原位發酵豬糞肥對土壤微生物及黃瓜生產的影響

周小林，歐楊虹，朱方麗，王小紅

（1.南通科技職業學院 江蘇南通 226007； 2.南通市植物有害生物監測與綜合治理重點實驗室 江蘇南通 226007； 3.江蘇省農業農村污染防治技術與裝備工程研究中心 江蘇南通 226007）

原位發酵床養殖技術是一種將畜禽飼養及糞尿處理統一在養殖舍內完成的環保型飼養方式，可從源頭解決畜禽糞便污染問題，實現畜禽糞便的原位分解[1]。與傳統養豬模式相比，原位發酵床養豬可在很大程度上改善豬的生活環境，降低豬的疾病發生率和死亡率[2-3]。對發酵床墊料的微生物群落[4-5]、細菌群落結構動態變化[6]的研究發現，發酵床墊料中的微生物多樣性顯著提高。發酵床糞肥作為優質的有機肥用于設施黃瓜生產，能起到促進生長[7]、增產提質[8-9]的作用。

土壤是影響植物病害發生的重要因素之一，可以通過施用生物有機肥等措施調節并改善土壤環境，發揮其在植物病害控制中的重要作用，但目前這方面的研究基本集中在根腫病、枯萎病等植物根部病害或土傳病害中[10-11]。黃瓜霜霉病是黃瓜生產上重要的葉部病害之一，控制不當可造成毀滅性損失，近年來對設施黃瓜霜霉病防治的研究主要集中于使用化學藥劑[12-14]，也有少量應用幾丁聚糖、哈茨木霉等生物制劑的研究報道，但生產上應用較少[10]，尚未見到通過發酵床糞肥等生物有機肥施用控制黃瓜霜霉病的相關報道。

筆者以設施黃瓜為試驗材料，基肥施用不同數量的原位發酵豬糞肥，通過測定黃瓜產量和品質、土壤微生物數量和酶活性，以及黃瓜霜霉病發生狀況等指標，探索其對土壤微生物、黃瓜產量和品質，以及黃瓜霜霉病發生等的影響，為設施黃瓜霜霉病的有效防控和高品質生產提供基礎依據，同時也可進一步挖掘原位發酵豬糞肥的應用價值，提升原位發酵床養殖的綜合效益。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試原位發酵豬糞肥 原位發酵床墊料使用純木屑，厚度60 cm，單個圈舍20 m2，放養體重15 kg 左右洋三元仔豬8 頭；仔豬進圈后7 d 內，在飼料中添加包含兩歧雙歧桿菌、枯草芽胞桿菌和糞腸球菌的復合菌劑（南通龍鳳祥生物科技有限公司生產），全程飼喂玉米、豆粕和青飼料，不使用添加劑；生產過程中以表面不飛塵、不發白為原則，保持墊料適宜的含水量，中途視豬拱混墊料和圈舍環境情況適當輔助人工翻混墊料。在仔豬飼養6～8 個月、體重150 kg 左右時出欄，將墊料建堆進一步發酵，待堆體中心溫度降至40 ℃以下可用于作物種植。

原位發酵豬糞肥為南通科技職業學院自有養豬場生產，施用前性狀檢測結果為pH 7.86，含水量48.23%，有機質含量（w，后同）60.28%，全氮含量0.98%，全磷含量0.43%，全鉀含量0.94%。

1.1.2 供試黃瓜 選用品種為黑優301，由河南豫藝種業科技發展有限公司生產。

1.1.3 供試化肥 化肥為N、P、K 含量為15-15-15的復合肥，由中化農業生態科技（湖北）有限公司生產。

1.2 試驗設計

試驗田塊位于江蘇省如皋市長江鎮南通科技職業學院薛窯校區，試驗鋼架大棚長、寬為40 m×8 m，0～20 cm 土 層 土 壤pH 7.86，有 機 質 含 量10.2 g·kg-1，堿解氮含量167.3 mg·kg-1，有效磷含量15.2 mg·kg-1，速效鉀含量187.8 mg·kg-1。

