連續兩年沼液與化肥配施對桃生長及土壤理化性質的影響

杜彩艷， 魯海燕， 熊艷竹， 孫曦， 孫秀梅， 普繼雄， 張乃明

（1.云南省農業科學院農業環境資源研究所，昆明 650205； 2.云南省紅河州彌勒市農業技術推廣中心，云南 紅河 652399； 3.云南省農業大學資源與環境學院，昆明 650201）

隨著我國畜禽養殖業規模化、集約化的迅猛發展，特別是生豬飼養量的快速增加，產生的畜禽糞污量大幅增加[1]，畜禽糞污不合理排放帶來的環境污染問題也日漸突出[2]。沼液是人畜糞便與秸稈等經厭氧發酵的殘留液體產物，含有氨基酸、腐殖酸、植物生長素等生物活性物質，能夠促進植物生長、改善土壤性質，對植物整個生長周期具有重要的調控作用[3-4]。沼液在提升農作物產量和品質、提高種子發芽率、抗蟲抑菌、改善土壤肥力狀況等方面均表現出積極作用，有望成為化學肥料的高效替代品[5-7]。

張有富等[8]研究了施用化肥、沼液、沼渣、沼液與沼渣配施對葡萄光合特性及品質的影響，結果表明沼肥在一定程度上增加了土壤中速效氮（N）、速效磷（P）和速效鉀（K）含量，提高葡萄葉片的光合效率，有效提升葡萄品質。高劉等[9]研究發現，在香蕉果園中施加沼液配方肥料后，各土層中土壤有機質（soil organic matter，SOM）含量較施用常規化學肥料增加2.98%～3.93%，有效P 增加5.59%～18.64%，速效K 增加25.20%～39.20%，明顯改善了土壤質量，提高了土壤肥力。沼液以管道噴灌方式用作茶園秋季基肥、春季追肥時，可明顯提升春茶產量和品質，并且土壤和茶葉中重金屬含量均在安全范圍內[10]。鄭學博等[11]研究發現，沼液與化肥配施既可有效降低化肥施用量，又可顯著增加作物產量，提高土壤有機質和活性有機質含量，增強土壤通透性及保水、保肥能力，增強持續供肥的能力。雖然沼液中還存在Hg、Cd、Pb、As、Cr 等重金屬以及種類繁多的揮發性有機成分，但其含量都非常低，在農田中累積引起含量超標的風險比較小，基本不會引起土壤和水體污染[12-13]。農業農村部發布了一系列政策性文件鼓勵畜禽糞污處理后施用于耕地[14-15]，種養結合、循環發展是畜禽糞污資源化利用的根本出路，也是解決農業面源污染、踐行綠色發展理念的重要舉措[16]。

云南省紅河州彌勒市于2020 年列入國家農業綠色發展先行區，在畜禽糞污資源化利用方面，彌勒市境內規模養殖場（戶）設施條件相對完善，生豬實行舍養，牛大部分實行舍飼，產生的糞污也基本能夠完成收集工作[17]；但是，由于長期以來種植業與養殖業經營分離，造成種養脫節，畜禽糞污還田比例較低；此外，畜禽糞污還田的多數種植戶都是憑借經驗隨意施用，缺乏科學技術指導，還田效果差異比較大[18]。因此，本研究以6 年生‘早香蜜桃’為試驗材料，通過連續2 年的田間定位試驗，探討等氮量條件下不同比例沼液替代化肥（沼液全氮分別占總氮的10%、20%、30%）對土壤性質和桃生長、產量、果實品質的影響，以期為沼液還田提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗園概況

