奶牛糞對蘋果園土壤及樹體的影響

李百云，許澤華，郭鑫年，周 濤

（寧夏農林科學院a.園藝研究所；b.農業資源與環境研究所，銀川 750002）

奶牛養殖業是中國畜牧業的重要組成部分。寧夏是國內牛奶主產區之一，其奶業發展可追溯到20世紀80 年代，寧夏將奶業作為重點產業打造，持續推進布局區域化、生產標準化、經營規模化、發展產業化，奶業發展勢頭強勁。2020 年底，寧夏全區奶牛存欄量將達到67.3 萬頭，奶業全產業鏈產值將達到610 億元。奶牛養殖規模化率（存欄100 頭以上）超過50%，由此帶來的污染物集中排放對奶牛場糞便管理和利用提出了巨大的挑戰。糞便排放量占畜禽糞便總量的44%［1，2］，已成為制約奶牛產業健康發展的重要因素。

奶牛糞資源化是解決其環境污染、提升其循環利用價值的重要途徑［3］。奶牛糞富含有機質、氮（N）、磷（P）、鉀（K）等大量營養元素以及豐富的微量元素和木質素［4-6］。對其資源化利用方式主要有，①采用好氧堆肥制作有機肥；②采用厭氧消化生產沼氣；③作為牛床墊料再利用。吳忠園區奶牛產業發展迅速，牛糞量激增，本研究把牛糞異位發酵后還蘋果園，一方面可以提高果園土壤肥力和果實品質，另一方面可以消納牛糞、降低環境污染。研究不同奶牛糞施用量對蘋果生長和果園土壤的影響，為果園生產提供一定的指導，促進吳忠農業園區種養一體化健康發展。

1 材料和方法

1.1 研究地點和材料

試驗田為灰鈣土類中壤土，蘋果株行距3 m×2 m，每公頃栽樹1 665 株。樹齡為12 年，樹形為主干圓柱形，采用滴管灌溉。試驗選用好氧發酵的奶牛糞，符合NY525—2012《有機肥料》質量標準。其基本理化性質，有機質含量為47.8%，全氮含量為8.3 g/kg，全磷含量為5.1 g/kg，全鉀含量為20.8 g/kg，pH 為7.0，全鹽含量為16.7 g/kg。試驗設計4 個處理，每個處理3 行，每行6 株，對照組（CK）不施有機肥，果園采用滴灌模式以水溶性肥料隨水施入。試驗組分別施入牛糞有機肥，T1 為低量（45 t/hm2），T2為中量（90 t/hm2），T3 為高量（135 t/hm2），田間管理水平一致（表1）。

表1 施肥方案

1.2 儀器設備與試劑

ME204 分析天平；PD-151 數顯游標卡尺（量程0～150 mm，精度0.01 mm，寶工實業股份有限公司）；手持糖量計（常州銳品精密儀器有限公司）；UV2600 紫外分光光度計（上海天美科學儀器有限公司）；所用試劑均為分析純。

1.3 指標測定方法

1.3.1 土壤養分測定 牛糞有機肥及土壤中全氮以凱氏定氮法、全磷以NaOH 熔融鉬銻抗比色法、鉀以NaOH 熔融火焰光度法、堿解氮以堿解擴散法、速效磷以Olsen 法進行測定。

1.3.2 樹體及果實指標測定 樹體指標，樹高，冠幅，主干粗度，當年新枝數量及長度，葉片葉綠素含量和光合作用指標，單株坐果數指標。在8 月上旬利用TPS-2 光合儀于09：00-11：30 測定蘋果樹體中部當年生新稍中部葉片的光合特性。

1.3.3 果實營養成分含量測定 果實糖酸等品質，果實成熟后在樣本樹樹冠外圍1.3～1.5 m 高度隨機采果50 個，運回實驗室測定單果重、縱橫徑、著色指數、光潔度指數、果肉硬度、可溶性固形物含量等品質指標。單果重用1/100 電子天平稱量，果實縱、橫徑用數顯游標卡尺測量，果實去皮硬度用GY-1 型果實硬度計測量，可溶性固形物含量用數顯糖量計測定。

1.4 數據統計分析

采用Excel 2013 進行數據統計，通過IBM SPSS Statistics 23 對數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 施肥對果園土壤的影響

果園不同土層深度養分含量見表2，由表2 可知，土壤20～40 cm 養分含量最低，除有機質和全氮表層略高外，全磷、全鉀、速效氮、速效鉀和速效磷均在土壤60～80 cm 處最高，主要是因為果園采用水肥一體化的滴管措施，蘋果根系比較淺，吸收營養的毛細根集中在20～40 cm，因此這一部位營養含量最低。土壤全鹽量在0.76～1.32 g/kg，呈現由表層向下逐漸增加趨勢。蘋果園土壤除磷以外，其他養分均缺乏，有機質含量較低，果園表層土壤有機質僅為7.04 g/kg（低于正常標準10 g/kg）。0～80 cm 土層深度的土壤pH 在8.04～8.14，土壤偏堿性，要生產優質蘋果，應增加有機質，降低土壤堿度。吳忠園區土壤普遍貧瘠、偏堿性，同時存在大量奶牛糞無處消納。

表2 果園不同土層深度養分含量

2.2 不同牛糞施用量對蘋果樹新梢長、新梢粗及葉綠素含量的影響

不同牛糞施用量對蘋果樹新梢長、新梢粗及葉綠素含量的影響見表3。由表3 可知，與CK 相比，3個處理蘋果樹葉片的葉綠素含量和枝條新稍長度均顯著增加，枝條新稍粗度無明顯差異。土壤增施牛糞后，增加了土壤有機質含量和土壤通透性，速效養分含量降低，增施牛糞能增加新稍長和葉綠素含量，但隨著牛糞量增加效果逐漸降低。

