沼液灌溉對(duì)芥菜產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的影響研究

吳曉梅， 葉美鋒， 吳飛龍， 林代炎

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所， 福建 福州 350003)

項(xiàng)目來源： 國家十二五支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD14B15-1)； 福建省科技重大專項(xiàng)(2013YZ0001-1)； 福建省省屬公益類科研院所專項(xiàng)(2014R1015-8)

沼液灌溉對(duì)芥菜產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的影響研究

吳曉梅， 葉美鋒， 吳飛龍， 林代炎

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所， 福建 福州 350003)

通過箱體栽培試驗(yàn)研究沼液施用量對(duì)芥菜產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收的影響、比較沼液處理與化肥處理，得出芥菜最適合沼液量，為“豬-沼-菜”生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式推進(jìn)提供依據(jù)。試驗(yàn)表明，每次施用1.5 L沼液最為合理：芥菜地上部分生物量最高624 g，相比空白處理增產(chǎn)831%，相比化肥處理增產(chǎn)54.4%；體內(nèi)硝態(tài)氮190 mg·kg-1僅占化肥處理的54.0%，含量遠(yuǎn)低于化肥處理；總養(yǎng)分含量可達(dá)8.66 mg·kg-1，是空白處理的5.47倍，化肥處理的1.49倍，其中全氮、全磷、全鉀含量相比空白處理分別提高368%，427%，477%。適量沼液灌溉，可有效促進(jìn)芥菜生長，提高芥菜產(chǎn)量及其對(duì)養(yǎng)分的吸收能力，降低硝酸鹽含量。

沼液； 芥菜； 產(chǎn)量； 養(yǎng)分

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，生豬養(yǎng)殖業(yè)得到集約化、規(guī)模化發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年全國生豬存欄頭數(shù)為46582.7萬頭，2014年全國生豬糞便產(chǎn)生量為3.41億t，年污水產(chǎn)生量為5.61億t[1]。規(guī)?；i養(yǎng)殖業(yè)的擴(kuò)張，在解決人們?nèi)粘Ｋ柰瑫r(shí)，由生豬養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的糞污也給環(huán)境帶來了巨大壓力。我國當(dāng)下，普遍利用沼氣工程即厭氧發(fā)酵技術(shù)解決畜禽養(yǎng)殖廢物、作物秸稈等污染物，實(shí)現(xiàn)畜禽廢物的無害化、資源化利用[2]，減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，促進(jìn)現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。沼液就是畜禽糞便通過厭氧發(fā)酵而得的產(chǎn)物之一，其中含有24種氦基酸、維生素、有機(jī)質(zhì)以及鈣、鐵、磷、鋅、錳等多種營養(yǎng)成分[3]，能為作物生長提供養(yǎng)分，并維持土壤肥力[4]，促進(jìn)土壤生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)[5]。我國每年約會(huì)產(chǎn)生2億噸沼液[6]，若能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理的資源化利用，不但可以避免對(duì)環(huán)境造成二次污染還可以促進(jìn)現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。20世紀(jì)80年代開始，人們開始研究沼肥替代化學(xué)肥料的試驗(yàn)研究[7]，證實(shí)合理施用沼液可減少作物病蟲害的發(fā)生[8]，提高農(nóng)產(chǎn)品如小麥[9]、水稻[10-11]、玉米[12]、油菜[13]等作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，降低硝酸鹽的含量[14]，提高作物對(duì)氮、磷、鉀的利用率[15]。

芥菜屬于葉類蔬菜，十字花科蕓苔屬一年生或二年生草本植物，是中國著名的特產(chǎn)蔬菜，為全國各地栽培的常用蔬菜，具有養(yǎng)分吸收數(shù)量多、轉(zhuǎn)移低的特點(diǎn)[16]。然而沼液施肥量不當(dāng)極易造成芥菜品質(zhì)降低，硝酸鹽含量升高，對(duì)人體健康不利[17-20]，目前我國利用沼液灌溉芥菜方面的研究較為罕見。因此，試驗(yàn)將以芥菜為材料，研究不同沼液用量對(duì)芥菜產(chǎn)量、品質(zhì)和養(yǎng)分的影響，進(jìn)而得出芥菜對(duì)沼液承載能力，為沼液資源化利用、提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)“豬-沼-菜”生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式推進(jìn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)蔬菜品種為寬葉芥菜，供試土壤為紅壤。土壤：采用山地紅壤，主要土壤性狀為：土壤有機(jī)質(zhì)2.00 g·kg-1，全N 0.2 00g·kg-1，全P2O54.80 g·kg-1，全K2O 13.7 g·kg-1，堿解N 10.1 mg·kg-1，速效P 9.60 mg·kg-1，速效K 65.0 mg·kg-1，pH值5.4。

