施用腐熟陳藻水對青菜產(chǎn)量和土壤質(zhì)量的影響

耿德曄 呂錫武 余亞琴，2

(1東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，南京 210096)

(2鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院，鹽城 224003)

施用腐熟陳藻水對青菜產(chǎn)量和土壤質(zhì)量的影響

耿德曄1呂錫武1余亞琴1，2

(1東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，南京 210096)

(2鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院，鹽城 224003)

以太湖藍(lán)藻暴發(fā)期打撈的富藻水漚制腐熟的陳藻水為原料，設(shè)置低量陳藻水、中量陳藻水、高量陳藻水、化肥及空白對照5個(gè)試驗(yàn)，用盆栽模擬法研究腐熟陳藻水施用于青菜對其產(chǎn)量和空白土壤質(zhì)量的影響.結(jié)果表明:施用低量陳藻水和化肥的青菜產(chǎn)量分別增加27%和26%，而施用化肥的土壤有機(jī)質(zhì)含量較空白對照試驗(yàn)降低26%，施用陳藻水的土壤有機(jī)質(zhì)含量則變化不大，土壤全氮含量和堿解氮含量隨著施用的腐熟藻水量增加而增加.因此適量腐熟陳藻水會(huì)增加作物產(chǎn)量，改良土壤理化性質(zhì)，增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量.

腐熟陳藻水;青菜產(chǎn)量;土壤質(zhì)量

近年來，隨著太湖沿岸工農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，大量的工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)業(yè)廢水等排入太湖，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化越來越嚴(yán)重.藍(lán)藻過度繁殖一方面爭奪了其他生物的營養(yǎng)物質(zhì)和溶解氧，另一方面形成的油狀物質(zhì)阻礙大氣向水中復(fù)氧，使水體透明度和溶解氧下降，嚴(yán)重阻礙和破壞了水域生態(tài)和水功能［1］.為了及時(shí)有效地控制藍(lán)藻大規(guī)模爆發(fā)，目前最直接和有效的方法就是打撈.自2007年無錫發(fā)生水質(zhì)危機(jī)開始到2011年，江蘇省5年間共從太湖打撈藍(lán)藻287萬t.由于藍(lán)藻暴發(fā)季節(jié)數(shù)量巨大，藻水分離站處理能力有限，因而大多數(shù)打撈的藍(lán)藻被安放在打撈站附近的溝渠、洼地以及人工修砌的水池中.存放的陳藻水會(huì)逐漸水解腐熟，藻毒素也基本被降解.許麗娟［2］的研究表明，存在于新鮮藍(lán)藻細(xì)胞中的微囊藻毒素隨著腐熟過程中細(xì)胞的破裂逐漸轉(zhuǎn)移至細(xì)胞外部，到第9天時(shí)基本完全釋放出來，但在前9 d內(nèi)藻毒素降解緩慢，在之后藻毒素降解速率增大，到第21天后降解率達(dá)到96.5%.腐熟陳藻水中的COD含量、TN、TP等含量較高，無法滿足直接排放的要求，如果一旦流出池體將會(huì)惡化周圍環(huán)境，形成二次污染［3－4］.目前針對打撈藍(lán)藻的研究主要集中在厭氧發(fā)酵以及將發(fā)酵沼液沼渣作為肥料方面，而對于數(shù)量更大的陳藻則鮮有報(bào)道.腐熟陳藻作為有機(jī)肥料與常規(guī)化肥相比有很多優(yōu)勢.有機(jī)肥料的施用會(huì)改善土壤環(huán)境［5］.Tripathi等［6］研究證明，將粉煤灰、混有氮肥的花園土與藍(lán)藻生物肥料混用不僅有利于水稻的生長、改善營養(yǎng)物質(zhì)組成以及提高產(chǎn)量，而且減少稻田對氮肥的高需求.Stokstad［7］經(jīng)過21年研究表明種植某些作物的有機(jī)農(nóng)田與施用化肥的農(nóng)田相比不僅產(chǎn)量相當(dāng)，而且土壤環(huán)境好.

本文以青菜及土壤為研究對象，探索腐熟藍(lán)藻的不同施用量對青菜產(chǎn)量及土壤質(zhì)量的影響，以期通過腐熟藻水還田為處理大量陳藻水提供應(yīng)用依據(jù)和參考，從而為太湖藍(lán)藻處理減輕壓力.同時(shí)一定程度上減少化學(xué)肥料使用，改善土壤環(huán)境，具有經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益［8］.

