无抗养殖鸡粪与化肥配施对玉米生长及土壤理化性状的影响
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作者:薛同宣 张开心 孔雀飞 杨守军 张忠兰 王洪芹
摘要：本研究以鲜食糯玉米中糯2号为试材，探讨无抗养殖鸡粪与化肥配施对玉米生长及土壤性状的影响，以期为无抗养殖鸡粪农田施用提供合理的配施比例。试验基于氮养分基准原则，共设5个处理，分别为空白对照（CK）、40%鸡粪+60%化肥、60%鸡粪+40%化肥、80%鸡粪+20%化肥和100%化肥。结果表明，无抗养殖鸡粪的施用能促进土壤有机质含量的增加，且含量提高幅度与鸡粪施入量呈正相关。在玉米苗期、拔节期和抽穗期，无抗鸡粪处理的土壤速效养分及叶片叶绿素含量相对100%化肥处理较低，但在玉米完熟期则高于100%化肥处理。无抗鸡粪与化肥配施均能调节土壤酸碱度，改善玉米品质，促进土壤中抗生素降解。40%鸡粪+60%化肥处理玉米产量最高，但与60%鸡粪+40%化肥处理间无显著性差异。综合分析认为，40%无抗养殖鸡粪与60%化肥配比是切实可行的施用模式。
关键词：无抗养殖鸡粪;化肥;配施;土壤性状;产量与品质;玉米
中图分类号：S141.3：S513.062 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2020）04-0106-06
Abstract In this study， the fresh waxy corn cultivar Zhongnuo 2 was used as test material to explore the effects of combined application of antibiotic-free chicken manure and chemical fertilizer on corn growth and soil properties， so as to provide a reasonable application proportion for the combination. Based on the baseline principle of nitrogen nutrient， five treatments were set namely CK （blank control）， 40% of chicken manure+60% of chemical fertilizer， 60% chicken manure+40% chemical fertilizer， 80% chicken manure+20% chemical fertilizer and 100% chemical fertilizer. The results showed that the application of antibiotic-free chicken manure could promote the increase of soil organic matter content， and the increasement was positively correlated with the application amount of chicken manure. The soil available nutrients and chlorophyll content in leaves treated with antibiotic-free chicken manure were lower than those treated with 100% chemical fertilizer at seedling， jointing and heading stages of corn， but were higher at the mature stage. All the treatments of antibiotic-free chicken manure combined with chemical fertilizer could adjust soil acidity and alkalinity， improve corn quality and promote the degradation of antibiotics in soil. The yield of corn treated with 40% chicken manure+60% chemical fertilizer was the highest， but there was no significant difference with that of 60% chicken manure+40% chemical fertilizer. The comprehensive analysis showed that 40% antibiotic-free chicken manure and 60% chemical fertilizer was a feasible application mode.