試驗在紅河州彌勒市西二鎮額依村紅河陽光果業有限公司桃子基地（24°41′ N， 103°24′ E，海拔2 033 m）進行。供試桃園栽于2015年，供試材料為6 年生‘早香蜜桃’，果園連片面積143 hm2，株行距2 m×3 m，樹形為自然開心形。試驗時間為2019年9月―2021年9月，供試土壤為紅壤土。試驗開始時0—20 cm 土壤pH 4.53，有機質43.53 g.kg-1，堿解氮、有效磷、速效鉀分別為125.65、66.42和439.17 mg·kg-1。供試沼液采自彌勒市西二鎮額依村村委會養殖場產生并發酵后的沼液，原料主要以豬糞尿為主，發酵時間3個月以上。2020 年沼液的養分含量分別為：全氮270 mg·kg-1、全磷30 mg·kg-1、全鉀120 mg·kg-1，土壤有機質（SOM）為0.24%、pH 7.98，抗生素未檢出。2021年沼液中全氮、全磷和全磷含量分別為266、35 和140 mg·kg-1，SOM和pH分別為0.26%和8.04，抗生素未檢出。沼液中重金屬含量詳見表1。

表1 沼液中重金屬含量Table 1 Heavy metal content in biogas slurry （mg·kg-1）

1.2 試驗設計

試驗于2019年9月—2021年9月在紅彌勒市同一供試果園進行，2 年試驗處理均相同。試驗在2019 年和2020 年10 月底基施腐熟發酵牛糞5 kg·株-1的基礎上，設置6 個追肥處理，各試驗處理具體為：不施肥（CK）、農戶習慣施肥處理（CF）、單施化肥（HF100%）、90%化肥氮+10%沼液氮（HF90%+ZF10%）、80% 化肥氮+20% 沼液氮（HF80%+ZF20%）、70% 化肥氮+30% 沼液氮（HF70%+ZF30%）。選擇樹齡及樹勢基本一致、無病蟲害的桃樹為試驗樹，每處理3株，3次重復，共18個小區，隨機區組排列。

每棵桃樹全生育期折合施用氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）分別為300、100、200 g·株-1（不施肥除外），沼液處理中不足的磷、鉀用化肥補足。農戶習慣施肥處理為施用復合肥（15-15-15）1.0 kg·株-1；其他施肥處理中氮肥為尿素（N 46%），磷肥為過磷酸鈣（P2O515%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 50%）。不同處理具體氮肥和沼液施用量詳見表2。

表2 不同處理的施肥量Table 2 Designing of the field experiment

所有施肥處理均于2020 和2021 年的5（開花初期）和7月（坐果初期），距主干80～100 cm 處南北方向各挖一條長100 cm，寬、深各20 cm 的澆灌溝，將化肥、沼液+化肥分2次（每次為試驗設計用量的1/2）施入各試驗小區。其中化肥處理將肥料撒入施肥溝，上覆適量挖出的熟土拌勻，肥土充分混合后再覆剩余的土，施肥后進行澆水；沼液+化肥處理每次按1∶4 比例兌水進行澆灌，同時按試驗設計補充相應的化學肥料；CF 處理除施肥量與HF 100%處理不同外，施用時期及方法均相同。各處理除施肥措施外，其它管理措施均按當地常規進行。

1.3 樣品采集與指標分析

1.3.1土壤樣品的采集與測定 分別于試驗前和采收果實后在樹冠垂直投影內外20 cm 范圍內選取樣點，每株樹對角線4 個點取樣，每個處理由3 株樹的土壤混合而成，采用“S”形取樣法采集0—20 cm 土壤樣品，土壤樣品自然風干磨細過篩后備用。

分析測試指標包括土壤pH、SOM、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣（Ca）、交換性鎂（Mg）、有效鋅（Zn）、有效錳（Mn）、有效銅（Cu）和有效鐵（Fe）。其中土壤pH 及SOM、堿解氮、有效磷、速效鉀含量均參照《土壤農業化學分析方法》[19]測定；土壤交換性鈣、交換性鎂、有效鋅、有效錳、有效銅和有效鐵含量采用ASI（Agro services international）法[20]測定。

1.3.2桃樹生長及果實產量、品質的測定 葉片：5 月下旬果實成熟時，每個處理每株樹隨機采集樹冠外圍的中部功能葉100 片，共300 片。采用H2SO4-H2O2消化凱氏定氮法、釩鉬黃比色法、火焰光度計法測定葉片氮、磷、鉀含量，采用分光光度法測定葉片葉綠素含量[20]。

