蚕沙和桑枝废菌包无害化堆肥还田对石漠化地区桑树产量及土壤改良的效果研究

宾荣佩 蓝必忠 滕伟国 黄若雨 黄红燕 罗 坚黄 艺 董桂清 汤庆坤 毛丽丽

(1广西壮族自治区蚕业技术推广站，广西南宁 530007；2平果县农业技术推广站，广西百色 531400)

“十三五”期间，随着国家精准扶贫和产业脱贫政策的大力推进，种桑养蚕因其在促进蚕农增收方面具有“短平快”的优势，在广西壮族自治区的贫困地区得到了大力发展。据统计，2019年，广西54个贫困县中有46个贫困县发展种桑养蚕[1]，桑园面积10.90万hm2，其中石漠化地区的贫困县近20个，桑园面积约6.67万hm2。石漠化地区的生产条件普遍较差，主要表现为耕地面积稀少，土壤贫瘠，保水性能较差[2]，这些不利的自然条件是制约石漠化地区发展种桑养蚕、促进蚕农增收的关键因素，再加上人们长期在桑园表面施用化肥，致使桑园土壤板结，桑树根系的生长受到抑制，大大降低了桑树对土壤养分的吸收能力。因此，对石漠化地区桑园的土壤进行培肥改良，是提高桑叶产量、促进蚕农增收的重要途径。

在广西石漠化地区，种桑养蚕的过程中产生了大量的蚕沙，一些蚕桑专业合作社利用粉碎的桑枝制作菌棒生产食用菌后也产生了大量的桑枝废菌包，而人们往往把蚕沙和桑枝废菌包作为废弃物随意丢弃，既浪费了资源也污染了环境。据相关研究报道，蚕沙和桑枝废菌包富含营养物质，无害化处理后就是一种很好的有机肥[3]。本研究通过在石漠化地区推广应用蚕沙、桑枝废菌包无害化堆肥处理技术，把原来随意丢弃的蚕沙和桑枝废菌包制作成有机肥后返施桑园，与常规施用化肥和不施肥作对比，测定石漠化地区桑树产量和桑园土壤理化性质的变化，分析蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥对桑树增产和桑园土壤改良的效果，以期为实现蚕沙和桑枝废菌包无害化处理、资源化利用，形成“桑树→养蚕→蚕沙、桑枝→有机肥→桑树”的循环生态种桑养蚕模式，在石漠化地区推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间及地点

2017年2月—2019年12月，在广西平果县石漠化地区的桑园实施。

1.2 试验材料

1.2.1 供试肥料 蚕沙有机肥，自行堆制；桑枝废菌包有机肥，自行堆制；标准商品有机肥，广西大长肥业有限公司产品；15-15-15型复合肥，中国农业生产资料集团公司产品；尿素，安徽泉盛化工有限公司产品。

1.2.2 供试桑树品种 桂桑优12，2014年1月种植，广西平果县石漠化地区桑园，种植规格为行距×株距=80 cm×15 cm，种植密度为每667 m2桑园5 000株左右。

1.2.3 主要菌剂和材料 微生物菌剂，北京中农富源生物工程技术有限公司产品；生物配肥素，北京中农富源生物工程技术有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 蚕沙有机肥无害化堆制 2017年2月在百色市平果县坡造镇古念村选择桑园土壤条件、技术管理水平基本一致的3户示范户，分别于2017年8月和2018年8月发放微生物菌剂并指导示范户把自己养蚕产生的蚕沙按照以下技术要点堆制成蚕沙有机肥待用。①初步处理蚕沙。熟蚕上蔟后，捡出蚕沙中的枝条及杂物，把蚕沙厚的部位稍摊薄，高度≤20 cm。②配制菌液。按蚕沙物料质量比1 000∶1量取微生物菌剂，加自来水适量(1.0 kg微生物菌剂兑水60.0～80.0 kg)，混合搅匀配成菌液，当气温低于20 ℃时，需再加1倍量的微生物菌剂。③喷洒菌液。用喷雾器均匀地把菌液喷洒在蚕沙上，使物料含水量控制在45%～55%，喷洒菌液后的蚕沙外观较湿润但没有水渗出，若喷洒菌液后未达到此标准，则需适当补水。④搅拌打堆盖膜。蚕沙喷洒菌液后充分搅匀，运到蚕沙池中，堆成方堆，堆体高度≥80 cm，盖上塑料膜。⑤掀膜翻堆。堆体发酵7～10 d后(温度<50 ℃时)可掀开塑料膜，翻堆1次，重新垒高堆体不再盖膜继续发酵。翻堆能加快腐熟进程，若不急着使用蚕沙肥料，可掀膜后不翻堆。⑥检查腐熟度。一般发酵30～35 d蚕沙堆体不再升温，堆体内部变为黑褐色为完全腐熟。⑦风干打碎。把完全腐熟后的黑褐色泥状物蚕沙堆体摊开，稍风干后即成块状物，击打即成松散的有机肥料，可回田使用。

