酒糟沼液與化肥配施對白菜產(chǎn)量、品質(zhì)和氮肥利用效率的影響

何方偉，崔宏浩，王文華，朱 青，陳正剛，張 欽，張愛華，姚單君，況勝劍，楊俐蘋，楊秀海

(1.貴州大學，貴州 貴陽 550025； 2.貴州省農(nóng)業(yè)科學院 土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學觀測試驗站，貴州 貴陽 550006； 3.中國農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081； 4.石阡縣聚鳳鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)服務中心，貴州 石阡 555106)

蔬菜是人類日常飲食中必需的食物之一，為人們提供豐富的維生素、礦物質(zhì)和膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)，是維持人體平衡膳食的重要組成成分[1]。白菜(Brassicarapapekinensis)屬于十字花科蕓薹屬葉用蔬菜，富含膳食纖維、維生素、硫甙等有益次生代謝產(chǎn)物，是人們膳食中黃酮類物質(zhì)的重要來源之一[2-3]，且白菜適應性廣、生長周期短、產(chǎn)量高，在我國蔬菜供應中占有重要地位[4-5]。近年來，隨著生活水平的日漸提高，人們越來越重視食品安全和產(chǎn)品質(zhì)量，不僅要求蔬菜外觀美、風味佳，而且要求具有豐富、均衡的營養(yǎng)，因此對綠色環(huán)保及優(yōu)質(zhì)白菜的需求也日益增加[5]。然而，在作物生產(chǎn)中，人們往往為了獲得高產(chǎn)和增加經(jīng)濟效益而過量投入肥料，尤其是氮肥，我國每年大約有2/3的氮肥，合約1.3×107t氮未被作物吸收而進入環(huán)境[6]。過量施肥不僅導致土壤養(yǎng)分過量積累，使化肥的當季利用率降低，造成嚴重的經(jīng)濟損失和資源浪費，而且還產(chǎn)生了巨大的環(huán)境風險，成為影響當前及長遠農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品安全與人類健康的重大問題[6-7]。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2015年制定了“兩減”方案，以到2020年實現(xiàn)化肥、農(nóng)藥使用零增長的目標，大力推進化肥減量提效、農(nóng)藥減量控害，積極探索產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展之路。

酒糟是酒精工業(yè)和釀酒工業(yè)的廢棄物，2015年我國白酒產(chǎn)量高達1 312.8萬t，2016年達到1 358.36萬t，同比增長3.5%，每生產(chǎn)1 t白酒，會產(chǎn)生6～10 t的酒糟，按白酒與酒糟1 ∶ 8的質(zhì)量比計算，2016年產(chǎn)生酒糟1億多t[8-9]。酒糟營養(yǎng)比較豐富，但其酸度高，易腐敗變質(zhì)，如不及時處理，容易引起嚴重的環(huán)境污染[10]。酒糟通過厭氧發(fā)酵不僅能解決廢棄物污染的問題，而且生產(chǎn)的沼氣可作為能源利用，同時沼肥含有植物需要的養(yǎng)分元素和多種生理活性物質(zhì)，可以作為有機肥應用[11-12]。沼液中含有大量的營養(yǎng)元素，且富含鐵、錳、鋅等微量元素和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)[13-14]，施用沼液能夠起到改良土壤肥力、提高土壤酶活性、調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、抑制病原菌的生長、增加作物產(chǎn)量及改善品質(zhì)等作用[15-21]。畜禽糞便沼液可能會攜帶重金屬和抗生素，進而存在污染環(huán)境的風險[13]。酒糟沼液的源頭是糧食，屬于清潔能源，因此，選擇利用醬香型白酒酒糟為原料生產(chǎn)沼氣的副產(chǎn)物沼液為研究對象，研究酒糟沼液與化肥配施對貴州白菜產(chǎn)量、品質(zhì)及氮肥利用率的影響，為酒糟沼液的合理利用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及供試材料

