鴨糞沼液施用濃度對(duì)土壤肥力及芹菜生長(zhǎng)的影響

李嬌 張學(xué)英 時(shí)連輝 李恕艷

摘要：為研究規(guī)?；怿嗮B(yǎng)殖糞水發(fā)酵沼液作為有機(jī)肥對(duì)土壤肥力及農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響，實(shí)現(xiàn)沼液的資源化利用，本試驗(yàn)以津南實(shí)心芹為材料，采用田間小區(qū)試驗(yàn)法，以不施肥和施用化肥作為對(duì)照，設(shè)置沼液施用濃度梯度（鴨糞沼液分別稀釋7.5、10、15、30倍，即沼液用量分別為1.30、1.00、0.65、0.33L/m2）處理，研究鴨糞沼液施用量對(duì)土壤肥力及芹菜生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，施用鴨糞沼液對(duì)土壤pH值影響不大，可顯著提高電導(dǎo)率和土壤肥力。與施化肥對(duì)照相比，鴨糞沼液施用量為1.30L/m2時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀含量分別顯著提高21.99%、37.07%、24.64%、38.81%，與1.00L/m2用量處理差異不顯著;土壤脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶活性均在鴨糞沼液稀釋7.5倍時(shí)達(dá)到最大值，且較化肥處理分別提高72.14%、26.15%、18.81%，過氧化氫酶活性在鴨糞沼液稀釋10倍時(shí)達(dá)到最大值。施用鴨糞沼液芹菜株高、莖粗及葉綠素含量均顯著提高，其產(chǎn)量比施化肥提高1.74% ～30.64%。綜上，鴨糞沼液稀釋10倍即沼液施用量1.00L/m2有利于改善土壤質(zhì)量，促進(jìn)芹菜生長(zhǎng)，提高芹菜產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：鴨糞沼液;施用濃度;土壤肥力;土壤酶活性;芹菜生長(zhǎng)

中圖分類號(hào)：S636.301：S141.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2021）12-0130-07

沼氣工程的蓬勃發(fā)展成為畜禽養(yǎng)殖廢水處理的新手段，與此同時(shí)，其液體殘留物沼液的高效循環(huán)利用卻是畜禽養(yǎng)殖行業(yè)發(fā)展的瓶頸[1]。研究表明，我國養(yǎng)鴨數(shù)量居世界首位，養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生大量的廢水及廢料，給環(huán)境帶來的影響不可估量[2]。由于鴨子生理的特殊性，其排泄物含水量比較高、粘度大，尤其是集約化養(yǎng)殖場(chǎng)，若處理不及時(shí)，會(huì)迅速發(fā)酵，不僅加大處理難度，還給環(huán)境帶來嚴(yán)重污染[3]。

畜禽養(yǎng)殖廢水經(jīng)沼氣工程厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液中含有豐富的氮、磷、鉀等大量元素及作物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的中微量元素，且以速效養(yǎng)分為主，利用率高，對(duì)改善土壤理化性質(zhì)、提高作物抗病蟲害能力都有積極作用[4]。張莉等[5]研究表明施用沼液可明顯改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機(jī)碳、N、P、K及中微量營養(yǎng)元素的有效態(tài)含量，提高土壤微生物活性和酶活性。王毅琪等[6]研究表明，施用全沼液可以改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分含量。趙莉[7]通過研究施用沼液對(duì)水芹的影響，發(fā)現(xiàn)沼液替代化肥的比例為50%左右時(shí)，水芹生長(zhǎng)旺盛，產(chǎn)量明顯增加。施用一定濃度的沼液可促進(jìn)果樹高產(chǎn)，減少化肥的使用[8]。因此，充分利用沼液以提高作物產(chǎn)量品質(zhì)及土壤質(zhì)量具有重要意義。