供試沼液來自于福建省福清市某大型養(yǎng)豬場(chǎng)正常運(yùn)行的沼氣系統(tǒng)，發(fā)酵原料為豬場(chǎng)的糞污水。沼液：豬場(chǎng)糞便污水經(jīng)固液分離后，進(jìn)入沼氣池厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生，含有機(jī)質(zhì)1.80 g·kg-1，全N 0.680 g·kg-1,全P2O50.230 g·kg-1，全K2O 0.380 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用箱體(容積：42 cm×28 cm×22 cm)作為栽培容器，試驗(yàn)設(shè)7個(gè)處理，CK1為空白對(duì)照,CK2為化肥處理對(duì)照，不同沼液用量設(shè)5個(gè)處理，3次重復(fù)，以重復(fù)取平均值為結(jié)果。每泡沫箱盆裝土25kg，混施有機(jī)肥1 kg(含有40%有機(jī)質(zhì)和6%的(N+P2O5+K2O))。裝盆澆水后，每盆定植3棵大小均勻強(qiáng)健的芥菜苗，開始施用沼液。沼液用量按平均每7天施用1次，共施用8次，CK2分次施用尿素，平均每7天施用1次，共施用8次。試驗(yàn)處理及施肥量如表1所示。

表1 試驗(yàn)處理及施肥量

注：沼液的施用量按照沼液的全氮含量0.50 g·kg-1計(jì)算

1.3 樣品分析

試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)不同箱體內(nèi)的芥菜進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，同時(shí)隨機(jī)取樣測(cè)定芥菜干物質(zhì)中的氮、磷、鉀含量。植株采用硫酸-過氧化氫消解，全氮用開氏定氮法，全磷用礬鉬黃比色法測(cè)定，全鉀用火焰光度法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，差異顯著性用鄧肯復(fù)全距檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理芥菜生物量

圖1是不同處理芥菜生物量，可以看出沼液處理和化肥處理與CK1相比，均達(dá)到顯著差異，增產(chǎn)率依次為503%，583%，660%，831%，727%和697%，其中ZS3處理的增產(chǎn)率最高比CK2增產(chǎn)54.4%，產(chǎn)量為624 g。表明單純沼液灌溉可以提高芥菜的生物量，效果優(yōu)于化肥處理；另外，隨著沼液量的增加，芥菜生物量呈現(xiàn)先增后減趨勢(shì)，表明芥菜對(duì)沼液的承載能力有限，每次沼液施用量1.5 L，折合純N 6 g·pot-1，與CK1和CK2處理相比均達(dá)到顯著差異。

注：圖中小寫字母不同表示處理間差異達(dá)到P<0.05顯著水平，下同。圖1 不同處理芥菜生物量

2.2 不同處理芥菜植株硝態(tài)氮含量

由圖2可見，CK1處理芥菜植株硝態(tài)氮含量15.9 mg·kg-1，顯著低于CK2和沼液處理；ZS1，ZS2，ZS3，ZS4和ZS5處理芥菜硝態(tài)氮含量比CK2處理植株硝態(tài)氮含量分別降低67.7%，60.9%，46.0%，34.8%和3.71%，ZS5與CK2處理芥菜體內(nèi)硝態(tài)氮含量差異不明顯。由此表明施用沼液的處理芥菜硝態(tài)氮含量隨著沼液用量的增加而不斷增加，因此控制合理的灌溉沼液量比施用化肥，更能顯著降低芥菜植株體內(nèi)硝態(tài)氮含量，這與史雅娟[21]及李會(huì)合[22]等人的研究結(jié)果也一致。

圖2 不同處理芥菜硝態(tài)氮含量

2.3 不同處理芥菜植株養(yǎng)分含量

圖3～圖5分別為不同處理芥菜植株氮、磷、鉀含量變化趨勢(shì)圖。從圖3中可以看出，對(duì)于芥菜植株體內(nèi)全氮含量為ZS2>ZS5>ZS4>CK2>ZS3>ZS1>CK1，施用沼液的各處理和CK2處理芥菜植株體內(nèi)全氮含量都顯著高于CK1處理的含量10.3mg·kg-1。ZS2處理和ZS5處理的植株含氮量顯著高于ZS1處理，隨著沼液施用量的增加呈現(xiàn)波動(dòng)性變化，整體有增加趨勢(shì)，有可能植株對(duì)沼液中氮的轉(zhuǎn)化有適應(yīng)過程。但施用沼液的各處理與CK2處理之間芥菜植株體內(nèi)全氮含量差異不顯著。

