鸡粪有机肥对蟠桃品质及土壤理化性质的影响

杜永所,石海鹏,刘爱巧,王旭明,樊世杰*

(1.北京沃德辰龙生物科技股份有限公司, 北京 101206;2.北京市家禽创新团队, 北京 100097;3.北京沃德博创信息科技有限公司, 北京 101206;4.北京市农林科学院生物技术研究所, 北京 100097)

我国是蛋鸡养殖大国,存栏规模常年维持在10亿～13亿只,每天产生鸡粪等废弃物达8万～10万t。鸡粪在种植领域是一种优质肥料,含有丰富的氮、磷、钾等营养元素,顿耀元等[1]研究认为鸡粪肥料能显著增加早熟2号杏和脆蜜桃的单果重量,并有效提升可溶性固形物、总糖含量,降低酸度,改善水果着色和风味[1]。但随着养殖集约化程度的提升,区域性的鸡粪资源过于集中,造成环保压力剧增,多地出台政策要求粪污先在养殖场内处理才能外运使用。常见的处理方式主要是好氧发酵,包括条垛发酵、槽式发酵、罐式发酵等,其中,罐式发酵因占地面积小、处理速度快(处理周期一般为7～10 d)、专业化程度高、对环境影响小等优势[2],在行业内的应用逐渐增多。

由于鸡粪有机肥具有高成本、低利润的特点,在推广使用时应与当地农业种植资源相结合,就地在养殖场周边区域快速消纳,避免跨区域运输带来的风险,并进一步提升鸡粪加工处理比例。北京市平谷区定位为生态涵养区,是农业科技创新示范区、农业农村部与北京市共同打造的“农业中关村”,区内拥有1.47万hm2桃园,种植白桃、蟠桃、油桃、黄桃四大系列300多个品种,每年对有机肥需求量超过40万t。同时,平谷区内商品蛋鸡存栏426万只,蛋种鸡存栏120万套,年产鸡粪27.3万t。因此,平谷区拥有大桃种植和蛋(种)鸡养殖两大产业集群优势。笔者以密闭罐式发酵生产的鸡粪有机肥施用于有机桃园,并与未发酵的鲜鸡粪和羊粪有机肥进行对比,分析不同肥料对土壤理化性质和桃品质的影响,为打通蛋鸡养殖与大桃种植的产业链接、构建具有区域特色的种养结合“平谷方案”提供科技支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料鸡粪有机肥和鲜鸡粪均由北京市平谷区峪口禽业种鸡场提供,鸡粪有机肥生产设备为河南省鹤壁市东海生物科技有限公司生产的GYF118型罐式有机物好氧发酵机;羊粪有机肥由北京市顺义区木林镇美施美有机肥公司提供;供试桃树品种为瑞蟠20号,由北京市农林科学院林业果树研究所培育,树龄10年;试验地点位于北京市平谷区兴隆庄村有机桃园。

试验肥料经北京市农林科学院生物技术研究所进行10余项抗生素残留检测,均未发现四环素、环丙沙星等抗生素残留,试验肥料主要营养含量见表1。

表1 试验用肥营养含量

Table 1 Nutrient content of experimental fertilizers单位:g/kg

试验肥料Experimental fertilizer有机质Organic matter总氮Total nit-rogen磷P钾K鸡粪有机肥Chicken manureorganic fertilizer56822.836.340.0鲜鸡粪Fresh chicken manure26216.515.88.6羊粪有机肥Sheep manure organic fertilizer47919.35.014.8

1.2 试验方法试验在同一地块进行,选品种、树龄、树冠大小一致的蟠桃树9棵,随机分为3个处理组,每个处理组3个重复,即每重复1棵桃树。各处理组施用不同底肥,以施加相同总量有机质为基准计算各组底肥施用量,施肥情况见表2。

表2 各处理组的肥料施用量Table 2 Fertilizer application amount for each treatment group 单位:kg/棵

根据肥料类型采取不同的施肥方式,鸡粪有机肥和羊粪有机肥采取沟埋式,即以树干为圆心呈放射状向四周挖掘6条长1 m、深20 cm的土沟,平均施撒有机肥后土壤回填;鲜鸡粪采取混合式,即以树干为圆心在半径1 m的土地上均匀铺撒鲜鸡粪,使用旋耕机将鸡粪与地表约10 cm土壤混合均匀。铺埋底肥后的第2天浇水,使肥料营养充分进入土壤。

