不同比例牛糞與蚓糞對塿土土壤肥力特性的影響

蘇夢園，方穎琳，曾爍星，譚杰明，薛志婧

（1.陜西師范大學地理科學與旅游學院，陜西 西安 710119；2.陜西師范大學數學與信息科學學院，陜西 西安 710119）

【研究意義】塿土主要分布于我國秦嶺北麓，是在黃土發育而成的褐土上經長期的施肥耕作，最終堆積增厚而成的一種土壤，在關中平原分布廣泛。塿土一般呈堿性，有機質含量較低，僅13 g/kg左右，因此，對塿土進行有效培肥十分必要。【前人研究進展】目前，關于塿土施肥的研究已有報道。趙聰等研究了不同施肥方式對于塿土氮素分布的影響，研究結果表明，施用低量有機肥或者與低量化肥配施的處理增加了土壤中有效氮素的含量，同時也不會引起硝態氮向下淋溶危害生態環境［1］。楊學云等通過長期施肥對塿土磷素狀況的影響研究發現，施用化肥可提高土壤全磷、速效磷含量，施用有機肥可在一定程度上提高土壤有機磷含量［2］。也有研究發現有機肥與化肥的合理配合施用，既補充了有機碳源又改善了土壤物理性狀，長期施用，可使土壤維持在較高的潛在肥力水平，提高作物增產的幅度［3］。李婕等研究發現長期有機肥施用和秸稈還田可提升塿土大團聚體的含量［4］。

【本研究切入點】提升塿土肥力的方法有秸稈還田和增施有機肥等，其中秸稈還田對土壤的養分供應相對有限。牛糞是傳統的優質有機肥料，可用于提升土壤有機質和土壤養分含量［5］；蚓糞作為一種新型的有機肥，富含有機質，有利于土壤團粒結構的形成，同時含有豐富的氮、磷、鉀等多種養分元素，還有利于土壤微生物的生長和繁殖，促進植物根系發育，提升作物產量［6-9］，已引起了國內外的廣泛關注?！緮M解決的關鍵問題】目前關于蚓糞的研究大多集中在對南方酸性土壤的改良培肥或者土壤的污染修復等方面，而關于蚓糞對堿性土壤的培肥改良研究報道較少，同時關于蚓糞對塿土土壤肥力提升的研究甚少。因此，本研究通過在塿土中分別施加不同比例的蚓糞、牛糞，通過室內物候箱培養試驗，分析和對比培養前后塿土土壤肥力特征的變化，探索和揭示塿土有效的培肥方式，以期為塿土的改良培肥研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤采自陜西省西安市鄠邑區柿園村（108°36′E，34°1′N），為雜草覆蓋撂荒的土地，為黃土發育而成的塿土，供試土壤3年內無施肥等農藝措施。采樣深度為0～10 cm，風干、分別過2、0.149 mm篩后備用。供試土壤的基本理化性質見表1。

供試牛糞：將新鮮牛糞放置于貯糞池內，壓實并用塑料薄膜覆蓋，發酵1個月，使牛糞充分腐熟［10］。將上步驟所得的部分物料，進行自然風干并研磨，過2 mm篩，備用［11］。

供試蚓糞的制備：按照1 kg牛糞加入100條赤子愛勝蚓（Eisenia fetida）的添加比例，向堆漚完成的飽和含水量為60%的牛糞中接種健康活潑、大小一致的蚯蚓。然后，將加有蚯蚓的牛糞在室溫條件下培養2個月，使所有牛糞經過蚯蚓充分消化，然后分離蚯蚓和消化后的蚓糞［6］。將所得的蚓糞自然風干、研磨，過2 mm篩，備用。

牛糞與蚓糞的基本理化性質見表1。

1.2 試驗方法

試驗采用單因素試驗設計，牛糞、蚓糞施用水平分別為5%、10%、20%、25%，共設 9個處理，分別為：LT（100%土壤）為不施肥的對照，YF1（5%蚓糞+95%土壤）、YF2（10%蚓糞+90%土壤）、YF3（20%蚓糞+80%土壤）、YF4（25%蚓糞+75%土壤）為蚓糞處理，NF1（5%牛糞+95%土壤）、NF2（10%牛糞+90%土壤）、NF3（20%牛糞+80%土壤）、NF4（25%牛糞+75%土壤）為牛糞處理，每個處理3次重復。按照設計用量，分別將蚓糞和牛糞作為基肥，與土壤按比例混勻裝入500 mL底部無孔的廣口瓶中，將扎有小孔的透明薄膜覆于廣口瓶口。試驗于2018年10月8日至12月7日（共60 d）在陜西師范大學地理科學與旅游學院實驗室內進行。試驗期間不進行追肥，但需保持瓶內土壤飽和含水量為60%～80%。試驗完成后，將廣口瓶內土壤自然風干并研磨，其中一部分土壤過2 mm篩，另一部分過0.149 mm篩，備用。