試驗設置復合肥60 kg·667 m-2（F）、復合肥60 kg·667 m-2+半量（2.5 m3·667 m-2）發酵糞肥（HO）、復合肥48 kg·667 m-2+全量（5.0 m3·667 m-2）發酵糞肥（AO）3 個處理，每個處理3 次重復，隨機區組排列，每小區面積30 m2。原位發酵豬糞肥在2023 年2 月14 日施用，與土壤翻混后保持潮濕狀態，復合肥在3 月14 日定植起壟時一次性施用。試驗田塊經過1 年2 季的種植（番茄和白菜），黃瓜種植是第2 年第3 季，每季作物生產都采用上述同樣肥料處理。

2023 年2 月14 日黃瓜育苗，采用50 孔穴盤。3 月14 日移栽，株行距為40 cm×70 cm。整個黃瓜生長階段不施藥。移栽后20 d 和50 d 分2 次采集土壤樣品，進行土壤中可培養微生物、土壤微生物量碳和酶活性等檢測；結瓜后每2 d 采收1 次，在盛瓜期（5 月8 日）選擇節位、大小相近，瓜形正常的黃瓜進行品質測定；對黃瓜霜霉病進行系統監測，在其發生高峰期對各處理進行病情調查。

1.3 方法

1.3.1 土壤性狀檢測 土壤理化性質的檢測：采用烘干法測定土壤含水量；采用堿解擴散法測定堿解氮含量；采用氟化銨-鹽酸浸提鉬銻抗比色法測定土壤速效磷含量；采用NH4OAc 浸提-火焰光度法測定速效鉀含量；采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法[15]測定有機質含量。

采用平板涂布菌落計數法測定土壤微生物含量，分別選用牛肉膏蛋白胨、改良高氏1 號和馬丁氏培養基培養細菌、放線菌和真菌[16]。

采用氯仿熏蒸浸提、TOC 法[17]測定土壤微生物量碳含量；采用蘇州科銘生物的試劑盒測定過氧化氫酶活性，以每天1 g 土催化1 μmol H2O2定義為1個酶活性單位；采用蘇州科銘生物的試劑盒測定脲酶酶活性，以每天1 g 土產生1 μg NH3-N 定義為1個酶活力單位。

1.3.2 黃瓜產量和品質測定 黃瓜可采收后，隔天采收1 次，每個小區單獨測產量。

黃瓜品質的測定：采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用水楊酸法測定硝酸鹽含量；采用2，6-二氯靛酚比色法測定維生素C 含量；采用考馬斯亮藍C-250 染色法測定可溶性蛋白含量；采用折光儀測定可溶性固形物含量[18]。

1.3.3 黃瓜霜霉病調查 黃瓜霜霉病發病狀況調查，每個小區調查10 株，每株上、中、下部位各調查3 片葉。

黃瓜霜霉病分級標準：0 級為無病；1 級為病斑面積占整片葉面積的5%及以下；3 級為病斑面積占整片葉面積的6%～10%；5 級為病斑面積占整片葉面積的11%～25%；7 級為病斑面積占整片葉面積的26%～50%；9 級為病斑面積占整片葉面積的50%以上[10]。

病情指數=∑（病級株數×病級數）/（調查總株數×最高病級值）×100；

防治效果/%=（對照病情指數-處理病情指數）/對照病情指數×100。

1.4 數據分析

采用WPS Microsoft Excel 進行數據處理，SASS 24.0 進行統計分析，采用單因素方差分析法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤中可培養微生物數量的影響

由表1 可知，在4 月3 日的測定結果中顯示，施用原位發酵豬糞肥處理可提高可培養微生物數量，全量、半量糞肥及不施糞肥處理，細菌數量分別為2.6、1.9 和1.2（×106CFU·g-1），真菌數量分別為9.6、7.7 和4.1（×103CFU·g-1），放線菌數量分別為8.7、6.5 和4.1（×105CFU·g-1）。但在30 d 后的5 月3 日檢測結果中，3 個處理間各指標數值間均沒有顯著差異，說明隨著原位發酵豬糞肥施用時間的延長，其對試驗培養微生物的促生作用減弱。

表1 不同處理土壤中可培養微生物數量Table 1 Quantity of cultivated microorganisms in the soil under different treatment