Keywords Antibiotic-free chicken manure; Chemical fertilizer; Combined application; Soil properties; Yield and quality;Corn
近几年，随着我国新农村建设步伐的逐渐加快以及“乡村振兴”战略的有效实施，畜禽养殖行业的规模逐渐扩大，在集约化、自动化程度不断提高的同时，多种畜禽疫病频繁发生，对养殖产业的经济效益产生了一定的影响[1，2]。由于抗生素对病原微生物可以起到抑杀作用，许多养殖户便向畜禽养殖饲料中大量加入抗生素，以达到降低成本、保证经济效益的目的[3]。但与此同时，抗生素用量过大则会引发细菌耐药性增强、畜禽产品抗生素残留超标等十分严重的问题，影响了食品安全，不利于人类健康[4]。因此，国家已经意识到严格管控抗生素的重要性，同时也在积极进行抗生素替代品的研發，目前已经提出了诸如益生菌法、抗菌肽法、中草药法等多种新型无抗生素畜禽养殖技术[5]。2018年2月，农业部提出的《2018年兽医工作要点》中明确指出，相关部门要加强兽医卫生监管，开展兽用抗菌药使用减量化综合处理[6]。鉴于此，无抗养殖技术的研发与推广具有极其重大的现实意义和示范效果。 畜禽粪便作为一种重要的肥料资源，富含多种有机物和营养元素，利用好氧堆肥技术不仅可以将畜禽粪便通过无害化处理制成有机肥，而且在堆肥过程中产生大量的不同种类有机酸还能有效地活化土壤中难溶性的磷素，提高磷素的有效性[7，8]。众多研究表明，农田施用畜禽粪便可有效增加土壤中氮磷钾等有效养分含量，进而提高玉米产量和籽粒中蛋白含量[9-11]。研究表明，畜禽粪便作为有机肥以基施为主，但不能完全替代化肥，鸡粪与化肥按一定比例配施，可以提高土壤有机质含量，降低土壤质量分形维数，促进土壤团聚体的稳定性，但鸡粪完全取代化肥则会对产量产生消极影响[12-14]。因此，不同立地条件下畜禽粪便与化肥的配施比例研究显得尤为重要。
畜禽粪便农田施用在改善土壤质地和提高土壤肥力的同时，外源添加抗生素可能对土壤生态环境带来直接性或潜在性的污染。虽然畜禽粪便残留在土壤中的抗生素会部分降解，但更容易被土壤胶体吸附累积，破坏土壤环境中的微生物群落，破坏土壤生态系统的物质循环和能量流动 [15-17]。另一方面，残留于土壤中的抗生素还会被作物吸收或通过地表径流和淋溶作用对农产品质量安全和水体生态安全造成不利影响[18-22]。无抗养殖绿色技术的应用为规避畜禽粪便抗生素残留危害提供了全新的视野，但畜禽无抗养殖粪便农田施用对土壤组分和农作物产量及品质的影响鲜有报道。因此，本研究以鲜食糯玉米中糯2号（Zea mays L.ceraina Kulesh）为试材，研究无抗养殖鸡粪与化肥配施对玉米生长及土壤理化性状的影响，以期为无抗鸡粪农田施用提供合理的配施比例。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于2018年7—10月在中国农业大学烟台研究院试验田进行。试验土壤为棕壤，其有机质含量0.88%，碱解氮131.41 mg/kg，有效磷97.6 mg/kg，速效钾135.76 mg/kg，pH值 6.08。玉米品种为鲜食糯玉米中糯2号。试验所用鸡粪为山东某白羽肉鸡养殖场提供的无抗养殖鸡粪，腐熟后施用。其全氮、全磷、全钾含量分别为2.36%、0.96%和0.84%，鸡粪中四环素、金霉素、土霉素、强力霉素均未检出。
1.2 试验设计
