基施沼渣替代化肥氮對葡萄生長發(fā)育及品質(zhì)的影響

王桂良，朱凌宇，張家宏，王守紅*，寇祥明，徐 榮，韓光明，吳雷鳴，唐鶴軍，畢建花

（1.江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所，江蘇 揚州 225007；2.江蘇省生態(tài)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，江蘇 揚州 225008）

沼渣是沼氣工程的副產(chǎn)物，其含有豐富的腐殖質(zhì)等有機物質(zhì)以及氮、磷、鉀等大量元素和銅、鋅等微量元素，無法滿足直接排放的要求［1-2］。隨著沼氣工程的快速發(fā)展，沼渣產(chǎn)生量越來越大，如何處理沼渣的問題日益突出。以循環(huán)農(nóng)業(yè)理念為指導，農(nóng)田施用沼渣，一方面可減少或避免沼渣排放帶來的環(huán)境風險；另一方面可利用沼渣資源，減少化肥的施用［3-5］。因此，研究沼渣作為有機肥施用及其施用方法，最大程度消納沼渣，對促進農(nóng)牧結(jié)合的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)村生態(tài)文明建設(shè)具有十分重要的意義。葡萄的經(jīng)濟效益較高，但是由于大量施用化肥導致葡萄品質(zhì)下降，如何在維持葡萄產(chǎn)量的同時，減少化肥施用量，提高品質(zhì)，進一步提高經(jīng)濟效益，是廣大葡萄生產(chǎn)者關(guān)心的問題［6］。在施用等量化肥基礎(chǔ)上，增施沼渣液肥的研究表明，增施沼液肥可提高葡萄產(chǎn)量和漿果中可溶性固形物含量與果粒硬度，改善葡萄品質(zhì)［7-8］。另外，用沼渣液肥完全替代化肥的研究表明，與常規(guī)施化肥相比，施用沼渣液肥可提高葡萄產(chǎn)量、含糖量和果膠質(zhì)含量［9-10］。然而，由于各沼氣工程產(chǎn)生的沼渣液肥養(yǎng)分的差異性較大［11-12］，等量沼液肥含有的養(yǎng)分含量則不同，因此，以上這些研究無法定量化，并提供可用于廣泛推廣的推薦沼渣液肥的施用量。本研究以氮元素含量為定量指標，探討基施沼渣替代化肥氮對葡萄生長發(fā)育及品質(zhì)的影響，以期為大面積生產(chǎn)上葡萄園基肥施用沼渣技術(shù)的推廣和應用提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗于2016～2017年在江蘇省揚州市江都區(qū)郭村葡萄園（N32°26.57′，E119°48.93′）進行，該地區(qū)屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，季風顯著，四季分明，平均海拔5 m。年平均氣溫14.9℃，平均降水量為978.7 mm。年均日照時數(shù)為2 140 h，年無霜期為220 d。試驗地土壤類型為砂壤土，土壤pH為7.0、有機質(zhì)含量19.1 g/kg、全氮1.3 g/kg、堿解氮95.1 mg/kg、有效磷46.8 mg/kg、速效鉀154.4 mg/kg，重金屬元素含量：Cu 2.571 mg/kg、Zn 5.987 mg/kg、Cd 0.121 mg/kg、Cr 19.319 mg/kg、Pb 1.020 mg/kg、As 13.172 mg/kg。

