濱海鹽堿地施用沼液對(duì)紫甘藍(lán)生長及土壤性狀的影響

林少華, 凌 瑋， 孫芹菊， 韓建剛， 李萍萍

(1.南京林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院， 南京 210037； 2.南京林業(yè)大學(xué) 生物與環(huán)境學(xué)院， 南京 210037)

沼氣工程是實(shí)現(xiàn)畜禽糞便及養(yǎng)殖污水無害化處理與資源化利用的有效途徑。然而，沼氣工程在獲得清潔能源的同時(shí)，大量集中產(chǎn)生的高濃度沼液給周圍環(huán)境帶來了巨大壓力[1]。雖然污水處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)其達(dá)標(biāo)排放，但存在處理費(fèi)用高昂的難題。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)沼液的安全、經(jīng)濟(jì)的處置，已成為限制集約化養(yǎng)殖企業(yè)自身發(fā)展的瓶頸問題[2]。

沼液中含有豐富的氮、磷、鉀等大量營養(yǎng)元素和鋅等微量營養(yǎng)元素，是一種速效的有機(jī)肥料[2-7]。已有研究表明，沼液農(nóng)用不僅可以提高蔬菜作物的生長速率、農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量[8-15]，還對(duì)改良土壤理化性狀也有一定積極作用[7,16-18]。此外，還對(duì)多種植物病害具有較好的防治效果[17]。但沼液還田后，對(duì)不同類型土壤的性狀和植物生長的效果不同[19,20]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，廣泛分布于我國各地的鹽堿土，總面積達(dá)3.6×107hm2，占全國可利用土地面積的4.88%，其中濱海鹽堿土約1.3×106hm2[21]。如能對(duì)該部分具有農(nóng)業(yè)利用潛力鹽堿地成功進(jìn)行改良，無疑對(duì)于提高我國耕地?cái)?shù)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力具有極為重要的意義,但當(dāng)前沼液施于濱海鹽堿土的應(yīng)用研究還很少。

本研究在江蘇省東臺(tái)市濱海鹽堿土上，施加沼液進(jìn)行紫甘藍(lán)的大田種植，探尋沼液施用的最佳施用量、施用方式以及對(duì)土壤性狀的影響，為集約化畜禽養(yǎng)殖沼氣工程所產(chǎn)沼液在鹽堿土上代替常規(guī)肥料種植蔬菜提供科學(xué)依據(jù)與參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用地位于江蘇省東臺(tái)市金東臺(tái)農(nóng)場(chǎng)，供試土壤為濱海鹽堿土。試驗(yàn)所用沼液取自當(dāng)?shù)啬炒笮托笄蒺B(yǎng)殖企業(yè)的沼氣站。沼液各項(xiàng)理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗(yàn)施加沼液的各項(xiàng)理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

沼液施加方式分為澆施和噴施。每種施加方式均設(shè)置7個(gè)不同的處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，見表2。其中處理1(CK)為不施加沼液的純清水處理，其余處理基肥均為每小區(qū)7.2 L，處理3～7施加兩次基肥。每個(gè)小區(qū)面積為3 m2(1.5 m×2 m)，隨機(jī)分布。

試驗(yàn)從2015年4月9日開始施加基肥，4月10日將秧苗移栽下地，5月5日施加第1次追肥，5月24日施加第2次追肥，于7月初逐步完成采收。采用常規(guī)方法整理作壟，每行溝寬0.6 m，每列溝寬0.2 m，定植密度為16株·區(qū)-1，株距50 cm，行距60 cm。

表2 試驗(yàn)處理及沼液施加量

1.3 樣品采集及分析方法

采用五點(diǎn)混合法分別于施加基肥前、第1次追肥前、第2次追肥前和收獲后采集土樣，取樣深度為0～20 cm。樣品采集后盡快帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)處理后，測(cè)定土壤性狀指標(biāo)。植株成熟后，進(jìn)行人工采收，每個(gè)小區(qū)單獨(dú)計(jì)產(chǎn)，采收結(jié)束后合并統(tǒng)計(jì)小區(qū)總產(chǎn)量，并估算畝產(chǎn)量。每小區(qū)避開邊緣效應(yīng)，選取2株作為樣本，以測(cè)定養(yǎng)分含量。果實(shí)樣品磨勻后，放入4℃冰箱保存待測(cè)。

