猪场生物床垫料及由其制成的土壤改良剂应用效果研究

杨正涛+李纲+张昌爱+姚利+辛淑荣+张群

摘要：通過田间小区试验研究猪场生物床垫料及由其制成的土壤改良剂对小白菜产量品质、土壤理化性状及土壤微生物区系的影响。结果表明：与空白对照组相比，施加生物床垫料及由其制成的土壤改良剂两组试验（以下简称两处理）中小白菜产量分别增加14.25%和41.31%，小白菜中可溶性糖含量分别提高10.87%和41.30%，VC含量分别提高9.17%和16.45%，重金属Cd含量分别降低39.69%和78.86%，重金属Pb含量分别减少44.74%和85.76%；两处理与对照相比其土壤容重分别减少3.03%和1.94%，土壤孔隙度分别增加4.07%与1.43%，土壤pH值分别提高10.24%和15.61%，土壤全盐量分别增加14.63%和4.89%；两处理较对照组其土壤中细菌数量分别增加11.58%和15.11%，真菌数量分别增加14.81%和18.52%；施加生物床垫料组其土壤中放线菌数量增加2.17%，而施加土壤改良剂组放线菌数量减少22.47%。

关键词：猪场生物床垫料；土壤改良剂；小白菜；生长发育；土壤理化性质；土壤微生物区系

中图分类号：S141：S634.3文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）11-0069-06

Study on Application Effects of Piggery

Bio-bed Letter and Its Soil Amendment

Yang Zhengtao1， Li Gang2， Zhang Changai1，3， Yao Li1，3， Xin Shurong1，3， Zhang Qun4

（1.Institute of Agriculture Resources and Environment， Shandong Academy of Agriculture Sciences， Jinan 250100，China；

2. Licheng Agriculture Bureau of Jinan City，Jinan 250100，China；3.Key Laboratory of Wastes Matrix Utilization， Ministry of

Agriculture， Jinan 250100，China；4. Jinan Old Partner Fertilizer Co.，Ltd.， Jinan 250107，China）

AbstractIn order to study the effects of piggery bio-bed letter and its soil amendment on the yield and quality of pakchoi， soil physicochemical property， and soil microorganism，the field plot experiment was conducted. The results showed that， compared with the blank control group， the yields of the two tests applied with bio-bed letter and its soil amendment （hereinafter short for two treatments） increased by 14.25% and 41.31% respectively， the soluble sugar contents of pakchoi increased by 10.87% and 41.30% respectively， and the VC contents increased by 9.17% and 16.45% respectively， while heave metal Cd contents reduced by 39.69% and 78.86% respectively， and the heave metal Pb contents reduced by 44.74% and 85.76% respectively； the soil bulk density of two treatments reduced by 3.03% and 1.94%，while soil porosity increased by 4.07% and 1.43%， respectively， and the soil pH increased by 10.24% and 15.61%， soil total salinity increased by 14.63% and 4.89% respectively compared with the control group； the number of soil bacteria of the two treatments increased by 11.58% and 15.11%，the number of soil fungi increased by 14.81% and 18.52% respectively compared with the control group； the number of soil actinomyces of applying bio-bed letter treatment increased by 2.17%，while adding soil amendment treatment reduced by 22.47% compared with the control group.

KeywordsPiggery bio-bed letter； Soil amendment；Pakchoi； Growth and development； Soil physicochemical property； Soil microorganismendprint

我国传统养猪技术中，粪污多采用水冲或水泡等工艺清理。该技术不仅需要大量的冲洗水，也使水粪混合，既增加成本又增加粪污总量和处理难度，使猪场及其周围恶臭充盈。若于猪舍外堆积其粪便则会对土壤、地下水、地表水等自然资源造成严重污染。生物发酵床养殖是利用微生物学、生态学、发酵工程原理，以活性功能微生物菌作为能量“转换中枢”的生态环保型养殖模式，其核心在于利用活性强大的有益微生物复合菌群长期和稳定地将动物粪尿转化为有用的物质和能量，同时实现动物粪尿的储存，最终通过对生物床垫料的还田利用达到无污染、零排放的目的[1]。

