沼液灌溉对芥菜产量及养分吸收的影响研究

吴晓梅， 叶美锋， 吴飞龙， 林代炎

(福建省农业科学院 农业工程技术研究所， 福建 福州 350003)

项目来源： 国家十二五支撑计划项目(2012BAD14B15-1)； 福建省科技重大专项(2013YZ0001-1)； 福建省省属公益类科研院所专项(2014R1015-8)

沼液灌溉对芥菜产量及养分吸收的影响研究

吴晓梅， 叶美锋， 吴飞龙， 林代炎

(福建省农业科学院 农业工程技术研究所， 福建 福州 350003)

通过箱体栽培试验研究沼液施用量对芥菜产量及养分吸收的影响、比较沼液处理与化肥处理，得出芥菜最适合沼液量，为“猪-沼-菜”生态循环农业模式推进提供依据。试验表明，每次施用1.5 L沼液最为合理：芥菜地上部分生物量最高624 g，相比空白处理增产831%，相比化肥处理增产54.4%；体内硝态氮190 mg·kg-1仅占化肥处理的54.0%，含量远低于化肥处理；总养分含量可达8.66 mg·kg-1，是空白处理的5.47倍，化肥处理的1.49倍，其中全氮、全磷、全钾含量相比空白处理分别提高368%，427%，477%。适量沼液灌溉，可有效促进芥菜生长，提高芥菜产量及其对养分的吸收能力，降低硝酸盐含量。

沼液； 芥菜； 产量； 养分

随着农业产业结构的调整，生猪养殖业得到集约化、规模化发展。据统计，2014年全国生猪存栏头数为46582.7万头，2014年全国生猪粪便产生量为3.41亿t，年污水产生量为5.61亿t[1]。规模化生猪养殖业的扩张，在解决人们日常所需同时，由生猪养殖业产生的粪污也给环境带来了巨大压力。我国当下，普遍利用沼气工程即厌氧发酵技术解决畜禽养殖废物、作物秸秆等污染物，实现畜禽废物的无害化、资源化利用[2]，减轻环境负担，促进现代循环农业的发展。沼液就是畜禽粪便通过厌氧发酵而得的产物之一，其中含有24种氦基酸、维生素、有机质以及钙、铁、磷、锌、锰等多种营养成分[3]，能为作物生长提供养分，并维持土壤肥力[4]，促进土壤生态环境良性循环[5]。我国每年约会产生2亿吨沼液[6]，若能在农业生产中合理的资源化利用，不但可以避免对环境造成二次污染还可以促进现代循环农业的可持续发展。20世纪80年代开始，人们开始研究沼肥替代化学肥料的试验研究[7]，证实合理施用沼液可减少作物病虫害的发生[8]，提高农产品如小麦[9]、水稻[10-11]、玉米[12]、油菜[13]等作物的产量和品质，降低硝酸盐的含量[14]，提高作物对氮、磷、钾的利用率[15]。

芥菜属于叶类蔬菜，十字花科芸苔属一年生或二年生草本植物，是中国著名的特产蔬菜，为全国各地栽培的常用蔬菜，具有养分吸收数量多、转移低的特点[16]。然而沼液施肥量不当极易造成芥菜品质降低，硝酸盐含量升高，对人体健康不利[17-20]，目前我国利用沼液灌溉芥菜方面的研究较为罕见。因此，试验将以芥菜为材料，研究不同沼液用量对芥菜产量、品质和养分的影响，进而得出芥菜对沼液承载能力，为沼液资源化利用、提高农业经济效益，实现“猪-沼-菜”生态循环农业模式推进提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验蔬菜品种为宽叶芥菜，供试土壤为红壤。土壤：采用山地红壤，主要土壤性状为：土壤有机质2.00 g·kg-1，全N 0.2 00g·kg-1，全P2O54.80 g·kg-1，全K2O 13.7 g·kg-1，碱解N 10.1 mg·kg-1，速效P 9.60 mg·kg-1，速效K 65.0 mg·kg-1，pH值5.4。

供试沼液来自于福建省福清市某大型养猪场正常运行的沼气系统，发酵原料为猪场的粪污水。沼液：猪场粪便污水经固液分离后，进入沼气池厌氧发酵后产生，含有机质1.80 g·kg-1，全N 0.680 g·kg-1,全P2O50.230 g·kg-1，全K2O 0.380 g·kg-1。

1.2 试验方法

试验采用箱体(容积：42 cm×28 cm×22 cm)作为栽培容器，试验设7个处理，CK1为空白对照,CK2为化肥处理对照，不同沼液用量设5个处理，3次重复，以重复取平均值为结果。每泡沫箱盆装土25kg，混施有机肥1 kg(含有40%有机质和6%的(N+P2O5+K2O))。装盆浇水后，每盆定植3棵大小均匀强健的芥菜苗，开始施用沼液。沼液用量按平均每7天施用1次，共施用8次，CK2分次施用尿素，平均每7天施用1次，共施用8次。试验处理及施肥量如表1所示。