土壤指標(biāo)分析方法：有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-外加熱法；全氮采用濃硫酸-混合催化劑聯(lián)合消煮，定氮儀測(cè)定；有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，鋁銻抗比色法測(cè)定；pH值和EC值采用0.01mol·L-1的CaCl2浸提，電位法測(cè)定。

作物品質(zhì)指標(biāo)分析方法：可溶性糖采用蒽酮法、Vc采用2,6-二氯靛酚滴定法、硝酸鹽采用紫外分光光度法分別進(jìn)行測(cè)定。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

使用SPSS22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，變量的差異采用單因素方差分析(Analysis ofvariance，ANOVA)，均值比較采用最小顯著差法(Least significant difference，LSD)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同沼液施用對(duì)紫甘藍(lán)產(chǎn)量的影響

不同沼液施加對(duì)紫甘藍(lán)產(chǎn)量的影響，結(jié)果如圖1所示。澆施時(shí)，隨著沼液施加量增加，紫甘藍(lán)產(chǎn)量表現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)。處理4，5和6與處理1(CK)對(duì)照組相比，均表現(xiàn)出顯著性差異(p<0.05)。其中處理5沼液施用總量每小區(qū)為25.2 L(5.6 m3·667m-2)時(shí)，紫甘藍(lán)產(chǎn)量最高，達(dá)到3747.2 kg·667m-2；其次是處理6施用總量每小區(qū)為31.2 L(6.9 m3·667m-2)時(shí)，產(chǎn)量為3032.34 kg·667m-2，和CK對(duì)照組相比，紫甘藍(lán)的增產(chǎn)分別達(dá)到133.85%和75.37%。

噴施時(shí)，各處理組與處理1(CK)對(duì)照組相比，均無顯著性差異。且總體而言，噴施組的產(chǎn)量明顯低于澆施組。這可能是噴施時(shí)，施加面積比澆施大，造成沼液浪費(fèi)過多，也可能是沼液噴在葉面上時(shí)，對(duì)葉子造成傷害所致。

圖1 不同施加量對(duì)紫甘藍(lán)產(chǎn)量的影響

2.2 不同沼液施用對(duì)紫甘藍(lán)品質(zhì)的影響

2.2.1 對(duì)可溶性糖的影響

不同沼液施用對(duì)紫甘藍(lán)可溶性糖的影響，結(jié)果如圖2所示。澆施情況下，處理5沼液施用總量為每小區(qū)25.2 L(5.6 m3·667m-2)時(shí)，紫甘藍(lán)可溶性糖的含量最高，達(dá)到2.89%。噴施情況下，處理6沼液施用總量為每小區(qū)31.2 L(6.9 m3·667m-2)時(shí)，紫甘藍(lán)可溶性糖的含量最高，達(dá)到2.87%，分別比對(duì)照組CK提高了16.90%和16.13%，但均未產(chǎn)生顯著性差異。這表明，施用不同量的沼液對(duì)紫甘藍(lán)可溶性糖含量產(chǎn)生影響，甚至具有一定提高作用，但效果并不明顯，且不同沼液施加方式也未表現(xiàn)出明顯差異。

2.2.2 不同沼液施用對(duì)Vc含量的影響

不同沼液施用對(duì)紫甘藍(lán)Vc含量的影響，結(jié)果如圖3所示。由結(jié)果可知，處理6沼液施用總量為每小區(qū)31.2 L(6.9 m3·667m-2)時(shí)，不管采用什么施加方式，紫甘藍(lán)的Vc含量均最高，澆施與噴施處理含量分別達(dá)到每100 g鮮樣70.46 mg和每100 g鮮樣68.34 mg，比處理1(CK)對(duì)照組提高了25.6%(p<0.05)和22.8%(p<0.05)，產(chǎn)生了顯著性差異。其余各處理與CK相比并未產(chǎn)生顯著性差異。不同施加方式之間，Vc含量差異不明顯。結(jié)果表明，澆施總量為每小區(qū)31.2 L(6.9 m3·667m-2)時(shí)，對(duì)于提高紫甘藍(lán)中的Vc含量效果最好。