試驗地位于貴州省石阡縣聚鳳鄉(xiāng)指甲平村(N27°23′52″、E107°57′40″)，海拔982 m，屬亞熱帶溫暖濕潤季風氣候。耕地于2015年種植烤煙后冬閑，供試土壤類型為黃壤，耕層土壤理化性質(zhì)：pH值7.47，有機質(zhì)34.8 g/kg，全氮2.3 g/kg，全磷0.9 g/kg，全鉀15.6 g/kg，堿解氮1405.3 g/kg，有效磷22.6 mg/kg，速效鉀168 mg/kg。供試白菜品種為澳瑞F1號。供試化肥為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)、硫酸鉀(K2O 50%)。沼液為中節(jié)能遵義公司利用醬香型白酒酒糟生產(chǎn)沼氣的副產(chǎn)物。沼液主要養(yǎng)分：總氮(N)0.15%、總磷(P2O5)0.021%、總鉀(K2O)0.208%、有機質(zhì)0.7%、鈣0.239 g/L、鎂0.168 g/L、pH值7.5，重金屬含量：砷(As)0.02 mg/L、汞(Hg)未檢出(<0.005 mg/L)、鉛(Pb)12.4 mg/L、鎘(Cd)未檢出(<0.05 mg/L)、鉻(Cr)未檢出(<0.1 mg/L)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2016年6月9日—8月15日進行，設(shè)6個處理，重復3次，共18個小區(qū)，隨機區(qū)組排列，在每小區(qū)邊界挖溝，溝寬和溝深均為20 cm，小區(qū)面積3 m×5 m=15 m2，試驗區(qū)設(shè)寬2 m的保護行。各施肥處理：T1(CK，化肥，不施氮肥)、T2(化肥全量)、T3(沼液+化肥全量)、T4(沼液+氮肥減氮20%)、T5(沼液+氮肥減氮40%)、T6(沼液+氮肥減氮60%)。其中，化肥全量為 N 225 kg/hm2+P2O5135 kg/hm2+K2O 120 kg/hm2，沼液用量為800 L/hm2。于試驗開始前采集基礎(chǔ)土樣，在同一地點分別選擇大小均勻的白菜幼苗于6月9日移栽。株行距30 cm×40 cm，各小區(qū)種植白菜8行，每行15顆，共120顆。施肥中，各處理每個小區(qū)磷肥、鉀肥全部基施，60%的氮肥和沼液作基肥，不施沼液的處理用等體積水代替，統(tǒng)一用水稀釋至5 L均勻施用；40%的氮肥和沼液作追肥，不施沼液處理用等體積水代替，統(tǒng)一用水稀釋至5 L，于距根部5～10 cm處土表均勻追施。各小區(qū)施肥量見表1。其余管理措施一致。

表1 各處理施肥量 Tab.1 The amount of fertilizer treatment area

1.3 樣品采集與分析

1.3.1 土壤樣品 土壤采樣方法按照農(nóng)業(yè)部《測土配方施肥技術(shù)規(guī)范》進行，取土深度為0～20 cm，采用多點取樣法，將各采樣點土樣混合均勻，用四分法取混合土樣1.00 kg。采集土樣后自然風干，去雜、磨碎、過篩。用于測定全氮含量、pH值以及有效養(yǎng)分含量的土壤樣品過0.83 mm孔徑尼龍篩。

土壤指標測定：pH值采用電位法測定，水土比1∶ 1；土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定；全氮含量采用納氏比色法測定；全磷含量采用鉬銻抗比色法測定；全鉀含量采用原子吸收分光光度計測定；堿解氮含量采用堿解擴散法測定；速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用火焰光度法測定[22]。

1.3.2 植株樣品 植株株高、葉片數(shù)采用田間調(diào)查。植株樣品采集后，先稱取鮮質(zhì)量，然后取一部分鮮樣放入105 ℃干燥箱中殺青30 min，再在60 ℃烘干至恒質(zhì)量，然后稱質(zhì)量，粉碎后測定養(yǎng)分含量。植株全氮含量采用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮，蒸餾法測定，植株全磷含量采用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮，鉬銻抗比色法測定，植株全鉀含量采用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮，火焰光度法測定。同時，另取一部分新鮮樣品用于測定白菜品質(zhì)，維生素C含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測定[23]；游離氨基酸含量采用茚三酮比色法測定[24]；還原糖含量采用蒽酮硫酸比色法測定[25]；硝酸鹽含量采用紫外分光光度法測定[25]。各小區(qū)白菜產(chǎn)量統(tǒng)一取中間白菜12顆進行測產(chǎn)。

