蓝藻厌氧发酵液对生菜产量与品质的影响

王慧姣，汪 泰，包 立，牛 婧，张乃明

(云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201)

蓝藻厌氧发酵液对生菜产量与品质的影响

王慧姣，汪 泰，包 立，牛 婧，张乃明

(云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201)

富营养化湖泊夏季蓝藻暴发期间大量藻浆、藻泥的处置已成为湖泊治理急需解决的问题。本研究以新鲜藻浆发酵液为供试材料，以生菜为供试作物，将稀释了4个浓度梯度的蓝藻厌氧发酵液作为有机肥进行浇灌盆栽试验，并设置一个等量清水对照组，探讨不同浓度蓝藻发酵液处理对生菜的影响。研究表明：①相对于空白对照，4个浓度的蓝藻发酵液均增加了生菜的株高、鲜重，100%的发酵液施肥增加量最多；②叶片叶绿素和可溶性糖含量随着蓝藻发酵液浓度的增加而增加；③生菜的硝酸盐含量也有一定程度的增加，但最高增加5.01%，均在国家标准限量范围内。

蓝藻；富营养化；厌氧发酵；发酵液；生菜种植；影响

近年来，随着我国工农业的迅猛发展以及城市化进程的加快，工业废水、生活污水、农业灌溉回归水中污染物排放量日益增加，湖泊富营养化问题逐渐突出[1]。水体的富营养化直接导致了藻类的迅猛生长，其中以蓝藻为主，大量的蓝藻堆积在水面，散发出难闻的气味，阻断水体的光合作用，使水体贫氧恶化，破坏水体生态系统，而且释放藻毒素，引起水生生物中毒，并通过食物链进而威胁人类健康[2-4]。同时其代谢产物具有毒性和致癌作用，给水生动植物、人类健康和环境安全造成了较大的危害，已对生态系统和社会经济的发展造成很大的负面影响[5-7]。

在蓝藻暴发期，水体富营养化严重的湖泊每天都有数以万吨的蓝藻被打捞出水面，打捞上来的蓝藻含水量高，含有藻毒素，无法直接利用，且随意堆积，容易通过渗漏、径流重新回到水域造成二次污染。如何解决处理好这些蓝藻成为重要而紧迫的问题[8]。

对富营养化湖泊蓝藻的治理不能只停留在收集打捞的层面，应通过一系列科技手段实现变废为宝、化害为利，兼顾经济、环境等多重效益，不但能治理好受污染的环境，同时将创造巨大的经济效益和社会效益，也将提升我国水环境综合治理的水平，减少水体污染程度。蓝藻作为一种生物质，研究其资源化应用对解决巨量处置这一难题意义重大。因此蓝藻高附加值资源化利用的课题逐渐成为了环境治理和资源开发的热点。

根据湖泊水体蓝藻暴发的实情和我国生物技术的发展水平，蓝藻厌氧发酵成为目前快速处置蓝藻的资源化利用方式之一。关于蓝藻厌氧发酵产沼气的研究受到众多研究者的青睐，此方面的报道和文献也很多[9-13]。但实践证明，由于受到发酵条件、设备工艺以及产出结果不理想等诸多因素影响，沼气生产并不经济。在蓝藻厌氧发酵过程中产生了大量的沼液[14、15]，虽然国内外关于一般发酵液的研究很多，但鉴于蓝藻的特殊性，目前，有关蓝藻发酵液对水稻、棉花等大田作物影响的研究较多，而其对蔬菜影响研究较少。我国是蔬菜大国，蔬菜总产量居世界第一，研究蓝藻发酵液对生菜产量及品质的影响，对经济、科学有效栽培我国蔬菜有重要意义。因此，本文以生菜为供试作物，用蓝藻发酵沼液作盆栽试验，探讨其对生菜生物学特性和品质的影响，以期为蓝藻发酵沼液的合理利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本研究供发酵的新鲜蓝藻浆采自滇池龙门藻水分离站。

自制简易厌氧发酵装置，采用50L的大口径圆形塑料桶作为发酵罐，在桶顶部打个小圆孔作为排气孔，将输气管插入孔中，并用胶带封堵周边空隙，然后将管子另一头放入水中，以防外界空气进入桶中。将蓝藻泥浆、活性污泥、水按照1∶1∶1 的投料比投入桶中，密封桶盖，采用外加热的自动加热控制系统，在37℃下进行厌氧发酵，为期90d。

发酵液是上述蓝藻厌氧发酵的上层清液，将发酵液进行各项指标测定，营养含量见表1。

供试作物是生菜，品种为意大利耐抽苔生菜王。

表1 沼液中各营养元素成份含量

供试盆栽土壤采自云南农业大学后山，盆栽土壤本底值见表2。

表2 盆栽土壤本底值

1.2 实验方案

1.2.1 实验设计

挑选形态正常均一的生菜种子撒入花盆，当幼苗长到5cm左右时，进行间苗，选取长势一致的留在盆中，每盆定植3棵。苗龄20d后，分别用不同浓度的蓝藻发酵液进行浇灌，共5个处理3个重复。蓝藻发酵液每隔4d浇灌1次，每钵400mL。沼液处理浓度梯度为100%(处理1)、75%(处理2)、50%(处理3)、25%(处理4)。对照组施用等量的清水。处理20d后测定各处理生菜有关生理生化指标，并测定盆栽土壤的理化性质指标。