圖3 不同處理芥菜全氮含量

從圖4可以得出，收獲后芥菜中全磷含量各處理均高于CK1處理，而且差異顯著，其中ZS5處理的芥菜植株全磷含量最高為1.12 mg·kg-1，為空白處理CK1的5.41倍，化肥處理CK2的1.79倍，隨著沼液施用量的增加，芥菜植株磷含量、鉀含量隨著沼液用量增加而增加，但是達(dá)到一定程度時(shí)，植株的磷鉀含量達(dá)到飽和，利用率下降，有可能出現(xiàn)養(yǎng)分流失的情況。另外，當(dāng)每次施用沼液量大于等于1.0 L時(shí)，沼液處理的芥菜植株體內(nèi)的含磷量都比CK2的高，可能是因?yàn)檎右褐泻辛锥手胁缓?，且沼液中的磷較容易被植株吸收利用的原因。

圖4 不同處理芥菜全磷含量

圖5 不同處理芥菜全鉀含量

圖5為植株體內(nèi)全鉀含量變化趨勢(shì)圖，隨著沼液施用量增加，植株體內(nèi)鉀含量呈現(xiàn)波動(dòng)性增長，與全磷含量趨勢(shì)基本一致，最高的是沼液處理組ZS5為6.01 mg·kg-1，與CK1差異顯著，是CK1的5.85倍，但與ZS3和ZS4間差異不顯著。

3 討論

3.1 沼液灌溉對(duì)芥菜產(chǎn)量的影響

筆者試驗(yàn)，對(duì)芥菜施用不同量沼液與CK1，CK2處理進(jìn)行對(duì)照，說明施用沼液灌溉對(duì)芥菜有增產(chǎn)作用，增產(chǎn)效果優(yōu)于化肥處理，并且隨著沼液的施用量增加，芥菜產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后減少趨勢(shì)，表明對(duì)芥菜施用沼液不是越多越好，芥菜對(duì)沼液具有一定耐受能力，這與Brechin[23]及趙莉[24]等人的研究結(jié)論一致。沼液灌溉芥菜，芥菜產(chǎn)量得到顯著提高，原因可能：一方面是沼液含有大量的速效養(yǎng)分，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)土壤團(tuán)聚作用，延長土壤中有機(jī)氮的保存時(shí)間，增強(qiáng)土壤微生物群落活性，提高氮素礦化量，進(jìn)而提高作物對(duì)氮素的吸收利用[25-26]，加之沼液提供的氮素形態(tài)以及沼液中氮素釋放規(guī)律可能與芥菜對(duì)氮素的需求較為一致，從而提高芥菜產(chǎn)量；另一方面可能是沼液中的其他復(fù)雜成分或營養(yǎng)元素直接或間接的調(diào)控芥菜葉面指數(shù)、光合速率等性狀，進(jìn)而影響芥菜產(chǎn)量。在上述兩方面的協(xié)同作用下，沼液處理的芥菜產(chǎn)量高于化肥處理和空白處理。沼液中銨態(tài)氮占氮素的70%以上[27]，芥菜產(chǎn)量隨著沼液施用量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的現(xiàn)象，可能是與沼液中氨氮的揮發(fā)速率有關(guān)[28-29]。另外，也可能是因?yàn)檎右毫吭黾訒?huì)增加土壤鹽分，造成土壤鹽分表聚，抑制作物的生根和出苗，從而影響芥菜生長量[30]。

3.2 不同處理對(duì)芥菜硝態(tài)氮含量的影響

植株累積硝態(tài)氮主要是來源于人為施入土壤的氮素。化肥處理的芥菜體內(nèi)硝態(tài)氮高于其他處理，CK1處理最低，隨著沼液量增加，植株體內(nèi)硝態(tài)氮含量增加，沼液處理的植株體內(nèi)硝態(tài)氮含量相對(duì)于化肥處理較低的原因，可能是因?yàn)檎右褐械陌被釋?duì)植株內(nèi)的硝酸還原酶有激活作用，可部分取代硝態(tài)氮使作物體內(nèi)硝酸鹽含量降低，提高了硝態(tài)氮在作物體內(nèi)的轉(zhuǎn)化速率有關(guān)[31-32]。也有可能是因?yàn)檎右鹤鳛橛袡C(jī)肥料，部分養(yǎng)分釋放慢，控制了芥菜的氮素吸收。同時(shí)，有機(jī)質(zhì)促進(jìn)土壤反硝化過程，有效地降低土壤中硝態(tài)氮濃度[33]。