1 材料與方法

本試驗(yàn)利用盆栽模擬法驗(yàn)證腐熟陳藻水施用于青菜的可行性，并且確定最佳施用量.試驗(yàn)期間平均氣溫偏高，平均溫度為18.1℃;降水正常，下雨日為5 d;日照充足.

1.1 供試材料

試驗(yàn)設(shè)在宜興市丁蜀鎮(zhèn)方錢村東南大學(xué)太湖水環(huán)境研究基地，土壤取于附近城東港大橋下農(nóng)田內(nèi)，有機(jī)質(zhì)含量為16.27 g/kg，全N含量為0.55 g/kg，堿解N含量為58 mg/kg，速效 P含量35 mg/kg.供試品種為宜興市芳豐蔬菜種子公司生產(chǎn)的“四季小園菜”.施用腐熟陳藻水為2011年11月取自宜興市新莊街道茭瀆港藍(lán)藻打撈站陳藻池，其總氮、總磷、氨氮、硝氮含量分別為456.6，42.6，208.4，2.5 mg/L，藻毒素含量未檢出.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)所用容器為外徑30 cm的塑料花盆，各試驗(yàn)重復(fù)2次.青菜種子于2012年3月27日用0.3%的雙氧水(H2O2)消毒后，用蒸餾水洗凈，然后挑選均一、形態(tài)正常的種子置于2層濾紙的培養(yǎng)皿中，將培養(yǎng)皿放入25℃的恒溫培養(yǎng)箱中培苗.當(dāng)幼苗長到3 cm左右時(shí)，選取長勢一致的幼苗轉(zhuǎn)移至容器中，待其成活后進(jìn)行間苗，這樣各容器中生長著大小、長勢一致的5棵青菜苗，并且開始施用不同量的腐熟陳藻水.處理15 d后采樣，測定各處理青菜產(chǎn)量和土壤質(zhì)量指標(biāo)［9］.

1)試驗(yàn)1.對照試樣，僅施用自來水.

2)試驗(yàn)2.低量藻水澆灌，按37.5 kg/hm2尿素(含純氮46%)計(jì)算，每次需施用腐熟藻水260 mL.

3)試驗(yàn)3.中量藻水澆灌，按75.0 kg/hm2尿素計(jì)算，每次需施用腐熟藻水520 mL.

4)試驗(yàn)4.高量藻水澆灌，按150.0 kg/hm2尿素計(jì)算，每次需施用腐熟藻水1 040 mL.

5)試驗(yàn)5.化肥澆灌，按75.0 kg/hm2尿素計(jì)算，每次需施用含尿素0.53 g的化肥水.

以上各試驗(yàn)每隔2 d施用1次，其他所有栽培管理措施均按當(dāng)?shù)厣a(chǎn)習(xí)慣統(tǒng)一實(shí)施，試驗(yàn)期間的病蟲害防治、除草等農(nóng)事操作按常規(guī)方式進(jìn)行，各試驗(yàn)均保持一致.

1.3 測定方法

1)株高和生物量測定.測量植株高度，洗凈植株并且擦干表面水珠稱重.

2)土壤理化性質(zhì)的測定.土壤有機(jī)質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀容量法(稀釋熱法)，全氮含量測定采用半微量開氏法，堿解氮含量測定采用堿解擴(kuò)散法，速效磷含量測定采用碳酸氫鈉法［10］.

3)數(shù)據(jù)處理.運(yùn)用Excel 2010和SPSS 16.0生物統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析.

2 結(jié)果和討論

2.1 不同陳藻施用量對青菜產(chǎn)量的影響

2.1.1 不同陳藻施用量對青菜株高的影響

由圖1(a)所示，不同陳藻施用量對青菜株高的影響不同.其中施用化肥的青菜最高，其次是施用低量腐熟陳藻的試驗(yàn)2，與對照試樣相比分別增加了14%和12%，兩者與對照試樣、施用中量和高量陳藻的試驗(yàn)相比差異顯著，但兩者之間差異并不顯著;施用中量腐熟陳藻的青菜株高較對照試樣增加了0.8%，差異并不顯著;施用高量腐熟陳藻較對照試樣降低了3.2%，差異不顯著.

圖1 不同陳藻施用量對青菜產(chǎn)量的影響

2.1.2 不同陳藻施用量對青菜生物量的影響

由圖1(b)所示，不同陳藻施用量的青菜生物量趨勢與株高相似，施用低量腐熟陳藻的青菜生物量最高，其次為施用化肥的試驗(yàn)5，分別增產(chǎn)27%和26%，兩者與對照試樣相比差異均顯著，但兩者之間差異不顯著;施用中量和高量陳藻的青菜產(chǎn)量較對照試樣增產(chǎn)了3.2%和3.5%，與對照試樣相比差異均不顯著，但與試驗(yàn)2和試驗(yàn)5相比顯著降低.