各处理组除底肥类型和施用方式不同外,日常管理中的剪枝、疏果、套袋、追肥等各项管理措施都完全相同。

1.3 样品采集与指标检测方法

1.3.1蟠桃及土壤样本采集。试验期间取1次桃果样本和2次土壤样本。

桃果样本在桃果成熟后摘取,随机从3个处理组3个重复的桃树摘取桃果样本各3个,取自高度、朝向相同的树冠,果实大小、色泽基本一致,检测每个样本重量和外观规格指标,每个重复随机选1个样本评定口感、风味指标,另外2个样本检测营养指标,样本重约300 g。

土壤样本取样时间分别为施底肥7 d后和桃果样本摘取当天,3个处理组3个重复各取样1份。取样时,以取样桃树树干为中心,在距离树干20 cm的4个对称位置取土样,取样深度10 cm,每棵树周围4个位点土样混合为1份土壤样本,样本重约500 g。

1.3.2重量和外观指标。桃果样本去叶、去柄后,使用电子秤逐一称量重量,记录重量指标;使用游标卡尺逐一测量桃果样本的最大横径、纵径,记录外观指标。

1.3.3营养指标。检测桃果样本可溶性固形物、果胶、维生素C等营养成分,钙、钾、铁等微量元素,以及果肉中各类糖、酸含量等。

维生素C检测采用高效液相色谱法,检测标准为GB 5009.86—2016;果胶检测采用分光光度法,检测标准为NY/T 2016—2011;可溶性固形物采用折射仪法,检测标准为NY/T 2637—2014。

钾、铁、钠等微量元素检测采用光谱法,检测标准为GB 5009.91—2017;钙检测采用电感耦合等离子体质谱法,检测标准为GB 5009.92—2016;铜检测采用电感耦合等离子体质谱法,检测标准为GB 5009.13—2017;锌检测采用电感耦合等离子体质谱法,检测标准为GB 5009.14—2017;镁检测采用光谱法,检测标准为GB 5009.241—2017;锰检测采用电感耦合等离子体质谱法,检测标准为GB 5009.242—2017。

蔗糖、葡萄糖、果糖采用光谱法,检测标准为GB 5009.8—2016;苹果酸、柠檬酸、酒石酸采用光谱法,检测标准为GB 5009.157—2016。

1.3.4气味、口感评价指标。选3个处理组的蟠桃样本切薄片,分别放置在不同容器中,找10名与试验无关人员品尝盲评,通过嗅觉、味觉评价桃果的气味、口感,并量化打分。气味指标主要评价蟠桃果肉的气味浓度,标准为气味浓香为10分,气味清香为8分,气味清淡为6分,气味不明显为4分及以下;口感指标主要评价蟠桃果肉的口感味道,标准为口味香甜为10分,甜味明显为8分,甜酸均衡为6分,酸味较重为4分及以下。

1.3.5土壤营养指标。主要检测有机质、全氮、全磷、全钾等营养成分。

有机质检测方法为重铬酸钾滴定法,检测标准为NY/T 1121.6—2006;全氮检测方法为凯式定氮法,检测标准为LY/T 1228—2015 3.1;全磷、全钾采用酸溶法,检测标准分别为LY/T 1232—2015 3.2、LY/T 1234—2015 3.2。

1.3.6土壤重金属。主要检测项目为镉、砷、汞、铅、铬、铜等元素含量。

镉检测方法为原子吸收分光光度法,检测标准为GB/T 17141—1997;砷、汞检测方法为原子荧光法,检测标准为GB/T 22105.1—2008;铅、铬、铜检测方法为原子吸收分光光度法,检测标准为HJ 491—2019。

1.4 数据分析试验数据采用 Microsoft Excel 2020记录和整理,采用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析,使用多重比较法进行显著性差异比较,结果以平均数±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 施用不同底肥的桃果重量及大小各处理组蟠桃重量及大小检测结果见表3。由表3可知,鸡粪有机肥组蟠桃的平均果重和桃果横径、纵径均大于鲜鸡粪组和羊粪有机肥组,但差异不显著(P>0.05)。

2.2 施用不同底肥的桃果营养成分各处理组蟠桃营养含量检测结果见表4。由表4可知,各处理组蟠桃中果胶、可溶性固形物含量存在极显著差异,鸡粪有机肥组的果胶、可溶性固形物含量极显著高于鲜鸡粪组(P<0.01),两项指标较鲜鸡粪组分别提高95.2%、15.3%,但与羊粪有机肥组差异不显著(P>0.05);各处理组蟠桃中维生素C含量差异不显著(P>0.05),但鸡粪有机肥组的维生素C含量较鲜鸡粪组、羊粪有机肥组分别高9.8%、6.3%。

表3 施用不同底肥的蟠桃重量及大小Table 3 Weight and size of flat peaches with different base fertilizers

