連續多季施用豬糞有機肥對設施大棚中土壤及作物中Cu、Zn含量的影響

郭德杰 劉新紅 徐麗萍 馬艷 嚴少華 羅佳

摘要：在設施大棚內連續種植青椒、大白菜、白蘿卜，研究豬糞有機肥施用對銅、鋅在土壤、植株體內遷移和累積的影響。結果表明，等氮量施用條件下，不同施肥處理表層土壤（0～20 cm）中的銅、鋅含量存在明顯差異。與試驗前相比，連續3茬化肥（CF）處理銅含量降低了16.41%，豬糞有機肥和化肥各施用50%（HOF）處理銅含量增加了9.33%，全量有機肥（OF）處理銅含量增加了23.76%，為51.20 mg/kg;而CF處理鋅含量降低了40.58%，HOF處理增加了1135%，OF處理增加了34.12%，達到164.30 mg/kg。在深層土壤（20～40 cm）中所有處理的銅、鋅含量均無明顯增加，說明銅、鋅并未向下層土壤遷移;同時在作物果實中銅、鋅含量與CK相比無明顯差異，且未超過國家食品安全標準。因此，連續施用豬糞有機肥易造成表層土壤中銅、鋅的少量積累，豬糞有機肥施用量越多則銅、鋅積累量越大，而通過有機無機配施或者化肥與有機肥輪換施用既能減緩土壤中銅、鋅的過多積累，又能維持土壤中銅、鋅的營養平衡，有利于保持土壤健康和食品安全。

關鍵詞：豬糞有機肥;設施栽培;銅;鋅;重金屬積累

中圖分類號：S141;X713?文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）18-0283-03

收稿日期：2019-12-01

基金項目：蘇北科技專項（編號：SZ-YC2017028）。

作者簡介：郭德杰（1978—），女，山東曲阜人，碩士，助理研究員，主要從事畜禽廢棄物資源化利用研究。E-mai：guodejie99@163.com。

通信作者：羅?佳，博士，副研究員，主要從事農林剩余物肥料化和基質化利用技術研究。E-mail：luo_jia_428@163.com。

隨著生態農業的興起，越來越多的農戶和農業企業開始重視有機肥的使用[1]，以畜禽糞便為主要原料制成的動物源有機肥及以農林廢棄物為主要原料制成的植物源有機肥被大量施入到土壤中。有機肥可以改善土壤環境，提高作物品質，近年來隨著有機肥的逐漸投入施用，生態農業、綠色農業等高附加值農業產業取得了較大發展;但不同來源物料制成的有機肥，對土壤及作物產生的影響不同，特別是以畜禽糞便為主要原料制成的動物源有機肥，若施用不當，可能會在改善土壤質地同時，對土壤又產生了新的危害，其中重金屬對土壤產生的危害受到普遍關注[2-4]。

隨著我國經濟不斷發展，人民日益增長的物質文化生活需求不斷提高，集約化、規?；B殖成為必然趨勢。為保證畜禽產量及減少病害的發生，大量含有銅（Cu）、鋅（Zn）等重金屬元素的飼料添加劑在畜禽養殖場被施用，由此產生含有大量Cu、Zn等重金屬元素的畜禽糞便[5-8]，這些畜禽糞便被制成動物源的有機肥施入土壤后，對土壤、作物的影響已有較多學者作了研究[9-10]，但是關于長期施用豬糞有機肥對設施大棚土壤中Cu、Zn積累效應的研究較少。

本試驗以設施大棚中土壤及連續種植的青椒、大白菜、白蘿卜3種蔬菜為研究對象，研究長期施用豬糞有機肥后，銅、鋅在土壤、植株體內遷移和累積情況，以期為動物源有機肥在設施農業中的科學施用提供理論依據和數據支持。

1?材料與方法

1.1?有機肥來源和制備

試驗所用豬糞有機肥來自于江蘇省農業科學院六合動物科學基地（以下簡稱六合基地）堆肥場，堆肥所用豬糞來源于六合基地養豬場，養豬場豬糞清出后被運至堆肥場進行堆肥發酵，經過發酵腐熟和無害化處理后形成的豬糞有機肥即為本試驗所用豬糞有機肥。如表1所示，試驗所使用豬糞有機肥各養分指標基本符合行業標準[11]，重金屬含量和病原菌數量等也均未超標。

