一种适宜小规模设施农业生产的沼液滴灌系统及效果研究

安顺伟， 刘宝文， 肖长坤， 孟范玉， 岳焕芳， 胡潇怡

(1.北京市农业技术推广站， 北京 100029； 2.昌平区农业环境监测站， 北京 102200； 3.北京市密云区优质农产品服务站， 北京 101500)

农业农村部提出要加快转变农业发展方式，实现“一控两减三基本”的目标，严格控制农业用水总量，减少化肥农药用量，实现畜禽粪便、农作物秸秆、农膜的资源化利用。北京市目前建有大中型沼气工程259个，其中有近一半的沼气工程进行了沼渣、沼液的分离工作，年产沼液100多万立方米。沼液富含氮、磷、钾等营养成分是一种优质的液体肥。潘丽娜[1]等研究结果表明：与施化肥相比，50%沼液浓度处理草莓株高、叶面积和冠径的增长效果明显，始花期、浆果变色期和成熟期提前2 ～3 d，产量提高 40 g·株-1。焦翔翔[2]等研究结果表明当沼液体积分数为50%时，番茄产量较高，达92.79 t·hm-2，较对照增产29.00%；且番茄红素,可溶性糖,糖酸比,Vc含量等品质指标也较佳。

滴灌技术具有显著的节水、节肥和增产效果[3-5]。沼液滴灌是实现“一控两减三基本”目标的重要途径之一。由于沼气发酵残留物中含有部分粘稠状的沼渣、沼液，常规过滤器很容易堵塞而且不易清洗，给大规模的施用特别是在滴灌中的应用带来较大困难。针对沼液滴灌，孙钦平[6]等采用三级过滤相关工艺对沼液进行过滤，达到120目滴灌要求，从而利用滴灌措施实现沼液的资源化循环利用。但此项技术工艺复杂，适合大型规模园区应用。针对一家一户小规模设施农业生产，本试验开展了简易沼液滴灌系统探索及营养效果研究，为一家一户生产应用沼液滴灌技术提供技术参数，促进沼液滴灌技术的应用。

1 沼液滴灌系统设计

如图1所示，该系统主要由沼液存贮装置、沼液过滤装置、沼液稀释装置和田间滴灌系统等4部分组成，沼液存贮装置、沼液稀释装置和田间滴灌系统之间通过管道连接，利用水泵提供传输动力；通过三级过滤和稀释后进行滴灌施用，满足作物对水分和养分的需求。

1.1 沼液存贮装置

可以选择深颜色塑料桶，也可修建沼液存储池(需要做好防渗)，沼液存储池容积根据棚室种植面积进行选择，一般需要4～6 m3。当池内沼液液面高度低于10 cm时需要添加新的沼液，添加完成后需要静置1天后使用，作物收获完成后需要将池底沉积物清理干净。

1.2 沼液过滤系统

该系统是沼液滴灌的关键部分，主要由以下3部分组成：一级过滤装置，安装在沼液存储装置内，由浮球和过滤器组成，浮球用来控制过滤器高度始终保持在沼液液面8～10 cm以下，防止吸入池底沉淀物，过滤器可以用铁丝制作成球形，直径10～15 cm，增大过滤面积，外面用80目的过滤网进行单层包裹，过滤掉较大的悬浮物；二级过滤装置，加装在沼液稀释桶入口处，由铁丝制作成圆柱形，直径略小于沼液稀释桶口直径，高度15～20 cm，利用挂钩固定在沼液稀释桶上，外部用100～120目过滤网进行单层包裹，确保过滤后的沼液基本满足滴灌要求；三级过滤装置，加装在田间滴灌系统前，建议采用120目的碟片过滤器(网式过滤器的金属过滤网容易被沼液腐蚀，损坏较快)，过滤器直径根据输水管路直径进行选择。

1.3 沼液稀释装置

沼液原液浓度较高，直接施用容易造成作物烧苗，要稀释后进行施用。沼液稀释装置一般选择2 m3的深颜色塑料桶，根据沼液养分含量和种植作物及生育期进行稀释，一般稀释2～5倍后进行灌溉。

1.4 田间滴灌装置

根据土壤类型、作物种类及株行距，确定滴头出水量配置及相应铺设密度，一般番茄等茄果类作物应每行对应1条，大白菜、甘蓝、生菜等作物可两行对应1条，茄果类蔬菜滴头间距宜选用20 cm～30 cm。

2 田间应用效果研究

2.1 沼液成分检测

沼液由北京海华百利能源科技有限公司提供，沼液发酵物为牛粪。全氮采用凯氏定氮法；全磷、全钾、钙、镁、铁、铜、锌、镉、铬、铅采用电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-OES)法；汞、砷采用原子荧光光度法；液体密度采用重量法；粪大肠菌群数采用多管发酵法；蛔虫卵死亡率采用显微镜镜检法。检测结果表明：沼液中养分含量较全面，大量元素中全氮、全磷含量较高，分别为1.75 g·L-1和1.92 g·L-1，微量元素中铁含量最高为4.81 mg·L-1，铬、汞等重金属含量均小于相关标准值(见表1)。

