徐 軍 虞德兵 馮彬彬 曹嘉鋮 周 正 鄔彩霞*
(1.揚(yáng)州大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225009; 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,南京 210095; 3.無錫三智生物科技有限公司,江蘇 無錫 214145)
自20世紀(jì)50年代以來,中國化肥施用量呈逐年遞增趨勢,化肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用,但常年過度單一施用化肥會引起土壤板結(jié)、土壤肥力下降、有機(jī)質(zhì)含量下降等不良現(xiàn)象,從而導(dǎo)致作物減產(chǎn)、作物品質(zhì)下降。與單施化肥相比,施用有機(jī)肥可改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu),提高土壤肥力,增加有機(jī)質(zhì)含量,因此可作為改良低產(chǎn)耕地的重要措施[1]。中國是畜禽養(yǎng)殖大國,畜禽糞便資源豐富[2]。畜禽糞便是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥原料,含有豐富的氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì),其改善土壤理化性質(zhì)的同時(shí)亦可促進(jìn)農(nóng)作物生長,提高作物品質(zhì)[3]。杜少平等[4]的研究表明,與單施復(fù)合肥相比,牛糞、雞糞、豬糞有機(jī)肥與化肥的配施增加了西瓜(Citrulluslanatus)營養(yǎng)生長時(shí)期對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收與積累,實(shí)現(xiàn)了西瓜的增產(chǎn)、提質(zhì)和增效,且雞糞有機(jī)肥在西瓜增產(chǎn)效果上表現(xiàn)最佳。黃榮才等[5]的研究表明,與豬糞、牛糞相比,配施干物質(zhì)基礎(chǔ)為500 g/m2的雞糞可顯著提高青貯玉米(Zeamays)粗蛋白及中性洗滌纖維的含量。因此,提高畜禽糞污的利用率是促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)、加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程的重要舉措。
南通市如皋市位于長江三角洲地區(qū),是江蘇省重要的畜產(chǎn)品生產(chǎn)及供給基地,2018年生豬年末存欄數(shù)64.53 萬頭,出欄數(shù)105.74 萬頭;羊年末存欄數(shù)21.32 萬頭,出欄數(shù)42.54 萬頭;家禽年末存欄數(shù)900 萬只,出欄數(shù) 2 476.55 萬只,禽蛋產(chǎn)量4.84萬t。畜禽養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展的同時(shí)也給當(dāng)?shù)丨h(huán)境帶來了巨大壓力,南通市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局在《關(guān)于2018年度全市畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用工作考核情況的通報(bào)》中指出應(yīng)加快解決畜禽養(yǎng)殖與土地消納不匹配的問題,促進(jìn)農(nóng)牧結(jié)合[6]。青貯玉米是農(nóng)業(yè)部“糧改飼”政策的主推作物,具有營養(yǎng)價(jià)值高、氣味好、消化率高等優(yōu)點(diǎn)。如皋及周邊地區(qū)如泰州、鹽城等有很多奶牛場及羊場,青貯玉米作為牛羊的主要粗飼料之一,在當(dāng)?shù)鼐哂休^大的市場。西瓜成熟收獲后,及時(shí)種植青貯玉米,是一年兩熟的高效種植模式[7]。一方面,可以緩解西瓜連作的不利;另一方面,可以促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的增產(chǎn)增收。異位發(fā)酵是指將畜禽糞污抽送到按標(biāo)準(zhǔn)鋪入墊料并接上菌種的發(fā)酵床上,通過翻耙機(jī)翻動(dòng)進(jìn)行發(fā)酵的一項(xiàng)集糞污減量化、無害化和資源利用為一體的綜合技術(shù),具有占地面積小、投資少、運(yùn)氣成本低和無臭味等優(yōu)點(diǎn),因此異位發(fā)酵床作為畜禽糞便的主推模式之一,已在全國各地大力推廣[8]。
