猪场粪污源大量元素水溶肥料在叶菜上的肥效研究

冯 瑶，高艳珍，常会庆，刘元望，孟学良，李兆君*

(1．中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与肥料重点实验室，北京 100081；2．中阳县农业委员会，山西 中阳 033400；3．河南科技大学，河南 洛阳 471003)

据国家统计局统计，2016年我国农用化肥用量5 984万t，比2015年减少38万t，这是我国农用化肥用量自1974年以来首次实现负增长，其中一个主要原因就是肥料利用率的提高。水溶肥料具有能够迅速溶解、用量少、植物吸收快、吸收利用率高等特点，可以显著提高肥料利用效率。近年来，国内的水溶性肥料发展迅速，其中包括大量元素、中量元素、微量元素、含腐植酸和氨基酸水溶性肥料等多种不同特性肥料[1-7]。已有研究表明，大量元素水溶肥料可以在各类蔬菜上进行施用[8-11]，因其营养全面、养分含量高，对促进作物的生长发育、增强光合作用、提高农作物产量和农产品质量具有明显的效果[12-13]，所以在农业生产上的应用效果一直是研究的热点。

目前，我国有些畜禽养殖场产生的废水一般都经发酵后排放至水体环境中，没有严格的管控措施，不仅会造成水体环境的污染，而且导致养殖废水中营养物质的浪费。本研究将猪场废弃物充分发酵，去除其中的有害物质，再将发酵产物固液分离得到液体，以此作为水溶肥料的溶剂，所研制的大量元素(含微量元素Cu)水溶肥料是一种新型高效多元素肥料，不仅含氮、磷、钾三要素，同时还含有微量元素Cu等，针对北方碱性土壤上的大田蔬菜开展应用效果研究，旨在为这种新型大量元素(含微量元素Cu)水溶肥料在北方蔬菜上的大面积推广应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

供试地点分别选取河北省临城县(经度114.50°，纬度37.43°)和山西省中阳县(经度111.18°，纬度37.33°)。临城县位于河北省西南部，属暖温带亚湿润大陆性季风气候区，年均温13.5℃，年均降水量605 mm。供试土壤均为中等肥力耕地。中阳县位于山西省西部，气候属暖温带半干旱区大陆性季风气候，平均气温8℃，多年平均降水量518.6 mm，全年日照时数2 708.4 h，无霜期平均为143 d。试验点土壤类型及理化性状如表1所示。

1.2 供试材料

猪场粪污取自中阳县某一规模化养猪场，其中的养分含量为：氮(N)0.4%，磷(P2O5)、钾(K2O)及Cu、Fe、Mn、Zn等均未检出，重金属Hg、As、Cd、Pb、Cr未检出。

表1 试验点土壤类型及理化性状

临城县供试蔬菜为小白菜，品种为华冠，中阳县的供试蔬菜品种见表2。

表2 中阳县试验所选蔬菜种类及其品种

1.3 供试肥料

等养分单质肥料SF：尿素(N，46%)、过磷酸钙(P2O5，14%)、氯化钾(K2O，60%)和五水硫酸铜(Cu，25.6%)等均购自中阳县农资市场。

新型大量元素(含微量元素Cu)水溶肥料MF：以猪场粪污为原料，含N 250.8 g/L、P2O5213.6 g/L、K2O 60.0 g/L及微量元素Cu 3.0 g/L，pH值 6.9，重金属Hg、As、Cd、Pb、Cr含量分别为0、5.0、1.0、23.0、6.0 mg/kg，满足NY 1107—2010《大量元素水溶肥料》中对养分指标和重金属含量的相关规定。

