沼液施用对青椒生长和土壤性质的影响

徐海蓉，王林，吴聪敏，俞元春*，戴成

（1.南京林业大学生物与环境学院，南方现代林业协同创新中心，南京 210037；2.南京金浦润东生态牧业有限公司，南京 211525）

沼气工程能够高效回收利用畜禽粪便，缓解畜禽粪便排放带来的环境污染问题，截至2018 年底，我国建设的规模化沼气工程产气量达到了27.96 亿m2[1]。与此同时也产生了大量的沼渣沼液，如果不能及时地处理这些沼渣沼液，就有给周边环境带来二次污染的风险[2]。

沼液中含有钠、钙、铜、铁、镁、锰和锌等微量元素，也包括氮、磷、钾等大量营养元素，同时还包括高级脂肪酸、多种腐殖酸、调控植物生长物质如生长激素、维生素、核黄素及对病虫害有抑制作用的物质，也含有烟氨酸、色氨酸、赖氨酸等17 种氨基酸，这些都是植物生长所需要的重要物质[3]。在农业生产中合理施用沼液，一方面可以减少化肥等的使用，另一方面也可以提高作物产量和品质[4]。武立叶等[5]研究发现，在不施用化肥情况下，所有沼液灌溉处理的大白菜产量均较对照增加，且大白菜的可溶性糖和可溶性蛋白含量也有所增加。张彦宁[6]研究发现，不同的沼液灌溉量显著影响番茄的产量和品质。吴晓梅等[7]研究发现，适量的沼液灌溉可促进芥菜生长，提高芥菜产量及其对养分的吸收。另外，沼液中含有的营养元素可以丰富土壤中的养分含量，使土壤中氮、磷、钾以及有机质等含量增加，起到改良土壤的作用[8-11]。贾政浩[12]研究表明，沼液施用可以提高土壤全氮以及有机质含量，保持土壤肥力。刘占伟[13]的研究同样表明，施用沼液可以改善土壤肥力，使土壤全氮、有效磷、速效钾和有机质等含量增加，同时能提高土壤pH。

目前，有关施用沼肥种植作物的研究大多集中于对沼液施用量的探讨，不同施肥方式对作物生产影响的研究较少。如果在施用沼液时对其施肥方式进行优化，对提高我国沼肥的利用效率具有重要意义。本研究通过对江苏省张家港枫华养猪场提供的猪粪发酵沼液进行青椒种植田间试验，探究沼液施用对青椒产量和品质以及种植土壤环境的影响，以期选出适合当地青椒种植的沼液施用方式和施用量，为促进养猪场猪粪发酵沼液的农田消纳、解决沼液排放带来的环境污染问题、提高农业生产效益等提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2019 年5—9月在江苏省张家港市东沙镇(31°83＇08″N，120°82＇80″E）进行，该地区属北亚热带南部湿润性气候区，气候温和，四季分明，雨水充沛，年平均温度14～22 ℃，年降雨量1 500～2 000 mm。试验样地土壤类型为潮土，试验前基本理化性质：pH 7.97，全氮含量1.93 g·kg-1，有效磷含量8.73 mg·kg-1，速效钾含量216.54 mg·kg-1，有机质含量33.03 g·kg-1。

供试青椒品种为荷椒13，沼液由张家港枫华投资管理有限公司提供，猪粪发酵，基本理化性质：pH 7.96，全氮含量1.19 g·L-1，全磷含量0.12 g·L-1，全钾含量0.94 g·L-1。

1.2 试验设计

试验以施用方式和施用量进行双因素区组设计。施用方式分为浇施和喷施2 种，浇施处理只将沼液施浇在种植土壤表面，喷施处理是包括植物根茎叶和土壤表面的全覆盖喷施沼液。每种施用方式均设置10、20、30、40、60 m3·hm-2共5 个用量处理，分别以T1～T5来表示，以不施基肥的清水处理为对照1（CK1），以只施基肥的清水处理为对照2（CK2），每个处理重复3次，见表1。共设置36个小区，每个小区的面积为3 m2(2 m×1.5 m)，随机排列。样地共分为2行，每行分为18个小区，行间距60 cm，小区间距50 cm。试验田采用起垄方式栽培，垄高25 cm，在此之前未施用化学肥料。起垄整地后，于2019 年5月20 日施加沼液基肥（24 m3·hm-2），第2 天进行青椒移栽。6月15 日第1 次追肥，7月10 日第2 次追肥，8月5 日第3 次追肥，共追肥3次。株距40 cm，行距80 cm。

