沼肥種類及不同施氮量對芹菜品質(zhì)影響研究

姜靈偉，陳 銳，冉 毅，賀 莉，梅自力, 劉宏斌，林 聰，段 娜

(1.中國農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院，北京 100083； 2. 農(nóng)業(yè)部沼氣科學研究所，成都 610041； 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)

能源與環(huán)保是當今人們研究和關注的兩大熱點。厭氧消化因其在處理各種有機廢棄物的同時可產(chǎn)生清潔的沼氣能源，而受到了廣泛的關注[1-2]。沼氣工程的發(fā)展隨之產(chǎn)生了大量的發(fā)酵剩余物，因其數(shù)量巨大，難于消納，已經(jīng)成為了限制沼氣技術發(fā)展的瓶頸因素。厭氧消化殘余物沼渣沼液，也稱沼肥，其在農(nóng)業(yè)上的應用效果受到了廣泛的證實。沼肥中含有豐富的氮磷鉀、有機質(zhì)、腐植酸及B族維生素等植物生長必需的養(yǎng)分[3]，是優(yōu)質(zhì)的有機肥料，施用后既提高了肥效，又降低了農(nóng)藥與化肥的施用量[4]。但在其應用過程中仍面臨很多問題，如針對不同沼肥、不同作物、不同土壤、不同環(huán)境下的施用方式和管理沒有科學、準確和系統(tǒng)的闡述等[5]。

氮素是植物必需的大量營養(yǎng)元素之一，能夠刺激植物生長、提供營養(yǎng)并促進生殖發(fā)育，增加果實產(chǎn)量和品質(zhì)等[6-7]。但土壤中的氮素并不能滿足植物生長所需的量，因此需要外加氮源來滿足植物的生長發(fā)育。不同植物所需要的氮素量不同，適量的氮素可促進植物的生長發(fā)育，過低則抑制植物生長，過高則會造成溫室氣體排放對環(huán)境造成污染。本研究將沼肥來源(豬糞沼肥、秸稈牛糞沼肥)和施氮量作為影響因素，研究其對芹菜品質(zhì)的影響，以期比較不同沼肥的作用效果，同時探究最適的施氮量。研究結(jié)果可為沼肥的進一步應用提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗地點位于北京市通州區(qū)潞城鎮(zhèn)北京國際都市農(nóng)業(yè)科技園(39.9 °N，116.8 °E)。實驗材料為芹菜，品種為四季芹菜，采用春季種植。豬糞沼肥取自河北省衡水市某豬糞沼氣工程，秸稈牛糞沼肥取自河北省三河市某大型沼氣工程，兩種沼肥均經(jīng)過固液分離后獲得沼渣和沼液，放置1個月后備用。豬糞沼渣的全氮含量為39.48 g·kg-1(基于干重)，含水率78.89 %，豬糞沼液的全氮含量為0.42 g·L-1；秸稈牛糞沼渣的全氮含量為15.48 g·kg-1(基于干重)，含水率68.68 %，秸稈牛糞沼液的全氮含量為2.57 g·L-1。

1.2 實驗設計

實驗采用完全隨機區(qū)組設計，共10個處理，3次重復。處理1為CK，無任何肥料施用；處理2為HF，純化肥施用；處理3至處理6為施豬糞沼肥組，施用量分別為8.5，17，34，68 g·m-2y-1；處理7至處理10為施秸稈牛糞沼肥組，施用量同上。每個小區(qū)的面積為15.04 m2(3.2 m × 4.7 m)，種植芹菜12行共204株。沼肥處理組以總氮作為標定指標，將沼渣∶沼液以1∶2的比例施用于土壤。在種植前將沼渣按照計算施肥量以基肥方式均勻地施入土中，伴隨旋耕，整地做畦，隨后定植移栽；蹲苗結(jié)束后，芹菜進入快速生長期，沼液通過追肥方式隨水沖施，每隔10～15 d施1次，對照追肥為尿素，每隔7～10 d施1次。定植深度以“淺不露根，深不淤心”為宜，栽后立即澆水，在植株緩苗前保持土壤濕潤[8-10]。各處理基肥與追肥情況詳見表1。

