奶牛粪对苹果园土壤及树体的影响

李百云，许泽华，郭鑫年，周 涛

（宁夏农林科学院a.园艺研究所；b.农业资源与环境研究所，银川 750002）

奶牛养殖业是中国畜牧业的重要组成部分。宁夏是国内牛奶主产区之一，其奶业发展可追溯到20世纪80 年代，宁夏将奶业作为重点产业打造，持续推进布局区域化、生产标准化、经营规模化、发展产业化，奶业发展势头强劲。2020 年底，宁夏全区奶牛存栏量将达到67.3 万头，奶业全产业链产值将达到610 亿元。奶牛养殖规模化率（存栏100 头以上）超过50%，由此带来的污染物集中排放对奶牛场粪便管理和利用提出了巨大的挑战。粪便排放量占畜禽粪便总量的44%［1，2］，已成为制约奶牛产业健康发展的重要因素。

奶牛粪资源化是解决其环境污染、提升其循环利用价值的重要途径［3］。奶牛粪富含有机质、氮（N）、磷（P）、钾（K）等大量营养元素以及丰富的微量元素和木质素［4-6］。对其资源化利用方式主要有，①采用好氧堆肥制作有机肥；②采用厌氧消化生产沼气；③作为牛床垫料再利用。吴忠园区奶牛产业发展迅速，牛粪量激增，本研究把牛粪异位发酵后还苹果园，一方面可以提高果园土壤肥力和果实品质，另一方面可以消纳牛粪、降低环境污染。研究不同奶牛粪施用量对苹果生长和果园土壤的影响，为果园生产提供一定的指导，促进吴忠农业园区种养一体化健康发展。

1 材料和方法

1.1 研究地点和材料

试验田为灰钙土类中壤土，苹果株行距3 m×2 m，每公顷栽树1 665 株。树龄为12 年，树形为主干圆柱形，采用滴管灌溉。试验选用好氧发酵的奶牛粪，符合NY525—2012《有机肥料》质量标准。其基本理化性质，有机质含量为47.8%，全氮含量为8.3 g/kg，全磷含量为5.1 g/kg，全钾含量为20.8 g/kg，pH 为7.0，全盐含量为16.7 g/kg。试验设计4 个处理，每个处理3 行，每行6 株，对照组（CK）不施有机肥，果园采用滴灌模式以水溶性肥料随水施入。试验组分别施入牛粪有机肥，T1 为低量（45 t/hm2），T2为中量（90 t/hm2），T3 为高量（135 t/hm2），田间管理水平一致（表1）。

表1 施肥方案

1.2 仪器设备与试剂

ME204 分析天平；PD-151 数显游标卡尺（量程0～150 mm，精度0.01 mm，宝工实业股份有限公司）；手持糖量计（常州锐品精密仪器有限公司）；UV2600 紫外分光光度计（上海天美科学仪器有限公司）；所用试剂均为分析纯。

1.3 指标测定方法

1.3.1 土壤养分测定 牛粪有机肥及土壤中全氮以凯氏定氮法、全磷以NaOH 熔融钼锑抗比色法、钾以NaOH 熔融火焰光度法、碱解氮以碱解扩散法、速效磷以Olsen 法进行测定。

1.3.2 树体及果实指标测定 树体指标，树高，冠幅，主干粗度，当年新枝数量及长度，叶片叶绿素含量和光合作用指标，单株坐果数指标。在8 月上旬利用TPS-2 光合仪于09：00-11：30 测定苹果树体中部当年生新稍中部叶片的光合特性。

1.3.3 果实营养成分含量测定 果实糖酸等品质，果实成熟后在样本树树冠外围1.3～1.5 m 高度随机采果50 个，运回实验室测定单果重、纵横径、着色指数、光洁度指数、果肉硬度、可溶性固形物含量等品质指标。单果重用1/100 电子天平称量，果实纵、横径用数显游标卡尺测量，果实去皮硬度用GY-1 型果实硬度计测量，可溶性固形物含量用数显糖量计测定。

1.4 数据统计分析

采用Excel 2013 进行数据统计，通过IBM SPSS Statistics 23 对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 施肥对果园土壤的影响

果园不同土层深度养分含量见表2，由表2 可知，土壤20～40 cm 养分含量最低，除有机质和全氮表层略高外，全磷、全钾、速效氮、速效钾和速效磷均在土壤60～80 cm 处最高，主要是因为果园采用水肥一体化的滴管措施，苹果根系比较浅，吸收营养的毛细根集中在20～40 cm，因此这一部位营养含量最低。土壤全盐量在0.76～1.32 g/kg，呈现由表层向下逐渐增加趋势。苹果园土壤除磷以外，其他养分均缺乏，有机质含量较低，果园表层土壤有机质仅为7.04 g/kg（低于正常标准10 g/kg）。0～80 cm 土层深度的土壤pH 在8.04～8.14，土壤偏碱性，要生产优质苹果，应增加有机质，降低土壤碱度。吴忠园区土壤普遍贫瘠、偏碱性，同时存在大量奶牛粪无处消纳。

表2 果园不同土层深度养分含量

2.2 不同牛粪施用量对苹果树新梢长、新梢粗及叶绿素含量的影响

不同牛粪施用量对苹果树新梢长、新梢粗及叶绿素含量的影响见表3。由表3 可知，与CK 相比，3个处理苹果树叶片的叶绿素含量和枝条新稍长度均显著增加，枝条新稍粗度无明显差异。土壤增施牛粪后，增加了土壤有机质含量和土壤通透性，速效养分含量降低，增施牛粪能增加新稍长和叶绿素含量，但随着牛粪量增加效果逐渐降低。

