豬場生物床墊料及由其制成的土壤改良劑應用效果研究

楊正濤+李綱+張昌愛+姚利+辛淑榮+張群

摘要：通過田間小區試驗研究豬場生物床墊料及由其制成的土壤改良劑對小白菜產量品質、土壤理化性狀及土壤微生物區系的影響。結果表明：與空白對照組相比，施加生物床墊料及由其制成的土壤改良劑兩組試驗（以下簡稱兩處理）中小白菜產量分別增加14.25%和41.31%，小白菜中可溶性糖含量分別提高10.87%和41.30%，VC含量分別提高9.17%和16.45%，重金屬Cd含量分別降低39.69%和78.86%，重金屬Pb含量分別減少44.74%和85.76%；兩處理與對照相比其土壤容重分別減少3.03%和1.94%，土壤孔隙度分別增加4.07%與1.43%，土壤pH值分別提高10.24%和15.61%，土壤全鹽量分別增加14.63%和4.89%；兩處理較對照組其土壤中細菌數量分別增加11.58%和15.11%，真菌數量分別增加14.81%和18.52%；施加生物床墊料組其土壤中放線菌數量增加2.17%，而施加土壤改良劑組放線菌數量減少22.47%。

關鍵詞：豬場生物床墊料；土壤改良劑；小白菜；生長發育；土壤理化性質；土壤微生物區系

中圖分類號：S141：S634.3文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2017）11-0069-06

Study on Application Effects of Piggery

Bio-bed Letter and Its Soil Amendment

Yang Zhengtao1， Li Gang2， Zhang Changai1，3， Yao Li1，3， Xin Shurong1，3， Zhang Qun4

（1.Institute of Agriculture Resources and Environment， Shandong Academy of Agriculture Sciences， Jinan 250100，China；

2. Licheng Agriculture Bureau of Jinan City，Jinan 250100，China；3.Key Laboratory of Wastes Matrix Utilization， Ministry of

Agriculture， Jinan 250100，China；4. Jinan Old Partner Fertilizer Co.，Ltd.， Jinan 250107，China）

AbstractIn order to study the effects of piggery bio-bed letter and its soil amendment on the yield and quality of pakchoi， soil physicochemical property， and soil microorganism，the field plot experiment was conducted. The results showed that， compared with the blank control group， the yields of the two tests applied with bio-bed letter and its soil amendment （hereinafter short for two treatments） increased by 14.25% and 41.31% respectively， the soluble sugar contents of pakchoi increased by 10.87% and 41.30% respectively， and the VC contents increased by 9.17% and 16.45% respectively， while heave metal Cd contents reduced by 39.69% and 78.86% respectively， and the heave metal Pb contents reduced by 44.74% and 85.76% respectively； the soil bulk density of two treatments reduced by 3.03% and 1.94%，while soil porosity increased by 4.07% and 1.43%， respectively， and the soil pH increased by 10.24% and 15.61%， soil total salinity increased by 14.63% and 4.89% respectively compared with the control group； the number of soil bacteria of the two treatments increased by 11.58% and 15.11%，the number of soil fungi increased by 14.81% and 18.52% respectively compared with the control group； the number of soil actinomyces of applying bio-bed letter treatment increased by 2.17%，while adding soil amendment treatment reduced by 22.47% compared with the control group.

KeywordsPiggery bio-bed letter； Soil amendment；Pakchoi； Growth and development； Soil physicochemical property； Soil microorganismendprint

我國傳統養豬技術中，糞污多采用水沖或水泡等工藝清理。該技術不僅需要大量的沖洗水，也使水糞混合，既增加成本又增加糞污總量和處理難度，使豬場及其周圍惡臭充盈。若于豬舍外堆積其糞便則會對土壤、地下水、地表水等自然資源造成嚴重污染。生物發酵床養殖是利用微生物學、生態學、發酵工程原理，以活性功能微生物菌作為能量“轉換中樞”的生態環保型養殖模式，其核心在于利用活性強大的有益微生物復合菌群長期和穩定地將動物糞尿轉化為有用的物質和能量，同時實現動物糞尿的儲存，最終通過對生物床墊料的還田利用達到無污染、零排放的目的[1]。