表1 试验处理及施肥量

注：沼液的施用量按照沼液的全氮含量0.50 g·kg-1计算

1.3 样品分析

试验结束后，对不同箱体内的芥菜进行测产，同时随机取样测定芥菜干物质中的氮、磷、钾含量。植株采用硫酸-过氧化氢消解，全氮用开氏定氮法，全磷用矾钼黄比色法测定，全钾用火焰光度法测定。

1.4 数据处理与统计分析

试验数据应用SAS统计软件进行统计分析，差异显著性用邓肯复全距检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理芥菜生物量

图1是不同处理芥菜生物量，可以看出沼液处理和化肥处理与CK1相比，均达到显著差异，增产率依次为503%，583%，660%，831%，727%和697%，其中ZS3处理的增产率最高比CK2增产54.4%，产量为624 g。表明单纯沼液灌溉可以提高芥菜的生物量，效果优于化肥处理；另外，随着沼液量的增加，芥菜生物量呈现先增后减趋势，表明芥菜对沼液的承载能力有限，每次沼液施用量1.5 L，折合纯N 6 g·pot-1，与CK1和CK2处理相比均达到显著差异。

注：图中小写字母不同表示处理间差异达到P<0.05显著水平，下同。图1 不同处理芥菜生物量

2.2 不同处理芥菜植株硝态氮含量

由图2可见，CK1处理芥菜植株硝态氮含量15.9 mg·kg-1，显著低于CK2和沼液处理；ZS1，ZS2，ZS3，ZS4和ZS5处理芥菜硝态氮含量比CK2处理植株硝态氮含量分别降低67.7%，60.9%，46.0%，34.8%和3.71%，ZS5与CK2处理芥菜体内硝态氮含量差异不明显。由此表明施用沼液的处理芥菜硝态氮含量随着沼液用量的增加而不断增加，因此控制合理的灌溉沼液量比施用化肥，更能显著降低芥菜植株体内硝态氮含量，这与史雅娟[21]及李会合[22]等人的研究结果也一致。

图2 不同处理芥菜硝态氮含量

2.3 不同处理芥菜植株养分含量

图3～图5分别为不同处理芥菜植株氮、磷、钾含量变化趋势图。从图3中可以看出，对于芥菜植株体内全氮含量为ZS2>ZS5>ZS4>CK2>ZS3>ZS1>CK1，施用沼液的各处理和CK2处理芥菜植株体内全氮含量都显著高于CK1处理的含量10.3mg·kg-1。ZS2处理和ZS5处理的植株含氮量显著高于ZS1处理，随着沼液施用量的增加呈现波动性变化，整体有增加趋势，有可能植株对沼液中氮的转化有适应过程。但施用沼液的各处理与CK2处理之间芥菜植株体内全氮含量差异不显著。

图3 不同处理芥菜全氮含量

从图4可以得出，收获后芥菜中全磷含量各处理均高于CK1处理，而且差异显著，其中ZS5处理的芥菜植株全磷含量最高为1.12 mg·kg-1，为空白处理CK1的5.41倍，化肥处理CK2的1.79倍，随着沼液施用量的增加，芥菜植株磷含量、钾含量随着沼液用量增加而增加，但是达到一定程度时，植株的磷钾含量达到饱和，利用率下降，有可能出现养分流失的情况。另外，当每次施用沼液量大于等于1.0 L时，沼液处理的芥菜植株体内的含磷量都比CK2的高，可能是因为沼液中含有磷而化肥中不含，且沼液中的磷较容易被植株吸收利用的原因。

图4 不同处理芥菜全磷含量

图5 不同处理芥菜全钾含量

图5为植株体内全钾含量变化趋势图，随着沼液施用量增加，植株体内钾含量呈现波动性增长，与全磷含量趋势基本一致，最高的是沼液处理组ZS5为6.01 mg·kg-1，与CK1差异显著，是CK1的5.85倍，但与ZS3和ZS4间差异不显著。

3 讨论

3.1 沼液灌溉对芥菜产量的影响

笔者试验，对芥菜施用不同量沼液与CK1，CK2处理进行对照，说明施用沼液灌溉对芥菜有增产作用，增产效果优于化肥处理，并且随着沼液的施用量增加，芥菜产量呈现先增加后减少趋势，表明对芥菜施用沼液不是越多越好，芥菜对沼液具有一定耐受能力，这与Brechin[23]及赵莉[24]等人的研究结论一致。沼液灌溉芥菜，芥菜产量得到显著提高，原因可能：一方面是沼液含有大量的速效养分，增加土壤有机质含量，增强土壤团聚作用，延长土壤中有机氮的保存时间，增强土壤微生物群落活性，提高氮素矿化量，进而提高作物对氮素的吸收利用[25-26]，加之沼液提供的氮素形态以及沼液中氮素释放规律可能与芥菜对氮素的需求较为一致，从而提高芥菜产量；另一方面可能是沼液中的其他复杂成分或营养元素直接或间接的调控芥菜叶面指数、光合速率等性状，进而影响芥菜产量。在上述两方面的协同作用下，沼液处理的芥菜产量高于化肥处理和空白处理。沼液中铵态氮占氮素的70%以上[27]，芥菜产量随着沼液施用量的增加呈现先升高后降低的现象，可能是与沼液中氨氮的挥发速率有关[28-29]。另外，也可能是因为沼液量增加会增加土壤盐分，造成土壤盐分表聚，抑制作物的生根和出苗，从而影响芥菜生长量[30]。