试验采用完全随机区组设计，共设置5个处理，处理1：CK（不施入任何肥料）;处理2：40%JF+60%HF（40%鸡粪与60%化肥配施）;处理3：60%JF+40%HF（60%鸡粪与40%化肥配施）;处理4：80%JF+20%HF（80%鸡粪与20%化肥配施）;处理5：100%HF（100%化肥）。小区面积140 m2，重复3次。玉米株行距分别为45 cm和35 cm，目标产量为6 000 kg/hm2，氮肥、磷肥、钾肥的利用率分别是27%、11%、30%，肥料总施入量N、P2O5、K2O分别为595.50、616.35、472.05 kg/hm2。以氮基准平衡为原则，鸡粪作为基肥于7月13日一次性施入，所缺磷、钾养分以化肥补齐，施肥量占总养分的80%。分别于2018年8月5日、8月29日、9月22日追施拔节肥、穗肥、花粒肥，追肥量分别占总养分的6%、10%和4%。基肥和追肥用量详见表1、表2。
1.3 测定项目及方法
于玉米的苗期、拔节期、抽穗期和完熟期采集玉米植株及土壤样品。依照随机取样的原则在各处理中选取10株玉米，并摘取一定数量玉米叶片测定其叶绿素含量。通过5点取样法，采集0～20 cm土层土壤样品，自然风干、磨细过筛后密封储存用于土壤指标测定。于玉米收获期进行产量和品质的测定。具体各指标测定方法[23-25]见表3。
1.4 数据统计分析
数据采用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0进行统计分析，采用最小显著差异法（LSD）进行处理间差异性分析。
2 结果与分析
2.1 无抗养殖鸡粪与化肥配施对土壤有机质含量的影响
由表4看出，与对照相比，无抗养殖鸡粪与化肥配施处理的土壤有机质含量显著增加。在玉米苗期， 40%JF+60%HF、60%JF+40%HF和80%JF+20%HF处理的土壤有机质含量分别比对照提高18.0%、31.0%和40.1%。方差分析结果表明，100%HF 处理的土壤有机质含量增加不显著。此外，玉米拔节期、抽穗期和完熟期的土壤有机质含量均以80%JF+20%HF处理最大，该处理在玉米完熟期分别比对照、40%JF+60%HF、60%JF+40%HF和100%HF处理增加43.3%、13.6%、3.3%和41.6%。通过统计分析得知，土壤有机质含量的增加幅度与鸡粪施入量呈正相关关系。
2.2 无抗养殖鸡粪与化肥配施对土壤速效养分含量的影响
由图1看出，玉米从苗期到抽穗期，100%HF处理的土壤碱解氮含量均为最高，其次为40%JF+60%HF、60%JF+40%HF、80%JF+20%HF和对照。至玉米完熟期，土壤碱解氮含量以40%JF+60%HF处理最高，分别比对照、60%JF+40%HF、80%JF+20%HF、100%HF提高16.0%、2.0%、5.0%和6.0%。同时，土壤有效磷和速效钾含量的变化趋势与碱解氮相似。与鸡粪处理相比，100% HF处理土壤速效氮、磷、钾含量下降幅度较大，从玉米苗期至完熟期，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别下降37.9%、46.2%和34.2%。
2.3 无抗养殖鸡粪与化肥配施对土壤pH值的影响
鸡粪处理的土壤pH值随玉米生育时期进程呈上升趋势，而未施用鸡粪处理的土壤pH值则不断降低。在玉米苗期，80%JF+20%HF与60%JF+40%HF處理、60%JF+40%HF和40%JF+60%HF处理间土壤pH值无显著差异;至玉米完熟期，各处理土壤pH值差异明显，80%JF+20%HF处理土壤pH值分别比对照、40%JF+60%HF、60%JF+40%HF和100%HF处理提高6.5%、1.8%、0.9%和7.5%（图2）。 2.4 无抗养殖鸡粪与化肥配施对玉米叶片叶绿素含量的影响
如图3所示，在玉米苗期，100%HF处理的玉米叶片叶绿素含量最高，分别比对照、40%JF+60%HF、60%JF+40%HF和80%JF+20%HF高49.0%、6.0%、19.0%和20.0%。随着玉米的生长发育，100%HF处理的叶片叶绿素含量与鸡粪处理间差异逐渐减小，玉米完熟期，100%HF处理的叶片叶绿素含量则显著低于鸡粪处理，以40%JF+60%HF处理叶片叶绿素含量为最高。