表1 沼液施用量Table 1 Application amount of biogas slurry

1.3 样品采集

土壤样品于9月18 日青椒成熟采收后采集。每个小区采用5点法混合采样，取样深度分为0—20 和20—40 cm，同一土层土样混合后采用四分法[14]保留1 kg 土壤，装入自封袋带回实验室自然风干。

青椒成熟后人工采收小区全部植株计产，品质测定样品在每小区随机选取2 株采集，并放入保鲜箱带回实验室，进行青椒品质的测定。

1.4 指标测定与方法

1.4.1 青椒品质测定 硝酸盐和Vc 含量采用紫外分光光度法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝分光光度法测定[15]。

1.4.2 土壤样品的理化性质测定 参考《土壤农业化学分析方法》[16]，全氮含量采用凯氏定氮法测定；有效磷含量采用双酸浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定；pH 采用土水比1∶2.5 的比例浸提，电位法测定；有机质含量采用重铬酸钾外加热法测定。

1.5 数据处理

使用Excel 2019 对样品的各项指标进行统计和计算，使用SPSS 25.0软件对数据进行误差和相关性分析，使用Origin 9.5软件绘图。

2 结果与分析

2.1 施用沼液对土壤基本理化性质的影响

2.1.1 pH 变化分析 施用沼液对青椒种植土壤pH 的影响较为显著（图1），在2 种施肥方式中，除T4 和T5 处理的0—20 cm 土层外，其余施肥处理的pH均与CK1 有显著差异(P＜0.05)。在0—20 cm 土层中，施肥方式为浇施时，土壤pH 随着施肥量的增加而提高，最大值达到7.96；喷施时，土壤pH 在施用沼液总量为84 m3·hm-2（T2 处理）时达到最大，之后随着施肥量的增加有下降趋势。20—40 cm 土层中，2 种施肥方式处理的土壤pH 总体趋势都是随着施肥量的增加而提高，在T5 处理时达到最大，分别为8.11 和8.09。总体而言，在本试验条件下，无论采用哪种方式施用沼液，都会使土壤pH升高，加剧土壤盐碱化程度。

图1 不同施肥方式和施肥量下青椒种植土壤的pHFig.1 pH of the soil for planting green pepper under different fertilization methods and amounts

2.1.2 有机质含量变化分析 由图2可知，在0—20 cm 土层中，5 种浇施处理的青椒种植土壤有机质含量相较CK1 均有所增加，且存在显著差异(P＜0.05)，T5 处理提升效果最明显，青椒种植土壤的有机质含量达到39.30 g·kg-1；喷施处理时，除T1和T3处理外，其余处理组的有机质含量均随施肥量的增加而显著增加。在20—40 cm 土层中，除T3 处理外，2 种施肥方式处理的有机质含量差异显著。与CK1 相比，浇施处理的各组土壤有机质含量均下降；喷施处理中，只有沼液施用量为144（T4）和204 m3·hm-2（T5）的处理组土壤的有机质含量显著增加。表明施加沼液可以提高表层土壤的有机质含量，但是对深层土壤有机质的提升效果不理想。

图2 不同施肥方式和施肥量下青椒种植土壤的有机质含量Fig.2 Organic matter content of the soil for planting green pepper under different fertilization methods and amounts

2.1.3 全氮含量变化分析 施用沼液对青椒种植土壤全氮含量的影响如图3 所示，就0—20 cm 土层的全氮含量而言，浇施处理中T2、T4 和T5 处理较CK1 有所增加，其中，T2 和T5 处理的全氮含量分别显著增加6.22%和8.61%；T3 处理的土壤全氮含量较CK1 降低7.66%。喷施处理中，T4 和T5处理的土壤全氮含量分别增加14.83% 和12.44%，与CK1 存在显著差异(P＜0.05)，其余处理与CK1差异不显著。

图3 不同施肥方式和施肥量下青椒种植土壤的全氮含量Fig.3 Total nitrogen content of the soil for planting green pepper under different fertilization methods and amounts