生物发酵床垫料一般以稻壳、菌渣、秸秆粉等优质生物质资源为主，不仅在发酵过程中能产生多种植物生长必需的营养元素，也富集了发酵微生物菌群，同时具备良好的吸附性、可生化性能[2-4]。目前生物发酵床废料退出后通常直接作为有机肥或农家肥应用到农田中[5]，这样不仅养殖业主难以受益，其菌群丰富、养分持久、吸附功能显著的特点也得不到发挥，因而资源的利用效率不高。笔者所在课题组在总结多年土壤改良研究方面的基础上[6，7]，以生物床垫料为主料，添加其它成分研制成了土壤改良剂[8]。本研究旨在通过小白菜盆栽试验验证生物床垫料及由其制成的土壤改良剂对小白菜生长发育、土壤结构改良、土壤中重金属钝化、土壤微生物群落调控的影响作用，以期为生物床垫料的有效利用提供技术支持。

1材料与方法

1.1试验材料

试验用生物床垫料取自山东省肥城市八戒食品有限公司荣欣养猪场使用一年的生物床垫料。养猪种类为母猪。生物床垫料以及以此为主料生产的土壤改良剂和市售常规改良剂的主要营养成分情况见表1。生物床垫料土壤改良剂为专利产品[8]，主要包含生物发酵床退出的废料、麦秸、玉米芯粉、甲壳质液、草木灰、膨润土、黄腐酸、镁、锌、锰、铁、纤维素酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶、果胶酶等。

本试验于2016年9—11月在山东省肥城市桃园镇的蔬菜示范园内进行。供试作物为小白菜，品种为上海火白菜，常规措施管理收获。试验地为砂质棕壤，其基本理化性状见表2。

1.2试验设计

试验设4个处理，随机区组排列，重复3次，共12个试验小区，小区面积20 m2（5 m×4 m）。具体见表3。

1.3指标测定及数据处理

采用环刀法测容重，比重瓶法测比重，根据两者的值计算出土壤孔隙度[9]；小白菜中VC含量测定采用改进紫外分光光度法[10]，可溶性糖测定采用TBA法[11]；土壤pH值采用1∶5土水比，pHSJ-3F型酸度计电位法测定；土壤可溶性盐采用1∶5土水比浸提，钾、钠用火焰光度法测定，钙、镁、铁、锰、锌用原子吸收分光光度法测定[12]；小白菜中重金属Cd、Pb含量采用石墨炉原子吸收法测定[13] ，其它项目均采用常规方法测定。

1.4数据处理

采用SAS系统进行数据处理，显著性用新复极差法分析，做图用Microsoft Excel 2003完成。

2结果与分析

2.1不同处理对小白菜产量、VC含量及可溶性糖含量的影响

由图1可以看出，各处理间小白菜产量由高到低顺序为：W3>W2>W1>CK。CK不添加任何改良剂，小白菜产量最低，其它处理与之相比产量均有提高，其中生物垫料改良剂处理效果最好，常规改良剂处理次之。与CK相比，W1、W2和W3处理的小白菜产量分别提高14.25%、25.64%和41.31%，增产效果达均到显著水平。可见生物床垫料及由其制成的土壤改良剂都能有效提高作物产量，这与罗佳、应正河等的研究结论一致[14，15]，其中W3处理与W1处理相比，其产量提高23.69%，效果显著，这表明该土壤改良剂能有效提高生物发酵床废料的利用效率。

由图2可以看出，与产量的变化趋势一致，各处理间小白菜可溶性糖、VC含量多少的顺序为：W3>W2>W1>CK。其中可溶性糖含量，与CK相比，W1、W2和W3处理分别增加10.87%、15.22%和41.30%，均达显著水平，其中W3处理比W1、W2分别提高27.45%、22.64%；VC含量，W1、W2和W3处理较CK分别增加9.17%、9.92%和16.45%，W3与W1、W2处理相比分别提高6.67%、5.94%。由此可见，生物发酵床垫料、土壤改良剂均能提升小白菜品质，且效果十分明显。