雞糞含有豐富的營養(yǎng)元素,其氮、磷、鉀含量約為1.63%、1.54%、0.85%[9]。目前,關(guān)于雞糞有機(jī)肥的研究大多集中于有機(jī)肥的施用量或是與其他畜禽糞便的對比影響上[4-5,10-11],而對不同來源雞糞有機(jī)肥產(chǎn)生的不同效果鮮有報(bào)道。因此,為探究不同來源雞糞有機(jī)肥的施肥效果,從而緩解當(dāng)前雞糞利用率較低的問題,本研究擬以無機(jī)復(fù)合肥為對照,以3 種不同來源雞糞有機(jī)肥為研究對象,探究其施用后對耕地土壤理化性質(zhì)及西瓜、青貯玉米產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生的不同影響,以期為提高雞糞利用率、提高當(dāng)?shù)刈魑锏漠a(chǎn)量及品質(zhì)提供理論依據(jù),并為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶在雞糞有機(jī)肥的選擇上提供參考。
供試西瓜品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N早佳8424;青貯玉米品種為曲辰九號,由南通市長江種子有限公司提供。無機(jī)復(fù)合肥由江蘇華昌化工股份有限公司提供;自制異位發(fā)酵有機(jī)肥(質(zhì)量比:雞糞80%+木屑15%+稻殼5%+菌種,菌種由無錫三智生物科技有限公司提供),以下簡稱自制有機(jī)肥;進(jìn)口雞糞發(fā)酵有機(jī)肥由諾國際貿(mào)易(上海)有限公司提供,以下簡稱進(jìn)口有機(jī)肥;國產(chǎn)雞糞發(fā)酵有機(jī)肥由江蘇肥寶樂生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司提供,以下簡稱國產(chǎn)有機(jī)肥。以上2 種商品有機(jī)肥均為微生物+純雞糞發(fā)酵,并無任何輔料和添加劑。于2019年3—10月在江蘇省南通市如皋市進(jìn)行試驗(yàn),前茬種植西瓜(3—6月),后茬種植青貯玉米(7—10月)。
發(fā)酵床為地下槽式,翻拋機(jī)與槽寬均為8 m,發(fā)酵前預(yù)先將拌好的墊料和菌種均勻鋪在發(fā)酵車間中,將搜集的鮮雞糞澆灌至發(fā)酵床上,每2 d添加1 次墊料并翻堆,隨著發(fā)酵的進(jìn)行不斷補(bǔ)充新的雞糞。每20 m3的發(fā)酵床約處理1 t雞糞,發(fā)酵床物料一年后可集中清出,用作生物有機(jī)肥。
西瓜采用塑料大棚加地膜覆蓋方式栽培,每棚兩畦,棚高1.5 m、寬3 m、長40 m,棚外圍配套開溝,溝深40~70 cm,爬地栽培。試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理組,分別為施用無機(jī)復(fù)合肥(CK)、施用自制有機(jī)肥(T1)、施用進(jìn)口有機(jī)肥(T2)和施用國產(chǎn)有機(jī)肥(T3)。具體養(yǎng)分含量及耕層土壤理化性質(zhì)見表1。除CK施用量為1.05 t/hm2外,T1、T2、T3施肥量均為3.60 t/hm2,每個(gè)處理3 個(gè)大棚,共計(jì)12 個(gè)大棚,相同處理相鄰排序。所有肥料均于西瓜種植前施入,后期無追肥。西瓜收獲后拆除塑料大棚并在原小區(qū)內(nèi)種植青貯玉米,種植密度為75 000株/hm2。
表1 肥料及土壤理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of fertilizers and soil
1.4.1西瓜營養(yǎng)生長指標(biāo)測定
于西瓜開花期測定主蔓長、節(jié)間長、分枝數(shù)、葉片數(shù)及葉片SPAD值。其中,主蔓長和節(jié)間長采用卷尺測量;葉片數(shù)為主蔓果實(shí)生長點(diǎn)下第一片完全展開葉至根部總?cè)~片的個(gè)數(shù),并統(tǒng)計(jì)主蔓兩側(cè)分枝數(shù);SPAD值采用日本柯尼卡美能達(dá)SPAD-502Plus便攜式葉綠素計(jì)測定。
1.4.2西瓜產(chǎn)量及品質(zhì)指標(biāo)測定
產(chǎn)量測定:西瓜成熟后每個(gè)大棚各個(gè)處理中隨機(jī)選取8 個(gè)西瓜用電子計(jì)價(jià)臺秤稱量單果重,并根據(jù)棚內(nèi)產(chǎn)量及面積折算畝產(chǎn)量。
品質(zhì)測定:用手持折光儀測定西瓜中心可溶性固形物含量并邀請10 位品嘗人對各小區(qū)西瓜進(jìn)行感官品質(zhì)評價(jià)并打分,評價(jià)結(jié)果運(yùn)用模糊綜合評價(jià)法分析,評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照唐東梅等[12]和Traka等[13]的方法。
1.4.3土壤理化性質(zhì)測定