在20—40 cm 土层中，除T1 处理外，2 种施肥方式处理的全氮含量均存在显著差异。浇施的5个处理全氮含量较CK1都有所降低，但5个处理中，随施肥量增加全氮含量均增加；喷施处理中，T1 和T4 处理的全氮含量与CK1 有显著差异，其余3 种处理均无显著差异，其中，T1 和T2 处理的全氮含量分别降低18.59%和8.97%，,T3、T4 和T5处理的全氮含量分别增加1.28%，21.15% 和4.48%。说明沼液施用有助于增加表层土壤中的全氮含量，但是可能受到青椒生长需求的影响，T1和T3处理的土壤全氮含量出现下降现象。

2.1.4 有效磷含量变化分析 施用沼液对青椒种植土壤有效磷含量的影响如图4 所示，在0—20 cm 土层中，施肥方式为浇施时，T2 处理的土壤有效磷含量与CK1 相比增加84.33%，达到18.82 mg·kg-1，显著高于其他处理；施肥方式为喷施时，各处理有效磷含量依次为T2＞T4＞T5＞T1＞T3，与CK1 相比分 别增加87.37%、65.82%、57.20%、49.76%和32.52%。

图4 不同施肥方式和施肥量下青椒种植土壤的有效磷含量Fig.4 Aavailable phosphorus content of the soil for planting green pepper under different fertilization methods and amounts

20—40 cm 土层中，施肥方式为浇施时，T1、T3和T5处理的土壤有效磷含量增加明显，分别达到7.56、8.18 和8.12 mg·kg-1，较CK1 分别增 加19.8%、29.64%和28.68%；施肥方式为喷施时，T1、T2 和T3 处理的土壤有效磷含量与CK1 相比没有显著差异，但T4 和T5 处理的有效磷含量分别达到7.43 和7.99 mg·kg-1，与CK1 差异显 著(P＜0.05)。结果表明，施用沼液有助于提高土壤的有效磷含量，且浇施方式处理对深层土壤有效磷含量的提高效果更好。

2.1.5 速效钾含量变化分析 施用沼液对青椒种植土壤速效钾含量的影响如图5 所示，在0—20 cm 土层中，浇施时5个处理的速效钾含量随施肥量的增大而增大，T3、T4 和T5 处理的土壤速效钾含量分别较CK1 显著增加3.41%、28.03%和31.48%；喷施时，与CK1 相比，T1、T2 和T3 处理的速效钾含量少量减少，而施肥量较大的T4 和T5处理的速效钾含量分别显著增加45.84% 和34.09%。

图5 不同施肥方式和施肥量下青椒种植土壤的速效钾含量Fig.5 Available potassium content of the soil for planting green pepper under different fertilization methods and amounts

20—40 cm 土层中，2 种施肥方式的所有处理速效钾含量均显著增加，且与CK1 存在显著差异(P＜0.05)，喷施处理的土壤速效钾含量显著高于浇施处理。浇施处理时，T5 处理的土壤速效钾含量增加最明显，达到155.25 mg·kg-1；喷施处理时，相比于其他处理，T2、T4 和T5 处理的土壤速效钾含量处于较高水平，分别达到187.3、192.68 和187.63 mg·kg-1。由此表明，适量施用沼液可以提高土壤速效钾的含量，增加其肥力。

2.2 施用沼液对青椒产量的影响

施用沼液对青椒产量的影响由图6所示，2种施肥方式的所有处理相较于CK1 都有显著差异(P＜0.05)，且除T1处理外，当施肥量相同时，2种施肥方式之间差异显著。当施肥方式为浇施时，T3处理的青椒产量最高，其次是T2处理，青椒产量分别达到了43 766.7 和41 866.7 kg·hm-2，相比CK1显著增加97.74%和89.16%。施肥量过多，青椒的产量反而降低。当施肥方式为喷施时，T4 处理的青椒产量最高，相比CK1增加87.50%。结果表明，施肥方式不同对青椒产量的影响也不同，当施肥总量未超过114 m3·hm-2（T3处理）时，浇施的产量提升效果要好于喷施，当施肥量总量超过114 m3·hm-2（T3处理）时，喷施的产量提升效果较好。