1.3.2 桑枝废菌包有机肥无害化堆制 2017年11月选择宜州市廖哥山食用菌农民专业合作社，2018年11月选择平果县一意菇行食用菌专业合作社，发放微生物菌剂和生物配肥素并指导合作社把出菇后剩下的桑枝废菌包按照以下技术要点制作成桑枝废菌包有机肥待用。①初步处理废菌包。去除废菌包的塑料膜，用桑枝粉碎机打碎成细渣，平摊于地面，把厚的部位稍摊薄，高度≤20 cm。②配制菌液。按废菌包物料质量比167∶1量取微生物菌剂，加自来水适量(湿菌包：微生物菌剂1.0 kg兑水1.0 kg；干菌包：微生物菌剂1.0 kg兑水15.0～18.3 kg)，混合搅匀配成菌液，当气温低于20 ℃时，需再加1倍量的微生物菌剂。③喷洒菌液。用喷雾器均匀地把菌液喷洒在废菌包上，使物料含水量控制在40%～50%，喷洒菌液后的废菌包外观较湿润但没有水渗出，若喷洒菌液后未达到此标准，则需适当补水。④撒功能菌。按废菌包物料质量比50∶1取生物配肥素,均匀地撒在废菌包上。⑤搅拌打堆盖膜。废菌包喷洒菌液和撒上功能菌后充分搅匀，运到指定地点，堆成方堆，堆体高度≥80 cm，盖上塑料膜。⑥掀膜翻堆。堆体发酵10～15 d后(温度<50 ℃时)可掀开塑料膜，翻堆1次，重新垒高堆体不再盖膜继续发酵。翻堆能加快腐熟进程，若不急着使用废菌包肥料，可掀膜后不翻堆。⑦检查腐熟度。一般发酵25～30 d堆体不再升温，堆体内部变为深褐色为完全腐熟，可回田使用。

1.3.3 蚕沙、桑枝废菌包有机肥还田 2017年12月选择1.3.1项的3户示范户的石漠化桑园各667 m2，在每户示范户的桑园分别设置增施蚕沙有机肥试验区、增施桑枝废菌包有机肥试验区、常规施肥对照区和不施肥空白对照区4种处理，每种处理各随机选取5行桑树，每行10 m，约330株桑树。增施蚕沙有机肥和增施桑枝废菌包有机肥的施肥时间为2017年和2018年的12月冬至前后桑树冬伐后5 d内完成，一次性开沟施入，每667 m2施入2.0 t，之后与常规施肥处理一样。常规施肥的施肥时间是从2018年和2019年的春季桑树发芽后开始施第1次，以后每次枝条或桑叶收获后再施，肥料均为雨后表面施入，全年共施5次，每667 m2每次施肥量为复合肥25.0 kg、尿素10.0～12.5 kg。

1.3.4 蚕沙、桑枝废菌包有机肥养分测定 2018年12月，把1.3.1项和1.3.2项无害化堆制的蚕沙有机肥、桑枝废菌包有机肥和标准商品有机肥送样到广西大学农学院分析测试研究中心，按照NY 525—2012《有机肥料》[4]规定的方法进行养分含量检测，测定指标包括有机质、全氮、全磷、全钾和pH值。