藍(lán)藻是一種有機(jī)生物體，因此與化肥相比含有較全的營養(yǎng)元素［11］，經(jīng)過水解腐熟后陳藻水擁有更高的速效養(yǎng)分比例，容易被作物吸收.從青菜株高和生物量來看，低量陳藻水澆灌以及化肥施用有明顯的增產(chǎn)效果，這是由于藍(lán)藻含有大量的N，P及其他營養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過水解腐熟后一部分變成與化肥相似的易被植物吸收利用的速效養(yǎng)分，提高了青菜產(chǎn)量.從圖1可知，隨著施用腐熟陳藻水量的增加，青菜株高和生物量逐漸降低.原因可能有2方面:①陳藻水中可能含有低濃度的MC-LR.Pflugmacher等已經(jīng)研究證明，MC-LR會(huì)抑制作物的生長［12－13］.② 由于本試驗(yàn)中施用陳藻水的濃度較低，因而施用水量隨著所需氮量的增加而迅速增加，過多的水分可能會(huì)抑制青菜的生長.須暉等［14］研究表明，灌溉水量過高或過低都不利于作物的生長，因此將腐熟陳藻水作為肥料施用于作物時(shí)應(yīng)該注意控制其濃度以防止過量的藻水而抑制農(nóng)作物的生長.在今后的研究中可以考慮將腐熟陳藻水和化肥配施或者通過增加蒸發(fā)提高其氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)濃度，以彌補(bǔ)腐熟陳藻水作為肥料營養(yǎng)成分過低的缺陷.

2.2 陳藻施用量對土壤理化性質(zhì)的影響

2.2.1 陳藻施用量對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

有機(jī)質(zhì)是土壤中氮磷等營養(yǎng)元素的重要來源，它含有刺激植物生長的胡敏酸等物質(zhì)，具有膠體特性，能吸附較多的陽離子，使土壤具有保肥力和緩沖性，還能改善土壤結(jié)構(gòu)，也是土壤微生物必須的能源和碳源.長期施用無機(jī)化肥會(huì)破壞土壤團(tuán)粒，使其發(fā)生板結(jié)，表現(xiàn)為土壤有機(jī)質(zhì)匱乏，透氣性、蓄水性嚴(yán)重下降，土壤生態(tài)環(huán)境破壞，微生物菌群減少.如圖2所示，施用化肥的試驗(yàn)5土壤有機(jī)質(zhì)含量與對照試樣相比降低了26%，土壤肥力大大降低，而有機(jī)質(zhì)的減少勢必破壞土壤的結(jié)構(gòu).Mader等［15］研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)耕作可增加土壤肥力及生物多樣性，使農(nóng)田系統(tǒng)減少對外部養(yǎng)分輸入的依賴.腐熟陳藻水作為有機(jī)肥料，將其施用于農(nóng)田有助于保持和提高土壤有機(jī)質(zhì).土壤改良是一個(gè)長期的過程，但是本次試驗(yàn)僅維持了半個(gè)月，因此圖2中不同陳藻施用量的土壤有機(jī)質(zhì)含量與施用化肥的結(jié)果相比顯著增加，而與對照試樣相比無顯著差異.

圖2 不同陳藻施用量對土壤有機(jī)質(zhì)的影響

2.2.2 陳藻施用量對土壤全N含量的影響

由圖3(a)所示，施用腐熟陳藻水的試驗(yàn)2、試驗(yàn)3和試驗(yàn)4土壤全N含量與對照試樣相比分別增加了26.1%，41.3%和47.8%.由于腐熟陳藻水既含有青菜即時(shí)生長所需的速效養(yǎng)分，還含有大量未分解的有機(jī)物，能夠提高土壤全N含量，維持作物更久的生長養(yǎng)分需要，因此土壤全N含量隨著施用腐熟陳藻水量增加而增加.無機(jī)化肥主要提供速效養(yǎng)分，只能維持植物生長所需的養(yǎng)分，而多余的營養(yǎng)物質(zhì)會(huì)隨著水分流失，因此對于土壤全N含量基本沒有貢獻(xiàn)，施用化肥的土壤全N含量與對照試樣相比顯著增加了28.3%，與試驗(yàn)2相當(dāng).

