无抗养殖鸡粪与化肥配施对白菜生长及土壤理化性状的影响

来源:用户上传      作者:严添潇　杨守军　孙吉翠

　　摘要：以江苏省苏州青白菜为试验材料，深入探讨无抗养殖鸡粪与化肥配施对白菜生长及土壤理化性状的影响，以期为无抗养殖鸡粪与化肥配施的合理比例提供理论参考。试验施肥基于等氮原则，共设5个处理，分别为CK（无任何肥料施用）、JF20%+HF80%（20%鸡粪+80%化肥）、JF40%+HF60%（40%鸡粪+60%化肥）、JF60%+HF40%（60%鸡粪+40%化肥）和JF80%+HF20%（80%鸡粪+20%化肥）。研究结果表明，無抗养殖鸡粪的施用能提高土壤有机质含量，且含量提高幅度与鸡粪施用量呈正相关。无抗鸡粪与化肥配施均能提高土壤微生物含量，改善白菜品质，促进土壤中抗生素的降解。其中，JF40%+HF60%处理白菜产量最高，因此，综合分析认为，40%无抗养殖鸡粪与60%化肥配施是较为合理的施用比例。
　　  关键词：无抗鸡粪;化肥;配施;土壤性状;产量与品质
　　  中图分类号：S634.06   文献标志码： A
　　 文章编号：1002-1302（2020）19-0129-05
　　收稿日期：2020-02-23
　　基金项目：山东省农业重大应用技术创新项目;山东省重点研发计划（编号：2018GNC110021）;山东省烟台市科技计划（编号：2017ZH097）;山东省烟台开发区创新创业领军团队项目（编号：TD2016003）;山东省烟台市学科建设项目（编号：2019XDRHXMXK25）。
　　作者简介：严添潇（1997—），女，山东滕州人，主要从事农业工程及畜禽粪便资源化利用研究。E-mail：ecs2005@163.com。
　　通信作者：孙吉翠，副教授，主要从事畜禽养殖废弃物处理和资源化利用技术研究。E-mail：sjc6132006@163.com。
　　 随着集约化畜禽养殖业的发展，多种抗生素在畜禽养殖中被使用，除了作为药物用于动物疾病的治疗和预防外，还以亚治疗剂量添加于动物饲料中，起到刺激动物生长和促进增产的作用[1]。但是抗生素经过动物肠道并不能被完全吸收，大部分会以原形或代谢产物的形式由粪便和尿液排出体外[2]。粪便经过堆肥处理后作为有机肥施用于土壤，还田的同时将粪便中的抗生素转移到土壤中，对土壤生态环境和作物生长产生危害。研究表明，抗生素可能对土壤生态系统重要组成的土著微生物，如固氮菌、纤维分解菌、解磷菌、放线菌和真菌等有杀死或抑制作用，降低土壤的养分循环效率和对农药、重金属等的降解能力，还能通过作物的富集作用对人体健康产生潜在风险[3]。因此，2019年7月10日，农业农村部发布《中华人民共和国农业农村部公告第194号）》公告，标志着全面禁止促生长药物饲料添加剂已经进入倒计时阶段[4]。以保护动物和人类健康、生产安全营养无抗生素残留的畜产品为目的的无抗畜牧业养殖具有较强的时代和现实意义。
　　粪便包括无抗养殖鸡粪在内的最佳处理利用方式就是作为有机肥还田。鸡粪除含有植物生长所必需的大量氮（N）、磷（P）、钾（K）元素外，合理利用还可以改善土壤结构，增加土壤中有益微生物的种类，增加土壤肥力，提高蔬菜产量和品质[5-7]。从培肥地力角度考虑，有机肥应与化肥配施才能充分发挥改土增效的功能。因此，针对不同土壤和农作物的需肥特性，合理的配施比例仍是有机肥施用的关键。虽然无抗养殖绿色技术的应用为规避畜禽粪便抗生素残留危害提供了全新的方向，但畜禽无抗养殖粪便农田施用对土壤性状及农作物产量和品质的影响鲜有报道[8]。因此，本研究以苏州青白菜为试验材料，研究无抗养殖鸡粪与化肥配施对白菜生长及土壤性状的影响，以期为无抗养殖鸡粪的农田施用提供理论参考。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　本试验始于2019年5月，试验地点为中国农业大学烟台研究院实验田。试验土壤为棕壤，其有机质含量为0.92%，碱解氮含量为132.14 mg/kg，速效磷含量为100.21 mg/kg，速效钾含量为153.26 mg/kg，pH值为5.99。白菜品种为苏州青白菜（Brassica campestris L. ssp. chinensis Makino）。试验所用鸡粪为山东某白羽肉鸡养殖场提供的无抗养殖鸡粪，其全氮、全磷、全钾含量分别为2.36%、0.96%和0.84%，鸡粪中均未检出四环素、金霉素、土霉素、强力霉素。