1.4 相關(guān)參數(shù)計算

計算氮肥農(nóng)學效率(AEN，kg/kg)、氮肥偏生產(chǎn)力(PEPN，kg/kg)、氮肥生理利用率(PEN，kg/kg)、氮肥表觀利用率(REN)。

AEN=(施氮后作物產(chǎn)量-不施氮作物產(chǎn)量)/施氮量，

PEPN=施氮后作物產(chǎn)量/施氮量，

PEN=(施氮后作物產(chǎn)量-不施氮作物產(chǎn)量)/(施氮后作物吸氮總量-不施氮作物吸氮總量)，

REN=(施氮后作物吸氮總量-不施氮作物吸氮總量)/施氮量×100%。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007軟件進行試驗數(shù)據(jù)及作圖，利用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對白菜植株性狀及產(chǎn)量的影響

由表2可知，與T1處理相比，增施沼液和化肥處理(T2—T6)均能增加白菜的葉片數(shù)；與T2處理相比，T3處理能增加白菜葉片數(shù)，但是差異不顯著,T2、T3、T4、T5處理白菜葉片數(shù)差異不顯著，T6處理葉片數(shù)顯著降低。與T1處理相比，增施沼液和化肥處理(T2—T6)均能增加白菜株高；與T2處理相比，T3、T4、T5處理白菜株高差異不顯著，T6處理白菜株高則顯著降低。與T1處理相比，增施沼液和化肥處理(T2—T6)能顯著增加白菜產(chǎn)量58.6%～177.1%。與T2處理相比，T3處理白菜產(chǎn)量顯著增加26.6%；在增施沼液的情況下，T4和T5處理產(chǎn)量差異不顯著，T6處理的氮肥供應難以滿足白菜生長的需求。因此，增施沼液能促進白菜的生長，使其產(chǎn)量顯著增加，且增施沼液不使白菜減產(chǎn)的情況下能減氮20%～40%。

表2 不同處理對白菜植株性狀及產(chǎn)量的影響Tab.2 Effects of different treatments on plant characters and yield of Chinese cabbage

2.2 不同處理對白菜品質(zhì)及養(yǎng)分吸收的影響

由表3可知，不同處理對白菜品質(zhì)產(chǎn)生不同的影響。與T1處理相比，增施沼液和化肥處理(T2—T6)白菜維生素C含量顯著增加11.84%～38.29%。與T2處理相比，T3、T5、T6處理白菜維生素C含量顯著增加13.91%～21.77%。其中，T5處理白菜維生素C含量最高，為26.62 mg/kg，顯著高于其他處理。表明增施沼液并減氮40%有利于提高白菜維生素C含量。與T2處理相比，T3—T6處理白菜還原糖含量顯著降低36.45%～61.34%，表明增施沼液能降低白菜還原糖含量。與T1處理相比，T2—T6處理白菜氨基酸含量顯著增加11.76%～47.06%。與T2處理相比，T3、T4、T5處理白菜氨基酸含量顯著降低8.70%～17.39%，T6處理白菜氨基酸含量顯著增加8.70%。等施化肥并增施沼液會減少白菜氨基酸含量，但在施用等量沼液的同時減氮，白菜氨基酸含量有增加的趨勢。T1、T3、T4處理硝酸鹽含量與其他處理差異顯著。與T2處理相比，T3、T4處理白菜硝酸鹽含量分別顯著增加6.35%、7.29%，T5處理差異不顯著，T6處理顯著降低5.08%。說明施用全氮時增施沼液能促進白菜內(nèi)硝酸鹽的產(chǎn)生，使白菜硝酸鹽含量升高，增施沼液并減氮40%時白菜硝酸鹽含量不會增加，當增施沼液并減氮60%時白菜硝酸鹽含量最小，且顯著小于其他處理。