3.2 不同处理对芥菜硝态氮含量的影响

植株累积硝态氮主要是来源于人为施入土壤的氮素。化肥处理的芥菜体内硝态氮高于其他处理，CK1处理最低，随着沼液量增加，植株体内硝态氮含量增加，沼液处理的植株体内硝态氮含量相对于化肥处理较低的原因，可能是因为沼液中的氨基酸对植株内的硝酸还原酶有激活作用，可部分取代硝态氮使作物体内硝酸盐含量降低，提高了硝态氮在作物体内的转化速率有关[31-32]。也有可能是因为沼液作为有机肥料，部分养分释放慢，控制了芥菜的氮素吸收。同时，有机质促进土壤反硝化过程，有效地降低土壤中硝态氮浓度[33]。

3.3 不同处理对植株养分吸收的影响

沼液灌溉芥菜，芥菜体内氮磷钾含量变化随着沼液用量增加，出现波动性变化，整体是先增加后降低的趋势。沼液处理的磷钾含量都高于CK2处理显著高于CK1，而全氮含量，化肥处理和沼液处理差异不太显著，主要是因为化肥是尿素不含磷钾，折合纯氮含量与ZS3处理相同，植株对氮素的吸收效果较好，这与植株生物量可能也有一定关系。沼液作为有机液体肥施用，其有机质含量较高，生物降解过程较为缓慢。随着沼液用量的减少，其含量降低，CK1最低。而利用化肥进行芥菜生产时，化肥养分的缓慢释放控制了芥菜对养分的吸收，所以CK2沼液处理的养分含量高于CK1却低于沼液处理，这与刘文科[34]等人研究结论一致。

4 小结

(1)芥菜对沼液具有一定的承载能力，适量施用沼液，对芥菜有增产作用。当每次沼液施用量为1.5 L，折合纯N 6 g·pot-1，芥菜地上部生物量达到最高为624 g，且高于CK2处理。

(2)通过沼液灌溉和单纯化肥灌溉芥菜试验比较，沼液灌溉芥菜收获芥菜植株体内硝态氮含量都小于化肥灌溉所获芥菜体内的硝态氮含量。因而，合理利用沼液对芥菜施肥，代替单纯化肥不仅可以提高芥菜产量，还可以保障芥菜营养和卫生品质，达到绿色健康经济的多层盈利。

(3)通过试验可知，基于芥菜增产量、卫生品质和营养品质3方面综合考虑，箱体栽培于25 kg土壤每次施用12.7 L·m-2沼液最为合理，即ZS3处理，相比CK1处理增产831%，比CK2增产54.4%；体内硝态氮190 mg·L-1仅为CK2处理的54.0%,总养分含量可达8.66 mg·kg-1，是CK1处理的5.47倍、CK2处理的1.49倍，其中全氮、全磷、全钾分别提高368%，427%，477%。

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EffectofBiogasSlurryIrrigationontheYieldandNutrientContentofMustard

/WUXiao-mei,YEMei-feng,WUFei-long,LINDai-yan

/ (AgriculturalEngineeringInstitute,FujianAcademyofAgriculturalSciences,Fuzhou350003，china)

A box cultivation experiment was conducted in this paper for investigating the effect of biogas slurry on mustard yield and nutrient content. The biogas slurry irrigation was compared with chemical fertilizers application for finding the reasonable irrigation amount of biogas slurry. The results showed that the most reasonable application amount of biogas slurry was 1.5 L biogas slurry each time for an experiment box (42 cm×28 cm×22 cm). The maximum overground biomass of mustard was 624 g, which increased by 54.4% compared to the chemical fertilizer application, and increased by 831% compared to the blank treatment(no fertilizer applied). Nitrate nitrogen content in mustard was 190 mg·kg-1,which was only 54.0% of those treated with chemical fertilizer. The total nutrient was up to 8.66 mg·kg-1, which was 1.49 times that of the chemical fertilizer application and 5.47 times that of the blank treatment, and wherein the total nitrogen, total phosphorus, and total potassium were increased by 368%, 427%, and 477% comparing with the blank treatment, respectively. These result showed that the appropriate amount of biogas slurry irrigation could effectively improve mustard quality.

biogas slurry; mustard; yield; nutrient

2016-09-08

吴晓梅(1988- )，女，硕士，主要从事农业环保研究工作，E-mail：xiaomeizi163@126.com

林代炎，E-mail：lindaiyan@126.com

S216.4

B

1000-1166(2017)05-0065-05