表3 不同牛粪施用量对苹果树新梢长、新梢粗及叶绿素含量的影响

2.3 不同牛粪施用量对苹果光合特性的影响

不同牛粪施用量对苹果叶片光合特性的影响见表4。由表4 可知，与CK 相比，3 个处理均能增加苹果树叶片的胞间CO2浓度、气孔导度、净光合速率和蒸腾速率，分别增加14.6%～18.3%，15.7%～27.7%，4.7%～6.8%，5.8%～15.1%，T2 处理净光合速率最高，T1 处理的胞间CO2浓度、气孔导度和蒸腾速率最高，这表明土壤施用牛粪能增加光合效率，随着牛粪施用量增加，苹果叶片各项光合指标增加逐渐减少。

表4 不同牛粪施用量对苹果叶片光合特性的影响

2.4 不同牛粪施用量对苹果品质的影响

不同牛粪施用量对苹果品质影响见表5，由表5可知，与CK 相比，3 个处理苹果果实可溶性固形物增加1.4%～10.0%，单果重增加25.0%～42.8%，果实硬度降低0.03%～13.1%，可滴定酸含量降低0～11.3%。这表明土壤施用牛粪对苹果果型指数影响不明显，但能明显增加果重、降低果实硬度和酸含量。在3 个处理中，T2 处理的综合指标较好。

表5 不同牛粪施用牛粪量对苹果品质影响

2.5 主成分分析

为明确最佳奶牛粪肥施用量，对所有测定指标进行主成分分析，结果见表6，由表6 可知，第一个主成分的累积贡献率达76.3%，前2 个主成分累积贡献率达94.8 %；这表明综合考虑各项指标，T1 处理的施肥最好，T2 处理次之。

表6 不同牛粪处理的综合评价

2.6 环境承载分析

苹果的养分需求利用情况见表7，苹果目标产量为2 500 kg，氮肥当季利用率25%，100 kg 苹果需要氮素0.3 kg，施肥供给养分为100%，粪肥占施肥比例50%，1 000 kg 奶牛粪含全氮8.3 kg，每公顷果园容纳22.5 t牛奶粪；如果按照粪肥比例占施肥100%，每公顷果园容纳45 t奶牛粪。

表7 养分供应和利用情况

3 小结与讨论

从20 世纪90 年代开始，由于生物有机肥对土壤生态环境、作物产量及品质的积极影响而被重视并得到快速发展［8］。董龙等［9］研究发现，增加土壤中甘蔗尾梢堆肥、玉米秸秆堆肥、紫云英秸秆堆肥、发酵鸡粪有机肥处理的菠萝生长、产量和果实品质较对照均有提高。张朝坤等［10］研究表明，在施用化肥的基础上，株施7.5 kg 有机肥可增加单果质量，增大纵径、横径和果形指数，改善果实外观性状，提高产量，同时提高果实可溶性固形物、维生素C、可溶性糖和还原糖的含量，降低可滴定酸含量，改善果实风味，提高果实品质和经济效益。薛晓敏等［11］研究发现，葡萄子肥和海藻肥处理均能增加红富士树体树高、干径、东西冠径以及外围新梢，且枝类结构更为合理，不同生物有机肥处理后改变了土壤细菌和真菌的群落多样性及结构，土壤细菌多样性增加，真菌多样性降低，改善了土壤微生物环境。本研究表明，果园土壤增施牛粪能明显增加苹果树叶片的叶绿素含量和枝条新稍长度，增加苹果树叶片的胞间CO2浓度、气孔导度、净光合速率和蒸腾速率。土壤施用牛粪明显增加糖含量和单果重，降低酸含量，提高了糖酸比，明显降低果实硬度，提高了果实品质，与前人的研究结果一致。一方面是因为奶牛粪发酵后含有的养分较全面，能够补充苹果整个生育期对养分的需求。同时奶牛粪中大量的有机质可以改善土壤物理结构，增加土壤保水保肥性能，为果树提供较好的根系环境，促进其生长。另一方面可能是奶牛粪可以提高土壤有机质含量，增加土壤有效磷含量，促进作物对磷素的吸收。而且奶牛粪发酵腐熟后有大量微生物，可以调节土壤理化性质。

畜禽养殖产生的粪便具有有机肥利用的资源价值和污染源污染环境的双重特性。黄红卫等［12］调查了宁夏奶牛、肉牛、生猪、蛋鸡、肉鸡5 种畜禽42 个样品中常规养分含量，常量、微量元素含量，重金属和稀有元素含量，抗生素残留量等均符合肥料要求，且有害物低于全国水平。李娟等［13］研究发现，深松耕作方式施有机肥可以增加玉米的穗粒数、百粒质量、子粒产量。弓萌萌等［14］研究表明，富士苹果单产58 200 kg/hm2，有机肥施用量为株施用75 kg，经济效益最高。本研究表明，土壤环境承载计算，苹果目标产量2.5 t 园施用牛粪用量在22.5 t/hm2。生产中应用有机肥不同，一是生产土壤环境不同，另一方面在果园生产中有机肥投入量大于环境承载量，苹果园生产实际过程中2 年施一次的习惯，故每次施用量较大。