表3 不同處理對白菜品質(zhì)的影響Tab.3 Effects of different treatments on the quality of Chinese cabbage

2.3 不同處理對白菜養(yǎng)分吸收量的影響

由表4可知，不同處理對白菜養(yǎng)分吸收量的影響有差異。T6處理白菜全氮含量最大，為5.74%，T5處理最小，為4.99%；與T2處理相比，T3、T5處理白菜全氮含量分別顯著減小4.33%、9.93%，T4處理差異不顯著，T6處理顯著增大3.61%。與T2處理相比，T3、T4處理白菜單株氮吸收量分別增加20.31%、9.39%，T5、T6處理分別減小21.18%、22.71%。說明施用等量化肥情況下，增施沼液能促進白菜對氮的吸收，而增施沼液處理中白菜氮素含量減小，這是由于白菜產(chǎn)量增加使單位質(zhì)量白菜中氮素含量變小；在施用等量沼液的情況下，隨著減氮量的增加單株氮吸收量不斷減少；與T2處理相比，T4處理白菜全氮含量差異不顯著，但單株氮吸收量增加，因此，增施沼液并減氮20%能促進白菜對氮的吸收。

與T2處理相比，其他處理白菜全磷含量顯著減小，在施用等量沼液的情況下，減施氮肥的各處理白菜全磷含量顯著降低，但是在氮肥減施20%～60%的3個處理之間全磷含量差異不顯著。與T2處理相比，T3處理單株磷吸收量基本相同，隨著減氮量的增加其單株磷吸收量不斷減小。說明沼液不能促進白菜對磷的吸收，在白菜生產(chǎn)中，缺乏氮肥會抑制其對磷的吸收。

T1處理白菜全鉀含量最大，與其相比增施沼液和氮肥處理白菜全鉀含量減小13.83%～30.70%。與不施沼液的T2處理相比，T3、T5處理全鉀含量顯著增大，T4處理顯著減小，T6處理差異不顯著。T3處理單株鉀吸收量最大，隨著減氮量的增加單株鉀吸收量逐漸減少。說明沼液有助于增加白菜對鉀的吸收，在施用等量沼液的情況下，減氮使白菜對鉀的吸收量減小。

表4 不同處理對白菜養(yǎng)分含量及單株養(yǎng)分吸收量的影響Tab.4 Effects of different treatments on nutrient content and individual absorption of Chinese cabbage

2.4 不同處理對白菜氮肥利用效率的影響

由表5可知，T2處理白菜農(nóng)學效率小于其他處理，說明增施沼液能提高白菜的農(nóng)學效率；T2處理偏生產(chǎn)力小于其他處理，說明增施沼液能提高白菜偏生產(chǎn)力，在施用等量沼液的情況下，氮肥減量使白菜偏生產(chǎn)力增大；與T2處理相比，T3處理生理利用率增大，除T5與T6處理差異顯著外，其他處理間差異不顯著；與T2處理相比，T3處理白菜表觀利用率增大，但各處理之間差異不顯著。

表5 不同處理對白菜氮肥利用效率的影響Tab.5 Effects of different treatments on nitrogen use efficiency of Chinese cabbage

3 結(jié)論與討論

沼液是一種優(yōu)質(zhì)有機肥，其富含大量營養(yǎng)元素和多元速效肥料[26]，合理施用沼液能夠改良土壤，抑制病原菌生長，具有使作物增產(chǎn)和提質(zhì)等多種功能[13-19]。徐培智等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在統(tǒng)一施用有機肥的前提下，施用等氮量沼液較化肥處理有一定程度的增產(chǎn)和提質(zhì)效果。同樣，本研究也發(fā)現(xiàn)，施氮肥和沼液明顯促進白菜生長，顯著增加白菜產(chǎn)量，其中沼液+化肥全量處理(T3)產(chǎn)量最高；施等量沼液的情況下，隨著減氮量的增加白菜產(chǎn)量有降低的趨勢；魏宗強等[27]研究發(fā)現(xiàn)，大白菜-土壤體系的氮素表觀損失隨施氮量的增加而顯著增加，高施氮量導致高的氮素盈余，造成環(huán)境污染風險。本試驗中，與化肥全量處理(T2)相比，不降低白菜產(chǎn)量的情況下增施沼液可以減氮20%～40%，防止過量施氮產(chǎn)生較高環(huán)境污染風險。

