京郊露地蔬菜废弃物原位还田的农学效应研究

刘本生，杨 岩，孙钦平，李吉进，许俊香

（1.北京市农林科学院植物营养与资源研究所，北京 100097；2.山东省农业科学院农业资源与环境研究所/山东省植物营养与肥料重点实验室，山东 济南 250100；3.农业部废弃物基质化利用重点实验室，山东 济南 250100）

我国是蔬菜生产和消费大国，近年来，对蔬菜需求量呈现快速增长的趋势，蔬菜播种面积以每年3%左右的速度增长[1]，2016年达到2.23×107hm2[2]。逐渐递增的蔬菜种植面积，在带来蔬菜总产量不断攀升的同时，也产生了越来越多的蔬菜废弃物。蔬菜是北京农业的传统产业，在农村经济中占有重要的地位，在绿色北京、宜居城市的目标定位下，必须解决蔬菜废弃物问题[3]。蔬菜废弃物的总固体含量为8%～19%，挥发固体的含量占总固体的80%以上。蔬菜废弃物含水率高，富含有机质和营养成分[4-5]，若随意丢弃或处理不当，会造成严重的环境污染和资源浪费；因此，蔬菜废弃物的处理引起了越来越多学者的关注。

现阶段蔬菜废弃物的处理方法主要有：堆肥化处理、厌氧沼气发酵、饲料生产、填埋和直接还田等[6]。堆肥化处理的高温阶段可以杀死绝大部分的病原体、虫卵、草种，且堆肥产品富含腐殖质，养分齐全，可以用作有机肥或土壤改良剂，施入土壤后可以改善土壤的理化环境[7]，是目前废弃物处理的主要途径；但堆肥化处理需要较大的场地进行物料堆置，与填埋一样，均会造成空间浪费，若处理不当还会污染地下水；蔬菜废弃物在产甲烷细菌的作用下厌氧发酵产生沼气，但沼液、沼渣需要二次处理，处理不当也会污染周围环境；生产饲料需要无菌操作，不适宜处理大规模的蔬菜废弃物；此外，以上几种处理方式还需要解决好废弃物的收集、运输和贮存等一系列的问题。蔬菜种植区的复种指数较高，直接还田的蔬菜废弃物若处理不当，可能会引起病虫害的传播；但其操作相对简单、省时省工，因而成为了近年来的研究热点。

研究表明，水稻—榨菜轮作模式下，榨菜叶的还田能够明显提高土壤肥力[8]；SHEN等[9]将芹菜和康乃馨的混合废弃物还田后，使大白菜产量较对照处理增产32.6%～34.9%；而尚丹等[10]将苎麻地冬闲套种蔬菜废弃物还田后发现，苎麻产量降低5.4%～19.4%。由此可以看出，蔬菜废弃物还田对后茬作物的产量影响存在较大差异，需进行进一步研究。此外，目前已有研究均是在轮作条件下进行的还田处理，在露地连作模式下的研究鲜有报道。本研究通过对露地条件下不同废弃物还田量对连作西兰花菜地产量及土壤肥力状况的影响进行评价，以期为蔬菜废弃物的直接还田研究提供数据支持。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验地点位于北京市延庆区小丰营现代设施农业示范基地，该地位于华北平原中东部（115°55'E，40°25'N），属温带与中温带、半干旱与半湿润的过渡连带的大陆性季风气候，气候冬冷夏凉，年平均气温8 ℃；多年平均降水量443.2 mm，年可利用水资源总量1.9亿m3，其中农业用水0.48亿m3[11]，人均水资源占有量2 088 m3。

延庆区素有北京“北菜园”之称，蔬菜种植面积2 085.13 hm2，占总耕地面积的60%，其中露地蔬菜面积1 572 hm2[12]。

1.2 供试材料

1.2.1 供试土壤

供试土壤类型为褐土，质地为壤土。0～20 cm土层土壤pH 7.9、有机质19.17 g/kg、全氮1.20 g/kg、速效磷（P2O5）111.11 mg/kg、速效钾（K2O）213.50 mg/kg，EC值188.8 μS/cm。

1.2.2 供试作物

西兰花品种为绿风。2016年6月20日育苗，7月15日定植，栽植密度为3.8万株/hm2，2016年9月16日收获。

1.2.3 供试肥料及消毒剂

底肥每667 m2撒施猪粪农家肥1 t（有机质含量15.93%、N 0.66%、P2O50.77%、K2O 0.72%）、史丹利（15-15-15）复合肥50 kg，猪粪由农户提供。

消毒剂由北京市农林科学院植物营养与资源研究所提供，为固态晶体，含氮22.80%；使用时配制成质量分数为1%的水溶液，pH 6.72，EC值1 120 μS/cm。

1.3 试验设计

试验采用裂区方式，以是否喷施消毒剂为主处理，蔬菜废弃物不同还田量为副处理，共设5个水平，试验处理详见表1。

试验共设10个处理，每个处理设3次重复，总计30个小区，小区面积为4 m×10 m。西兰花废弃物含N 5.84%、P2O50.75%、K2O 0.46%、水78.58%。前茬西兰花于6月中下旬收获后，将产生的废弃物按照试验设计还田量均匀摊置于相应地块内，定植前撒施腐熟鸡粪30 m3/hm2、复合肥（15-15-15）750 kg/hm2后翻耕做畦。喷洒消毒剂的小区，每小区喷3 L消毒剂溶液。生育期内追施尿素750 kg/hm2。