2.2不同处理对小白菜重金属含量的影响

由图3可以看出，各处理间小白菜中重金属Cd、Pb含量高低顺序均为CK>W1>W2>W3。与CK相比，W1、W2、W3处理Cd含量分别减少39.69%、38.20%、78.86%，Pb含量分别减少44.74%、45.36%、85.76%，均达显著水平；W3与W1相比，Pb含量减少74.22%，与W2相比减少73.93%；W3处理中Cd含量与W1相比，减少64.94%，与W2相比减少65.79%。 由此可见，在减少重金属吸收方面，生物床垫料与常规改良剂的效果相近，二者主要通过吸附作用减少土壤重金属离子含量，从而减少小白菜的吸收量；而土壤改良剂除对重金属具有吸附作用外，其含有的甲殼质和膨润土能分别通过络合和离子交换实现对Cd和Pb的固定，降低其生物有效性和迁移性，大大减少土壤中重金属离子的量，最终实现小白菜吸收量的减少。

2.3不同处理对土壤理化性状的影响

土壤容重和孔隙度是评价土壤松紧程度和宜耕状况的重要物理指标。由图4可以看出，未施加改良剂的CK组土壤容重最大，对应的孔隙度最小，施加改良剂的其它三组土壤容重均减小，相应的孔隙度增大。各处理间土壤容重大小顺序为：CK>W3>W1>W2，W1、W2和W3较CK分别减少3.03%、3.27%、1.94%，W1、W2处理效果显著；对应的各处理间土壤孔隙度的大小顺序为W2>W1>W3>CK，W1、W2和W3较CK分别增加4.07%、5.09%、1.43%。endprint

分析认为，生物发酵床垫料和常规改良剂中都含有较多的粗有机物，对土壤容重的减少作用明显；而土壤改良剂中的粗有机物在发酵时一部分被分解，且其中含有对土壤颗粒具有絮凝作用的成分，使得颗粒之间的空隙减少，导致土壤容重比W1、W2两组大。

土壤pH值和全盐量是反映土壤性质的重要化学指标。由图5看出，小白菜收获后各处理土壤pH值CK最低，其它几组较之都有明显提高，大小顺序为：W2>W3>W1>CK，W1、W2和W3较CK分别提高10.24%、15.93%、15.61%，达到显著水平。可见，该土壤改良剂能很好地缓解土壤酸化问题，其效果与常规改良剂相差不大，但好于生物床垫料。

各处理间土壤全盐量的大小顺序为W1>W2>W3>CK，W1、W2和W3较CK分别提高14.63%、9.76%、4.89%。这是由于畜禽养殖过程中饲料外源添加矿质盐，使得规模化养殖畜禽粪便中含有较高浓度的盐分[18]，导致生物床垫料盐分过多。以生物床垫料为主料的土壤改良剂中虽然也有大量的盐分，但由于其中添加了黄腐酸等物质，这类物质是很好的离子交换剂，对钠、氯等离子有代换吸附作用，所以该处理的土壤含盐量较生物床垫料降低。

2.4不同处理对土壤微生物数量的影响

近年来，由于化肥、农药的大量使用，土壤微生物的生存环境遭到严重破坏，数量大大减少，而良好的土壤微生物环境是作物生长的重要保障[19]。由图6可以看出，W1、W2、W3三组处理土壤中细菌、真菌数量都有增加，各处理细菌、真菌数量大小排序均为W3>W1>W2>CK。与CK相比，W1、W2、W3处理细菌数量分别提高11.58%、6.70%、15.11%，真菌数量分别提高14.81%、7.41%、18.52%，均达显著水平。由此可以看出，在增加细菌、真菌数量方面，生物床垫料和土壤改良剂的效果好于常规改良剂，且后者的效果更好。