图6 不同施肥方式和施肥量下青椒的产量Fig.6 Yield of green pepper under different fertilization methods and amounts

2.3 施用沼液对青椒品质的影响

2.3.1 Vc 含量 施用沼液对青椒Vc 含量的影响如图7 所示，2 种施肥方式中除了T5 处理外，其余处理的Vc 含量相对于CK1 都显著增加(P＜0.05)。当施肥方式为浇施时，T2处理的青椒Vc含量最高，显著高于其他处理，达到1.361 4 mg·g-1FW，相对于CK1 增加了54.13%。当施肥方式为喷施时，T4 处理的青椒Vc含量相比于CK1提升效果最为明显，达到1.260 5 mg·g-1FW，相比于CK1 增加42.70%；其次是T3处理，青椒Vc含量为1.234 2 mg·g-1FW，相比CK1分别增加39.73%。表明当以84 m3·hm-2（T2处理）的施用量对青椒进行浇施时，青椒中Vc含量的提升效果最好。

图7 不同施肥方式和施肥量下青椒的Vc含量Fig.7 Vc content of green pepper under different fertilization methods and amounts

2.3.2 蛋白质含量 施用沼液对青椒蛋白质含量的影响如图8 所示，当施肥方式为浇施时，沼液的施用总量为114 m3·hm-2（T3处理）时，青椒的蛋白质含量最高，达到了8.75 g·kg-1，与CK1 相比增加83.82%；其余处理则与对照组无显著差异，其中，当施肥总量为204 m3·hm-2（T5处理）时，青椒的蛋白质含量较CK1 有所减少。施肥方式为喷施时，除了T5处理，其他处理的蛋白质含量较对照都有所增加，但所有处理与对照均无显著差异。说明当沼液的施用总量小于204 m3·hm-2时，以不同的方式施用沼液，对青椒蛋白质含量都会有一定的提高作用，但是总体而言提升效果不明显。

图8 不同施肥方式和施肥量下青椒的蛋白质含量Fig.8 Protein content of green pepper under different fertilization methods and amounts

2.3.3 硝酸盐含量 施用沼液对青椒硝酸盐含量的影响如图9所示，2种施肥方式下青椒的硝酸盐含量均随着施肥量的增加而增加，与CK1存在显著差异(P＜0.05)。当施肥量达到204 m3·hm-2（T5 处理）时，浇施和喷施处理的青椒硝酸盐含量分别增加499.46 和495.89 mg·kg-1，较CK1 增加了81.06%和79.78%。2 种施肥方式中，T4 和T5 处理的青椒硝酸盐含量超过432 mg·kg-1，仅达到我国蔬菜硝酸盐污染程度的二级标准，其余处理的硝酸盐含量均符合一级标准[17]。可见沼液施用于青椒种植时，施肥量不宜过多，否则会导致硝酸盐含量超标，对人体健康产生安全隐患。

图9 不同施肥方式和施肥量下青椒的硝酸盐含量Fig.9 Nitrate content of green pepper under different fertilization methods and amounts

3 讨论

3.1 施用沼液对土壤的改良作用

近几十年以来，由于农业生产中人们长期依赖化肥，导致土壤酸碱化以及板结现象日益凸出，严重阻碍农业生产的可持续发展。本研究发现施用沼液可以提高青椒种植土壤的pH，这与魏彬萌等[18]，黄海丽等[19]的研究结果一致。而胡振民等[20]在研究灌施沼液对茶园土壤性质的影响时却发现施加沼液可以降低土壤pH，这可能和供试土壤性质与沼肥原料相关。本试验中，随着施肥量的增加，土壤pH也逐渐提高，这与青椒中硝酸盐含量的增加趋势相同，可能是因为沼液中盐分的积累导致土壤pH 升高，说明过量施用沼液会造成土壤盐碱化。

在土壤有机质和全氮含量方面，大部分经沼液处理的土壤有机质和全氮含量与对照都有显著差异，但没有呈现规律性的变化。在0—20 cm 土壤层，适量的施用沼液可以有效提高土壤全氮和有机质含量，这与林少华等[21]的研究结果一致。但当沼液施加总量为114 m3·hm-2（T3处理）时，土壤全氮含量较低，这是由于T3处理的青椒长势最好，对养分需求量更大。在20—40 cm 土壤层，浇施处理后这2 个土壤指标值出现了显著下降，可能是由于沼液施用促进了土壤有机质的分解以及氮素的矿化和淋溶，这一现象及其作用机理，有待于进一步的验证与研究。