枝條：每個處理每株樹東南西北方向隨機選取1年生枝條10～20根，分別采用卷尺、游標卡尺測定枝條的長度、粗度。

果實品質：果實成熟時，統計單株結果數，同時采集果實，每個處理每株樹隨機采集樹冠外圍中部果實10 個，共30 個，用于測定果實單果品質和產量指標等。

品質指標包括果實硬度、可溶性糖、可溶性固形物、維生素C、可滴定酸含量。其中果實硬度采用“ 水果硬度法測定”（NY/T2009—2011）[21]；可溶性固形物采用NY/T2637—2014 國標法[22]測定；Vc 含量采用GB5009.86—2016 國標法[23]測定；可滴定酸和可溶性總糖含量分別采用GB/T 12456—2008[24]、NY/T 2742—2015[25]方法測定。

于果實成熟時統計單株結果數，同時采集果實，調查果實單果質量并計算產量，公式如下。

式中，縮值系數為0.9[18]。

1.4 數據處理

以2 年的土壤理化性狀、中微量元素含量和果實品質的平均結果為基礎，試驗數據采用Microsoft Excel 2013 和SPSS 19.0 軟件進行處理，并利用新復極差法（Duncan）進行差異顯著性檢驗（P?0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤 pH 和有機質（SOM）含量的影響

由表3 可知，不同施肥處理對土壤pH 影響較小。與CK 相比，施肥處理提高了土壤pH（除HF100%處理外），且沼液處理土壤的pH 隨沼液施用量的增加而增加；其中以HF70%+ZF30%處理土壤pH 的增加幅度最大，較CK 增加8.46%，但各處理間差異不顯著。與CK 相比，施肥處理提高了土壤SOM 含量，其中CF、HF100%、HF90%+ZF10%、HF80%+ZF20%和HF70%+ ZF30%處理的有機質含量較CK 分別提高1.28%、0.13%、1.59%、3.41%和4.63%，以HF70%+ZF30%處理土壤有機質含量最高，為45.20 g·kg-1，但各處理間差異不顯著。

表3 不同施肥處理下的土壤pH和有機質含量Table 3 Soil pH and organic matter content under different fertilization treatments

2.2 不同施肥處理對土壤速效養分含量的影響

氮（N）是土壤中最為活躍的大量營養元素之一，速效氮含量在一定程度上反映了土壤氮素的供應強度。由圖1 可知，不同施肥處理對土壤中堿解氮含量存在明顯影響；與CK 相比，施肥處理提高了土壤中堿解氮含量，其中以HF70%+ZF30%與HF80%+ZF20%處理的土壤堿解氮含量最高，分別為CK 的1.52 和1.46 倍，且這2 個處理間無顯著差異，但均顯著高于CK、CF 和HF100%處理（P?0.05）。

圖1 不同施肥處理下的土壤速效養分含量Fig. 1 Soil quick-available nutrient content under different fertilization treatments

與CK 相比，施肥處理顯著提高了土壤中速效磷含量（圖1），其中以HF70%+ZF30%處理土壤中速效磷含量最高，為93.72mg·kg-1；其次為HF80%+ZF20%處理，為87.13 mg·kg-1；且這2 個處理間差異不顯著，但均顯著高于對照CK、CF 和HF100%處理（P?0.05）。

不同施肥處理顯著提高了土壤中速效鉀含量（圖1）。其中以HF70%+ZF30%處理土壤中速效鉀含量最高；HF80%+ZF20%和HF90%+ZF10%處理次之；這3 個處理的土壤速效鉀含量分別為769.17、751.67和747.08 mg·kg-1，且處理間差異不顯著，但均顯著高于對照CK、CF 和HF100%處理（P?0.05）。由此可見，沼液與化肥配施可提高土壤中速效養分含量。