供試葡萄為6年樹齡，品種為“夏黑”。試驗所用沼渣來源于鄰近葡萄園的年出欄約2.5萬頭豬場的沼氣池下層流出的沼渣與沼液的混合液，其在大棚中自然堆放，含水量為78%、pH為7.42、有機質(zhì)含量為5.5%、全氮為2.7 g/kg、全磷0.4 g/kg、全鉀1.6 g/kg，重金屬元素含量：Cu 29.028 mg/kg、Zn 58.559 mg/kg、Cd 0.042 mg/kg、Cr 0.946 mg/kg、Pb 0.642 mg/kg、As 0.586 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)置6個處理（表1），包括1個全施化肥處理和5個基施沼渣替代化肥氮處理。根據(jù)生產(chǎn)100 kg葡萄果實所需NPK養(yǎng)分量，計算目標產(chǎn)量為18 750 kg/hm2葡萄整個生育期施肥量為N 225 kg/hm2、P2O5188 kg/hm2、K2O 338 kg/hm2。 其中60%的氮磷肥和10%的鉀肥用于基肥，基肥養(yǎng)分投入量見表1。5個基施沼渣替代化肥氮處理（沼渣中氮含量替代30%、50%、70%、100%和150%化肥氮施用，分別標記為30%NZ、50%NZ、70%NZ、100%NZ和150%NZ）。基施沼渣替代化肥氮處理中磷鉀養(yǎng)分不足的部分，分別用過磷酸鈣和硫酸鉀補充至全施化肥處理量。施用化肥為尿素（N 46.4%）、過磷酸鈣（P2O512%）和硫酸鉀（K2O 50%）。各處理追肥一致，都施用化肥。葡萄株行距為2 m×2.5 m，每行葡萄共24株。每個處理小區(qū)面積為48 m×2.5 m=120 m2。各處理隨機區(qū)組排列，重復3次。

于2016年12月18日施用基肥，用小型開溝機械，在葡萄株行兩側(cè)，距離株距70 cm處挖20 cm深，30 cm寬溝，施肥入溝后隨即覆土。

表1 各處理基施沼渣、化肥及氮磷鉀養(yǎng)分投入量

1.3 樣品采集與測定方法

葡萄采收時，每小區(qū)每株取大穗1個，小穗1個，中穗1個，計算平均單穗重。統(tǒng)計每株穗數(shù)，計算單株產(chǎn)量和單位面積產(chǎn)量；同時統(tǒng)計每穗果粒數(shù)，單穗上摘取果粒測定百粒重，計算平均單粒重。在葡萄成熟期用卷尺測量新梢各節(jié)間長度，用游標卡尺測量新梢基部第一節(jié)粗度。按照5點取樣法選擇小區(qū)長勢均勻5株，選每株基部3～4節(jié)位5片葉，量葉長寬，用方格法測葉面積；同時用SPAD儀測定SPAD值，并采取測定百葉鮮重。于采果日，每處理隨機選取果穗上中下部位共18個果粒測定葡萄品質(zhì)。果粒的氨基酸用茚三酮顯色—分光光度法測定，可溶性固形物含量用WYT-4型手持糖量測定儀進行測定，有機酸用酸堿中和滴定法測定，Vc用2，6-二氯靛酚滴定法測定［13］。葡萄果粒的Cu、Zn、Cd、Cr、Pb、As含量用Agilent 7500a 型電感耦合等離子體質(zhì)譜（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer，ICP-MS，美國）測定［14］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 軟件進行數(shù)據(jù)處理并繪制圖表，采用SPSS 19.0 軟件進行數(shù)據(jù)間多重比較（LSD法）和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 基施沼渣替代化肥氮對葡萄產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

等氮量條件下（CK、30%NZ、50%NZ、70%NZ、100%NZ），隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，葡萄產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢（表2）。70%NZ處理產(chǎn)量最高，為19 684.0 kg/hm2，比CK處理增產(chǎn)27.2%；100%NZ處理產(chǎn)量比CK處理高22.3%。沼渣替代化肥氮比例繼續(xù)增加至150%（150%NZ），葡萄產(chǎn)量呈現(xiàn)繼續(xù)下降的趨勢。由于按照統(tǒng)一標準進行疏花序和果穗整形，各處理的穗粒數(shù)和株穗數(shù)差異不顯著。而粒重和穗重隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，都以70%NZ處理最高。

表2 各處理葡萄產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

2.2 基施沼渣替代化肥氮對葡萄生長發(fā)育的影響

各處理葡萄萌芽至成熟天數(shù)平均為143 d（表3）。隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，從葡萄萌芽至成熟天數(shù)呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，其中70%NZ處理天數(shù)最少，為141 d，150%NZ處理天數(shù)最多，為146 d?？梢?，基施沼渣替代適量化肥氮可促進葡萄早熟，而過量施肥會導致葡萄晚熟。