1.2?大棚試驗設計

本試驗在江蘇省農業科學院六合動物基地設施大棚內進行，試驗設4個處理，分別為對照，不施肥（CK）;施用化肥（CF）;施用50%化肥和50%豬糞有機肥（HOF）;施用豬糞有機肥（OF）。每個處理設3次重復，各處理小區隨機排列。各處理施肥原則為等氮施用，施用量為112.44 kg/hm2。試驗共種植3茬蔬菜，第1茬種植青椒，第2茬種植大白菜，第3茬種植白蘿卜;每茬施肥量相同，均依照試驗設計的施肥量施用，所有肥料均在蔬菜苗移栽前作基肥一次性施入。

供試土壤基本理化性狀如下：全氮含量 5.80 g/kg、全磷含量2.42 g/kg、全鉀含量 9.86 g/kg、速效磷含量0.65 g/kg、速效鉀含量 0.66 g/kg、有機質含量50.97 g/kg、pH值6.7。供試豬糞有機肥養分含量見表1，供試化肥是氮、磷、鉀含量均為15%的復合肥。

1.3?樣品采集與測定方法

試驗時間為2017年8月至2018年6月，期間每天進行日常管理和環境條件監測，蔬菜成熟時及時采摘并進行相關指標測定，試驗期間每間隔30 d采集土樣進行相關測試，土壤化學指標測定方法參照《土壤農業化學分析法》[12]，每茬種植結束后測定土壤和植株中全Cu、全Zn含量，按照景麗潔等的方法[13]對樣品進行前處理，利用電感耦合等離子發射光譜儀（ICP）進行測定。

1.4?數據分析

采用Excel 2003和SPSS 18.0軟件進行數據統計與分析。

2?結果與分析

2.1?連續3茬施用不同配比豬糞有機肥對土壤理化性狀的影響

由表2可以看出，在氮肥等量施用的基礎上，與CK相比，施用化肥（CF）處理土壤pH值有所下降，土壤酸化趨勢明顯;施用豬糞有機肥能夠緩解土壤酸化趨勢，其中OF處理效果最好。連續3茬施用豬糞有機肥能夠明顯提高土壤有機質含量，其中以OF處理效果最好，與其他處理相比有機質含量明顯提高。連續3茬施用豬糞有機肥能夠提高土壤中養分含量，其中有機肥施用量越高土壤中養分含量越高，OF處理的總養分[氮（N）、磷（P）、鉀（K）]含量比CK提高了47%，而CF處理總養分含量比CK提高了27%。

2.2?連續3茬施用不同配比豬糞有機肥對土壤全Cu含量的影響

由表3可知，在表層土壤中CK、CF處理的全Cu含量隨著種植茬數的增加逐漸降低，其中CF處理降低幅度較大;HOF、OF處理的全Cu含量隨著種植茬數的增加而逐漸增加，其中OF處理增加幅度較大，連續3茬種植后與種植前相比全Cu含量增加2376%。連續3茬施用不同肥料處理對深層土壤中全Cu含量影響有限，未在深層土壤中造成Cu累積。

2.3?連續3茬施用豬糞有機肥對土壤中全Zn含量的影響

如表4所示，在表層土壤中CK、CF處理全Zn含量與全Cu含量相似，隨著種植茬數的增加逐漸降低，其中CF處理降低幅度較大，連續3茬種植后全Zn含量降低40.58%;HOF、OF處理土壤全Zn含量隨著種植茬數的增加逐漸增加，其中OF處理增加幅度較大，連續3茬種植后全Zn含量增加3412%，而HOF處理僅增加了1135%。連續3茬施用不同肥料處理對深層土壤中全Zn含量影響有限，未在深層土壤中造成Zn累積。

2.4?連續3茬施用不同配比豬糞有機肥對不同蔬菜作物中Cu、Zn含量的影響

銅、鋅是人體必需微量元素，作物果實體內富含銅、 鋅對提高作物的品質和營養成分含量具有重要影響，然而銅、鋅含量過量會對人體健康產生負面影響。如表5所示，多茬施用并未造成作物果實體內Cu、Zn大量累計，與對照相比作物中Cu、Zn含量無明顯提高，沒有超過國家限定的標準。葉菜類作物相對于茄果類和根莖類作物Cu、Zn含量更高。

3?討論與結論

農田土壤中重金屬的生物毒性是影響農產品質量安全和土壤生態安全的重要因素。目前，隨著集約化養殖場的發展、微量元素飼料添加劑的規?；褂?，畜禽糞便有機肥的施用成為土壤重金屬污染的重要來源。本試驗結果表明，連續3茬施用不同配比豬糞有機肥對土壤理化性狀影響存在差異，施用化肥的土壤酸化趨勢明顯，施用有機肥能夠緩解土壤酸化趨勢，且效果隨著有機肥施用量的增加而增加。這與商和平等的研究結果類似，在酸性土壤條件下，施用畜禽養殖廢棄物有機肥能夠提高土壤的pH值[4]。有機肥的施用能夠有效改善土壤環境，提高土壤有機質含量和農產品品質，因此施用有機肥逐漸被農民所接受，然而畜禽養殖廢棄物制成有機肥中重金屬等在土壤中累積現象不能忽視[14-16]。