生物發酵床墊料一般以稻殼、菌渣、秸稈粉等優質生物質資源為主，不僅在發酵過程中能產生多種植物生長必需的營養元素，也富集了發酵微生物菌群，同時具備良好的吸附性、可生化性能[2-4]。目前生物發酵床廢料退出后通常直接作為有機肥或農家肥應用到農田中[5]，這樣不僅養殖業主難以受益，其菌群豐富、養分持久、吸附功能顯著的特點也得不到發揮，因而資源的利用效率不高。筆者所在課題組在總結多年土壤改良研究方面的基礎上[6，7]，以生物床墊料為主料，添加其它成分研制成了土壤改良劑[8]。本研究旨在通過小白菜盆栽試驗驗證生物床墊料及由其制成的土壤改良劑對小白菜生長發育、土壤結構改良、土壤中重金屬鈍化、土壤微生物群落調控的影響作用，以期為生物床墊料的有效利用提供技術支持。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗用生物床墊料取自山東省肥城市八戒食品有限公司榮欣養豬場使用一年的生物床墊料。養豬種類為母豬。生物床墊料以及以此為主料生產的土壤改良劑和市售常規改良劑的主要營養成分情況見表1。生物床墊料土壤改良劑為專利產品[8]，主要包含生物發酵床退出的廢料、麥秸、玉米芯粉、甲殼質液、草木灰、膨潤土、黃腐酸、鎂、鋅、錳、鐵、纖維素酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶、果膠酶等。

本試驗于2016年9—11月在山東省肥城市桃園鎮的蔬菜示范園內進行。供試作物為小白菜，品種為上海火白菜，常規措施管理收獲。試驗地為砂質棕壤，其基本理化性狀見表2。

1.2試驗設計

試驗設4個處理，隨機區組排列，重復3次，共12個試驗小區，小區面積20 m2（5 m×4 m）。具體見表3。

1.3指標測定及數據處理

采用環刀法測容重，比重瓶法測比重，根據兩者的值計算出土壤孔隙度[9]；小白菜中VC含量測定采用改進紫外分光光度法[10]，可溶性糖測定采用TBA法[11]；土壤pH值采用1∶5土水比，pHSJ-3F型酸度計電位法測定；土壤可溶性鹽采用1∶5土水比浸提，鉀、鈉用火焰光度法測定，鈣、鎂、鐵、錳、鋅用原子吸收分光光度法測定[12]；小白菜中重金屬Cd、Pb含量采用石墨爐原子吸收法測定[13] ，其它項目均采用常規方法測定。

1.4數據處理

采用SAS系統進行數據處理，顯著性用新復極差法分析，做圖用Microsoft Excel 2003完成。

2結果與分析

2.1不同處理對小白菜產量、VC含量及可溶性糖含量的影響

由圖1可以看出，各處理間小白菜產量由高到低順序為：W3>W2>W1>CK。CK不添加任何改良劑，小白菜產量最低，其它處理與之相比產量均有提高，其中生物墊料改良劑處理效果最好，常規改良劑處理次之。與CK相比，W1、W2和W3處理的小白菜產量分別提高14.25%、25.64%和41.31%，增產效果達均到顯著水平。可見生物床墊料及由其制成的土壤改良劑都能有效提高作物產量，這與羅佳、應正河等的研究結論一致[14，15]，其中W3處理與W1處理相比，其產量提高23.69%，效果顯著，這表明該土壤改良劑能有效提高生物發酵床廢料的利用效率。

由圖2可以看出，與產量的變化趨勢一致，各處理間小白菜可溶性糖、VC含量多少的順序為：W3>W2>W1>CK。其中可溶性糖含量，與CK相比，W1、W2和W3處理分別增加10.87%、15.22%和41.30%，均達顯著水平，其中W3處理比W1、W2分別提高27.45%、22.64%；VC含量，W1、W2和W3處理較CK分別增加9.17%、9.92%和16.45%，W3與W1、W2處理相比分別提高6.67%、5.94%。由此可見，生物發酵床墊料、土壤改良劑均能提升小白菜品質，且效果十分明顯。