2.5 无抗养殖鸡粪与化肥配施对玉米产量和品质的影响
与对照和100%HF相比，各鸡粪处理玉米粗蛋白含量明显升高，以80%JF+20%HF为最高，且分别比对照、40%JF+60%HF、60%JF+40%HF和100%HF处理增加24.9%、5.5%、5.0%、19.1%。同时，无抗养殖鸡粪与化肥配施对玉米籽粒粗脂肪和粗淀粉含量的影响与玉米粗蛋白含量相似，但统计分析表明，3个鸡粪处理间的粗脂肪含量无显著差异。在玉米产量方面，鸡粪和100%HF处理的玉米产量明显高于对照，其中以40%JF+60%HF处理最高，分别比对照、60%JF+40%HF、80%JF+20%HF和100%HF处理高42.3%、2.7%、5.7%和3.1%（表5）。
2.6 无抗养殖鸡粪与化肥配施对玉米籽粒抗生素含量的影响
由表6看出，对照和100%HF处理的玉米籽粒中检测出金霉素和强力霉素，但四环素和土霉素均未检出。所有鸡粪处理的玉米籽粒中四种抗生素均未检出。
3 讨论
土壤有机质作为土壤固相的重要组成成分，其含量是反映土壤肥力水平的重要标准[26，27]。研究表明，土壤有機质含量与鸡粪施用量呈正相关关系。这与陈乃祥[28]、唐继伟[29]等研究结果相一致。
化肥中的速效养分短期内能满足作物对养分的需求，而鸡粪含有一定量的缓效养分，在自然条件、土壤微生物、酶等方面的作用下经过矿化作用转换为速效养分，同时矿化作用产生的有机酸，又可以溶解土壤中的一些难溶性养分，使土壤中的速效养分含量升高[30，31]。在玉米完熟期，40%JF+60%HF处理的土壤速效养分含量最高，说明40%鸡粪与60%化肥配施能满足玉米在不同生育期内对养分的需求，养分供应趋势与玉米养分需求曲线相吻合。
土壤pH值可以直观反映土壤的酸碱程度，对土壤养分的有效性和作物生长发育具有明显影响[32]。本研究发现，鸡粪与化肥配施提高了土壤pH值，且鸡粪的施用量与土壤pH值呈显著的正相关性。这主要是因为鸡粪作为有机肥可以促进土壤腐殖质分解，提高土壤的缓冲性能，具有调节土壤pH值的功效[33]。
叶绿素含量作为光合速率的一个关键因素，对作物的生长发育具有重要意义[34]。在玉米苗期，叶片叶绿素含量以100%HF处理最高，在玉米完熟期，叶片叶绿素含量以40%JF+60%HF处理最高。这说明叶绿素合成能力的高低取决于土壤氮素养分的供应水平，其含量的高低与土壤碱解氮含量变化趋势相似[35]。叶片叶绿素含量的升高，不仅能延缓叶片的衰老，而且又为玉米产量的升高奠定基础[36]。
本研究结果表明，无抗养殖鸡粪的施用改善了玉米品质，主要是因为鸡粪有机肥能促进玉米的光合、蒸腾等生理活动，使叶片硝态氮的转化加速，叶片钾含量提高，降低了叶片的氮钾比例，同时鸡粪中除氮、磷、钾元素外，还含有一定量的钠、钙、镁等营养元素，利于籽粒品质的改善[37，38]。玉米产量以鸡粪替代40%化肥处理最高，说明鸡粪与化肥合理的配施比例，既能保证土壤中微生物功能和酶活性的最大化，又能减少氮、磷、钾等营养元素与土壤间的化学反应，提高肥料的有效性和利用率[38，39]。
本研究发现，对照和100%HF处理的玉米籽粒中检测出金霉素和强力霉素，而所有的无抗鸡粪处理籽粒中四种抗生素均未检出。这说明供试土壤中含有一定量的金霉素和强力霉素。鸡粪处理籽粒中无抗生素可能是因为施用无抗养殖鸡粪，使土壤中的腐植酸含量增大，抗生素由于受氢键、疏水性作用力、表面络合等作用的影响，而在腐植酸上大量吸附[40，41]。另外，鸡粪的施入，提高了土壤中微生物的数量，促进了土壤中原有抗生素的降解[42，43]。
4 结论
本试验条件下，40%无抗鸡粪与60%化肥配施增加土壤有机质和速效养分含量，同时提高了玉米产量，改善了玉米品质，无任何抗生素残留，是无抗鸡粪与化肥配施较为合理的比例。
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