1.4 试验设计

试验在临城县设置大田小白菜一茬，在中阳县设置2个小区肥效试验，其中一个小区肥效试验布置在新建蔬菜大棚内，另一个小区肥效试验布置在大棚外的耕地上，两小区土壤性质一致。每个试验均设3个处理：(1)CK(对照)冲施清水，与其余处理同期用等量清水灌溉，不追施任何肥料；(2)SF施用等养分单质肥料，与处理3同期用等养分的单质肥料，每10 d施用1次，共施用3次，每次随水冲施尿素150.5 kg/hm2，过磷酸钙421.5 kg/hm2，氯化钾27.5 kg/hm2，五水硫酸铜3.22 kg/hm2；(3)MF施新型大量元素(含微量元素Cu)水溶肥料(后文简称新型大量元素水溶肥料)，浇水时随灌溉水冲施新型大量元素水溶肥料，每10 d用1次，共施用3次，每次冲施新型大量元素水溶肥料275 L/hm2。每个处理均设3次重复，每个小区面积均为20 m2，随机区组设计，试验均设置保护行。

临城县试验小白菜在2017年6月15日播种，7月1日间苗，8月9日采收。中阳县第一茬2017年5月1日移栽，6月11日采收；第二茬6月12日移栽，7月23日采收。整个试验未发生自然灾害，日常管理按照当地生产习惯。

1.5 测定项目及方法

供试蔬菜收获后，测定其产量、叶绿素和Vc含量，其中，产量按照每个小区的实际收获量进行测产；叶绿素使用叶绿素仪进行测定；Vc含量测定采用2，6-二氯靛酚滴定法。

1.6 数据处理

数据通过Excel 2013整理后利用SPSS 13.0进行统计分析，并进行Tukey多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对叶菜产量的影响

表3是临城县不同处理对叶菜产量的影响效果，施用普通单质肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF都能够在一定程度上增加小白菜的产量。与清水对照CK相比，施用等养分单质肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF的小白菜产量分别增加4 147.8 kg/hm2(24.43%)和7 302.0 kg/hm2(43.01%)，差异显著；与等养分单质肥料SF相比，施用新型大量元素水溶肥料MF的小白菜产量增加3 154.2 kg/hm2(14.93%)，差异显著。

表3 临城县不同处理对叶菜产量的影响

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

中阳县蔬菜试验结果见表4，施用普通单质肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF都能够显著增加蔬菜的产量，且第二茬的叶菜增产幅度大于第一茬。其中，大棚内试验：与清水对照CK相比，施用等养分单质肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF的蔬菜产量分别增加5.50%～13.59%和12.51%～29.56%；与等养分单质肥料SF相比，施用新型大量元素水溶肥料MF的蔬菜产量增加6.64%～14.06%。大棚外(露地)试验：施用SF和MF较CK分别增产15.22%～18.69%和23.37%～41.43%；与SF相比，施用MF可使蔬菜产量增加7.07%～19.16%，差异显著。可见，施肥不同程度地提高了蔬菜的产量，尤其在第二茬生菜和油菜上增产效果更为明显，施用新型大量元素水溶肥料MF的增产效果显著优于施用等养分单质肥料SF。

表4 中阳县不同处理对叶菜产量的影响

2.2 不同处理对叶菜叶绿素含量的影响

由表5可知，施用普通单质肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF都能够在一定程度上增加小白菜叶片的叶绿素含量。与清水对照CK相比，施用等养分单质肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF的小白菜叶片叶绿素含量(SPAD值)分别增加4.46(11.78%)和6.29(16.62%)，差异均达到显著水平；与等养分单质肥料SF相比，施用新型大量元素水溶肥料MF的小白菜叶片叶绿素含量增加1.83(4.33%)，但是二者差异不显著。

表5 临城县不同处理对叶菜叶绿素含量的影响

中阳县的蔬菜试验中，第二茬蔬菜叶绿素增加幅度小于第一茬(表6)。其中，中阳大棚内试验：与清水对照CK相比，施用等养分单质肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF的蔬菜叶片的叶绿素含量分别增加5.89%～10.60%和7.93%～24.53%，差异均显著；与等养分单质肥料SF相比，施用新型大量元素水溶肥料MF的蔬菜叶片叶绿素含量增加1.93%～12.59%，其中第一茬差异显著，第二茬差异不显著。中阳大棚外试验：施用SF和MF后，蔬菜叶片叶绿素含量较CK处理分别增加5.59%～8.85%和11.71%～20.33%，差异显著；与SF相比，施用MF可使蔬菜叶片的叶绿素含量增加2.65%～13.96%，其中第一茬差异显著，第二茬差异不显著。