由图7可以看出，与对细菌和真菌的影响不同，W2、W3两组处理对放线菌的生长繁殖起到了抑制作用，W1组则稍有增加。与CK相比，W2、W3放线菌数量分别减少3.19%、22.47%，W3处理减少达到显著水平。W1比CK放线菌数量增加2.17%，影响不显著。

3讨论与结论

本试验结果表明，在土壤中施加生物发酵床垫料及由其为主料制成的土壤改良剂后小白菜的产量、可溶性糖含量和VC含量均显著提高，并且后者的效果比前者更好。猪场垫料经生物发酵后具有生物活性高、养分全面、理化性状优良的特点，在蔬菜地土壤改良方面具有较好效果。与对照组相比，施加生物床垫料和土壤改良剂对菜地土壤pH值均有显著提高，二者都能减少土壤容重，并且生物床垫料的效果比土壤改良剂效果明显；施加二者后都会导致土壤全盐量的增加，但土壤改良剂的增幅比生物床垫料要小，其中土壤pH值分别提高10.24%、15.61%，土壤容重分别减少3.03%、1.94%，土壤孔隙度分别增加4.07%、1.43%，土壤全盐量分别增加14.63%、4.89%。分析认为，土壤改良剂中添加的甲壳质液以及黄腐酸等物质，既含有植物生长必需的镁、锌等微量元素和各种生物酶，也具备生物调节功能，与其他处理相比，对小白菜的生长发育具有更明显的促进作用，在提升产量和品质方面的效果也比较突出。

土壤中过量的重金属不仅对土壤的生态环境造成危害，还会影响作物生长且易于在作物体内积累，通过食物链流入到人体内而产生人体危害。生物发酵床垫料具有较好的生物活性和较强的吸附性能，而在此基础上通过添加甲壳质液、膨润土、黄腐酸、纤维素酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶、果胶酶等物质则进一步强化了其絮凝沉淀及吸附功能，因而在钝化土壤重金属方面体现出了优异效果。与空白對照组相比，施用生物床垫料、土壤改良剂都能显著降低蔬菜中重金属含量，试验中小白菜中重金属Cd的含量分别下降39.69%、78.86%，重金属Pb的含量分别减少44.74%、85.76%。

生物床垫料在垫圈过程中历经长期发酵过程富集了丰富的微生物。试验证实，与空白对照组相比，施用生物床垫料、土壤改良剂都能显著增加土壤中细菌、真菌总量，其中土壤中细菌数量分别增加11.58%、15.11%，真菌数量分别增加14.81%、18.52%；施用土壤改良剂土壤中放线菌的数量减少22.47%，而使用生物床垫料则使放线菌数量增加2.17%。分析认为，W1处理放线菌增加是因为生物床垫料本身含有一定量的放线菌，增幅不大是由于生物床垫料在利用之前经过无害化处理，其中的放线菌大部分已被杀死。W3处理减少明显是因为该土壤改良剂中含有的甲壳质等物质对放线菌具有很好的杀菌作用，此外其中含有的絮凝剂也能减少放线菌的数量。

综之认为，养猪场垫料及由其为主料制成的土壤改良剂，与一般产品相比，在钝化重金属、丰富土壤微生物方面具备独特优势，对于解决目前蔬菜土壤酸化及盐渍化，以及土壤重金属和农药富集问题都具有积极意义，因而具有较好的市场化前景。

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收稿日期：2017-05-25

基金项目：泰山产业领军人才工程项目（LJNY201612）；泰安市科技计划项目（2016NS0074）

作者简介：宋以玲（1989—），女，硕士研究生，主要从事新型肥料的研发与应用研究。E-mail：songyiling0915@163.com

通讯作者：丁方军 （1964—），男，副教授，主要从事土壤肥料学、新型肥料研发及生产技术研究。E-mail：sdndfyjs@163.comendprint