表3 各處理葡萄生育期進程

葡萄于成熟期葉片SPAD值最高，平均為46.2（圖1）。隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，各生育期葡萄葉片SPAD值都呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。葡萄采收后葉片SPAD值有所下降，平均從成熟期的46.2下降至42.6；CK處理葉片SPAD值下降5.8，基施沼渣替代化肥氮處理平均下降3.2，其中150%NZ處理下降最小，為1.1。

葡萄成熟期新梢節(jié)間長、粗度、百葉鮮重及單葉面積平均分別為13.6 cm、11.8 mm、1 235.2 g和419.3 cm2（表4）。隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，葡萄新梢節(jié)間長、粗度、百葉鮮重及單葉面積都呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，其中以150%NZ處理最高，分別比CK處理增加13.7%、6.3%、19.9%和6.4%。

圖1 各處理葡萄葉片SPAD值動態(tài)變化

表4 各處理葡萄新梢節(jié)間長、粗度、百葉鮮重及單葉面積

2.3 基施沼渣替代化肥氮對葡萄果粒品質(zhì)及重金屬含量的影響

基施沼渣替代化肥氮可改善葡萄果粒品質(zhì)（表5）。與CK處理相比，基施沼渣替代化肥氮處理的氨基酸含量平均增加22.3%?？扇苄怨绦挝铩c和固酸比，隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢；其中，可溶性固形物以70%NZ處理最高，為15.5%，Vc以50%NZ處理最高，為45.95 μg/g，固酸比以50%NZ處理最高，為36.94。隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，有機酸含量呈現(xiàn)先下降后增加的趨勢，以50%NZ處理最低，為0.40%。

由表6可見，隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，葡萄果粒Cu、Zn、Cd、Pb和As含量都呈現(xiàn)遞增的趨勢，各處理中，以150%NZ處理含量最高，分別為2.331、0.817、0.004、0.052、0.012 mg/kg。而葡萄果粒Cr含量，則隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加呈現(xiàn)遞減趨勢，各處理中，以150%NZ處理含量最低，為0.030 mg/kg。

表5 各處理葡萄果粒品質(zhì)

表6 各處理葡萄果粒重金屬含量 （mg/kg）

3 討論

本研究表明，基施沼渣替代70%化肥氮處理，葡萄產(chǎn)量最高（表2），70%的替代率遠遠大于前人研究認為的固體有機肥替代30%～50%化肥氮的適宜比例［15-17］。其主要原因是，沼渣除含有大量的速效氮、磷、鉀等養(yǎng)分外，還含有豐富的有機質(zhì)和腐殖酸，是遲效速效兼?zhèn)涞臒o公害肥料［18-19］，而固體堆漚有機肥的養(yǎng)分釋放緩慢，當季只能替代少部分化肥。隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，葡萄產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢（表2）。當基施沼渣替代化肥氮比例超過70%時，可能導致葡萄后期養(yǎng)分供應充足，植株生長過旺，葉片SPAD值、新梢節(jié)間長、粗度、百葉鮮重及單葉面積等生長指標都顯著增加（圖1，表4），使葡萄成熟期延遲，影響產(chǎn)量（表3）。這與周敏等［20］研究的過量施用不同有機肥對葡萄產(chǎn)量影響的結(jié)論相似。

相關(guān)研究表明施用有機肥能夠提高葡萄產(chǎn)量，改善葡萄品質(zhì)，但是有機肥施用量不同，對葡萄品質(zhì)的影響也有所差異［21-23］。本研究表明，當基施沼渣替代化肥氮比例超過70%時，果?？扇苄怨绦挝?、Vc和固酸比等品質(zhì)指標都呈現(xiàn)下降的趨勢。這可能由于，100%NZ和150%NZ處理沼渣用量較多，養(yǎng)分釋放較慢，葡萄生長后期養(yǎng)分供應充足，從而導致葡萄植株生長過旺（圖1，表4），生育期延遲（表3），果實的成熟度下降，從而降低果實品質(zhì)；同樣，由于果實的成熟度下降，導致有機酸含量增加（表5）。另外，本研究中，除了不同形態(tài)氮投入比例，P、K和沼渣中其他有益物質(zhì)，也是影響葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的原因。在等氮量條件下，50%NZ、70%NZ和100%NZ處理的K2O投入量大于CK（表1）；沼渣中還有中、微量元素、豐富的有機物質(zhì)和微生物，這些都是CK處理所無法補充的［1-2］。因此，基施沼渣替代化肥氮促使葡萄增產(chǎn)提質(zhì)的作用機理，還需從P、K、微量元素、有機物質(zhì)和微生物等方面進一步深入探討。當前，由于過量施用化肥引起環(huán)境污染，增加有機肥，減少化肥施用符合當前生產(chǎn)實際，本試驗提出葡萄基施沼渣替代70%化肥氮可供推廣應用。

隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，葡萄果粒Cu、Zn、Cd、Pb和As含量都有所增加（表6）。其主要原因可能是沼渣施入量增加，為植株吸收這些元素提供了更多來源［3］。施用沼渣后，葡萄果粒Cr含量則有下降趨勢，這與秦文弟等［24］研究結(jié)果相似，可能是沼渣中大量有機質(zhì)官能團強力吸附重金屬Cr離子，和腐殖質(zhì)分解形成的腐殖酸與土壤中Cr離子形成絡合物，從而降低植株對重金屬Cr的吸收。

各處理中葡萄果粒重金屬含量均低于相應的污染物限量標準（GB 2762—2005）［25］。相關(guān)研究表明，連續(xù)多年施用沼渣不會造成重金屬在土壤的大量積累而引起土壤中重金屬含量的超標［26-27］。但表層土壤中Cu、Zn和Pb等重金屬含量有增加的趨勢，依然存在超標的風險［28-29］。為了確保農(nóng)田長期施用沼液的安全性，避免二次污染，一方面應考慮從源頭科學控制畜禽養(yǎng)殖配合飼料中重金屬元素含量，從而減少沼氣工程發(fā)酵原料中重金屬元素含量；另一方面要長期定位監(jiān)測土壤重金屬含量，評估重金屬污染風險，以此調(diào)整農(nóng)田施用沼渣量，確保沼渣的安全使用。

通過農(nóng)田系統(tǒng)消納沼渣是目前最簡單有效的處理沼渣的方法之一［3-5］。目前，從沼氣池下層流出的沼渣與沼液混合液，經(jīng)自然沉降降低含水量至70%～80%，被沼氣工程臨近的農(nóng)戶直接拖運至田頭施入土壤中的模式最為廣泛。然而，隨著大型沼氣工程的建設(shè)和運行，通常周邊并沒有配套足夠面積的農(nóng)田，用于消納沼渣。而且，經(jīng)自然沉降的沼渣含水量較大，使其運輸和施用過程極為不便。沼渣脫水后制作成顆粒有機肥將大大有利于沼渣肥的運輸和施用。然而，目前沼氣工程中基本上還沒有采用成熟的沼渣制肥技術(shù)的范例［27］，這主要是受固液分離、渣滓干化、經(jīng)濟效益不確定等因素的制約。因此，在推廣農(nóng)田消納沼渣循環(huán)農(nóng)業(yè)模式過程中，除了要制定科學的田間施用技術(shù)，還要進一步完善沼渣制肥技術(shù)，以促進畜禽養(yǎng)殖廢棄物的無害化處理，并使這一有機肥料資源得以充分利用。

4 結(jié)論

隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，葡萄產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，以70%NZ處理最高；而萌芽至成熟天數(shù)、葉片SPAD值、新梢節(jié)間長、粗度、百葉鮮重及單葉面積等生長指標都呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢；過量施用沼渣，表現(xiàn)出成熟期延遲，貪青晚熟，影響產(chǎn)量?；┱釉娲实筛纳破咸压Ｆ焚|(zhì)，以50%NZ和70%NZ處理較好。隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，葡萄果粒重金屬Cu、Zn、Cd、Pb和As含量都有所增加，Cr含量則有所下降，但均低于相應的污染物限量標準（GB 2762—2005）。綜合葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)指標，沼渣替代70%化肥氮可作為葡萄園定量化基施沼渣的參考。