2.3 不同施肥處理對土壤中微量元素有效含量的影響

由表4可知，不同施肥處理均有效提高了土壤中微量元素含量。與CK相比，施肥提高了土壤中交換性鈣、交換性鎂含量，其中以HF70%+ZF30%處理最高，分別為594.79、168.75 mg·kg-1；不同用量沼液處理的土壤交換性鈣和交換性鎂含量表現為隨沼液施用量的增加而增加的趨勢，但各處理間差異不顯著。不同施肥處理明顯提高了土壤中有效鋅含量，其中以HF70%+ZF30%處理的提高幅度最大，較CK 顯著提高23.40%（P?0.05），其他施肥處理間差異不顯著。施肥明顯提高了土壤有效錳含量，其中CF、HF90%+ZF10%、HF80%+ZF20%、HF70%+ZF30% 處理顯著高于CK 和HF100%處理。不同施肥處理也提高了土壤有效銅、有效鐵含量，均以HF70%+ZF30%處理含量最高。由此可見，沼液和化肥配施可有效提高土壤中交換性鈣、交換性鎂、有效鋅、有效錳、有效銅和有效鐵含量。

表4 不同處理下土壤中微量元素的有效含量Table 4 Available content of trace elements in soils under different treatments（mg·kg-1）

2.4 不同施肥處理對桃生長的影響

2.4.1不同施肥處理對桃葉片氮、磷、鉀含量的影響 由圖2 可以看出，不同施肥處理提高了桃葉片中氮、磷、鉀含量。其中，以HF70%+ZF30%處理葉片的氮、磷、鉀含量最高，分別為37.10、1.88、24.19 g·kg-1；其次為HF80%+ZF20%處理，且這2 個處理間葉片氮、鉀含量差異不顯著，但葉片磷含量差異顯著（P?0.05）。由此說明，沼液與化肥配施能夠有效地促進桃葉片對氮、磷、鉀的吸收。

圖2 不同處理下的桃葉片N、P、K含量Fig. 2 Contents of N， P and K in peach leaves under different treatments

2.4.2不同施肥處理對桃葉片和枝條生長的影響 由表5 可知，施肥處理增加了桃枝條的長度與粗度，但各處理間差異不顯著。與CK 相比，施肥顯著提高了桃葉片的葉綠素a 含量（P?0.05）。不同施肥處理中以HF70% +ZF30%處理葉片的葉綠素a 含量最高，各施肥處理間差異不顯著，但均顯著高于CK（P?0.05）。施肥提高了桃葉片的葉綠素b 含量，但各處理間差異不顯著。由此表明，沼液與化肥合理配施對促進桃葉片生長和枝條伸長、增粗均有一定作用。

表5 不同處理下的桃葉片和枝條生長情況Tab. 5 Growth of peach leaves and branches under different treatments

2.5 不同施肥處理對桃產量和果實品質的影響

圖3顯示，施肥處理明顯提高了桃的產量，較CK 增產0.80%～12.24%；其中，以HF70%+ZF30%和HF80%+ZF20%處理的桃產量較高，分別為74 751.45和73 053.60 kg·hm-2；HF90%+ZF10%處理次之，為69 681.60 kg·hm-2，顯著低于HF70%+ZF30%和HF80%+ZF20%處理（P?0.05）。不同施肥處理對桃果實品質的影響情況如圖4 所示。不同施肥處理均顯著提高了桃果實的果皮硬度（P?0.05），且沼液處理的果實硬度顯著高于非沼液處理，其中以HF70%+ZF30%處理桃的果皮硬度最高，HF80%+ZF20%處理次之。不同沼液用量的處理中，桃的果皮硬度隨沼液用量增加呈升高趨勢。施肥處理明顯提高了桃果實的Vc含量，其中以HF70%+ZF30%處理最高，HF80%+ZF20%處理次之；3 個沼液處理間無顯著差異，但均顯著高于CK 和100%HF 處理（P?0.05）。 HF70%+ZF30%處理桃的可溶性固形物的含量最高，HF80%+ZF20%處理次之，且2個處理間無顯著差異，但均顯著高于其他處理（P?0.05）。CK 處理的可滴定酸含量最高，較CF、HF100%、HF90%+ZF10%、HF80%+ZF20%和HF70%+ZF30%處理分別高9.01%、4.50%、7.21%、9.91%和23.42%。施肥處理明顯提高了桃果實的可溶性糖含量，其中以HF70%+ZF30%處理最高，為8.34%，顯著高于其他處理（P?0.05）。由此可見，HF70%+ZF30%處理桃的果實品質最優，表明沼液與化肥的合理配施能為桃果實品質的改善提供充足的養分。