表6 中阳县不同处理对叶菜叶绿素含量的影响

2.3 不同处理对叶菜Vc含量的影响

由表7看出，施用普通单质肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF都能够在一定程度上增加叶菜的Vc含量。与清水对照CK相比，施用等养分单质肥料SF能够使蔬菜叶片的Vc含量增加0.03 mg/100 g FW(1.80%)，但差异不显著；施用新型大量元素水溶肥料MF能够使蔬菜叶片Vc含量增加0.26 mg/100 g FW(15.57%)，差异显著。与等养分单质肥料SF相比，施用新型大量元素水溶肥料MF能够使小白菜的Vc含量显著增加13.53%。

表7 临城县不同处理对叶菜Vc含量的影响

由表8可知，在中阳县的两个试验小区中，第二茬的叶菜Vc含量增加效果优于第一茬。其中，中阳大棚内试验：与清水对照CK相比，施用等养分单质肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF可使蔬菜中的Vc含量分别增加7.14%～9.39%和27.11%～35.71%，差异显著；与等养分单质肥料SF相比，施用新型大量元素水溶肥料MF可显著提高蔬菜叶片的Vc含量，增加幅度为14.81%～26.67%。中阳大棚外试验：与CK相比，施用SF和MF后蔬菜的Vc含量分别增加11.34%～13.04%和17.58%～28.26%；施用MF后使蔬菜的Vc含量比施用SF处理增加6.52%～13.46%，差异均达到显著水平。

表8 中阳县不同处理对叶菜Vc含量的影响

3 讨论与结论

近年来，随着经济快速发展，我国生猪规模化养殖呈现迅猛发展态势，但是由于饲养数量多，所产生的粪水量大且相对集中，无法在周围有限的土地上完全消化而成为了重要污染源[14-16]。因此，如何实现大规模猪场粪污的高效资源化利用是亟待解决的科学问题，已有大量的研究报道了养殖粪水的无害化处理方式，主要包括好氧发酵、厌氧发酵、水生生物塘工艺等[17-20]。经过处理后的养殖粪水一旦达到农用灌溉水质标准即可排放，但是目前我国并没有严格的管控措施，且粪水利用模式单一。而通过将养殖粪水无害化处理后进一步加工为肥料利用鲜有研究。李瑞波[21]发明了一种沼液、粪水的处理方法，将有机碳菌液加入到沼液或粪水中，使其中的有机物转化为小分子水溶有机碳，获得有机碳水肥，因其养分含量限制，只是用于绿狐尾藻和巨菌草等饲料植物的种植。将规模化养殖场产生的粪水应用到水溶肥料的生产中尚未见报道。

本研究以此为出发点，研制以猪场粪污作为液体肥溶剂的新型水溶肥料，并在不同地区碱性土壤中开展发酵猪场粪污大量元素水溶肥料在叶菜上的肥效研究，探求该水溶肥料的可行性。结果表明，与等养分单质肥料SF相比，发酵猪场粪污大量元素水溶肥MF能够使叶菜增产率达6.64%～19.16%，叶绿素和Vc含量分别提高1.93%～13.96%和6.52%～26.67%。该新型大量元素水溶肥料MF在解决养殖废弃物的同时，显著促进了叶菜生长，并提高其产量，提升叶片叶绿素含量，增加Vc含量。可见，该大量元素水溶肥与等养分的单质肥料相比，可以更好地被叶菜吸收利用。

此外，在新型大量元素水溶肥料中检出有As、Cd、Pb、Cr等重金属，而猪场粪污中并未检出，这些重金属可能来源于新型大量元素水溶肥料制备所需的生产原料。因此，在制备水溶肥料的过程中，生产原料的选择是必须考虑的因素。

综上，以猪场粪污作为液体肥溶剂来生产水溶肥料是可行的，该新型大量元素水溶肥料MF对小白菜、油麦菜、生菜、油菜等叶菜具有明显的增产提质作用，值得进一步推广应用。