1.2.2 测定项目及方法

施用蓝藻发酵液20d，测定所有处理生菜的株高和生物量；叶绿素采用叶绿素仪测定，具体方法参照《植物生理生化实验原理与技术》[16]；可溶性糖采用蒽酮比色法测定[17]；硝酸盐采用紫外吸收法测定[18]。

1.2.3 数据处理

试验测试的各个指标均为3 次重复测定的平均值，采用SPSS软件对不同数据进行方差分析和显著性检验，其中显著性差异p<0.05。数据采用SPSS和Excel统计软件处理。

2 结果与分析

2.1 不同浓度蓝藻发酵液对生菜株高的影响

由图1可知，蓝藻发酵液处理过的生菜株高与对照相比均有所增加。施用100%浓度蓝藻发酵液的处理1株高最大，为14.0cm；其次处理2高13.8cm；处理3与处理4株高平均值相等，都为13.6cm。4个处理之间差异性不明显，但与对照相比均存在显著性差异。处理1、2、3、4分别比对照11.5cm高出21.74%、20%、18.36%和18.36%。表明以蓝藻发酵液作为有机肥，对生菜生长有明显的促进作用。

2.2 不同浓度蓝藻发酵液处理对生菜鲜重的影响

由图2可知，不同处理生菜的生物量不同，其中未施蓝藻发酵液的对照仅为67.02g，经蓝藻发酵液处理后生菜产量明显优于对照。处理1最大，单株重为108.81g，比对照增产62%；随着蓝藻发酵液浓度的降低，产量逐渐降低，处理2、3、4分别为105.43g、100.58g、100.51g。各个处理间差异不显著，但与对照相比，差异性显著，分别增产57%、50%、49%。表明蓝藻发酵液可以有效增加生菜的产量。

2.3 不同浓度蓝藻发酵液处理对生菜叶绿素含量的影响

叶绿素含量与光合作用、氮素营养有密切关系，是科学施肥、育种、光合、衰老及植物病理研究中的重要指标。

由图3可知，蓝藻发酵液处理过的生菜与未处理过的生菜叶片叶绿素含量差异性显著。随着蓝藻发酵液浓度的降低，叶绿素含量呈逐渐降低之势，即处理1>处理2>处理3>处理4>CK。处理1与其他3个处理存在明显差异，处理2与处理3不存在差异，但均与处理4存在明显差异。说明蓝藻发酵液能提高叶片叶绿素含量，且浓度越高，增进作用越明显。

2.4 不同浓度蓝藻发酵液处理对生菜植株硝酸盐含量的影响

硝态氮是植物最重要的氮源之一，也是蛋白质合成的原料。植物体内硝态氮含量可以反映土壤氮素供应情况，因此常作为施肥诊断指标。特别是叶菜类中常含有大量硝酸盐，在烹调和腌制过程中可转化为亚硝酸盐而危害健康。因此，硝酸盐含量又成为蔬菜及其加工品的重要品质指标。测定植物体内的硝酸盐含量，不仅能够反映出植物的氮素营养状况，而且对鉴定蔬菜及其加工品的品质也有重要的意义。

由图4可知，各个处理间的硝酸盐含量均存在显著差异，处理1>处理2>处理3>处理4。处理1最高为590.27mg/kg；处理2为576.3mg/kg；处理3为570.15mg/kg；处理4为565mg/kg。处理4与CK的562.1mg/kg之间没有差异。可以看出蓝藻发酵液浓度越大，硝酸盐含量也越大。说明蓝藻发酵液能够提高生菜中的硝酸盐含量，但是4 个处理的硝酸盐含量均低于GB19338-2003《蔬菜中硝酸盐限量》中的限量标准，且远远低于我国叶类蔬菜硝酸盐含量的总体水平2000～3000mg/kg。

2.5 不同浓度蓝藻发酵液处理对生菜可溶性糖含量的影响

植物体内的可溶性糖为光合产物，以蔗糖为主，是植物糖类运输的主要形式，是呼吸作用的物质基础、能量的原料，也是形成脂肪、有机酸、蛋白质的最初原料，故与植物体内各种代谢均有密切关系。植物的新器官、新组织都是利用糖发育而成。评价植物的营养状况，分析农产品品质等均有必要测定可溶性糖和淀粉的含量。

由图5可知，蓝藻发酵液处理过的生菜可溶性糖含量与对照相比有着明显的差异。处理1含量最高为6.69mg/g，比对照高54.15%；处理2为6.30mg/g，比对照高45.16%；处理3为6.01mg/g，比对照高38.48%；处理4 为5.84mg/g，比对照高34.56%。随着4个处理蓝藻发酵液浓度的降低，可溶性糖含量也逐渐降低。处理1与处理2存在显著差异，处理2与3存在显著差异，处理3与4差异不显著。表明蓝藻发酵液能够提高生菜可溶性糖含量，且提高幅度与蓝藻发酵液浓度有关，蓝藻发酵液浓度越大，可溶性糖含量越高，从而改善了生菜品质。