表3 不同牛糞施用量對蘋果樹新梢長、新梢粗及葉綠素含量的影響

2.3 不同牛糞施用量對蘋果光合特性的影響

不同牛糞施用量對蘋果葉片光合特性的影響見表4。由表4 可知，與CK 相比，3 個處理均能增加蘋果樹葉片的胞間CO2濃度、氣孔導度、凈光合速率和蒸騰速率，分別增加14.6%～18.3%，15.7%～27.7%，4.7%～6.8%，5.8%～15.1%，T2 處理凈光合速率最高，T1 處理的胞間CO2濃度、氣孔導度和蒸騰速率最高，這表明土壤施用牛糞能增加光合效率，隨著牛糞施用量增加，蘋果葉片各項光合指標增加逐漸減少。

表4 不同牛糞施用量對蘋果葉片光合特性的影響

2.4 不同牛糞施用量對蘋果品質的影響

不同牛糞施用量對蘋果品質影響見表5，由表5可知，與CK 相比，3 個處理蘋果果實可溶性固形物增加1.4%～10.0%，單果重增加25.0%～42.8%，果實硬度降低0.03%～13.1%，可滴定酸含量降低0～11.3%。這表明土壤施用牛糞對蘋果果型指數影響不明顯，但能明顯增加果重、降低果實硬度和酸含量。在3 個處理中，T2 處理的綜合指標較好。

表5 不同牛糞施用牛糞量對蘋果品質影響

2.5 主成分分析

為明確最佳奶牛糞肥施用量，對所有測定指標進行主成分分析，結果見表6，由表6 可知，第一個主成分的累積貢獻率達76.3%，前2 個主成分累積貢獻率達94.8 %；這表明綜合考慮各項指標，T1 處理的施肥最好，T2 處理次之。

表6 不同牛糞處理的綜合評價

2.6 環境承載分析

蘋果的養分需求利用情況見表7，蘋果目標產量為2 500 kg，氮肥當季利用率25%，100 kg 蘋果需要氮素0.3 kg，施肥供給養分為100%，糞肥占施肥比例50%，1 000 kg 奶牛糞含全氮8.3 kg，每公頃果園容納22.5 t牛奶糞；如果按照糞肥比例占施肥100%，每公頃果園容納45 t奶牛糞。

表7 養分供應和利用情況

3 小結與討論

從20 世紀90 年代開始，由于生物有機肥對土壤生態環境、作物產量及品質的積極影響而被重視并得到快速發展［8］。董龍等［9］研究發現，增加土壤中甘蔗尾梢堆肥、玉米秸稈堆肥、紫云英秸稈堆肥、發酵雞糞有機肥處理的菠蘿生長、產量和果實品質較對照均有提高。張朝坤等［10］研究表明，在施用化肥的基礎上，株施7.5 kg 有機肥可增加單果質量，增大縱徑、橫徑和果形指數，改善果實外觀性狀，提高產量，同時提高果實可溶性固形物、維生素C、可溶性糖和還原糖的含量，降低可滴定酸含量，改善果實風味，提高果實品質和經濟效益。薛曉敏等［11］研究發現，葡萄子肥和海藻肥處理均能增加紅富士樹體樹高、干徑、東西冠徑以及外圍新梢，且枝類結構更為合理，不同生物有機肥處理后改變了土壤細菌和真菌的群落多樣性及結構，土壤細菌多樣性增加，真菌多樣性降低，改善了土壤微生物環境。本研究表明，果園土壤增施牛糞能明顯增加蘋果樹葉片的葉綠素含量和枝條新稍長度，增加蘋果樹葉片的胞間CO2濃度、氣孔導度、凈光合速率和蒸騰速率。土壤施用牛糞明顯增加糖含量和單果重，降低酸含量，提高了糖酸比，明顯降低果實硬度，提高了果實品質，與前人的研究結果一致。一方面是因為奶牛糞發酵后含有的養分較全面，能夠補充蘋果整個生育期對養分的需求。同時奶牛糞中大量的有機質可以改善土壤物理結構，增加土壤保水保肥性能，為果樹提供較好的根系環境，促進其生長。另一方面可能是奶牛糞可以提高土壤有機質含量，增加土壤有效磷含量，促進作物對磷素的吸收。而且奶牛糞發酵腐熟后有大量微生物，可以調節土壤理化性質。

畜禽養殖產生的糞便具有有機肥利用的資源價值和污染源污染環境的雙重特性。黃紅衛等［12］調查了寧夏奶牛、肉牛、生豬、蛋雞、肉雞5 種畜禽42 個樣品中常規養分含量，常量、微量元素含量，重金屬和稀有元素含量，抗生素殘留量等均符合肥料要求，且有害物低于全國水平。李娟等［13］研究發現，深松耕作方式施有機肥可以增加玉米的穗粒數、百粒質量、子粒產量。弓萌萌等［14］研究表明，富士蘋果單產58 200 kg/hm2，有機肥施用量為株施用75 kg，經濟效益最高。本研究表明，土壤環境承載計算，蘋果目標產量2.5 t 園施用牛糞用量在22.5 t/hm2。生產中應用有機肥不同，一是生產土壤環境不同，另一方面在果園生產中有機肥投入量大于環境承載量，蘋果園生產實際過程中2 年施一次的習慣，故每次施用量較大。