表1 實驗設計

1.3 樣品采集與測定方法

在芹菜成熟后整株采收，并將植株地上部分和地下部分分開進行檢測。芹菜收獲期進行品質(zhì)的測定，VC測定采用2, 6二氯靛酚滴定法[11]；可溶性糖含量采用蒽酮比色法；葉綠素采用浸提比色法，用95%無水乙醇浸提，測量該葉綠素浸提液在波長663 nm和645 nm的光密度D663和D665，按照Arnon修正公式計算葉片的葉綠素a含量和葉綠素b含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2003和Origin進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同沼肥在不同施氮水平下對芹菜株高的影響

如圖1所示，施用不同沼肥芹菜的株高總體變化趨勢不大；在不同施氮量處理下，施用豬糞沼肥和秸稈牛糞沼肥處理的芹菜株高都隨著施氮濃度的升高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當?shù)獫舛冗_到 68 g·m-2y-1時，施用兩種沼肥的芹菜株高均最小，分別為PMD68處理組51.3 cm和SD68處理組44.4 cm。施用秸稈牛糞沼肥且施氮量為34 g·m-2y-1時，芹菜株高大于化肥處理組，且達到最大為61.4 cm。結(jié)果表明，沼肥施用量應控制在合理的濃度內(nèi)，不宜超過34 g·m-2y-1，過高則會抑制植物的生長。

圖1 不同沼肥在不同施氮水平下對芹菜株高的影響

2.2 不同沼肥在不同施氮水平下對芹菜葉綠素含量的影響

植物的光合作用強度對葉綠素的含量起著至關重要的作用，植物中的葉綠素含量主要包括葉綠素a和葉綠素b。如圖2～圖4所示，不論施用何種沼肥，芹菜的葉綠素a,b含量在施氮量為34和68 g·m-2y-1時較高，其中PMD34的葉綠素a和葉綠素b含量分別為2.17 和0.86 mg·g-1；SD34的葉綠素a和葉綠素b含量分別為2.38和1.03 mg·g-1，與CK相比分別提高了23.6%，35.4%，75.2 %，108.5 %，相比于化肥提高了57.1%，104.3%，72.3%，144.7%?？?cè)~綠素含量與葉綠素a和葉綠素b的變化趨勢相同。因此可見，施一定量的沼肥有利于提高芹菜植株內(nèi)的葉綠素含量。在不同的氮素水平下，葉綠素含量隨著施氮量的增加而增加，過高則會對其產(chǎn)生抑制，在本實驗中，施氮量在34 g·m-2y-1時效果最好。

圖2 不同沼肥在不同施氮水平下對芹菜葉綠素a含量的影響

圖3 不同沼肥在不同施氮水平下對芹菜葉綠素b含量的影響

圖4 不同沼肥在不同施氮水平下對芹菜葉綠素總含量的影響

2.3 不同沼肥在不同施氮水平下對芹菜維生素C含量的影響

研究表明，維生素C可以增強人體免疫力，延緩衰老，是人體健康不可缺少的營養(yǎng)素之一[12]。因此在研究果蔬品質(zhì)中維生素C通常作為一個重要的指標。如圖5所示，實驗組的維生素C含量均比CK低，低濃度氮施用量情況下(TN<34 g·m-2y-1)施用豬糞沼肥比秸稈牛糞沼肥能有效提高芹菜維生素C含量。而在高濃度施氮量情況下，施用秸稈牛糞沼肥處理組其芹菜微生物C含量顯著高于豬糞沼肥組。其中PMD 17和SD 68的維生素C含量較高，分別為25.72和27.11 mg·100g-1。結(jié)果表明，施用豬糞沼肥時，較低濃度氮的施用水平的維生素C含量更高，而選擇秸稈牛糞沼肥時，較高濃度氮施用水平下的維生素C含量更高。