表1 沼液成分含量

2.2 春大棚黄瓜田间应用效果

2.2.1 沼液滴灌对产量的影响

2018年分别在昌平马池口镇丈头村春大棚黄瓜和密云区密云镇季庄村日光温室冬春茬黄瓜上开展应用效果研究。昌平供试大棚长50 m，跨度8 m，沙壤土，土壤0～20 cm有机质含量110.6 g·kg-1，全氮6.09 g·kg-1，碱解氮241 mg·kg-1，速效磷359 mg·kg-1，速效钾1186 mg·kg-1，pH值7.46，体积质量1.34 g·cm-3，田间持水量20.9%。供试黄瓜品种为“中农16”，大行宽80 cm，小行宽50 cm，株距30 cm，设3个处理，小区面积21 m2。密云日光温室长60 m，跨度8 m，土壤土，土壤0～20 cm,有机质含量120.2 g·kg-1，全氮6.54 g·kg-1，碱解氮256 mg·kg-1，速效磷382 mg·kg-1，速效钾1089 mg·kg-1，pH值7.32，体积质量1.36 g·cm-3，田间持水量21.3%。供试黄瓜品种为“中农16”，大行宽80 cm，小行宽50 cm，株距30 cm，设3个处理，小区面积39 m2。两个试验点均采用膜下滴灌技术，每个点所有处理灌溉均一致。昌平试验点全生育期灌水量为2460 m3·hm-2，共施用沼液73.5 m3·hm-2，水溶肥1296 kg·hm-2；密云试验点全生育期灌水量为3180 m3·hm-2，共施用沼液93.6 m3·hm-2，水溶肥1140 kg·hm-2。

结果表明：沼液滴灌能够增加单株结瓜数，提高单瓜重，促进产量提升。与清水相比，增产20.6%和21.2%，处理间达到了显著性差异；与水溶肥相比，增产7.2%和9.1%，处理间没有达到显著性差异(见表2)。

表2 沼液滴灌对产量的影响

2.2.2 沼液滴灌对黄瓜品质的影响

沼液滴灌能够提高黄瓜品质，与清水相比，两个试验点维生素C含量分别提高6.2%和11.4%，昌平试验点处理间达到了显著性差异；可溶性糖含量分别提高5.6%和7.9%，丙醇二酸含量分别提高8.1%和14.4%，但处理间均没有达到显著性差异；与水溶肥相比，昌平试验点维生素C、可溶性糖和亚硝酸盐含量分别降低22.6%,23.4%和29.0%，丙醇二酸含量提高44.5%，处理间达到了显著性差异；密云试验点维生素C含量略有降低，可溶性糖略有增加，处理间没有达到显著性差异，亚硝酸盐含量降低21.8%，丙醇二酸含量提高37.2%，处理间达到了显著性差异(见表3)。

表3 沼液滴灌对品质的影响

2.2.3 沼液滴灌对经济效益的影响

施用沼液提高了黄瓜产量，增加了毛收入，降低了肥料投入，因此经济效益最高，与清水相比，两个试验点分别增加21435元·hm-2和34804元·hm-2；与水溶肥处理相比，分别增加25337元·hm-2和25413元·hm-2(见表4)。

表4 沼液滴灌对经济效益的影响

3 讨论与结论

杨丹[7]等研究结果表明根部灌施浓缩沼液处理的黄瓜产量高于清水组914.56 kg·667m-2，增产效果达21.23%，二者差异性显著，与肥料组处理的黄瓜在产量方面差异不显著。本研究结果与其相似，与清水相比，增产20.6%～21.2%，处理间达到了显著性差异；与水溶肥相比，增产7.2%～9.1%，处理间没有显著性差异。王志典[7]研究黄瓜Vc，可溶性糖，和可溶性蛋白含量均随着沼液浓度的增大呈增大趋势，说明随着在一定范围内增大施用沼液的浓度，可以改善黄瓜品质。本试验结果表明：沼液滴灌处理与清水处理相比，维生素C含量分别提高6.2%和11.4%，其中昌平试验处理间达到显著性差异；可溶性糖含量分别提高5.6%和7.9%，丙醇二酸含量分别提高8.1%和14.4%，处理间均没有达到显著性差异。丙醇二酸是黄瓜主要风味物质之一，沼液滴灌与水溶肥处理相比，两个试验点丙醇二酸含量分别提高37.2%和44.5%，处理间达到了显著性差异，果实风味提高。

康婷[8]等调研结果表明北京市果类蔬菜生产多以小规模经营为主，在 2015年调研中，种植面积为 0.34～0.67 hm-2(5.1～10.0 亩)之间的农户占总体比重比2012年有所上升。该系统通过三级过滤，解决了沼液滴灌堵塞问题；通过设置沼液稀释桶，稀释成合理比例后进行施用，解决了沼液直接灌溉造成烧苗问题。同时，该系统设计简单，适合小规模生产者进行应用，与对照和施水溶肥相比，分别增收21435元·hm-2和34804元·hm-2。因此，小规模生产主体应用沼液滴灌前景广阔。不同发酵原料、不同发酵时间沼液的氮磷钾含量和理化性质均不同，在施用沼液前需要掌握沼液的基本理化特性，要根据土壤肥力、种植作物和生育期进行合理稀释后再进行沼液滴灌。