表1 供試牛糞、蚓糞和土壤的基本理化性質Table 1 Basic physicochemical properties of cattle manure, earthworm cast and soil

1.3 土壤樣品測定方法

采用電位法按水土質量比2.5∶1，測定土壤pH值，采用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質含量，采用凱式定氮法測定全氮含量，采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定全磷含量，采用NaOH熔融-火焰光度法測定全鉀含量，采用NH4F-HCl鉬銻抗比色法測定有效磷含量，采用連續流動分析儀AA3檢測法測定銨態氮含量［12］。

試驗數據使用SPSS Statistics 21分析軟件進行方差分析和多重比較（Duncan’s），通過SPSS Statistics 21和R軟件（3.0.2）對土壤肥力特性各項指標進行主成分分析和判別分析。

2 結果與分析

2.1 不同比例牛糞對塿土土壤肥力特性的影響

從表2可以看出，牛糞各處理塿土土壤有機質、全氮、全磷、銨態氮及有效磷含量均隨著牛糞施入量的增加而顯著升高，全鉀含量則隨著牛糞施入量的增加而顯著減少。與對照（LT）相比，牛糞NF1、NF2、NF3、NF4處理土壤有機質含量分別提高129%、286%、635%和659%（P＜0.001），全氮含量分別提高79%、112%、370%和393%（P＜0.01），全磷含量分別提高174%、432%、846%和1134%（P＜0.01），銨態氮含量分別提高63%、82%、120%和254%（P＜0.05），有效磷含量分別提高669%、992%、1293%和1568%（P＜0.05）。NF1～NF4處理土壤pH值均低于LT對照，隨著牛糞施入量的增加呈現出下降的趨勢，但處理間無顯著差異。

表2 塿土中各牛糞處理的土壤肥力特征Table 2 Fertility characteristics of cattle manure treatments in Lou soi

2.2 不同比例蚓糞對塿土土壤肥力特性的影響

從表3可以看出，蚓糞各處理土壤有機質、全氮、全磷、銨態氮及有效磷含量均隨著蚓糞施入量的增加而顯著升高。與對照（LT）相比，蚓糞YF1、YF2、YF3、YF4處理土壤有機質含量分別提高136%、264%、507%和646%（P＜0.01），全氮含量分別提高52%、123%、249%和335%（P＜0.01），全磷含量分別提高79%、263%、656%和905%（P＜0.01），銨態氮含量分別提高30%、41%、187%和239%（P＜0.01），有效磷含量分別提高554%、870%、1145%和1343%（P＜0.05）。YF1～YF4處理土壤pH值均低于LT對照，但處理間無顯著差異。

表3 塿土中各蚓糞處理的土壤肥力特征Table 3 Fertility characteristics of earthworm cast treatments in Lou soil

2.3 試驗土壤的理化性質多元數據分析

2.3.1 牛糞各處理土壤理化性質主成分分析如圖1所示，牛糞各處理主成分分析第一主成分（AX1）與第二主成分（AX2）的累計方差貢獻率達93.3%，可以反映牛糞不同處理土壤理化指標的大部分信息。由主成分載荷圖（圖1A）可知：第一主成分的累計方差貢獻率為72.6%，分別與全鉀、有效磷、有機質、全氮和銨態氮相關，且各變量之間關系密切；第二主成分的方差貢獻率為20.7%，主要與pH值和全磷有關。由主成分得分圖（圖1B）可知：牛糞各處理之間的差異達到極顯著水平（P＜0.001），且處理間的差異主要來源于第一主成分。處理LT、NF1和NF2較明顯地偏向pH值和全磷較高的方向，而處理NF3和NF4則偏向有效磷、有機質、全氮和銨態氮較高的方向。在主成分得分圖（圖1B）中，牛糞各處理按5%、10%、20%和25%的添加比例排序，且隨著添加比例的升高，對應處理的土壤肥力隨之升高，添加25%的牛糞有利于塿土中有效磷、有機質、全氮和銨態氮含量的提升。