2.2.3 陳藻施用量對土壤堿解N含量的影響

由圖3(b)所示，施用腐熟陳藻水的試驗(yàn)2、試驗(yàn)3和試驗(yàn)4土壤堿解N含量與對照試樣相比分別增加了22.9%，74.8%和124.8%，其中試驗(yàn)3和試驗(yàn)4與對照試樣相比有顯著差異.腐熟陳藻水中含有大量可供土壤和植物吸收的速效N以及有機(jī)物不斷分解出的營養(yǎng)物質(zhì)，因此隨著腐熟藻水量的增加，土壤堿解N含量呈遞增趨勢.化肥中含有供植物生長所需的速效N與少量腐熟陳藻水對于土壤堿解氮的貢獻(xiàn)相當(dāng)，試驗(yàn)5土壤堿解氮含量為59.15 mg/kg，與對照試樣及試驗(yàn)2無顯著差異.

圖3 不同陳藻施用量對土壤氮的影響

2.2.4 陳藻施用量對土壤速效P含量的影響

由于試驗(yàn)中土壤磷含量較高，掩蓋了不同試驗(yàn)對土壤磷含量的影響.試驗(yàn)4和試驗(yàn)5土壤速效P含量與對照試樣相比無顯著差異.適量的腐熟陳藻水會(huì)提供植物生長所需的磷養(yǎng)分，減少吸收土壤中的速效P.如圖4所示，施用低量、中量腐熟陳藻水的試驗(yàn)2和試驗(yàn)3土壤速效P含量與對照試樣相比分別增加了9.0%和9.8%，兩者之間無顯著差異.

圖4 不同陳藻施用量對土壤速效P的影響

3 結(jié)論

1)低量陳藻處理明顯增加青菜株高和產(chǎn)量，株高和產(chǎn)量與對照試樣相比分別增加了12%和27%.適量的腐熟陳藻水施用于青菜會(huì)增加其株高和產(chǎn)量，合適的施用量為37.8 m3/hm2.

2)施用陳藻水與化肥相比能明顯改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量，減少對環(huán)境及生態(tài)的破壞.土壤全氮含量及堿解氮含量隨著施用藻水量的增加而增加.

3)藍(lán)藻作為肥料推廣的障礙是其含有的藻毒素，本試驗(yàn)所使用的陳藻水腐熟時(shí)間超過6個(gè)月，因此未測出藻毒素，但在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)測陳藻水、青菜和土壤中藻毒素含量，以保證食品安全和土壤環(huán)境.

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Influence of using decomposed stale algae-laden water on productivity of green vegetables and soil quality

Geng Deye1Lü Xiwu1Yu Yaqin1，2

(1School of Energy and Environment，Southeast University，Nanjing 210096，China)
(2School of Civil Engineering，Yancheng Institute of Technology，Yancheng 224003，China)

Taking stale algae-laden water refloated in the blue-algae outbreak period as the material，the influence of using the decomposed stale algae-laden water on the productivity of green vegetables and soil quality was studied with the aid of potted simulation method.Five experiments including low quantity of stale algae-laden water，medium quantity of stale algae-laden water，high quantity of stale algae-laden water，chemical fertilizer and blank control were carried out.The results show that the production of green vegetables with low quantity of stale algae-laden and chemical fertilizer water increase 27%and 26%respectively，while the organic content of soil with chemical fertilizer is 26%lower than that of the blank control.In contrast，the organic content of soil with the stale algae-laden water changes only a little，and the total nitrogen content and alkali solution nitrogen content of soil increase with the increase of the amount of stale algae-laden water.Therefore，appropriate amount of stale algae-laden water may boost the crop yield，improve physical and chemical properties of soil，and increase the organic content，total nitrogen content and alkali solution nitrogen content in soil.

stale algae-laden water;productivity of green vegetables;soil quality

X703.1

A

1001－0505(2013)01-0110-05

10.3969/j.issn.1001－0505.2013.01.021

2012-05-08.

耿德曄(1988—)，男，碩士生;呂錫武(聯(lián)系人)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，xiwulu@seu.edu.cn.

國家水體污染控制與治理重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2009ZX07101-009)、江蘇省太湖治理專項(xiàng)資金課題資助項(xiàng)目(TH2010206).

耿德曄，呂錫武，余亞琴.施用腐熟陳藻水對青菜產(chǎn)量和土壤質(zhì)量的影響［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2013，43(1):110－114.［doi:10.3969/j.issn.1001－0505.2013.01.021］