圖2 不同施加量對(duì)紫甘藍(lán)可溶性糖含量的影響

圖3 不同施加量對(duì)紫甘藍(lán)Vc含量的影響

2.2.3 對(duì)硝酸鹽含量的影響

不同沼液施用對(duì)紫甘藍(lán)硝酸鹽含量的影響，結(jié)果如圖4所示。從結(jié)果可以看出，隨著施用量的增大，紫甘藍(lán)中硝酸鹽含量會(huì)逐漸提高，當(dāng)施用總量為每小區(qū)43.2 L(9.6 m3·667m-2)時(shí)，澆施與噴施的含量分別達(dá)到261.8 mg·kg-1和232.9 mg·kg-1。但各處理與處理1(CK)對(duì)照組相比，均未產(chǎn)生顯著性差異(p>0.05)。本研究條件下，紫甘藍(lán)硝酸鹽含量沒有出現(xiàn)累積現(xiàn)象，適當(dāng)?shù)氖┯谜右簩?duì)紫甘藍(lán)植株體內(nèi)的硝酸鹽含量影響不大。各處理硝酸鹽含量均顯著低于《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害蔬菜安全要求(GB 18406. 1-2001)》中標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 不同沼液施用對(duì)土壤性質(zhì)的影響

2.3.1 對(duì)土壤pH值的影響

施加沼液對(duì)土壤pH值的影響見表3。結(jié)果表明，不管是施加多少量的沼液或者使用什么施加方式，在施加沼液后，土壤的pH值都有所下降，最終pH值與施加沼液前相比，普遍產(chǎn)生顯著性差異(p<0.05)。處理5，即沼液施用總量為每小區(qū)25.2 L(5.6 m3·667m-2)時(shí)，達(dá)到最佳效果。這說明，在紫甘藍(lán)生長的過程中，施用沼液肥可以改善土壤的酸堿度。盡管處理1(CK)土壤pH值在紫甘藍(lán)生長過程中也出現(xiàn)一定程度下降，但是其一直保持著較高水平。需要注意的是，在紫甘藍(lán)收獲后，土壤的pH值普遍會(huì)比收獲前略微上升。

圖4 不同施加量對(duì)紫甘藍(lán)硝酸鹽含量的影響

表3 沼液施用前后土壤的pH值變化

2.3.2 對(duì)土壤EC值的影響

施加沼液對(duì)土壤EC值的影響見表4。結(jié)果表明，第1次追肥前，EC值開始大幅度地上升。可能是由于當(dāng)時(shí)處于春夏之交，隨著氣溫升高，導(dǎo)致土壤的蒸發(fā)量大，表層土壤中的可溶性鹽的含量迅速增加，EC值迅速上升。在紫甘藍(lán)收獲后，土壤EC值又降回到很低的水平，甚至比施加基肥前土壤的EC值還低，并產(chǎn)生顯著性差異(p<0.05)?？傮w而言，施用沼液有助于降低土壤中的EC值，降低可溶性鹽的含量。

表4 沼液施用前后土壤的EC值變化 (μS·cm-1)

2.3.3 對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

施加沼液對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響如表5所示。總體而言，第1次追肥前，土壤有機(jī)質(zhì)的含量變化比施加基肥前普遍出現(xiàn)一定程度下降；至第2次追肥前，土壤中的有機(jī)質(zhì)含量仍繼續(xù)呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S著紫甘藍(lán)生長進(jìn)入旺盛期，從土壤中大量汲取有機(jī)物質(zhì)所致。采收后，除處理1(CK)外，其余各處理土壤中的有機(jī)質(zhì)普遍呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這可能是由于收獲后，紫甘藍(lán)的根莖殘葉等殘留在土壤中所致。且各施加沼液的處理組土壤有機(jī)質(zhì)含量與施基肥前比，均產(chǎn)生顯著性差異(p<0.05)。澆施情況下，處理5(沼液施用量為每小區(qū)25.2 L，即5.6 m3·667m-2)達(dá)到最佳效果。噴施時(shí)，處理5(沼液施用量為每小區(qū)25.2 L，即5.6 m3·667m-2)和處理6(沼液施用總量為每小區(qū)31.2 L，即6.9 m3·667m-2)均可達(dá)到最佳。結(jié)果表明，施加沼液增加了土壤的肥力，提高了其保肥性能。

表5 沼液施用前后土壤有機(jī)質(zhì)變化 (g·kg-1)