1.3.5 桑树产量测定 2018年和2019年桑树生长期间，桑叶成熟后，采取条桑收获和片叶收获2种方式，分别对1.3.3项中划定的区域分半进行测产，3户示范户即为3个重复。条桑收获一般是在桑树生长45 d左右，基部叶片开始转黄就收割，1年收获4～5批，测定的指标有桑枝叶产量、桑叶产量、枝叶比、总枝条数、有效枝条数、平均最长条长以及最大5片叶片的叶长、叶宽和5叶质量。片叶收获一般是在桑树生长25～30 d左右，底部叶片成熟时开始采收，保留顶芽下来5～6片叶，测定的指标有桑叶产量、平均最长条长以及最大5片叶的叶长、叶宽和5叶质量。

1.3.6 土壤理化性质测定 选择1.3.1项的3户示范户的桑园，2017年12月在施入蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥前，按照五点取样法，在每户示范户桑园的行间垂直采集0～20 cm的土样，混合均匀，送样到广西大学农学院分析测试研究中心，分别按照NY/T 1121.6—2006《土壤检测：第6部分 土壤有机质的测定》[5]、LY/T 1228—2015《森林土壤氮的测定》[6]、NY/T 1121.7—2014《土壤检测：第7部分 土壤有效磷的测定》[7]、LY/T 1234—2015《森林土壤钾的测定》[8]、NY/T 1377—2007《土壤pH值的测定》[9]、NY/T 1121.4—2006《土壤检测：第4部分 土壤容重的测定》[10]、GB 7844—1987《森林土壤比重的测定》[11]规定的方法测定土壤中的有机质、全氮、有效磷、速效钾、pH值、土壤容重、比重等理化指标；2019年11月在施入蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥2年后，再一次测定3户示范户的3个施肥处理和1个不施肥处理桑园的土壤理化指标。以测定结果判定增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥对桑园土壤的改良效果。

2 结果与分析

2.1 蚕沙、桑枝废菌包有机肥的养分含量

从表1可以看出：经无害化堆肥处理后的蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥的有机质含量和养分含量较高，各项指标均高于国家有机肥标准含量，其中有机质含量分别高7.4个百分点和25.1个百分点，总养分(N+P2O5+K2O)含量分别高1.95个百分点和3.25个百分点，但蚕沙有机肥的pH值为9.1，超出了国家有机肥标准规定的范围，容易导致土壤盐碱化。

表1 蚕沙、桑枝废菌包有机肥的养分含量

有机肥有机质/%氮(N)/%磷(P2O5)/%钾(K2O)/%总养分(N+P2O5+K2O)/%pH值蚕沙有机肥52.42.571.782.606.959.1桑枝废菌包有机肥70.12.581.544.138.257.9标准商品有机肥75.01.701.801.505.006.4国家有机肥标准≥45.0---≥5.005.5～8.5

从表1还可以看出，有机质含量从高到低依次为标准商品有机肥>桑枝废菌包有机肥>蚕沙有机肥，总养分含量从高到低依次为桑枝废菌包有机肥>蚕沙有机肥>标准商品有机肥，经无害化堆肥处理后的蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥与市场上销售的标准商品有机肥肥效相当。因此，理论上来说，经无害化堆肥处理后的蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥富含有机质和氮磷钾等养分，对于土壤条件相对较差的石漠化地区的桑园，增施这些有机肥可以大大提高土壤的有机质和养分含量，培肥土壤，对桑树生长具有促进作用。