3.3 不同處理對(duì)植株養(yǎng)分吸收的影響

沼液灌溉芥菜，芥菜體內(nèi)氮磷鉀含量變化隨著沼液用量增加，出現(xiàn)波動(dòng)性變化，整體是先增加后降低的趨勢(shì)。沼液處理的磷鉀含量都高于CK2處理顯著高于CK1，而全氮含量，化肥處理和沼液處理差異不太顯著，主要是因?yàn)榛适悄蛩夭缓租?，折合純氮含量與ZS3處理相同，植株對(duì)氮素的吸收效果較好，這與植株生物量可能也有一定關(guān)系。沼液作為有機(jī)液體肥施用，其有機(jī)質(zhì)含量較高，生物降解過程較為緩慢。隨著沼液用量的減少，其含量降低，CK1最低。而利用化肥進(jìn)行芥菜生產(chǎn)時(shí)，化肥養(yǎng)分的緩慢釋放控制了芥菜對(duì)養(yǎng)分的吸收，所以CK2沼液處理的養(yǎng)分含量高于CK1卻低于沼液處理，這與劉文科[34]等人研究結(jié)論一致。

4 小結(jié)

(1)芥菜對(duì)沼液具有一定的承載能力，適量施用沼液，對(duì)芥菜有增產(chǎn)作用。當(dāng)每次沼液施用量為1.5 L，折合純N 6 g·pot-1，芥菜地上部生物量達(dá)到最高為624 g，且高于CK2處理。

(2)通過沼液灌溉和單純化肥灌溉芥菜試驗(yàn)比較，沼液灌溉芥菜收獲芥菜植株體內(nèi)硝態(tài)氮含量都小于化肥灌溉所獲芥菜體內(nèi)的硝態(tài)氮含量。因而，合理利用沼液對(duì)芥菜施肥，代替單純化肥不僅可以提高芥菜產(chǎn)量，還可以保障芥菜營養(yǎng)和衛(wèi)生品質(zhì)，達(dá)到綠色健康經(jīng)濟(jì)的多層盈利。

(3)通過試驗(yàn)可知，基于芥菜增產(chǎn)量、衛(wèi)生品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)3方面綜合考慮，箱體栽培于25 kg土壤每次施用12.7 L·m-2沼液最為合理，即ZS3處理，相比CK1處理增產(chǎn)831%，比CK2增產(chǎn)54.4%；體內(nèi)硝態(tài)氮190 mg·L-1僅為CK2處理的54.0%,總養(yǎng)分含量可達(dá)8.66 mg·kg-1，是CK1處理的5.47倍、CK2處理的1.49倍，其中全氮、全磷、全鉀分別提高368%，427%，477%。

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EffectofBiogasSlurryIrrigationontheYieldandNutrientContentofMustard

/WUXiao-mei,YEMei-feng,WUFei-long,LINDai-yan

/ (AgriculturalEngineeringInstitute,FujianAcademyofAgriculturalSciences,Fuzhou350003，china)

A box cultivation experiment was conducted in this paper for investigating the effect of biogas slurry on mustard yield and nutrient content. The biogas slurry irrigation was compared with chemical fertilizers application for finding the reasonable irrigation amount of biogas slurry. The results showed that the most reasonable application amount of biogas slurry was 1.5 L biogas slurry each time for an experiment box (42 cm×28 cm×22 cm). The maximum overground biomass of mustard was 624 g, which increased by 54.4% compared to the chemical fertilizer application, and increased by 831% compared to the blank treatment(no fertilizer applied). Nitrate nitrogen content in mustard was 190 mg·kg-1,which was only 54.0% of those treated with chemical fertilizer. The total nutrient was up to 8.66 mg·kg-1, which was 1.49 times that of the chemical fertilizer application and 5.47 times that of the blank treatment, and wherein the total nitrogen, total phosphorus, and total potassium were increased by 368%, 427%, and 477% comparing with the blank treatment, respectively. These result showed that the appropriate amount of biogas slurry irrigation could effectively improve mustard quality.

biogas slurry; mustard; yield; nutrient

2016-09-08

吳曉梅(1988- )，女，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)保研究工作，E-mail：xiaomeizi163@126.com

林代炎，E-mail：lindaiyan@126.com

S216.4

B

1000-1166(2017)05-0065-05