待西瓜成熟收獲后,運(yùn)用五點(diǎn)取樣法收集各處理組0~20 cm表層土壤,充分混合后放于室內(nèi)自然風(fēng)干,經(jīng)四分法選取適量測試用土后過2 mm篩分裝保存。pH采用力辰便攜式pH計(jì)測定;全氮采用凱氏定氮法測定;全磷采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定;全鉀采用NaOH熔融-原子吸收分光光度法測定;堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定;速效磷采用碳酸氫鈉鉬銻抗比色法測定;速效鉀采用火焰光度計(jì)法測定;有機(jī)質(zhì)采用外加熱法測定,每項(xiàng)指標(biāo)三次生物學(xué)重復(fù)[14]。
1.4.4青貯玉米生長、產(chǎn)量及品質(zhì)指標(biāo)測定
生長指標(biāo):青貯玉米于蠟熟期收獲,每個(gè)處理隨機(jī)選取10 株測定株高、綠葉數(shù)、計(jì)算穂株比(穂位高/株高比值)[15]。
鮮、干物質(zhì)產(chǎn)量:每個(gè)處理取中間3 行于地上部20 cm處全株刈割,分裝測量鮮重,后將全株粉碎并混勻,稱取約4 kg鮮樣放入托盤中經(jīng)烘箱105 ℃殺青30 min,75 ℃烘干至恒重后稱重。并分別折算每公頃鮮、干物質(zhì)產(chǎn)量。
品質(zhì)指標(biāo):將烘干物質(zhì)粉碎并過40 mm篩后分裝入自封袋中以備測定。采用凱氏定氮法測定粗蛋白(CP)含量、范氏洗滌纖維測定法測定中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)含量、索氏提取法測定粗脂肪(EE)含量[16];參照莊克章等[17]的方法計(jì)算相對飼喂價(jià)值(RFV)。
1.4.5效益分析
青貯玉米刈割后成本主要包括:
1)肥料成本。無機(jī)復(fù)合肥0.25 萬元/t;自制有機(jī)肥0.04萬元/t(人工+耗材+水電+運(yùn)輸);進(jìn)口有機(jī)肥0.35萬元/t;國產(chǎn)有機(jī)肥0.20 萬元/t。
2)種苗成本。西瓜種苗1.20萬元/hm2;青貯玉米種子0.05萬元/hm2。
3)農(nóng)膜、水電、燃料等各種雜費(fèi)0.53 萬元/hm2。
土地為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶自家耕地,后期管理維護(hù)皆親力親為,因此并未產(chǎn)生土地租金及人工管理費(fèi)。
收益計(jì)算:銷售時(shí)西瓜價(jià)格0.25萬元/t,青貯玉米 0.03 萬元/t,實(shí)際收益為銷售額減去總成本。
采用Excel 2019和SPSS 19.0對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及單因素方差分析,Duncan氏多重比較,P<0.05表示差異顯著。
由表2可知:與CK相比,T1顯著提高了分枝數(shù)(P<0.05),但對主蔓長、節(jié)間長及葉片數(shù)無明顯影響;T2顯著提高了西瓜主蔓長及分枝數(shù)(P<0.05),與CK相比分別增加13.73%、24.55%,并顯著降低了節(jié)間長(P<0.05);T3對西瓜主蔓長、節(jié)間長、分枝數(shù)和葉片數(shù)無顯著影響。此外,各有機(jī)肥處理組均顯著提高了葉片SPAD值(P<0.05),但有機(jī)肥處理組間無顯著差異。
表2 不同處理對西瓜營養(yǎng)生長的影響Table 2 Effects of different treatments on the vegetative growth of watermelon
由表3可知:與CK相比,各有機(jī)肥處理組均可提高西瓜的單果重及產(chǎn)量,但無顯著差異。其中T1效果最佳,較CK增產(chǎn)10.04%;與CK相比,僅T2顯著提高了西瓜中心可溶性固形物含量(P<0.05),且其含量顯著高于T1和T3(P<0.05)。表4 為西瓜感官品質(zhì)鑒定的結(jié)果。由表4可知:與 CK相比,果皮顏色、果皮厚度、瓤色、空心率、質(zhì)地、爽口度以T1表現(xiàn)最佳;口感、水分、甜度以T3表現(xiàn)最佳;果實(shí)成熟度、籽數(shù)上無顯著差異。綜合評價(jià)結(jié)果顯示:T2與CK在感官品質(zhì)上表現(xiàn)相近,而T1和T3則顯著優(yōu)于CK(P<0.05),其中T1表現(xiàn)最佳。
表3 不同處理對西瓜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響Table 3 Effects of different treatments on the yield and quality of watermelon