圖5 不同沼肥在不同施氮水平下對芹菜維生素C含量的影響

2.4 不同沼肥在不同施氮水平下對芹菜可溶性糖含量的影響

糖含量是植物體內(nèi)碳素營養(yǎng)狀況以及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、性狀的主要參考指標。通常情況下，植物會主動積累可溶性糖以適應外界條件的變化。同時在植物的生長發(fā)育過程中，糖會以類似植物激素的方式發(fā)揮著調(diào)控作用[13]。如圖6所示，除了實驗組PMD 8.5，其他處理施用沼肥后的可溶性糖含量與空白對照組相比均有所降低。其中施用秸稈牛糞沼肥的可溶性糖含量隨著施氮量的增加而增加，在SD 68時達到最大，其含量為0.039%。施用豬糞沼渣的處理組則與之相反，最大值在PMD 8.5，其可溶性糖含量為0.06 %，隨著施氮量的增加，可溶性糖含量不斷降低。

圖6 不同沼肥在不同施氮水平下對芹菜可溶性糖含量的影響

3 討論

不同來源的沼渣施用于芹菜種植過程中，結(jié)果表明同一施氮量水平下不同來源的沼肥所表現(xiàn)出來的肥料特性不同。在低濃度施氮量的情況下，豬糞沼肥的施用效果優(yōu)于秸稈牛糞沼肥，而在高濃度施氮量的情況下，秸稈牛糞沼肥的施用效果好于豬糞沼肥料組。這可能與秸稈和牛糞的木質(zhì)纖維素含量高及其特殊結(jié)構(gòu)有關，施用于土壤具有一定的緩釋的作用[14]，其長期施用效果有待進一步研究。

同種沼肥在不同施氮量水平下對芹菜品質(zhì)的研究結(jié)果表明沼肥施用量對芹菜的葉綠素含量、維生素C以及可溶性糖含量均有較大的影響，且不同來源的沼肥由于其原料不同，對應不同的氮素水平施用效果也不同。在秸稈牛糞沼肥施用過程中，葉綠素、維生素C和可溶性糖這些品質(zhì)指標均隨著施氮量的增加呈上升趨勢。以豬糞沼渣作為肥料施用時，葉綠素含量在高施氮水平條件下較高，而可溶性糖和維生素C在低施氮水平條件下較高，在之前的研究中也有人報道類似結(jié)果[15-16]。究其原因，一方面由于秸稈牛糞沼肥和豬糞沼肥的含氮量不同，在施用過程中，沼渣和沼液的施用量存在差異性，而沼渣和沼液中所含氮素的形態(tài)以及除氮素以外的其他養(yǎng)分物質(zhì)含量也不同。另一方面，由于原料的特性差異，秸稈牛糞沼肥與豬糞沼肥相比，具有緩釋性。施用沼肥可以有效提高芹菜的葉綠素含量，植物在生長發(fā)育過程中也需要磷、鉀元素的參與，沼渣和沼液中的磷、鉀含量相對較低，不能滿足芹菜生長發(fā)育所必須，因此，在實際生產(chǎn)中應適量輔以磷鉀肥來提高芹菜的品質(zhì)[17-18]。

4 結(jié)論

在以沼肥作為肥料進行芹菜種植時，應認真考慮氮素施用量和養(yǎng)分來源。不同養(yǎng)分來源由于初始原料特性不同，造成養(yǎng)分有效性和質(zhì)量存在差異性，進而導致芹菜品質(zhì)存在差異性。中低濃度氮條件下的豬糞沼肥和高氮濃度條件下的秸稈牛糞沼肥更有利于芹菜的營養(yǎng)物質(zhì)積累。在實際操作中應充分考慮作物的營養(yǎng)需求，在充分考慮氮素條件下，可適量補充其他營養(yǎng)物質(zhì)含量，以達到最優(yōu)效果。