2.2不同處理對小白菜重金屬含量的影響

由圖3可以看出，各處理間小白菜中重金屬Cd、Pb含量高低順序均為CK>W1>W2>W3。與CK相比，W1、W2、W3處理Cd含量分別減少39.69%、38.20%、78.86%，Pb含量分別減少44.74%、45.36%、85.76%，均達顯著水平；W3與W1相比，Pb含量減少74.22%，與W2相比減少73.93%；W3處理中Cd含量與W1相比，減少64.94%，與W2相比減少65.79%。 由此可見，在減少重金屬吸收方面，生物床墊料與常規改良劑的效果相近，二者主要通過吸附作用減少土壤重金屬離子含量，從而減少小白菜的吸收量；而土壤改良劑除對重金屬具有吸附作用外，其含有的甲殼質和膨潤土能分別通過絡合和離子交換實現對Cd和Pb的固定，降低其生物有效性和遷移性，大大減少土壤中重金屬離子的量，最終實現小白菜吸收量的減少。

2.3不同處理對土壤理化性狀的影響

土壤容重和孔隙度是評價土壤松緊程度和宜耕狀況的重要物理指標。由圖4可以看出，未施加改良劑的CK組土壤容重最大，對應的孔隙度最小，施加改良劑的其它三組土壤容重均減小，相應的孔隙度增大。各處理間土壤容重大小順序為：CK>W3>W1>W2，W1、W2和W3較CK分別減少3.03%、3.27%、1.94%，W1、W2處理效果顯著；對應的各處理間土壤孔隙度的大小順序為W2>W1>W3>CK，W1、W2和W3較CK分別增加4.07%、5.09%、1.43%。endprint

分析認為，生物發酵床墊料和常規改良劑中都含有較多的粗有機物，對土壤容重的減少作用明顯；而土壤改良劑中的粗有機物在發酵時一部分被分解，且其中含有對土壤顆粒具有絮凝作用的成分，使得顆粒之間的空隙減少，導致土壤容重比W1、W2兩組大。

土壤pH值和全鹽量是反映土壤性質的重要化學指標。由圖5看出，小白菜收獲后各處理土壤pH值CK最低，其它幾組較之都有明顯提高，大小順序為：W2>W3>W1>CK，W1、W2和W3較CK分別提高10.24%、15.93%、15.61%，達到顯著水平。可見，該土壤改良劑能很好地緩解土壤酸化問題，其效果與常規改良劑相差不大，但好于生物床墊料。

各處理間土壤全鹽量的大小順序為W1>W2>W3>CK，W1、W2和W3較CK分別提高14.63%、9.76%、4.89%。這是由于畜禽養殖過程中飼料外源添加礦質鹽，使得規模化養殖畜禽糞便中含有較高濃度的鹽分[18]，導致生物床墊料鹽分過多。以生物床墊料為主料的土壤改良劑中雖然也有大量的鹽分，但由于其中添加了黃腐酸等物質，這類物質是很好的離子交換劑，對鈉、氯等離子有代換吸附作用，所以該處理的土壤含鹽量較生物床墊料降低。

2.4不同處理對土壤微生物數量的影響

近年來，由于化肥、農藥的大量使用，土壤微生物的生存環境遭到嚴重破壞，數量大大減少，而良好的土壤微生物環境是作物生長的重要保障[19]。由圖6可以看出，W1、W2、W3三組處理土壤中細菌、真菌數量都有增加，各處理細菌、真菌數量大小排序均為W3>W1>W2>CK。與CK相比，W1、W2、W3處理細菌數量分別提高11.58%、6.70%、15.11%，真菌數量分別提高14.81%、7.41%、18.52%，均達顯著水平。由此可以看出，在增加細菌、真菌數量方面，生物床墊料和土壤改良劑的效果好于常規改良劑，且后者的效果更好。

