：叶＞茎＞根＞果实.

2.3 不同鸡粪施用量对黄瓜各部位Fe和Mn富集系数的影响

富集系数是指植物某一部位的元素含量与土壤中相应元素含量之比，它在一定程度上反映着元素在植物系统中元素迁移的难易程度，说明元素在植物体内的富集情况.富集系数值越小，表明蔬菜吸收元素的能力越弱［18］.

从表2和表3可以看出，在两种土壤中，无论鸡粪施用量的高低，黄瓜各器官Fe的富集系数均表现为根部最大，果实最小，Fe 的富集系数在根部的变幅为0.0457～0.0496（灌漠土）和0.0458～0.0550（潮土），在果实的变幅为0.0151～0.0163（灌漠土）和0.0170～0.0177（潮土）；Mn的富集系数则表现为叶片最大，果实最小，Mn的富集系数在叶片的变幅为0.0371～0.0494（灌漠土）和0.0546～0.0700（潮土），在果实的变幅为0.0159～0.0184（灌漠土）和0.0175～0.0217（潮土）.

表2 不同鸡粪施用量对黄瓜各部位Fe富集系数的影响Table 2 Effects of different Application rates of Chicken manure on Fe enrichment coefficient in different tissues of Cucumber

表3 不同鸡粪施用量对黄瓜各部位Mn富集系数的影响Table 3 Effects of different Application rates of Chicken manure on Mn enrichment coefficient in different tissues of Cucumber

3 讨论与结论

本研究结果表明，45t/hm2鸡粪施用显著提高灌漠土Fe含量，但鸡粪施用对潮土Fe含量和两种土壤Mn含量影响不显著，两种土壤中，无论鸡粪施用量的高低，黄瓜各器官Fe的含量表现为根＞茎＞叶＞果实.陈瑛等［19］的研究也发现水葫芦中各部位所测金属元素的含量变化为根＞叶、茎，王玉梅［20］发现，水稻各部位元素分布顺序是根＞茎叶＞谷壳＞糙米.本研究中黄瓜各器官Mn的分布特征为：叶＞茎＞根＞果实，这与白三叶和苜蓿根部锰的含量大于地上部分的结果有差异［13］.无论鸡粪施用量如何，黄瓜各器官Fe的富集系数均表现为根部最大，果实最小；Mn的富集系数表现为叶片最大，果实最小，这表明在黄瓜植株中根部对Fe，叶片对Mn有更强的富集能力；黄瓜各部位Fe和Mn的富集系数均表现为灌漠土＜潮土，说明Fe和Mn更容易从潮土中进入黄瓜体内.

本研究结果中，黄瓜果实Fe 含量变幅为78.57mg/kg～87.07mg/kg，Mn 含量变幅为9.16mg/kg～12.54 mg/kg.研究发现中国居民蔬菜Fe和Mn摄入量约占食物Fe、Mn总摄入量的20%［21］.因此，食用本试验中黄瓜果实可吸收Fe 的含量约为15.71mg/kg～17.41mg/kg，可吸收Mn 的含量约为1.83mg/kg～2.51mg/kg.有研究显示我国居民每天适宜的Fe 的摄入量是：男子为15～20mg，女子为20～25mg.国际上推荐成人每天Mn需要量为2.5～7mg，我国暂定成人每天Mn摄入量为5～10mg［16］，因此，每天食用本研究中1kg以上黄瓜才能满足人体对于Fe和Mn的需要量，说明施用鸡粪不会造成黄瓜果实中Fe和Mn的积累，更不会危害人体健康.