2.2 增施蚕沙、桑枝废菌包有机肥桑园的桑枝叶产量和质量

2.2.1 桑枝叶的产量 条桑收获的桑园(在广西石漠化地区，大部分是采用条桑收获，因此以条桑收获为例)2018年在增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥1年后，每667 m2桑园的桑枝叶产量和桑叶产量分别为3 787.14、3 897.37 kg和2 451.78、2 495.28 kg，与同年常规施肥相比，分别增产414.52、524.75 kg和207.57、251.07 kg，与同年不施肥相比，增产幅度更大；2019年在增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥2年后，每667 m2桑园的桑枝叶产量和桑叶产量与同年常规施肥相比，分别增产555.92、738.95 kg和319.65、421.46 kg，与同年不施肥相比，增产幅度更大(表2)。说明增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥可以进一步提高石漠化地区桑园的桑枝叶产量和桑叶产量，增施桑枝废菌包有机肥桑园的桑枝叶产量略高于增施蚕沙有机肥桑园的桑枝叶产量。

在条桑收获中，2019年增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥的桑园每667 m2桑叶产量分别为2 517.37 kg和2 619.18 kg，比2018年分别增产65.59 kg和123.90 kg，而2019年常规施肥和不施肥的桑园每667 m2桑叶产量分别为2 197.72 kg和1 443.44 kg，比2018年分别减产46.49 kg和57.95 kg(表2)。由此可见，在石漠化地区的桑园增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥可以持续维持桑树的稳产高产，而传统的常规施肥一味地表面施用化肥或者不施肥，桑树的桑叶产量表现出逐年下降的趋势。

表2 石漠化地区增施蚕沙、桑枝废菌包有机肥桑园的桑枝叶产量和质量情况

收获形式项目2018年2019年蚕沙有机肥废菌包有机肥常规施肥不施肥蚕沙有机肥废菌包有机肥常规施肥不施肥条桑收获每667 m2桑枝叶产量/kg3 787.14±149.160 a3 897.37±73.688 a3 372.62±136.879 b2 161.83±112.861 c3 874.66±131.814 a4 057.69±137.599 a3 318.74±193.616 b2 086.50±199.009 c每667 m2桑叶产量/kg2 451.78±76.884 a2 495.28±88.238 a2 244.21±89.571 b1 501.39±88.832 c2 517.37±118.168 a2 619.18±100.942 a2 197.72±197.832 b1 443.44±167.416 c叶枝比/%64.74 b64.02 b66.54 b69.45 a64.97 b64.55 b66.22 ab69.18 a总枝条数/条84 588±2 077.987 a83 132±1 223.959 a85 779±1 643.303 a70 367±1 285.009 b83 608±1 250.944 b82 336±990.468 b87 435±1 492.267 a69 037±1 330.902 c有效枝条数/条55 469±1 565.397 a56 148±1 359.668 a54 847±2 335.943 a40 159±2 189.456 b56 230±2 252.753 a57 001±1 093.949 a54 612±1 468.522 a38 369±736.190 b有效枝条比率/%65.58 a67.54 a63.94 a57.07 b67.25 a69.23 a62.46 b55.58 c平均最长条长/cm107.17±2.836 ab110.64±2.138 a105.03±1.407 b90.24±2.406 c108.98±1.500 a112.22±1.668 a104.47±1.687 b87.76±2.531 c叶长/cm21.74±1.045 a21.09±1.354 a19.68±1.375 a18.94±0.439 a22.18±1.283 a22.54±0.850 a19.28±1.261 b18.34±1.283 b叶宽/cm16.97±1.444 a16.50±0.779 a14.84±1.182 a13.85±1.311 a17.38±1.530 a17.61±0.932 a14.25±0.714 b13.35±0.908 b5叶质量/g23.61±0.832 a22.89±1.310 a21.36±1.099 a18.23±0.541 b24.49±1.352 a24.64±0.700 a20.02±1.123 b17.86±1.352 b片叶收获每667 m2桑叶产量/kg3 247.89±84.946 a3 268.14±137.276 a2 768.25±91.853 b2 047.28±124.023 c3 304.37±109.009 a3 363.59±140.105 a2 689.35±114.840 b1 968.65±159.543 c平均最长条长/cm183.70±10.140 a188.60±14.054 a175.24±12.276 ab153.10±12.922 b196.40±12.130 a201.50±15.464 a178.65±10.527 a148.80±18.065 b叶长/cm25.68±0.979 a25.14±1.394 a23.55±1.061 a20.64±1.248 b26.35±1.012 a26.78±1.187 a23.27±1.017 b19.28±1.238 c叶宽/cm19.16±0.921 a18.96±1.611 a17.66±0.676 a14.28±1.038 b19.34±1.455 a19.82±1.418 a16.87±1.041 a14.07±1.155 b5叶质量/g34.84±1.140 a34.23±0.945 a31.15±1.264 b22.38±1.894 c35.42±0.661 a36.01±1.504 a30.70±1.984 b22.02±1.297 c