由圖7可以看出，與對細菌和真菌的影響不同，W2、W3兩組處理對放線菌的生長繁殖起到了抑制作用，W1組則稍有增加。與CK相比，W2、W3放線菌數量分別減少3.19%、22.47%，W3處理減少達到顯著水平。W1比CK放線菌數量增加2.17%，影響不顯著。

3討論與結論

本試驗結果表明，在土壤中施加生物發酵床墊料及由其為主料制成的土壤改良劑后小白菜的產量、可溶性糖含量和VC含量均顯著提高，并且后者的效果比前者更好。豬場墊料經生物發酵后具有生物活性高、養分全面、理化性狀優良的特點，在蔬菜地土壤改良方面具有較好效果。與對照組相比，施加生物床墊料和土壤改良劑對菜地土壤pH值均有顯著提高，二者都能減少土壤容重，并且生物床墊料的效果比土壤改良劑效果明顯；施加二者后都會導致土壤全鹽量的增加，但土壤改良劑的增幅比生物床墊料要小，其中土壤pH值分別提高10.24%、15.61%，土壤容重分別減少3.03%、1.94%，土壤孔隙度分別增加4.07%、1.43%，土壤全鹽量分別增加14.63%、4.89%。分析認為，土壤改良劑中添加的甲殼質液以及黃腐酸等物質，既含有植物生長必需的鎂、鋅等微量元素和各種生物酶，也具備生物調節功能，與其他處理相比，對小白菜的生長發育具有更明顯的促進作用，在提升產量和品質方面的效果也比較突出。

土壤中過量的重金屬不僅對土壤的生態環境造成危害，還會影響作物生長且易于在作物體內積累，通過食物鏈流入到人體內而產生人體危害。生物發酵床墊料具有較好的生物活性和較強的吸附性能，而在此基礎上通過添加甲殼質液、膨潤土、黃腐酸、纖維素酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶、果膠酶等物質則進一步強化了其絮凝沉淀及吸附功能，因而在鈍化土壤重金屬方面體現出了優異效果。與空白對照組相比，施用生物床墊料、土壤改良劑都能顯著降低蔬菜中重金屬含量，試驗中小白菜中重金屬Cd的含量分別下降39.69%、78.86%，重金屬Pb的含量分別減少44.74%、85.76%。

生物床墊料在墊圈過程中歷經長期發酵過程富集了豐富的微生物。試驗證實，與空白對照組相比，施用生物床墊料、土壤改良劑都能顯著增加土壤中細菌、真菌總量，其中土壤中細菌數量分別增加11.58%、15.11%，真菌數量分別增加14.81%、18.52%；施用土壤改良劑土壤中放線菌的數量減少22.47%，而使用生物床墊料則使放線菌數量增加2.17%。分析認為，W1處理放線菌增加是因為生物床墊料本身含有一定量的放線菌，增幅不大是由于生物床墊料在利用之前經過無害化處理，其中的放線菌大部分已被殺死。W3處理減少明顯是因為該土壤改良劑中含有的甲殼質等物質對放線菌具有很好的殺菌作用，此外其中含有的絮凝劑也能減少放線菌的數量。

綜之認為，養豬場墊料及由其為主料制成的土壤改良劑，與一般產品相比，在鈍化重金屬、豐富土壤微生物方面具備獨特優勢，對于解決目前蔬菜土壤酸化及鹽漬化，以及土壤重金屬和農藥富集問題都具有積極意義，因而具有較好的市場化前景。

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收稿日期：2017-05-25

基金項目：泰山產業領軍人才工程項目（LJNY201612）；泰安市科技計劃項目（2016NS0074）

作者簡介：宋以玲（1989—），女，碩士研究生，主要從事新型肥料的研發與應用研究。E-mail：songyiling0915@163.com

通訊作者：丁方軍 （1964—），男，副教授，主要從事土壤肥料學、新型肥料研發及生產技術研究。E-mail：sdndfyjs@163.comendprint