3 讨论

3.1 蓝藻发酵液对生菜生长、生物学性状和产量的影响

施用蓝藻发酵液的生菜生物量及株高都显著高于对照组，说明蓝藻发酵液能促进生菜的生长，显著提高生菜生物量，与前人的研究结果一致[19]。究其原因，一方面是因为蓝藻发酵液中本身含有一定量的氮磷营养元素，同时也含有大量的蛋白质、氨基酸、维生素等生物活性物质[20]，对生菜的生长起到了促进作用，另一方面也有可能是蓝藻在发酵的过程中产生了某种促进植物生长的活性物质，蓝藻发酵液促进生菜生长增加产量的作用机理还有待进一步研究。

3.2 蓝藻发酵液对生菜生理特性及品质的影响

蓝藻发酵液对提高生菜叶绿素含量有显著影响，叶绿素的合成需要有N、Mg的参加，而蓝藻发酵液中总氮量达7.94mg/L，并且可能是因为蓝藻对Mg的富集表现为主动获取[21]，使得蓝藻发酵的沼液富含了Mg元素，为生菜的光合作用提供了有利的条件，从而提高了叶绿素的含量。

蓝藻是原生光合作用生物，可以利用太阳能固氮，关于利用蓝藻的固氮作用生产肥料也有不少的报道[22，23]。生菜中硝酸盐含量随蓝藻发酵液浓度的升高而增加，这与施用沼液使莴笋叶和生菜硝酸盐含量降低[24]的结果相反。蓝藻是一个有机生物体，因此含有较氮肥更全的营养元素，蓝藻发酵液为生菜提供大量的N素以及其他营养元素可能是导致生菜中硝酸盐含量增加的原因，其中，100%浓度的蓝藻沼液处理的生菜硝酸盐含量达到最高，但仍然没有超出国标中的限量标准，且远低于我国叶类蔬菜硝酸盐含量的总体水平，所以施用蓝藻发酵液可以为生菜提供丰富的N素，并且在沼液达到100%浓度的情况下也不会对生菜的食用安全构成威胁。

蓝藻发酵液可以显著提高生菜可溶性糖含量，并且以100%浓度蓝藻发酵液效果最好。可溶性糖在植物的新陈代谢过程中占有重要的地位，它反映了植物体内碳水化合物的运转情况，同时也是呼吸作用的基质以及光合作用储藏能量的重要形式。经蓝藻发酵液处理后的生菜可溶性含量显著增加，这是因为蓝藻发酵液中富含N素，蔬菜的糖分含量会随着施氮量的增加而增加[25]，同时也由于发酵液中较多的活性物质对作物的品质改善有促进作用。

4 结论

(1)施用蓝藻发酵液能够促进生菜的生长并提高生菜生物量，不同浓度的蓝藻发酵液处理使得生菜株高增长量不同，具体范围为21.74%～18.36%；鲜重增长范围为62%～49%。

(2)施用蓝藻发酵液后能显著提高生菜叶绿素含量，不同浓度的发酵液作用效果不同，增幅在3.13%～9.27%。

(3)施用蓝藻发酵液可增加生菜的可溶性糖含量和硝酸盐含量，但硝酸盐含量均在安全范围内，而高浓度的蓝藻发酵液能促进生菜可溶性糖的形成，可见施用蓝藻发酵液在增加产量的同时可以改善生菜的品质。

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The Influence of Cyanobacteria Anaerobic Fermentation Broth on Lettuce Yield and Quality

WANG Hui-jiao, WANG Tai, BAO Li, NIU Jing, ZHANG Nai-ming

(College of Resource and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming Yunnan 650201, China)

The disposal of algae slurry and mud has been a serious problem that urgently needs to be solved during cyanobacteria blooming period of the eutrophic lakes each summer. Fresh cyanobacteria fermentation broth was used as the tested materials, lettuce as the tested crop, diluting four concentration gradients of cyanobacteria anaerobic fermentation broth as organic fertilizer watering pot experiment, and the same amount of water as a control group. The influence of different concentrations of slurry treatment on lettuce growth was examined. The results showed that the four solutions increased the lettuce plant height and fresh weight, among which, the 100% of fermentation broth increased the highest. The chlorophyll content and soluble sugar content rose while the concentration of fermentation broth went up. The highest content of nitrate grew 5.01% that is within the limited scope of the national standard.

cyanobacteria; eutrophication; anaerobic fermentation; fermentation broth; lettuce; influence

2016-05-31

云南省社会发展科技计划2012CA017。

王慧姣(1991-)，女，浙江长兴人，硕士研究生，主要从事植物与环境领域研究。

张乃明(1963-)，男，山西长治人，博士后，教授，博士生导师，主要从事农业非点源污染控制、土壤环境质量演变、设施农业与绿色食品生产等方面的研究。

X17

A

1673-9655(2017)01-0001-05