2.3 施用不同底肥的桃果微量元素含量各处理组蟠桃微量元素含量检测结果见表5。由表5可知,鸡粪有机肥组蟠桃中钙、钠、镁含量极显著高于鲜鸡粪组和羊粪有机肥组(P<0.01),钾、铜、锰含量极显著高于羊粪有机肥组(P<0.01),但与鲜鸡粪组差异不显著(P>0.05);各处理组蟠桃中铁元素含量差异不显著(P>0.05)。

表4 施用不同底肥的蟠桃营养含量Table 4 Nutrient content of flat peach with different base fertilizers

表5 施用不同底肥的蟠桃微量元素含量Table 5 Trace element content of flat peach with different base fertilizers

2.4 施用不同底肥的桃果糖、酸含量各处理组蟠桃主要糖、酸含量检测结果见表6。由表6可知,糖类指标中,鸡粪有机肥组蟠桃中葡萄糖、果糖含量极显著高于鲜鸡粪组和羊粪有机肥组(P<0.01),蔗糖含量极显著低于其他组(P<0.01);酸类指标中,鸡粪有机肥组蟠桃中酒石酸含量与羊粪有机肥组差异不显著(P>0.05),显著高于鲜鸡粪组(P<0.05),柠檬酸、苹果酸含量极显著低于鲜鸡粪组和羊粪有机肥组(P<0.01)。

表6 施用不同底肥的蟠桃主要糖酸含量Table 6 Main sugar and acid content of flat peach with different base fertilizers

2.5 施用不同底肥的桃果气味、口感评价各处理组蟠桃气味、口感盲测评价结果见表7。由表7可知,各处理组蟠桃的气味存在极显著差异,鸡粪有机肥组蟠桃的气味评价效果最好,气味评价得分极显著高于鲜鸡粪组(P<0.01),但与羊粪有机肥组差异不显著(P>0.05);各处理组的口感评价得分无显著差异(P>0.05),但鸡粪有机肥组的评价得分相对较高。

2.6 施用不同底肥的土壤营养含量各处理组土壤营养指标含量检测结果见表8。由表8可知,各处理组施肥7 d的土壤样本中有机质、全氮、全磷、全钾等各项营养指标均差异不显著(P>0.05);桃果成熟后的土壤样本中,羊粪有机肥组土壤的有机质含量最高,鸡粪有机肥组中有机质含量极显著低于羊粪有机肥组(P<0.01),与鲜鸡粪组差异不显著(P>0.05),各处理组氮、磷、钾含量均无显著差异(P>0.05)。

2.7 施用不同底肥的土壤重金属含量各处理组土壤重金属含量检测结果见表9。由表9可知,各处理组施肥7 d和桃果成熟的2次重金属检测结果均低于标准限值,且施肥7 d的重金属含量差异不显著(P>0.05);桃果成熟后,鸡粪有机肥组的砷含量显著高于鲜鸡粪组(P<0.05),与羊粪有机肥组差异不显著(P>0.05),其余几种重金属含量均与鲜鸡粪组、羊粪有机肥组差异不显著(P>0.05)。

表7 施用不同底肥的蟠桃气味、口感评价Table 7 Evaluation results of the odor and taste of flat peach with different base fertilizers

表9 施用不同底肥的土壤重金属含量检测结果Table 9 Soil heavy metal content of different base fertilizers

3 讨论

3.1 施用有机肥对蟠桃营养品质的影响可溶性固形物、果胶和维生素C是衡量水果营养价值的重要检测项目,可溶性固形物是指液体中所有溶解于水的化合物的总称,包括糖、酸、维生素、矿物质等,果胶是一种多糖聚合物,具有降低胆固醇和改善血糖等多种功效,维生素C可增强机体抵抗力、促进胶原蛋白合成,这些物质越多,对身体越有益。

该试验结果表明,包括鸡粪有机肥、羊粪有机肥在内的有机肥料,都有提高蟠桃营养价值的作用,施用鸡粪有机肥的蟠桃中果胶、可溶性固形物和维生素C含量较施用鲜鸡粪分别提高95.2%、15.3%、9.8%,施用羊粪有机肥后,各项营养分别提高107.7%、19.9%、3.6%,与王孝娣等[3]认为有机肥可促进桃生长发育、改善果实品质的研究结果相同,汪国英等[4]发现施用鸡粪有机肥能促进桃树生长、花芽分化,且改善果实品质,提高产量,均证明有机肥的施用效果。有机肥的施用效果在其他果蔬品种同样得到证实,刘慧超等[5]在不同肥料对番茄产量影响研究中证实了配施有机肥可改善番茄品质,可溶性固形物含量提高2.08%～6.50%,维生素C含量提高4.1%～11.3%,李鹃鸽[6]在晋虞蜜桃的试验中发现海藻有机肥与中微肥搭配使用提升桃果维生素C含量26.5%,钱燕婷等[7]研究发现使用鸡粪有机肥可以提高香青菜维生素C含量,各项试验结果均表明鸡粪有机肥对多种果蔬有提升营养品质的作用。