重金屬的毒性和遷移能力在很大程度上取決于它們在土壤中各種形態存在的數量比例，不同形態的重金屬在土壤系統中的循環過程存在顯著差異[16]。有機肥中含有大量的有機質，能夠吸附、絡合重金屬，施入土壤后會影響外源重金屬形態轉化的過程[17]。本試驗僅對土壤不同層次的銅、鋅含量進行了測定，并未測定有效態銅、鋅含量，這在后續研究中有待進一步分析。同時，本試驗僅種植了3茬作物，銅、鋅累積多久后在土壤、作物中會存在含量超標的風險，有待進一步的研究。

連續施用豬糞有機肥在表層土壤中易造成銅和鋅的少量積累，豬糞有機肥施用量越多則銅和鋅積累量越大，這與孫國峰等研究得到的稻麥兩熟農田耕層土壤Zn含量隨著豬糞有機肥施用量增加呈線性增強結果[3]一致;而通過有機無機配施或者化肥與有機肥輪換施用既能夠減緩土壤中銅、鋅的過多積累，又能維持土壤中銅和鋅的營養平衡，有利于保持土壤的健康和食品的安全。

參考文獻：

[1]張?輝，李文鳳，趙盈盈，等. 豬糞對土壤不同形態銅、鋅含量及蔬菜的影響[J]. 浙江農業科學，2019，60（5）：816-818.

[2]周維仁，鄒思湘，李松巖，等. 高銅高鋅日糧在豬體內的代謝規律及對土壤污染的評估[J]. 江蘇農業科學，2011，39（2）：290-294.

[3]孫國峰，盛?婧，張麗萍，等. 基于稻麥輪作農田土壤鋅累積的豬糞安全施用[J]. 植物營養與肥料學報，2017，23（1）：174-180.

[4]商和平，李?洋，張?濤，等. 畜禽糞便有機肥中Cu、Zn在不同農田土壤中的形態歸趨和有效性動態變化[J]. 環境科學，2015，36（1）：314-324.

[5]馮春霞. 合理調制飼料降低畜禽糞便中氮、磷、銅排出量[J]. 飼料技術，2006，3：14-15.

[6]任順榮，邵玉翠，王正祥. 利用畜禽廢棄物生產的商品有機肥重金屬含量分析[J]. 農業環境科學學報，2005，24（增刊1）：216-218.

[7]黃?磊，郭金花，李彥明. 不同飼養階段豬糞中微量元素含量水平調查研究[J]. 北京農業，2011（3）：39-42.

[8]Xiong X O，Li Y X，Lin W，et al. Copper content in animal manures and potential risk of soil copper pollution with animal manure use in agriculture[J]. Resources，Conservation and Recycling，2010，54（11）：985-990.

[9]張樹清，張夫道，劉秀梅，等. 高溫堆肥對畜禽糞中抗生素降解和重金屬鈍化的作用[J]. 中國農業科學，2006，39（2）：337-343.

[10]Zhou D M，Hao X Z，Wang Y J，et al. Copper and Zn uptake by radish and pakchoi as affected by application of livestock and poultry manures[J]. Chemosphere，2005，59（2）：167-175.

[11]農業部. 有機肥料：NY 525—2012[S]. 北京：中國標準出版社，2012.

[12]魯如坤. 土壤農業化學分析方法[M]. 北京：中國農業科技出版社，1999.

[13]景麗潔，馬?甲. 火焰原子吸收分光光度法測定污染土壤中5種重金屬[J]. 中國土壤與肥料，2009（1）：74-77.

[14]董同喜，張?濤，李?洋，等. 畜禽糞便有機肥中重金屬在水稻土中生物有效性動態變化[J]. 環境科學學報，2016，36（2）：621-629.

[15]張云青，張?濤，李?洋，等. 畜禽糞便有機肥中重金屬在不同農田土壤中生物有效性動態變化[J]. 農業環境科學學報，2015，34（1）：87-96.

[16]許?浩，韓麗媛，茹淑華，等. 不同有機肥中Cu、Zn在農田土壤中的有效性與形態歸趨[J]. 植物營養與肥料學報，2016，22（4）：998-1009.

[17]Zeng F R，Shafaqat A，Zhang H T，et al. The influence of pHand organic matter content in paddy soil on heavy metal availability and their uptake by rice plants[J]. Environment Pollution，2011，159（1）：84-91.