施用沼液会给土壤带来有机磷和无机磷化合物，同时也会通过影响土壤微生物活性间接影响土壤磷素的转化[8]，另外许多研究都表明沼液的施用有助于土壤磷素的积累[22-26]。本研究发现，适量施用沼液可以有效提高土壤有效磷含量，这与孙芹菊等[27]的研究结果一致。2 种施肥方式对表层土壤中有效磷含量的提升效果没有显著差异，而浇施对于深层土壤中有效磷含量的增加明显好于喷施，主要是喷施的沼肥难以到达土壤深层，不能被充分利用。此外，施用适量的沼液也可以有效提高青椒种植土壤的速效钾含量。

3.2 沼液对青椒的肥效

施用沼液能够使农作物增产，但沼液对农作物增产的效果与施用量有关。本研究发现，施用沼液后，青椒增产高达97.74%。其中，浇施114 m3·hm-2沼液和喷施144 m3·hm-2沼液时对青椒的增产效果最好，就施肥方式而言，总体上浇施增产效果优于喷施。林少华等[20]研究沼液施用对紫甘蓝生长的影响，发现浇施114 m3·hm-2沼液时紫甘蓝的产量最高，沼液用量过高，产量下降；而喷施处理的紫甘蓝产量与对照无显著差异。袁祖华等[28]研究发现，喷施沼液过多会使黄瓜产量降低。这可能是因为喷施会造成沼液的浪费，且会将一部分沼液喷在叶子表面对植物造成伤害。

在对青椒Vc含量的影响方面，无论采用哪种施肥方式都呈现出单峰曲线变化，这与张利等[29]的研究结果一致。浇施84 m3·hm-2和喷施144 m3·hm-2沼液的青椒Vc 含量最高，分别较对照组增加54.13%和42.70%。林少华等[21]研究发现，2种施肥方式都是在沼液施用量为103 m3·hm-2时紫甘蓝的Vc含量最高，其余处理与对照差异不明显。对青椒的蛋白质含量而言，除了浇施114 m3·hm-2沼液，其他浇施和所有喷施处理均与对照无显著差异。这表明，只有在综合考虑蔬菜种类及种植土壤特性等因素的前提下，合理施用沼液才能充分发挥沼液的肥效。

蔬菜中的硝酸盐本身不具备毒性，但其代谢产物却会对人体健康产生有害作用，例如硝酸盐在人体内可转化成亚硝酸盐，可导致正铁血红蛋白血症和癌症等。无论是浇施还是喷施，随着沼液施用量的增加，青椒中的硝酸盐含量越来越高。其中，在施用144 和204 m3·hm-2沼液时青椒的硝酸盐含量达到中度污染程度。林少华等[21]和张利等[29]的研究表明施用沼液会使紫甘蓝和番茄中的硝酸盐含量增加，但徐卫红等[30]的研究发现施用沼液会使莴苣和生菜的硝酸盐含量降低。所以对于硝酸盐这一指标而言，沼液中的氮素含量、作物的吸收与转换以及不同作物之间生长差异等都会影响其对硝态氮的积累。

综上，本研究表明青椒种植过程中，施用沼液可以增加其产量及蛋白质和Vc含量，但同时也会增加青椒中硝酸盐含量。综合考虑沼液施用对产量和品质指标的影响，浇施效果总体上要好于喷施，浇施沼液114 m3·hm-2时可以充分发挥沼液肥效，显著提高作物产量，且硝酸盐含量符合我国蔬菜硝酸盐污染程度一级标准。沼肥对种植土壤pH 及有机质、全氮、有效磷和速效钾含量也有明显影响，可以显著提高表层土壤的有机质、全氮、有效磷和速效钾含量。施加沼液使土壤pH升高，且浇施处理后深层土壤的全氮和有机质含量显著下降，其作用机制还需进一步研究，以便为科学合理施用沼液、提高农业生产效率提供理论依据。