表中数据后的不同小写英文字母表示差异显著(P<0.05)；表3相同。

2.2.2 桑枝叶的质量 无论是条桑收获还是片叶收获，2018年和2019年在增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥1年和2年后，桑树的有效枝条数、平均最长条长、叶长、叶宽和5叶质量等生物指标均显著优于常规施肥(表2)，说明增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥后石漠化地区的桑树有效枝条增多增长，桑叶变大变厚，枝叶品质提升显著。

4个施肥处理无论是条桑收获还是片叶收获，每667 m2桑园的桑叶产量均表现为片叶收获高于条桑收获，枝叶品质也是片叶收获优于条桑收获。

2.3 增施蚕沙、桑枝废菌包有机肥桑园的土壤理化性质

2.3.1 土壤肥力 从表3可以看出，连续增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥2年后，桑园土壤中的有机质、全氮、有效磷、速效钾的含量均比试验前有所提高，其中增施蚕沙有机肥的桑园分别提升了7.30 g/kg、0.39 g/kg、17.45 mg/kg、45.10 mg/kg，增施桑枝废菌包有机肥的桑园分别提升了14.13 g/kg、0.70 g/kg、44.48 mg/kg、79.28 mg/kg，而常规施肥的桑园土壤有机质的含量降低了3.17 g/kg，全氮、有效磷、速效钾的含量仅分别提升了0.07 g/kg、11.65 mg/kg、34.42 mg/kg，不施肥的桑园土壤除速效钾基本持平外,有机质、全氮、有效磷的含量均逐渐降低。表明增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥可以显著提高石漠化地区桑园土壤的有机质和养分含量，不断增强土壤肥力。

表3 石漠化地区增施蚕沙、桑枝废菌包有机肥桑园的土壤理化性质

处理时间有机质/(g/kg)全氮/(g/kg)有效磷/(mg/kg)速效钾/(mg/kg)pH值土壤容重/(g/cm3)比重/(g/cm3)土壤孔隙度/%———试验前30.27±5.522 bc1.52±0.185 b1.10±0.500 b58.00±13.000 c5.97±0.513 ab1.30±0.108 a2.71±0.020 bc52.03±3.641 b蚕沙有机肥2年后37.57±4.134 ab1.91±0.183 ab18.55±2.002 b103.10±1.490 b6.78±0.196 a1.17±0.060 a2.87±0.113 ab59.23±2.672 a废菌包有机肥2年后44.40±6.908 ab2.22±0.423 a45.58±19.001 a137.28±32.473 a6.64±0.474 a1.11±0.110 a2.96±0.044 a62.50±3.210 a常规施肥2年后27.10±2.973 c1.59±0.332 b12.75±10.958 b92.42±5.712 bc5.08±0.386 b1.31±0.020 a2.55±0.062 c48.63±0.876 b不施肥2年后24.55±2.217 c1.24±0.070 b0.98±0.667 b58.75±5.378 c5.69±0.703 ab1.32±0.070 a2.61±0.157 c49.43±0.616 b

2.3.2 土壤酸碱度 从表3可以看出，连续增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥2年后，桑园土壤的pH值由原来的5.97分别上升至6.78和6.64，而常规施肥和不施肥2年后，桑园土壤的pH值由原来的5.97分别降低至5.08和5.69，其中常规施肥的桑园下降得最快。说明增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥可以改良酸性土壤，逐渐提升土壤的pH值至中性或微碱性，而长期使用化肥则会加剧土壤酸化。