表4 不同處理對西瓜感官品質(zhì)的影響Table 4 Effects of different treatments on the taste quality of watermelon
由表5可知:各有機(jī)肥處理組均可降低土壤pH,其中T2與CK相比顯著降低了13.81%(P<0.05)。各有機(jī)肥處理組均可顯著提高土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量(P<0.05),而對土壤總氮、總磷、總鉀及有機(jī)質(zhì)含量上無顯著影響,其中T2表現(xiàn)最佳,與CK相比,堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別升高了104.57%、111.76%、40.10%。
表5 不同處理對西瓜收獲后土壤理化性質(zhì)的影響Table 5 Effects of different treatments on physicochemical properties of soil after harvest of watermelon
由表6可知:與CK相比,各有機(jī)肥處理組均可提高株高、綠葉數(shù)、鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量,但各處理組間無顯著差異。T1在株高、綠葉數(shù)及干草產(chǎn)量上表現(xiàn)最佳,與CK相比分別顯著提高了22.63%、63.22%、18.10%(P<0.05)。T2在鮮草產(chǎn)量上表現(xiàn)最佳,與CK相比顯著提高了70.10%(P<0.05)。各處理組間穗株比無顯著差異。
表6 不同處理對青貯玉米生長及產(chǎn)量的影響Table 6 Effects of different treatments on the growth and yield of silage maize
由表7可知:T2在CP、NDF、EE含量上表現(xiàn)最佳,與CK相比,CP含量顯著升高了25.87%,且顯著高于T3(P<0.05),NDF含量顯著降低了12.20%(P<0.05),EE含量顯著升高28.05%(P<0.05)。T1在ADF含量及RFV上表現(xiàn)最佳,與CK相比,ADF含量顯著降低了25.67%,且顯著低于T3(P<0.05),RFV顯著提高了35.56%(P<0.05)。與CK相比,各有機(jī)肥處理組EE、RFV均顯著提高(P<0.05),但各有機(jī)肥處理組間無顯著差異。
表7 不同處理對青貯玉米營養(yǎng)價(jià)值的影響Table 7 Effects of different treatments on the nutritional value of silage maize
由圖1可知除T2外,T1和T3均可提高總收益,其中:T1較CK提高了21.42%,T3較CK提高了2.62%,但均無顯著差異。
西瓜的營養(yǎng)生長指標(biāo)反映植株的生長潛力,是植物生殖生長的基礎(chǔ)。主蔓長、節(jié)間長、分枝數(shù)、葉片數(shù)、SPAD值是體現(xiàn)西瓜生長情況的直觀指標(biāo)[18]。本研究結(jié)果表明:與CK相比,T1顯著提高了分枝數(shù);T2顯著提高了西瓜主蔓長及分枝數(shù),并顯著降低了節(jié)間長;各有機(jī)肥處理組均顯著提高了西瓜葉片SPAD值,增強(qiáng)了葉片的光合作用。由此可見,雞糞有機(jī)肥有效促進(jìn)了西瓜的營養(yǎng)生長,與許娜娜[19]的研究結(jié)果一致。有機(jī)肥中不僅包含了植物生長所需的主要養(yǎng)分,而且含有大量有益微生物和腐殖質(zhì),與化肥相比更有利于植株的生長發(fā)育,提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[20],本研究發(fā)現(xiàn)與CK相比,各有機(jī)肥處理組均可提高西瓜的單果重及產(chǎn)量,其中T1效果最佳,畝產(chǎn)較CK增幅10.04%??扇苄怨绦挝锸窃u價(jià)西瓜品質(zhì)的重要指標(biāo)[21],本研究發(fā)現(xiàn)與CK相比,僅T2顯著提高了西瓜中心可溶性固形物含量,其原因可能是受到棚內(nèi)環(huán)境不可控因素如溫度、水分及管理措施的影響或是施肥量不足,且本次試驗(yàn)為短期試驗(yàn),有機(jī)肥對作物的影響有待進(jìn)一步跟進(jìn)。從營養(yǎng)生長指標(biāo)、可溶性固形物和土壤理化性質(zhì)結(jié)果來看,T2效果最佳,但西瓜感官評價(jià)結(jié)果顯示:T2與CK中西瓜的感官品質(zhì)表現(xiàn)相近;T1和T3中西瓜感官品質(zhì)均明顯優(yōu)于CK。10 位品嘗人在品嘗中發(fā)現(xiàn)T2中西瓜果肉中水分含量普遍偏低、出現(xiàn)果肉偏酸的現(xiàn)象,降低了甜度評分的精確度[12],這也是該組西瓜在甜度上感官評價(jià)與測定數(shù)據(jù)結(jié)果不一致的主要因素,具體原因有待進(jìn)一步研究。