2.2 不同施肥處理對土壤微生物量碳含量的影響

由圖1 可以看出，在兩次檢測中，添加原位發酵豬糞肥可有效提高土壤微生物量碳（MBC）含量，3 個處理間均達到顯著差異水平。在4 月3日，F、HO、AO 處理的MBC 含量分別為122.78、252.62、292.87 mg·kg-1，AO 處理MBC 含量分別是HO 和F 的1.16 倍、2.39 倍；在5 月3 日，F、HO、AO處理的MBC 值分別為86.56、139.66、266.76 mg·kg-1，AO 處理MBC 含量分別是HO 和F 的1.91 倍、3.08倍，但相比于第1 次檢測，各處理MBC 含量均有下降。

圖1 不同處理土壤微生物量碳含量的變化Fig.1 Content of soil microbial carbon under different treatment

2.3 不同施肥處理土壤酶活性的變化

2.3.1 土壤過氧化氫酶活性 過氧化氫酶主要來源于土壤微生物，在腐殖質的形成過程中具有重要作用，其活性可反映土壤呼吸強度和微生物活動狀況。由圖2 可以看出，在4 月3 日，施用原位發酵豬糞肥土壤中過氧化氫酶活性顯著高于未施用原位發酵豬糞肥的處理，其中全量施用糞肥的AO 處理的土壤過氧化氫酶活性最高，為57.13 μmol·g-1·d-1，F、HO 處理的含量為46.84、56.03 μmol·g-1·d-1。但在5月3 日，F、HO、AO 處理的土壤過氧化氫酶活性分別為46.53、55.17、55.53 μmol·g-1·d-1，F 處理顯著低于HO 和AO 處理。

圖2 不同處理土壤中過氧化氫酶活性Fig.2 Content of catalase activity in soil under different treatment

2.3.2 土壤脲酶活性 土壤脲酶活性可反映土壤的肥沃程度，在土壤氮素轉化中脲酶是關鍵酶。由圖3 可以看出，在4 月3 日，F、HO、AO 處理土壤中脲酶活性分別為598.1、590.0、563.7 μg·g-1·d-1；在5 月3 日，F、HO、AO 處理土壤中脲酶活性變為297.6、316.2、314.5 μg·g-1·d-1。同一個采樣時間點采集的土壤中脲酶活性均沒有顯著差異，但未施用糞肥F 處理2 個時間點脲酶活性變化最大，下 降 了300.5 μg·g-1·d-1，AO 處理2 個時間點酶活性變化最小，為249.2 μg·g-1·d-1。

圖3 不同處理土壤中脲酶活性Fig.3 Content of urease activity in soil under different treatment

2.4 不同施肥處理對黃瓜產量的影響

施用原位發酵豬糞肥可明顯提高黃瓜產量。因本次試驗未進行殺菌劑控病和肥料追施，黃瓜有效采收期只有30 d。由表2 可知，不施糞肥及半量、全量糞肥處理的小區（30 m2）產量分別為167.67、243.08、297.40 kg，與不施糞肥處理相比，半量、全量糞肥處理黃瓜產量分別提高了44.98%、77.37%。由于整個生長過程中沒有施用農藥，F 處理受霜霉病的影響，大部分葉片失綠，產量形成主要集中在前20 d；AO 處理由于受霜霉病影響較小，因此在整個采收期都有比較持續且穩定的產量，尤其在最后的10 d，AO 處理產量顯著高于F 處理和HO 處理。

表2 不同處理黃瓜產量的變化Table 2 Changes in cucumber yield under different treat‐ment

2.5 不同施肥處理對黃瓜品質的影響

由表3 可以看出，與不施糞肥相比，施用原位發酵豬糞肥顯著提高了黃瓜的品質，主要表現在顯著提高了維生素C 和可溶性糖含量，顯著降低了硝酸鹽含量。試驗3 個處理之間可溶性糖含量達到顯著差異水平，HO 和AO 分別為1.73%和1.87%，均顯著高于F 處理的1.51%；與不施糞肥相比，施用糞肥后可提高黃瓜中維生素C 含量，硝酸鹽含量下降，AO 處理維生素C 含量為18.95 mg·100 g-1，顯著高于F 處理34.11%，硝酸鹽含量為73.02 mg·kg-1，顯著低于F 處理13.42%；3 個處理間可溶性蛋白和可溶性固形物含量則沒有顯著差異。