圖3 不同處理下的桃產量Fig. 3 Yield of peach under different treatments

圖4 不同處理下的桃果實品質Fig. 4 Fruit quality of peach under different treatments

3 討論

3.1 沼液對土壤理化性質的影響

pH 作為重要的土壤化學性質直接影響土壤中各養分元素的存在形態和其對植物的有效性。本研究中，除HF100%處理外其他施肥處理均提高了土壤pH，其中以HF70%+ZF30%處理土壤的pH 最高。該結果與高劉等[9]和徐玲等[26]的研究結果一致，與蔡茂等[27]的研究結果有差異。其主要原因可能是本試驗供試沼液pH 呈堿性（8.04）,其中的OH-中和了部分土壤H+，而蔡茂等所用的沼液為酸性[23]。SOM 為作物生長提供所必需的營養成分，促進土壤團粒結構的形成，影響土壤團粒結構穩定，增加土壤的保水保肥能力及緩沖性能[26,28]。本研究中，不同施肥處理均提高了SOM含量，以HF70%+ZF30%處理的SOM 含量最高。這與以往的研究結果基本一致[9,26]。施用沼液能提高SOM，其原因是沼液中含有的難以降解和未完全降解的有機物進入土壤后，在土壤微生物的作用下不斷降解，最終轉變為SOM 補充至土壤中所致。此外，本研究中沼液和化肥配施可有效提高土壤pH 和SOM 含量，但各處理間差異不顯著，其原因可能是土壤SOM 和pH 的改變需要時間累積，本研究僅剛開始施用沼液2 年，后期連續施用可能會對土壤pH和SOM含量產生顯著影響。

氮、磷、鉀是土壤中的大量元素，是土壤肥力的重要指標。劉高等[9]和鄭學博等[11]的研究發現，施用沼液能提高土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量。本研究亦表明，不同比例沼液和化肥配施均不同程度地提高了土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，其中以HF70%+ZF30%處理土壤的堿解氮、有效磷和速效鉀含量最高。其主要原因是沼液含有許多可促使土壤微團粒結構形成的物質（如腐殖酸、生長素等），能增加土壤的孔隙空間，提升土壤水氣通透性能，同時還能給沼液中的微生物種群提供良好的環境以分解、釋放和轉化土壤養分，保證土壤水肥水平，提升土壤速效養分含量[25]；而沼液和化肥合理配施，對土壤肥力的提升效果更為顯著[29]。

從本研究結果來看，沼液與化肥配施處理土壤中微量元素的有效含量都高于CK（對照）、CF（常規施肥）和HF100%處理，這與前人研究結果基本一致[30]。此外，本研究發現，沼液與化肥配施處理土壤中有效錳、有效鐵、有效鋅和有效銅含量發生顯著變化，但是對土壤交換性鈣、鎂含量影響較小，這與前人的研究結果一致[31]。沼液能夠提高土壤中微量元素有效含量，其原因可能是沼液可以活化土壤中作物生長所需的銅、鐵、鋅等微量元素所致。值得注意的是，銅、鋅等作為重金屬元素，其在土壤中的數量一旦超過國家農用地土壤污染風險篩選值，會對農產品質量安全、農作物生長或土壤生態環境存在風險。研究表明，沼液重金屬含量非常低，在農田中積累引起含量超標的風險較小，基本不會對土壤和水體造成污染[12-13]。但楊樂等[32]以施用化肥為對照，通過5 年田間小區試驗，研究了沼液灌溉對綠洲設施蔬菜地土壤質量的影響，結果證實，連續施用沼液會導致表層土壤重金屬元素顯著累積，土壤存在重金屬超標的風險。因此，為了確保耕地長期施用沼液的安全性，避免二次污染，首先要考慮從源頭上科學控制畜禽養殖飼料中重金屬的含量，從而有效降低沼氣工程發酵原料中重金屬元素含量；其次要長期定位監測土壤重金屬含量，評估重金屬污染風險，以此調整農田沼液施用量，確保沼液的安全施用。