3.2 施用有机肥对蟠桃口感品质的影响鸡粪有机肥组蟠桃在盲评试验中的气味、口感评价得分均最高,其中气味评分显著高于鲜鸡粪组,而口感评分虽然与其他组相比无显著差异,但其评分结果最高,表明受试者对该桃果的认可。鲜鸡粪组蟠桃的气味、口感评价得分均最低,张静等[8]在不同氮浓度对烟苗生理生化指标的研究中发现,氮含量过高会导致木质素和多酚类物质增多,纤维素增多、结晶度提高,果实口感变差,该试验以有机质施用总量相同确定了各种肥料的施用量,因此鲜鸡粪的施用量最多,分别是鸡粪有机肥的2.2倍、羊粪有机肥的1.8倍,造成氮施加量分别是这2个组的1.6、1.5倍,使土壤中氮元素含量相对更高,影响鲜鸡粪组蟠桃的风味、口感。

3.3 施用有机肥对蟠桃果重的影响虽然鸡粪有机肥组蟠桃的平均桃果重量和规格大小更有优势,但两项指标未表现出显著差异,这与徐艳如[9]的研究结果相同,认为有机肥对大桃树根系增生的促进作用弱于小桃树,虽然改善桃果品质,但产量提升效果有限,该试验的桃树树龄已达10年,因而有机肥的增产作用有限。鸡粪有机肥对蔬菜增重效果显著,晏琛等[10]在空心菜种植试验中发现鸡粪有机肥可显著提高空心菜的株高和菜重,平均菜重可提高42.2%;尤彩霞等[11]发现以鸡粪有机肥作底肥可明显提升黄瓜产量。鸡粪有机肥在该试验中对蟠桃的增重效果不显著,原因是桃果生长周期长,影响果重增长的原因更多,但试验结果表明有机肥有提升果重的趋势,有利于增加蟠桃产量。

3.4 有机肥对土壤营养和施用方法的影响罐式发酵生产的鸡粪有机肥含更多有机质,高于45%的有机肥行业标准,研究表明,有机肥可以增加土壤的持水能力、孔隙度、渗透能力和渗透系数,且减小土壤密度和防止土壤表面板结[12];并含有丰富的营养元素,该试验鸡粪有机肥中氮含量2.28%、磷含量3.63%、钾含量4.0%,可满足果树营养需要。陈波[13]研究发现,施用有机肥可有效改善樱桃树根际土壤生态环境,促进樱桃生长和养分的吸收。此外,长期使用鸡粪有机肥可改善土壤的团粒结构,改良土壤理化性质,为农作物提供充足营养,提高作物品质[14]。对比施肥7 d与桃果成熟时土壤的有机质和营养含量,鸡粪有机肥组的有机质和氮、磷等营养成分消耗量更大,表明更多营养被果树吸收。2次土壤样本检测结果表明,鸡粪有机肥组与羊粪有机肥组的砷、镉、铜、铅、汞、镉等金属元素含量极低,大幅低于土壤环境限定标准,不会引起重金属残留和富集,使用安全性较高,可用于果蔬种植。

底肥施用时,为避免出现“烧根”情况,鲜鸡粪的施用采取地面撒施、与浅表土层翻刨混合的方式,此方式有利于桃树0～10 cm表层土壤根系的发生和生长,而鸡粪有机肥和羊粪有机肥采用沟埋法施肥,更有利于深层根系的发生和生长[15],促进桃树对土壤中营养物质的吸收、利用,更适用于底肥的施用。

4 结论

该试验表明,鸡粪有机肥含有丰富的有机质,且氮、磷、钾三大营养元素含量充足,作桃树底肥施用后可补充土壤营养,满足桃树生长所需;鸡粪有机肥极显著提高蟠桃中果胶、可溶性固形物和葡萄糖、果糖等营养物质的含量,提升蟠桃气味及口感,具有提升桃果重量的趋势。鸡粪有机肥用于桃树底肥的效果良好,既能满足桃园使用,又能消纳蛋鸡养殖过程中产生的粪污废弃物,为平谷区特色农业高质量发展提供一套因地制宜的发展模式。