表3 不同處理黃瓜的品質Table 3 Quality of cucumber under different treatment

2.6 不同施肥處理對黃瓜霜霉病控制效果的影響

施用原位發酵豬糞肥對黃瓜霜霉病發生的影響見表4，不同處理間黃瓜霜霉病病情指數均達到顯著差異水平。在4 月29 日，施用全量原位發酵豬糞肥、半量和不施糞肥處理黃瓜病情指數則分別為6.30、16.25 和29.59，防治效果分別達到78.71%和45.08%。隨著霜霉病病情進一步發展，至5 月15 日，純化肥F 處理的黃瓜霜霉病已極為嚴重，全株葉片均已基本失綠，全量和半量施糞肥的防治效果分別達到88.72% 和80.21%。結果顯示，施用原位發酵豬糞肥可有效控制黃瓜霜霉病的發生，試驗的2 個糞肥施用量處理中，糞肥全量施用的控制效果顯著高于半量處理。

表4 不同處理黃瓜霜霉病發生狀況Table 4 Occurrence of downy mildew of cucumber under different treatment

3 討論與結論

前人研究表明，施用生物有機肥可以促進根際有益微生物繁殖，減少病害發生，對黃瓜霜霉病有明顯防治效果[19-20]，與本研究施用原位發酵豬糞肥對黃瓜霜霉病有顯著控制效果的結果一致，相比目前主要應用的化學防治方法，施用生物有機肥具有安全、綠色的優勢。

與不施糞肥相比，施用原位發酵豬糞肥后可增加土壤中可培養微生物數量及提高微生物量碳含量和過氧化氫酶活性，與李建欣等[21]的菌渣有機肥在黃瓜上施用的效果一致，整個生育期過氧化氫酶活性呈下降趨勢，與高轉琴等[22]冀南平原鹽漬化改造區土壤過氧化氫酶活性變化研究及鄭斯尹等[23]不同氮肥用量對玉米田土壤酶活性及微生物量碳、氮的影響結果一致。土壤中微生物量碳含量反映了土壤微生物對碳的轉化固定與利用情況，有機肥對微生物量碳的促進作用很明顯[24]，是反映土壤微生物活動的主要指標。土壤微生物和土壤酶是轉化土壤肥力不可缺少的活性物質，在維持土壤生態系統的穩定性、土壤養分分解、抗逆性等方面占據主導地位，控制著土壤生態系統功能的關鍵過程[25-26]，并與氮素營養的穩定供給等有關。施用原位發酵豬糞肥能提升土壤中過氧化氫酶活性，促進土壤微生物活動，提高土壤呼吸強度。

增施有機肥在顯著提高黃瓜產量的同時提高果品品質[21，27]，本研究結果表明，施用原位發酵豬糞肥對黃瓜霜霉病控制效果好，黃瓜產量高且穩定，HO 和AO 較霜霉病嚴重的常規復合肥種植產量提高44.98% 和77.37%。在果實品質方面，與不施糞肥相比，全量施用原位發酵豬糞肥可以顯著提高黃瓜維生素C 和可溶性糖含量，降低黃瓜中硝酸鹽含量，與陸靜[9]的研究結果一致。

原位發酵豬糞肥含有豐富的腐殖質、微生物和營養物質，對土壤性狀有很大的改善作用[28]。此類糞肥的生產涉及多門類知識，核心環節是墊料發酵床的維護，生豬飼養各生產管理環節對最終糞肥的性狀都會產生影響。宦海琳等[29]的研究表明，墊料組成是影響發酵床墊料微生物構成的重要因素，發酵床菌群在墊料中能持續穩定地將豬糞進行原位降解，但優勢菌群會隨著墊料環境的變化而增減[30]，羅佳等[31]研究發現，不同來源的有機肥對土壤中微生物區系改變方向不一樣。隨著環保壓力的日益增加和農戶環保意識的逐漸增強，發酵床養豬技術逐漸被農戶接受。

綜上所述，原位發酵豬糞肥對土壤微生物和酶活性有積極作用，可提升黃瓜產量和品質且有效控制霜霉病。試驗設置的連續三季施用全量原位發酵豬糞肥，可有效控制黃瓜霜霉病的發生，而無需使用其他治理手段，但半量施用控制能力還不夠強，需輔助使用其他治理措施。本研究結果在促進原位發酵床畜禽養殖與蔬菜生產循環模式發展中有重要意義。