3.2 沼液對桃生長發育的影響

氮是葉綠素的主要組成部分，葉片氮含量的增加有利于葉綠素的合成，從而有利于光合作用及碳水化合物的合成。磷在促進碳水化合物的合成、運輸及對蛋白質的合成與分解都起著重要作用[33]。鉀在植物體內的存在形態與氮、磷不同，主要以離子態存在，鉀是許多酶的活化劑，其作用為通過促進光合作用及碳水化合物的合成、運輸，蛋白質的合成等，促進果樹生長、提高果實品質，同時影響果樹對其他元素的吸收[34]，并影響氮、磷、鈣、鎂等多種元素在果樹體內的吸收與運轉，以及調節各個元素之間的比例關系[35]。本試驗條件下,沼液和化肥配施能促進桃樹對氮、磷、鉀的吸收，增加葉片氮、磷、鉀含量，以HF70%+ZF30%處理桃葉片氮、磷、鉀含量最高，該結果與王晨冰等[36]的研究結論相似。

葉片葉綠素含量反映了植物體內營養狀況，葉綠素在植物光合作用的反應中吸收光能并參與原初反應，植物葉片中葉綠素含量直接決定著光合效率[37]。本研究中，HF70%+ZF30%處理葉片的葉綠素含量始終高于其他處理，而HF100%處理葉片的葉綠素含量低于CF 和沼液化肥配施處理，說明，沼液與化肥配施可以提高植物葉片的葉綠素含量，一方面可能是因為沼液屬于優質的液體有機肥，與無機化肥配合施用具有相互促進的效果，可改善土壤結構，增加土壤水氣通透性能和養分含量[1,29]；另一方面沼液中含有的鈣、鎂、鐵、銅、鋅等礦質元素為葉綠素主要組分，在葉綠素的生物合成中起到催化或其他作用[34]。ZF70%+HF30%處理在提高葉片葉綠素含量和光合速率的同時，為枝條的健壯生長提供了充足的光合產物，與前人研究結果一致[38]。

沼液中含有多種作物所需的水溶性營養成分，養分可利用率高，速效營養能力強，進行田間施用時能提高作物產量。本試驗條件下，沼液與化肥配施可提高桃產量，這可能是由于沼液施用促進了光合速率和葉片生長，進而提高了果實產量[1,39]。不同施肥處理對桃果實品質具有改善作用，但對不同品質指標影響不同。本研究表明，不同施肥處理均能夠提高桃果實的果皮硬度及可溶性固形物、可溶性糖和Vc 含量，同時降低可滴定酸含量，且以HF70%+ZF30%處理效果最好。該結果與高煒城[18]的研究結果一致。沼液與化肥配施能明顯提升桃的品質，其原因一方面是由于沼液具有改良土壤的能力，可以提高土壤肥力[26]、促進作物根系生長和活力，進而增強了作物對土壤養分的吸收，從而影響作物體內碳水化合物的合成與分配，提高了作物品質[9]；另一方面沼液中含有豐富的氨基酸、腐殖質、有機小分子物質及生物活性物質，對改善作物品質起關鍵作用。此外，沼液屬于液體有機肥料，通過促進果樹部分生理指標的變化，使得果樹整體的光合作用效果增強，最終影響果實的糖酸代謝，有利于生產出更高品質的水果[29]。