猪粪替代部分氮肥对土壤质量及菜心产量和维生素C含量的影响

doi:10.16178/j.issn.0528-9017.20231103

浙江农业科学 ›› 2025, Vol. 66 ›› Issue (2): 354-362.DOI: 10.16178/j.issn.0528-9017.20231103

猪粪替代部分氮肥对土壤质量及菜心产量和维生素C含量的影响

杨春亚¹^,²(), 吴东阳¹^,², 谭惠玲¹^,², 叶宇³, 赵中秋¹, 李永涛¹^,², 徐会娟¹^,²^,^*()

1.华南农业大学资源环境学院农业农村部华南耕地保育重点实验室,广东广州 510642
2.华南农业大学资源环境学院广东省土地利用与整治重点实验室,广东广州 510642
3.罗定市农业发展中心,广东云浮 527200

收稿日期:2023-11-13 出版日期:2025-02-11 发布日期:2025-03-24
通讯作者: 徐会娟(1983—),女,山东菏泽人,副教授,博士,研究方向主要包括有机污染物降解、土壤有机污染物的迁移、转化和生物强化降解等,E-mail: hjxu@scau.edu.cn。
作者简介:杨春亚(1997—),女,广东湛江人,硕士研究生,研究方向为粪肥还田对土壤抗生素抗性基因的影响,E-mail: 2032288081@qq.com。
基金资助:
“十四五”广东省农业科技创新十大主攻方向“揭榜挂帅”项目(2022SDZG07);畜禽粪污还田利用面源污染等环境风险监测与评估项目

Effects of pig manure instead of partial nitrogen fertilizer on soil quality, yield and vitamin C content of Chinese flowering cabbage

YANG Chunya¹^,²(), WU Dongyang¹^,², TAN Huiling¹^,², YE Yu³, ZHAO Zhongqiu¹, LI Yongtao¹^,², XU Huijuan¹^,²^,^*()

1. College of Resources and Environment, South China Agricultural University, Key Laboratory of Arable Land Conservation in South China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Guangzhou 510642, Guangdong
2. College of Resources and Environment, South China Agricultural University, Guangdong Provincial Key Laboratory of Land Use and Reconstruction, Guangzhou 510642, Guangdong
3. Agricultural Development Center of Luoding City, Yunfu 527200, Guangdong

Received:2023-11-13 Online:2025-02-11 Published:2025-03-24

摘要/Abstract

摘要： 针对规模化集约化养猪场产生的大量畜禽粪污无害化和资源化处理难题,重点探讨猪粪粪肥在培肥土壤和作物增产提质方面的效果,以期为猪粪的资源化还田利用和技术推广提供数据支撑。研究以菜心为供试作物设置大田试验,共设置6个处理:CK(不施肥处理)、CF1(农户习惯施肥)、CF2(优化配方化肥)、PM1(猪粪替代15% N)、PM2(猪粪替代30% N)和VC(蚯蚓粪替代15% N),对收获后的土壤容重、pH值、电导率、铵态氮含量、硝态氮含量、有效磷含量和速效钾含量及菜心产量和维生素C 含量9个指标进行测定,通过主成分分析和隶属函数分析,综合评价不同处理的培肥效果。结果表明,各处理之间土壤容重差异不显著,土壤电导率均偏低;与CK、CF1、CF2和VC处理相比,PM1处理土壤pH值、铵态氮含量和速效钾含量分别提高4.68%~9.45%、1.75%~62.62%和17.81%~109.76%,PM2处理土壤pH值、有效磷含量和速效钾含量分别提高1.72%~6.36%、4.96%~152.99%、12.33%~100.00%;与CK、CF1和CF2处理相比,PM1和PM2处理土壤硝态氮含量分别提高77.93%~248.65%和70.69%~234.46%,菜心产量分别提高38.3%~1 057.0%和38.6%~1 060.0%。不同处理土壤质量指数(SQI)排序为:PM2>PM1>VC>CF2>CF1>CK。菜心产量和维生素C含量在0.001水平显著相关,PM2处理增产提质的综合效果最好。综上,猪粪替代30% N处理为最佳推荐施肥方式。

关键词: 猪粪, 菜心, 土壤理化性质, 产量, 主成分分析, 隶属函数分析

Abstract:

In response to the challenges of harmless treatment and resource utilization of a large amount of livestock and poultry manure produced by large-scale intensive pig farms, this study focuses on the effects of pig manure fertilizer on soil fertility and crop yield improvement. The aim is to provide data support for the resource utilization and technology promotion of pig manure. Selecting Chinese flowering cabbage as the test crop, the experiment was designed with six treatments in the field: CK (no fertilization treatment), CF1 (farmers' habitual fertilization), CF2 (optimized formula fertilizer), PM1 (pig manure replacing 15% N), PM2 (pig manure replacing 30% N) and VC (vermicompost replacing 15% N). Nine indicators, including soil bulk density, soil pH value, soil electrical conductivity, soil ammonium N content, soil nitrate N content, soil available P content and soil available K content, as well as yield and vitamin C of Chinese flowering cabbage, were measured after harvest. The fertilizer effects of different treatments were comprehensively evaluated through principal component analysis and membership function analysis. The results showed that there was no significant difference in soil bulk density among different treatments, and the soil electrical conductivity was low among different treatments. Compared with treatments of CK, CF1, CF2, and VC, the soil pH value, soil ammonium N content and soil available K content of PM1 respectively increased by 4.68%-9.45%, 1.75%-62.62% and 17.81%-109.76%; the soil pH value, soil available P content and soil available K content of PM2 respectively increased by 1.72%-6.36%, 4.96%-152.99% and 12.33%-100.00%. Compared with treatments of CK, CF1 and CF2, the soil nitrate N content of PM1 and PM2 respectively increased by 77.93%-248.65% and 70.69%-234.46%, the yield of Chinese flowering cabbage of PM1 and PM2 respectively increased by 38.3%-1 057.0% and 38.6%-1 060.0%.The soil quality index (SQI) of different treatments is ranked as follows: PM2>PM1>VC>CF2>CF1>CK. There was a significant correlation between yield and vitamin C content of Chinese flowering cabbage at the 0.001 level, and PM2 has the best comprehensive effect on increasing yield and improving quality. In summary, pig manure replacing 30% N was the best recommended fertilization method.

Key words: pig manure, Chinese flowering cabbage, soil physicochemical property, yield, principal component analysis, membership function analysis

中图分类号:

S151.9
S634

杨春亚, 吴东阳, 谭惠玲, 叶宇, 赵中秋, 李永涛, 徐会娟. 猪粪替代部分氮肥对土壤质量及菜心产量和维生素C含量的影响[J]. 浙江农业科学, 2025, 66(2): 354-362.

YANG Chunya, WU Dongyang, TAN Huiling, YE Yu, ZHAO Zhongqiu, LI Yongtao, XU Huijuan. Effects of pig manure instead of partial nitrogen fertilizer on soil quality, yield and vitamin C content of Chinese flowering cabbage[J]. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2025, 66(2): 354-362.

图/表 9

表1 粪肥基本指标

Table 1 The main nutrient index of manure fertilizer

粪肥	含水率/ %	pH值	有机质含量/ (g·kg^-1)	N含量/ %	P₂O₅含量/ %	K₂O含量/ %
猪粪	37.1±0.1	7.68±0.04	295±4	2.49±0.09	6.29±0.09	3.42±0.04
蚯蚓粪	69.6±0.2	7.06±0.12	348±10	1.73±0.09	4.14±0.74	2.04±0.20

表2 试验处理与肥料用量

Table 2 Experimental treatment and fertilizer dosage 单位:kg·hm-2

处理	化肥用量			粪肥用量	总量
处理	N	P₂O₅	K₂O	粪肥用量	N	P₂O₅	K₂O
CK	0	0	0	0	0	0	0
CF1	113	113	113	0	113	113	113
CF2	182	143	132	0	182	143	132
PM1	155	74	95	1 743	182	143	132
PM2	127	5	57	3 485	182	143	132
VC	155	77	100	5 183	182	143	132

图1 不同处理对土壤容重、pH值和电导率的影响同组柱上无相同小写字母表示不同处理间在0.05水平差异显著,图2同。

Fig.1 Effects of different treatments on soil bulk density,pH value and electrical conductivity

表3 不同处理对土壤养分含量的影响

Table 3 Effects of different treatments on soil nutrient content 单位:mg·kg-1

处理	铵态氮含量	硝态氮含量	有效磷含量	速效钾含量
CK	10.7±0.0 c	1.48±0.14 d	5.02±0.23 d	123±5 d
CF1	17.1±0.9 a	1.50±0.02 d	9.45±0.33 c	149±7 c
CF2	14.1±0.6 b	2.90±0.53 c	8.81±0.76 c	153±10 c
PM1	17.4±1.2 a	5.16±0.62 b	11.00±0.90 b	258±10 a
PM2	15.2±0.7 b	4.95±0.33 b	12.70±0.80 a	246±6 a
VC	15.3±0.4 b	6.76±0.13 a	12.10±0.30 a	219±8 b