表1 试验处理设置

1.4 样品采集与测定

土壤样品采集：在西兰花收获时，采集0～90 cm土层样品，测定Nmin（土壤无机氮）和含水率，0～30 cm土层测定土壤有机质、全氮、pH、EC等土壤基本理化性状。有机质采用重铬酸钾法测定；全氮采用H2SO4-H2O2消煮，凯氏定氮仪测定；pH采用pH计（PB-10型）测定。

植株样品采集：收获时将经济部分和废弃物分别采样，测定鲜质量及含水率。75 ℃烘干样采用H2SO4-H2O2消煮，凯氏定氮仪测定全氮。

1.5 计算方法及统计分析

试验数据用Excel 2010和SAS 8.1软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对西兰花产量的影响

试验结果表明：是否喷消毒剂与蔬菜废弃物不同还田量之间差异不显著，无明显交互作用（P=0.98）。由表2可以看出：喷消毒剂处理西兰花产量达16.67 t/hm2，比不喷消毒剂处理增产13.42%，差异显著；不同还田量处理的西兰花产量差异不显著，但70%还田量处理表现出较好的增产趋势，产量为16.68 t/hm2。此外，对主处理内的无还田处理（CK）进行显著性差异分析得出，仅喷消毒剂而无还田处理对西兰花产量无显著影响（P=0.27），即喷施消毒剂所带入的氮素对西兰花增产效果不显著，由此可知，本试验条件下喷消毒剂使西兰花显著增产的原因与消毒剂所含养分无关，而与其杀菌消毒作用有关。

表2 不同处理对西兰花产量的影响 t/hm2

2.2 不同处理对西兰花生物量的影响

喷消毒剂后西兰花生物量达67.34 t/hm2（图1），较不喷消毒剂显著提高了7.35%，这可能与喷消毒剂增加西兰花经济部分产量有关；与对照处理相比，还田量70%的处理明显提高了西兰花生物量，其生物量最高，为69.50 t/hm2。主副处理间交互作用不显著（P=0.98）。

图1 不同处理对西兰花生物量的影响

2.3 不同处理对西兰花吸氮量的影响

图2 不同处理对西兰花吸氮量的影响

如图2所示：喷消毒剂处理的西兰花吸氮量较不喷消毒剂的处理显著增高17.06%（P=0.005）；不同还田量处理的吸氮量与对照处理相比，无显著差异，但随着还田量的增加，在还田量为70%时，西兰花吸氮量出现了显著提高，且与还田量为30%、130%的处理差异显著。

2.4 不同处理对表层土壤理化性状的影响

表3 消毒剂处理对表层土壤理化性状的影响

由表3可知：除pH外，主处理间的各项土壤理化性状均存在显著性差异，其中喷消毒剂后，表层土壤的全氮和有机质含量分别提高了14.78%和37.14%，EC值显著降低了15.06%（P=0.04）。

表4 不同还田量对表层土壤理化性状的影响

由表4可知：与对照处理相比，不同还田量处理表层土壤的理化性状均未出现显著性变化。此外，各项指标的主副处理间均无显著性交互作用（P＜0.0001）。

2.5 不同处理对0～90 cm土壤Nmin的影响

与不喷消毒剂处理相比，喷消毒剂处理对土壤Nmin的淋失起到了一定的消减作用，0～90 cm Nmin平均含量减少17.82%（图3），其中60～90 cm土层Nmin含量降低31.24%，达显著性差异水平（P＜0.001），其余土层均无显著性差异，这可能与其西兰花生物量相对较大、吸氮量相对较多有关。此外，不同还田量处理与对照处理在0～90 cm土壤Nmin含量均无显著差异（P＞0.05）；主副处理间的交互作用亦不显著。

图3 不同处理对0～90 cm土壤Nmin的影响

3 结论与讨论

与不喷消毒剂相比，喷消毒剂显著提高了西兰花的产量、生物量和吸氮量，分别提高13.42%、7.35%和17.06%；不同还田量处理的产量和吸氮量与对照处理无显著差异，但还田量为70%时，西兰花生物量显著高于对照处理，为69.50 t/hm2。

喷消毒剂后，表层土壤的全氮和有机质含量分别提高了14.78%和37.14%，EC值降低了15.06%，这可能与喷消毒剂降低了土壤微生物活性，进而降低了土壤氮素的损失和有机质的矿化程度及显著提高了西兰花的生物量，导致土壤养分离子被吸收相对较多有关，且这3个指标均与不喷消毒剂处理存在显著性差异；与对照处理相比，不同还田量处理表层土壤的理化性状无显著差异，这可能与试验时间相对较短，废弃物还田后，有机物腐解矿化需要时间相对较长有关[1,13]。

与不喷消毒剂相比，喷消毒剂有效减少了Nmin的淋失，其中60～90 cm土壤Nmin含量降低了31.24%，达显著性差异水平。

综上所述，本试验条件下，进行单位面积内废弃物产生量的70%还田并喷施消毒剂处理为最优组合，在保证蔬菜产量前提下，有效减少蔬菜废弃物的产生量。

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