2.3.4 對(duì)全氮含量的影響

施加沼液對(duì)土壤全氮含量的影響如表6所示?？傮w上看，紫甘藍(lán)種植土壤的全氮含量呈現(xiàn)出一種動(dòng)態(tài)變化。在第1次追肥前，由于紫甘藍(lán)處于幼苗期，對(duì)氮量的需求較少，所以土壤全氮含量總體上變化不大，部分處理組土壤全氮含量還出現(xiàn)增大；在第2次追肥前，土壤中全氮比第1次追肥前普遍出現(xiàn)下降，這是因?yàn)樵谶@個(gè)階段，紫甘藍(lán)處于生長旺盛期，需要大量養(yǎng)分所致。待紫甘藍(lán)收獲后，各處理的土壤全氮含量顯現(xiàn)了差異。施肥量較高的處理，土壤全氮量普遍高于較低施加量的處理。不管澆施還是噴施，處理5施用沼液總量為每小區(qū)25.2 L(5.6 m3·667m-2)時(shí)，達(dá)到最佳，全氮含量分別達(dá)到1146.0 mg·kg-1和1154.2 mg·kg-1。但處理7(沼液施用總量為每小區(qū)43.2 L，即9.6 m3·667m-2)的土壤全氮量卻出現(xiàn)下降?？梢?，適量的沼液施用有助于恢復(fù)甚至增加土壤中的全氮含量，但若施加過量，則會(huì)出現(xiàn)反作用，導(dǎo)致土壤中的養(yǎng)分含量下降。

表6 沼液施用前后土壤全氮變化 (mg·kg-1)

2.3.5 對(duì)有效磷含量的影響

施加沼液對(duì)土壤有效磷含量的影響見表7。土壤有效磷含量隨時(shí)間波動(dòng)很大。在第1次追肥前，紫甘藍(lán)植株處于幼苗期，對(duì)磷的需求較少，所以土壤中有效磷含量普遍較高；在第2次追肥前，植株處于生長旺盛期，對(duì)養(yǎng)分的需求大，所以有效磷的含量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)；至收獲時(shí)，由于對(duì)養(yǎng)分的需求減少，在追肥后則土壤中有效磷的含量出現(xiàn)升高。不管噴施還是澆施，處理5(沼液施用量為每小區(qū)25.2 L，即5.6 m3·667m-2)和處理6(沼液施用總量為每小區(qū)31.2 L，即 6.9 m3·667m-2)相較其他處理而言，有效磷含量均一直處于較高的水平。相較于初始值來說，經(jīng)過一茬紫甘藍(lán)的種植，土壤的有效磷含量總體呈現(xiàn)上升。施用沼液，可以增加土壤中有效磷的含量，提高土壤的質(zhì)量，改善蔬菜的生長環(huán)境。比較施肥前和收獲后的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，噴施比澆施對(duì)于土壤有效磷含量的提高作用更明顯。

表7 沼液施用前后土壤有效磷含量變化 (mg·kg-1)

3 討論

3.1 沼液施用對(duì)紫甘藍(lán)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

已有的研究表明，沼液能夠顯著提高作物的產(chǎn)量，但施加濃度或施加量不同，效果也會(huì)不同。如袁祖華等研究不同濃度沼液的噴施對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明噴施沼液有利于提高黃瓜產(chǎn)量，但是噴施濃度過高反而會(huì)降低產(chǎn)量[11]。本研究條件下，對(duì)于澆施而言，隨著沼液施加量增加，紫甘藍(lán)產(chǎn)量均先增加后減小，沼液施加量存在一個(gè)較優(yōu)范圍。最佳沼液施用總量為每小區(qū)25.2 L(5.6 m3·667m-2)，此時(shí)紫甘藍(lán)產(chǎn)量可達(dá)3747.2 kg·667m-2。噴施時(shí)，各處理組與處理1(CK)相比，均無顯著性差異，且噴施組的產(chǎn)量明顯低于澆施組。這表明，欲充分發(fā)揮沼液的肥效，取得高產(chǎn)，澆施是比噴施更好的施加方式。

在施加沼液肥對(duì)紫甘藍(lán)Vc含量影響方面，處理6沼液施用總量為每小區(qū)31.2 L(6.9 m3·667m-2)時(shí)，不管噴施還是澆施，紫甘藍(lán)的Vc含量均最高，并與對(duì)照組產(chǎn)生了顯著差異，而其余各處理與CK相比并未產(chǎn)生顯著性差異。在對(duì)紫甘藍(lán)可溶性糖的影響方面，施用不同量的沼液對(duì)紫甘藍(lán)可溶性糖含量提高效果并不明顯，不同沼液施加方式也未表現(xiàn)出明顯差異。而李偉群的研究表明在10%，20%，30%的濃度配比下，黃瓜的Vc含量比CK分別增長了16.60%，48.95%和45.07%；可溶性糖含量的表現(xiàn)上，20%，30%的濃度配比下，黃瓜可溶性糖含量比CK分別增長了5%和7%[22]。不同研究的結(jié)果表明，施加沼液肥可以有效提高蔬菜中Vc和可溶性糖含量的論斷并不普遍適用，這可能受施用沼液濃度配比與施加方式、土壤特性和蔬菜種類等多種因素的影響。