　　1.2 试验设计
　　试验采用完全随机区组设计，共设5个处理，每个处理重复3次。处理1：CK（无任何肥料施用）;处理2：JF20%+HF80%（20%鸡粪与80%化肥配施）;处理3：JF40%+HF60%（40%鸡粪与60%化肥配施）;处理4：JF60%+HF40%（60%鸡粪与40%化肥配施）;处理5：JF80%+HF20%（80%鸡粪与20%化肥配施）。白菜的株行距为15 cm×15 cm，目标产量为200 kg/667 m2，氮肥、磷肥、钾肥的利用率分别是33%、24%和42%。肥料总施入量：N为11.60 kg/m2，P2O5为15.00 kg/m2，K2O为8.60 kg/667 m2。鸡粪施用量以鸡粪氮养分供给与白菜氮养分需求为基准平衡计算，鸡粪与化肥一次性施入。施肥情况详见表1。
　　1.3 样品采集与测定
　　分别于白菜生长的10、20、30 d采集土壤和白菜样品。土壤采集深度为0～20 cm，自然风干、磨细过筛后贮于棕色瓶，用于土壤理化性状分析。采集的白菜用水洗净、吸水纸擦拭完毕后，用于叶绿素含量的测定，并于白菜收获期进行产量和品质测定。分别采用重铬酸钾外加热法、碱解扩散法、钼锑抗比色法、火焰光度法进行土壤有机质和速效养分含量测定[9];土壤微生物总量测定采用平板扩散法[9];叶绿素含量测定采用蒽酮浸提法[10];籽粒粗蛋白、粗淀粉、粗脂肪含量的测定分别采用凯氏定氮法、3，5-二硝基水杨酸法、索氏提取法[10];籽粒抗生素含量的测定采用固相萃取-高效液相色谱法[11]。 　　1.4 数据统计分析
　　采用Excel 2016和SPSS 20.0软件进行数据统计分析，采用最小显著差异法进行处理间差异性分析。
　　2 结果与分析
　　2.1 无抗养殖鸡粪与化肥配施对土壤有机质含量的影响
　　由表2可知，白菜生长10 d时，JF20%+HF80%、JF40%+HF60%、JF60%+HF40%和JF80%+HF20%处理土壤有机质含量分别是CK的1.16、1.25、1.34和1.55倍，有机质含量与鸡粪施用量呈正相关关系。在白菜生长20 d时，JF20%+HF80%、JF40%+HF60%、JF60%+HF40%和JF80%+HF20%处理土壤有机质含量比10 d时分别降低0.53%、1.24%、0.62%和0.60%。在白菜生长30 d时，各处理土壤有机质含量持续下降，但显著高于对照。
　　2.2 无抗养殖鸡粪与化肥配施对土壤速效养分含量的影响
　　由图1得知，在白菜生长10 d时，土壤碱解氮含量以 JF20%+HF80%处理为最高， 分别比对照、JF40%+HF60%、JF60%+HF40%、JF80%+HF20%处理增加了24.8%、5.6%、9.5%和19.9%，与这些处理间差异显著。在白菜生长20 d时，各鸡粪处理碱解氮含量变化趋势与白菜生长10 d 时相似，处理间差异缩小。在白菜生长30 d时，土壤碱解氮含量以JF40%+HF60%处理為最高，但与JF20%+HF80%处理无差异。无抗鸡粪施用对土壤中速效磷、速效钾含量的影响与对碱解氮含量的影响相似。
　　2.3 无抗养殖鸡粪与化肥配施对土壤微生物总量的影响
　　在白菜生长的30 d内，对照土壤微生物总量逐渐下降。与对照相比，鸡粪处理土壤微生物总量显著增加，最大值出现在白菜生长20 d时。由表3中数据可以看出，鸡粪处理土壤微生物总量随鸡粪施用量的增加而增加，白菜生长同时期处理间差异显著。
　　2.4 无抗养殖鸡粪与化肥配施对白菜叶绿素含量的影响