圖1 牛糞各處理土壤理化性質主成分分析Fig.1 Principle component analysis of soil physicochemical properties of different cattle manure treatments

2.3.2 蚓糞各處理土壤理化性質主成分分析如圖2所示，蚓糞各處理主成分分析第一主成分和第二主成分的累計方差貢獻率達到99.4%，可以反映蚓糞不同處理土壤理化指標的大部分信息。其中第一主成分的累計方差貢獻率為94.7%，分別與有機質、全氮、全鉀、有效磷、全磷和銨態氮有關，且各變量間關系密切；第二主成分的方差貢獻率為4.7%，主要是與pH值有關。由主成分得分圖（圖2B）可知：蚓糞各處理之間的差異達到極顯著水平，各處理之間的差異主要來源于第一主成分。處理LT、YF1和YF2明顯偏向pH值較高的方向，而處理YF3和YF4則偏向有機質、全氮、有效磷、全磷和銨態氮較高的方向。蚓糞各處理按5%、10%、25%和20%的添加比例排序，且隨著添加比例的升高，對應處理土壤中的肥力隨之升高，YF3則在各處理中最高。在塿土中施用20%蚓糞有助于提高土壤中有機質、全氮、有效磷、全磷和銨態氮含量。

圖2 蚓糞各處理土壤理化性質主成分分析Fig.2 Principle component analysis of soil physico chemical properties of different earthworm cast treatments

3 討論

3.1 施用牛糞對塿土土壤肥力的影響

作為一種豐富的有機肥資源，牛糞富含有機質、氮、磷和鉀等養分元素。本研究中，向塿土施入牛糞，塿土的養分含量能得到顯著提高，其全磷含量達到施用前的4倍，有效磷含量則達到6倍及以上?？梢?，施用牛糞能有效提升塿土的土壤肥力，對塿土次生鹽漬化、板結及肥力下降等問題具有一定的改善作用。有研究表明，一次性施入不同比例的牛糞不僅能有效減輕果農的勞動強度，還能有效提升土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀含量［5］。有研究指出，添加牛糞后，土壤有機質含量均高于30.0 g/kg；土壤速效磷含量在10～15 mg/kg之間，速效鉀含量均在150 mg/kg以上，堿解氮含量在141～263 mg/kg之間［13］。本研究施入牛糞后塿土中有機質含量為37～125 g/kg，全氮含量為1.9～5.25 g/kg，均達到較豐富的水平，同時明顯降低了塿土的pH值。綜上，施入牛糞能顯著提升土壤中有效磷、有機質、全氮和銨態氮含量，其中以25%牛糞的提升效果最好。

3.2 施用蚓糞對塿土土壤肥力的影響

有研究表明，蚓糞不僅富含養分，還含有大量有益微生物和植物激素，可作為園林花卉等植物的生物有機肥料，能明顯提高和改善作物的產量和品質［6］。本研究中蚓糞的有機質、全氮、全磷和有效磷含量較高，將蚓糞作為有機肥施入塿土后，各處理有機質、全氮、全磷、堿解氮和有效磷含量都隨著蚓糞施加量的增加而顯著提升，說明蚓糞的施入可顯著提高塿土的養分含量，同時降低其pH值，改善塿土的肥力狀況和酸堿性［14-23］。此外，本研究結果表明，對于同一混合比例的蚓糞和牛糞，蚓糞處理土壤養分含量如有效磷、銨態氮均高于牛糞處理，且隨著有機物料比例的提升，蚓糞和牛糞處理土壤養分含量差異更大，因此相比于牛糞處理，施入蚓糞對塿土養分含量的提升效果更好，尤其是20%的蚓糞。另外，蚓糞對堿性土壤的酸堿性也有一定的調節作用。在當前畜禽養殖總量和畜禽養殖廢棄物不斷擴大的形勢下，利用蚯蚓處理養殖業廢棄物，經過蚯蚓的消化作用將其轉化為具有優良物理、化學和生物特性的蚓糞，并將其作為一種環境友好有機肥料用于培肥土壤，提高土壤肥力，對推進畜禽養殖廢棄物資源化利用和加強農業面源污染防治、改善生態環境、發展綠色農業具有重要意義。

4 結論

本研究結果表明，蚓糞和牛糞均能顯著提升塿土的土壤肥力，尤其是20%蚓糞和25%牛糞的提升效果較好。蚓糞在提升土壤肥力方面具有很大應用推廣價值。