2.3.3 土壤物理性状 从表3可以看出，连续增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥2年后，桑园土壤的容重由原来的1.30 g/cm3分别下降至1.17 g/cm3和1.11 g/cm3，桑园土壤的孔隙度由原来的52.03%分别提高至59.23%和62.50%，而常规施肥和不施肥桑园土壤的容重由原来的1.30 g/cm3分别提高到1.31 g/cm3和1.32 g/cm3，桑园土壤的孔隙度由原来的52.03%分别下降至48.63%和49.43%。说明增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥可以逐渐改善土壤的物理性质，使土壤质地疏松，通透性更好，而长期使用化肥和不施肥则会加剧土壤板结。

3 小结与讨论

有研究表明，大多数土壤养分在中性附近的有效性最高[12]，增施蚕沙有机肥不仅能增加桑园土壤中的有机质，还可以显著提高土壤中的酶活性，从而有利于提高土壤对桑树生长所需营养元素的生物转化和供应能力[13]。本研究结果表明，经无害化堆肥处理后的蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥富含有机质和氮磷钾等养分物质，经检测，它们的pH值分别达9.1和7.9，呈明显的碱性，这是由于在家蚕饲养过程中使用了大量的生石灰粉对蚕体蚕座进行消毒，养蚕结束后滞留在了蚕沙里，食用菌棒在制作过程中也加入了一定比例的石灰、石膏和过磷酸钙等碱性物质。而石漠化地区桑园的土壤由于长期施用化肥，土壤酸化严重，较低时pH值仅为5.08，经连续增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥2年后，桑园土壤的pH值由原来的5.97分别上升至6.78和6.64，对酸性土壤具有明显的改良效果。

本研究结果表明，通过2年的田间试验，与常规施肥相比，增施蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥可以进一步提高石漠化地区桑树的桑枝叶产量和质量，而条桑收获和片叶收获2种不同收获方式获得的产量差别较大，前者显著低于后者。究其原因可能是由于条桑收获一年经过多次剪伐，桑园较长时间没有桑叶，光合面积为零，这段时间不仅没有光合产物的形成还要继续消耗桑树体内积累的养分，而且一年多次剪伐容易增加桑树的死亡率。但是，条桑收获能够大幅度提高桑叶收获的效率，工效是片叶收获的2～3倍。因此，石漠化地区的桑树是采用条桑收获还是片叶收获，主要是取决于劳动力条件和桑园的种植面积，劳动力较充足且桑园面积较少的建议采用片叶收获，反之则采用条桑收获养蚕比较合适。

有关研究结果表明，施用有机废弃物经无害化处理后腐熟的有机肥，其养分元素仍须经矿质化和腐殖化方能释放出来，养分供应缓慢、周期长[14]。单施化肥时，作物生长迅速但持效期不长且品质不高，而单施有机肥难以实现高产的目标，特别是生长期较长的作物，因此化肥配施有机肥仍然是提高作物产量直接而有效的措施[15]。本研究结果也表明，在常规施用化肥的基础上，增施蚕沙有机肥和废菌包有机肥可以提高石漠化地区桑园土壤的有机质、全氮、有效磷和速效钾等养分含量，提高土壤的pH值，降低土壤的容重，提高土壤的孔隙度等，不断改善土壤的理化性质，从而促进桑树增产提质，并持续维持桑树的高产稳产。因此，在当前桑树施肥仍以单施化肥为主的情况下，急需引导农户建立起化肥与有机肥配合施用的施肥体系，在石漠化地区的桑园中推广应用。

广西石漠化地区发展种桑养蚕的地方蚕沙、桑枝废菌包资源丰富，经过多年研究开发，目前，已经形成了一套成熟简易实用的蚕沙、桑枝废菌包无害化堆肥处理技术，生产出来的蚕沙有机肥和桑枝废菌包有机肥返施桑园，肥效高，改良桑园土壤效果显著，建议加大推广应用力度，形成“桑树→养蚕→蚕沙、桑枝→有机肥→桑树”的循环生态种桑养蚕模式，从而促进蚕沙和桑枝废菌包的无害化处理、资源化利用。