　　如表4所示，在白菜整个生育期内，JF20%+HF80%处理叶片叶绿素含量最高，鸡粪处理叶片叶绿素含量与鸡粪施用量呈反相关关系。在白菜生长10 d时，JF20%+HF80%处理的白菜叶片叶绿素含量分别为对照、JF40%+HF60%、JF60%+HF40%和JF80%+HF20%处理的1.30、1.06、1.08和1.12倍。随着白菜生长期的延续，对照处理的叶绿素含量与鸡粪处理间差异逐渐减小，至白菜生长30 d时，JF20%+HF80%与JF40%+HF60%处理下叶片叶绿素含量无显著差异。
　　2.5 无抗养殖鸡粪与化肥配施对白菜产量和品质的影响
　　由表5可知，鸡粪处理的白菜产量以JF40%+HF60%处理为最高，分别是对照、JF20%+HF80%、JF60%+HF40%、JF80%+HF20%处理的1.70、1.17、1.21和1.20倍。白菜维生素C含量与鸡粪施用量呈正相关关系，但JF20%+HF80%与JF40%+HF60%处理间以及JF60%+HF40%与JF80%+HF20%处理间无显著性差异。与对照相比，白菜还原糖含量以JF80%+HF20%处理最高，分别比对照、JF20%+HF80%、JF40%+HF60%、JF60%+HF40%处理增加了42.4%、14.9%、9.2%和7.6%。
　　2.6 无抗养殖鸡粪与化肥配施对白菜抗生素含量的影响
　　由表6得知，对照处理的白菜中检测出金霉素和强力霉素，未检出四环素和土霉素，而所有鸡粪处理的白菜中4种抗生素均未检出。
　　3 结论与讨论
　　土壤有机质具有改良土壤理化性质和提高土壤保肥、供肥的能力，使土壤肥力得到改善[12]。研究表明，与对照相比，鸡粪处理的土壤有机质含量明显提高，且提高程度与鸡粪施用量呈正相关关系。这与陈乃祥等的研究结果一致[13-14]。在白菜生长期间，鸡粪处理土壤的碱解氮、速效磷、速效钾含量显著高于对照处理。这是因为鸡粪中含有一定量的有机态养分，在自然条件、土壤微生物、酶等方面的作用下经过矿化作用转换为速效养分，同时矿化作用产生的有机酸，又可以溶解土壤中的一些难溶性养分，使土壤中的速效养分含量升高[15-16]。在白菜生长30 d时，JF40%+HF60%处理土壤的速效养分含量最高，说明40%的鸡粪与60%的化肥配施能满足白菜在不同生育期内对养分的需求。
　　叶绿素在光合作用的光吸收中起核心作用，对作物产量影响显著。在同一生长时期，JF20%+HF80%处理的白菜叶片叶绿素含量最高。随着白菜生育期延长，鸡粪处理叶片叶绿素含量差异逐渐缩小，至白菜生长30 d时，JF20%+HF80%与JF40%+HF60%处理叶片叶绿素含量无显著性差异。说明叶绿素合成能力的高低取决于土壤氮素养分的供应水平，其含量的高低与土壤碱解氮含量变化趋势相似[17]。
　　研究结果表明，无抗养殖鸡粪的施用提高了白菜品质，主要是因为鸡粪有机肥促进了白菜的光合、蒸腾等生理活动，使叶片硝态氮的转化加速，叶片中钾含量的提高，降低了叶片的氮钾比例，同时鸡粪中除了氮、磷、钾元素外，还含有一定量的钾、钠、钙、镁等营养元素，利于籽粒品质的改善[18-19]。产量是衡量农业生产最重要的因素之一[20]。白菜产量以鸡粪替代40%化肥处理最高，说明鸡粪与化肥合理的配施比例，不仅提高了土壤中的养分含量，而且促进了根系生长及对养分的吸收和运输能力，使光合作用和光合产物得到提高，进而增加了白菜产量[21]。对照白菜中检测出金霉素和强力霉素，而其他无抗鸡粪处理白菜中4种抗生素均未检出。这说明试验土壤中含有一定量的金霉素和强力霉素。而鸡粪处理白菜中无抗生素可能是因为施用无抗养殖鸡粪，使土壤中的腐殖酸含量增高，抗生素因为受到氢键、疏水性作用力、表面络合等作用的影响被腐殖酸大量吸附，同时鸡粪的施入提高了土壤中微生物的数量，促进了土壤中原有抗生素的降解[22-25]。 　　本研究结果表明，40%无抗鸡粪与60%化肥配施可显著增加土壤有机质含量和微生物总量，提高土壤肥力，改善白菜品质和提高白菜产量，且无抗生素残留，是无抗鸡粪与化肥配施较为合理的比例。
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