玉米株高、綠葉數(shù)、株穗比是其營養(yǎng)生長的重要指標(biāo)[22]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示各有機(jī)肥處理組均顯著提高了青貯玉米的株高及綠葉數(shù),該結(jié)果與前茬西瓜的促進(jìn)作用一致。從產(chǎn)量來看,各有機(jī)肥處理組較CK均有所提高,其中T1在干草產(chǎn)量上表現(xiàn)最佳,T2在鮮草產(chǎn)量上表現(xiàn)最佳,與李燕青等[23]的研究結(jié)果一致。究其原因一方面可能是有機(jī)肥中富含大量及中微量元素,減輕了青貯玉米生長過程中缺素情況的發(fā)生;另一方面有機(jī)肥中含有大量的腐殖質(zhì),腐殖質(zhì)中帶有的正負(fù)電荷可吸附離子,減緩了養(yǎng)分在土壤中的流失。劉占偉[24]的研究表明適宜用量的畜禽糞便堆肥可顯著提高青貯玉米CP含量,降低NDF和ADF含量。Shahid等[25]發(fā)現(xiàn)添加雞糞有機(jī)肥可顯著提高小麥(Triticumaestivum)中CP含量。本試驗(yàn)結(jié)果顯示與CK相比,各有機(jī)肥處理組 CP、EE、RFV均有所提高,ADF、NDF有所下降,與已有研究結(jié)果一致。這可能是由于有機(jī)肥中的養(yǎng)分是緩釋性釋放,在西瓜收獲后,土壤中的剩余肥素仍能在青貯玉米生長期提供一定的養(yǎng)分,且明顯優(yōu)于無機(jī)肥。T2在CP、NDF、EE含量上表現(xiàn)最佳,T1在ADF含量及RFV上表現(xiàn)最佳。但本研究所有處理組中青貯玉米產(chǎn)量較正常生產(chǎn)實(shí)踐中的產(chǎn)量偏低,原因在于種植玉米前以及玉米生長期間,沒有再次施肥。
化肥長期施用會破壞農(nóng)業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu),降低農(nóng)田耕作層土壤肥效,為保證產(chǎn)量,往往化肥越施越多,不僅增加了成本投入,而且造成土壤板結(jié)。此外,農(nóng)田中的化肥被雨水沖到湖泊周圍或池塘中,造成水體營養(yǎng)富集,導(dǎo)致藻類滋生,繼而破壞水環(huán)境。有機(jī)肥料富含有機(jī)物質(zhì)和作物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì),不僅能提供作物生長所需養(yǎng)分,改良土壤,還可以改善作物品質(zhì),提高作物產(chǎn)量,可提高肥料利用率,降低生產(chǎn)成本[1,16]。本研究結(jié)果顯示施用不同有機(jī)肥均可明顯改善土壤的理化性質(zhì),同時(shí)提高了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。隨著消費(fèi)者對安全衛(wèi)生無污染的有機(jī)、綠色食品的需求不斷增加,施用有機(jī)肥來提高農(nóng)產(chǎn)品的市場競爭力成為必然趨勢。合理配施有機(jī)肥代替長期施用化肥是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)、提高食品質(zhì)量的重要舉措。回收雞糞生產(chǎn)有機(jī)肥既能解決環(huán)境污染問題,又可變廢為寶,實(shí)現(xiàn)資源化利用,達(dá)到增產(chǎn)創(chuàng)收目的。本研究對經(jīng)濟(jì)效益分析的結(jié)果可知,與無機(jī)肥相比,施用幾種有機(jī)肥均可提高經(jīng)濟(jì)效益。其中T1效益最高,總收益較CK提升21.42%,這也為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民收入提供了新的增長點(diǎn)。
本試驗(yàn)研究結(jié)果表明:施用不同來源雞糞有機(jī)肥均可提高西瓜產(chǎn)量,提高西瓜收獲后土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量;施用進(jìn)口有機(jī)肥可提高西瓜中心可溶性固形物含量,西瓜感官評價(jià)中施用自制有機(jī)肥效果最佳;施用不同來源雞糞有機(jī)肥均可提高青貯玉米產(chǎn)量及品質(zhì),且3 種雞糞有機(jī)肥之間無明顯差異;施用自制有機(jī)肥可提升21.42%的總收益,而其他2 種商品有機(jī)肥在收益提升上效果不明顯;因此,自制有機(jī)肥較其他2 種商品有機(jī)肥更具優(yōu)勢,可作為當(dāng)?shù)氐耐茝V用肥,“雞-西瓜-玉米”的高效生產(chǎn)模式值得在周邊農(nóng)區(qū)進(jìn)行推廣應(yīng)用。