維生素C、還原糖、氨基酸和硝酸鹽含量是反映蔬菜品質(zhì)的重要指標[26,28-30]。施用沼肥能影響白菜品質(zhì)，盧怡等[31]研究發(fā)現(xiàn)，等量施肥情況下，與化肥和農(nóng)家肥相比，施用沼肥能顯著提高白菜的生物量及品質(zhì)，并降低有害物質(zhì)含量，隨著沼液施用量的增加，大棚白菜還原糖、維生素C、硝酸鹽含量增加；徐培智等[26]研究發(fā)現(xiàn)，等氮量沼液處理較化肥處理白菜游離氨基酸含量顯著增加；楊益瓊等[32]通過盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，施用沼液有利于白菜總糖、還原糖、維生素C含量的增加和硝酸鹽含量的減少；魏宗強等[27]研究發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量的增加，大白菜硝酸鹽含量呈直線增加的趨勢。本試驗發(fā)現(xiàn)，與不施氮肥處理(T1)相比，施用氮肥和沼液處理白菜維生素C、氨基酸含量顯著增加，硝酸鹽含量在一定程度上減少；與化肥全量處理(T2)相比，沼液+化肥全量處理(T3)白菜維生素C、硝酸鹽含量顯著增加，還原糖、氨基酸含量顯著降低。因此，沼液能夠影響白菜的品質(zhì)，然而由于試驗過程中存在沼肥成分、種植環(huán)境、白菜品種、試驗方法等差異，造成本試驗與前人的研究結(jié)果不盡相同[26-27,31-32]。

盧怡等[31]研究發(fā)現(xiàn)，等施肥量條件下，沼肥能增加白菜氮、磷、鉀養(yǎng)分含量；徐培智等[26]研究發(fā)現(xiàn)，等氮量條件下，沼液與化肥處理間白菜氮、磷、鉀養(yǎng)分含量無明顯差異，養(yǎng)分農(nóng)學利用率下降。但本研究發(fā)現(xiàn)，與不施氮處理(T1)相比，化肥全量處理(T2)白菜全氮、全磷含量顯著增加，全鉀含量顯著降低；與化肥全量處理(T2)相比，沼液+化肥全量處理(T3)白菜全氮、全磷含量顯著降低，全鉀含量顯著增加；增施沼液的情況下，隨著減氮量的增加白菜全磷含量有降低的趨勢。與不施氮處理(T1)相比，增施沼液和氮肥處理，單株氮、磷、鉀吸收量明顯增加；與化肥全量處理(T2)相比，沼液+化肥全量處理(T3)白菜單株氮、鉀吸收量明顯增加；施用等量沼液的情況下，隨著減氮量的增加，白菜單株氮、磷、鉀吸收量逐漸降低。與化肥全量處理(T2)相比，增施沼液的各施肥處理明顯增加白菜氮肥農(nóng)學效率和偏生產(chǎn)力，其中,沼液+化肥全量處理(T3)和沼液+減氮20%處理(T4)白菜氮肥農(nóng)學效率顯著增加，沼液+減氮40%(T5)和沼液+減氮60%處理(T6)白菜氮肥偏生產(chǎn)力顯著增加；與化肥全量處理(T2)相比，沼液+化肥全量處理(T3)白菜氮肥生理利用率和表觀利用率增加，但差異不顯著。本試驗發(fā)現(xiàn)，增施沼液能夠提高氮肥利用效率，增施沼液的情況下，減氮20%～40%不會顯著降低各氮肥利用率。酒糟沼液在白菜種植上的應用潛力巨大，本試驗為貴州酒糟沼液的合理利用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。