图2 不同处理对菜心产量和维生素C含量的影响

Fig.2 Effects of different treatments on the yield and Vitamin C content of Chinese flowering cabbage

图3 不同处理各指标Pearson相关性热图颜色渐变表示相关系数,红色表示正相关,紫色表示负相关;*—在0.05水平显著相关,**—在0.01水平显著相关,***—在0.001水平显著相关。SBD—土壤容重,SEC—土壤电导率, NH 4 +-N—铵态氮含量、 NO 3 --N—硝态氮含量,AP—有效磷含量,AK—速效钾含量,CFC-Y—菜心产量,CFC-VC—菜心维生素C含量。

Fig.3 Pearson correlation heat map of each indicator of different treatments

表4 各指标主成分的载荷矩阵、公因子方差和权重系数

Table 4 Load matrix, communalities and weight coefficient of the principal components of each index

指标	主成分1 PC1		主成分2 PC2		主成分3 PC3		公因子方差	权重系数
指标	载荷值	特征向量	载荷值	特征向量	载荷值	特征向量	公因子方差	权重系数
SBD	-0.190	-0.099	0.404	0.348	0.781	0.803	0.932	0.155
pH值	0.377	0.195	-0.254	-0.219	0.320	0.329	0.715	0.119
SEC	0.127	0.066	0.686	0.590	-0.486	-0.500	0.920	0.153
$NH 4 +$ -N	0.364	0.188	0.470	0.404	0.226	0.232	0.840	0.139
$NO 3 -$ -N	0.444	0.230	-0.238	-0.205	0.025	0.025	0.814	0.135
AP	0.477	0.247	0.131	0.112	-0.008	-0.008	0.874	0.145
AK	0.497	0.258	-0.084	-0.072	0.001	0.001	0.933	0.155

表4 各指标主成分的载荷矩阵、公因子方差和权重系数

Table 4 Load matrix, communalities and weight coefficient of the principal components of each index

指标	主成分1 PC1		主成分2 PC2		主成分3 PC3		公因子方差	权重系数
指标	载荷值	特征向量	载荷值	特征向量	载荷值	特征向量	公因子方差	权重系数
SBD	-0.190	-0.099	0.404	0.348	0.781	0.803	0.932	0.155
pH值	0.377	0.195	-0.254	-0.219	0.320	0.329	0.715	0.119
SEC	0.127	0.066	0.686	0.590	-0.486	-0.500	0.920	0.153
$NH 4 +$ -N	0.364	0.188	0.470	0.404	0.226	0.232	0.840	0.139
$NO 3 -$ -N	0.444	0.230	-0.238	-0.205	0.025	0.025	0.814	0.135
AP	0.477	0.247	0.131	0.112	-0.008	-0.008	0.874	0.145
AK	0.497	0.258	-0.084	-0.072	0.001	0.001	0.933	0.155

图4 不同处理各指标主成分分析图 SBD—土壤容重;SEC—土壤电导率; NH 4 +-N—铵态氮含量; NO 3 --N—硝态氮含量;AP—有效磷含量;AK—速效钾含量。

Fig.4 Principal component analysis of each index of different treatments

表5 不同处理的隶属度值U(Xi)和土壤质量指数(SQI)

Table 5 Membership degree values U(Xi) and soil quality index (SQI) of different treatments

处理	U(X₁)	U(X₂)	U(X₃)	U(X₄)	U(X₅)	U(X₆)	U(X₇)	SQI	排序
CK	0.485	0.241	0	0	0	0	0	0.104	6
CF1	0	0.133	0.624	0.953	0.004	0.575	0.190	0.357	5
CF2	0.392	0	1.000	0.511	0.268	0.492	0.219	0.426	4
PM1	0.502	1.000	0.629	1.000	0.697	0.775	1.000	0.793	2
PM2	1.000	0.673	0.670	0.674	0.657	1.000	0.912	0.806	1
VC	0.639	0.483	0.197	0.696	1.000	0.922	0.712	0.662	3

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猪粪替代部分氮肥对土壤质量及菜心产量和维生素C含量的影响

Effects of pig manure instead of partial nitrogen fertilizer on soil quality, yield and vitamin C content of Chinese flowering cabbage

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