對(duì)于硝酸鹽指標(biāo)而言，一般認(rèn)為，氮肥用量、硝態(tài)氮吸收與還原轉(zhuǎn)化不平衡、植株吸收和生長的不協(xié)調(diào)等，共同影響蔬菜對(duì)硝態(tài)氮的積累[23]。在徐衛(wèi)紅等人的研究中還出現(xiàn)了沼液種植萵苣和生菜時(shí)硝酸鹽含量下降的情況[15]。在本研究中，隨著沼液施用量的增大，紫甘藍(lán)的硝酸鹽含量會(huì)逐漸提高，但沒有出現(xiàn)累積現(xiàn)象，各處理硝酸鹽含量均顯著低于《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害蔬菜安全要求(GB 18406. 1-2001)》中標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 沼液施用對(duì)紫甘藍(lán)種植土壤性質(zhì)的影響

濱海鹽堿地，是在海洋和陸地的相互作用下由大量泥沙沉積而成的連接陸地和海洋的緩沖地帶，絕大多數(shù)屬泥質(zhì)海岸帶[24]。由于受水文地質(zhì)、氣候、母質(zhì)等條件影響，土壤pH值、鹽分含量高，理化性質(zhì)不良，植物存活困難[25]。

長期以來，改良鹽堿土壤多采用工程措施，如淡水淋洗壓鹽，客土轉(zhuǎn)移土壤鹽分，添加化學(xué)改良劑，種植耐鹽植物進(jìn)行生物修復(fù)等多種方法[24,26]。這些措施要么工程量大，費(fèi)用高；要么周期長，見效慢。本研究條件下，施用沼液可以改善土壤的酸堿度，有助于降低可溶性鹽的含量。從施加沼液后的有機(jī)質(zhì)和有效磷指標(biāo)看，施加沼液提高了濱海鹽堿土壤的肥力，增加了保肥性能；從土壤全氮指標(biāo)看，沼液施用適當(dāng)，也有助于恢復(fù)甚至增加土壤中的全氮含量。綜上所述，而施加沼液，既可以實(shí)現(xiàn)沼液的消納，又可以實(shí)現(xiàn)濱海鹽堿土壤的改良；既能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，更能取得良好的社會(huì)效益。

但需注意，施加沼液改善濱海鹽堿土壤酸堿性、降低可溶性鹽含量的作用，可能是暫時(shí)性的。若不繼續(xù)施用沼液，土壤的相關(guān)指標(biāo)如pH值和EC值可能又會(huì)慢慢恢復(fù)到原來的狀態(tài)。另外，本研究所用沼液為堿性，施加后，土壤pH值反而出現(xiàn)了下降，后續(xù)有必要進(jìn)一步驗(yàn)證并對(duì)出現(xiàn)該現(xiàn)象的機(jī)理展開研究。

4 結(jié)論

本研究條件下，澆施時(shí)，隨著沼液施加量增加，紫甘藍(lán)產(chǎn)量表現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)，當(dāng)沼液施用總量為每小區(qū)25.2 L(5.6 m3·667m-2)時(shí)，紫甘藍(lán)產(chǎn)量最高可達(dá)3747.2 kg·667m-2。施加沼液肥可以提高紫甘藍(lán)Vc含量，在沼液施用總量為每小區(qū)31.2 L(6.9 m3·667m-2)時(shí)，不管噴施還是澆施，紫甘藍(lán)的Vc含量均最高。沼液施加對(duì)紫甘藍(lán)可溶性糖含量提高效果并不明顯。雖然隨著沼液施用量的增大，紫甘藍(lán)硝酸鹽含量有所提高，但硝酸鹽含量均在安全范圍內(nèi)?？傮w而言，澆施效果優(yōu)于噴施，沼液的最佳施用量范圍為5.6～6.9 m3·667m-2。

在濱海鹽堿土施用沼液肥種植紫甘藍(lán)，可以改善土壤的酸堿度，有助于降低其可溶性鹽的含量，提高土壤的肥力，增加其保肥性能，對(duì)濱海鹽堿土實(shí)現(xiàn)改良?？傊?，沼液是可以代替常規(guī)肥料在鹽堿土上種植蔬菜的有機(jī)肥料。