本試驗(yàn)以不施肥和施用化肥為對(duì)照，設(shè)置4個(gè)鴨糞沼液濃度梯度，研究其對(duì)土壤肥力及芹菜生長(zhǎng)的影響，以期篩選出提高土壤質(zhì)量及適合芹菜生長(zhǎng)的最佳沼液濃度，實(shí)現(xiàn)鴨糞沼液在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的資源化利用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院南校實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。供試土壤為棕壤，基本理化性質(zhì)見表1。供試沼液為鴨糞經(jīng)正常厭氧發(fā)酵后固液分離的原沼液，基本理化性質(zhì)見表2。供試芹菜品種為津南實(shí)心芹。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

采用田間小區(qū)試驗(yàn)法，共設(shè)置6個(gè)處理，分別為：清水處理（CK）;復(fù)合肥（N25%、P2O510%、K2O10%）處理，用量0.15kg/m2（HF）;鴨糞沼液稀釋30倍，即沼液用量0.33L/m2（T1）;鴨糞沼液稀釋15倍，即沼液用量0.65L/m2（T2）;鴨糞沼液稀釋10倍，即沼液用量1.00L/m2（T3）;鴨糞沼液稀釋7.5倍，即沼液用量1.30L/m2（T4）。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。小區(qū)面積為0.8m×1.5m=1.2m2。芹菜種植行距15cm，株距10cm。小區(qū)之間設(shè)置寬0.4m、高0.5m的田埂，四周設(shè)置保護(hù)行。

于2020年7月20日播種，10月10日收獲。芹菜定植一周后開始用鴨糞沼液處理，各處理一次性澆灌量為10L/m2，3～5天施用一次，共施用15次。除施肥外其它管理措施如除草、澆水、防病除蟲等均保持一致。

1.3 樣品采集與測(cè)定

芹菜收獲后帶回實(shí)驗(yàn)室，去除黃葉，洗凈根部，分為地上和地下部分，于105℃鼓風(fēng)干燥箱中殺青2h，再于75℃烘至恒重。采集0～20cm土層樣品，剔除植物殘?bào)w后混勻帶回實(shí)驗(yàn)室，風(fēng)干，過篩。

pH值和電導(dǎo)率（EC值）：電位法，采用上海雷磁pH計(jì)測(cè)定;全氮：H2SO4消化法，采用K1160全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定;有效磷：NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，采用UV-5100紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定;速效鉀：NH4OA浸提-火焰光度法，采用F-100火焰光度計(jì)測(cè)定;有機(jī)質(zhì)：重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定[9]。脲酶：苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定;磷酸酶：磷酸苯二鈉比色法測(cè)定;蔗糖酶：3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定;過氧化氫酶：KMnO4滴定法[10]測(cè)定。

株高用刻度尺測(cè)量，莖粗采用游標(biāo)卡尺測(cè)量，地上、地下部分干鮮重用電子天平稱量。在芹菜生長(zhǎng)至20、30、40、50天時(shí)，測(cè)定其葉片葉綠素含量（SPAD值），使用SPAD-502PLUS手持型葉綠素儀測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用MicrosoftExcel2010系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS22軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，鄧肯氏法進(jìn)行單因素方差分析（P<0.05），采用Origin2018軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 鴨糞沼液施用濃度對(duì)土壤pH、EC值的影響

由表3可以看出，與芹菜種植前土壤pH值（7.71）相比，除HF處理土壤pH值降低外，不同濃度沼液處理土壤pH值均有小幅升高，其中T2、T3處理顯著高于CK。這可在一定程度上防止土壤酸化現(xiàn)象。土壤的EC值隨鴨糞沼液施用濃度的增加呈升高趨勢(shì)，不同濃度處理與對(duì)照差異均達(dá)顯著水平，其中T3、T4處理顯著高于其它處理，表明不同鴨糞沼液濃度對(duì)土壤電導(dǎo)率均有顯著影響。

2.2 鴨糞沼液施用濃度對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

芹菜收獲期，除T1外不同濃度鴨糞沼液處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于CK和HF處理，且隨施用濃度的增加呈上升趨勢(shì)（圖1）。其中T3、T4處理土壤有機(jī)質(zhì)含量增幅較大，比CK提高23.69%、28.67%，比HF處理提高17.27%、21.99%，其次為T2、T1處理，二者無顯著差異;HF處理與CK無顯著差異。

2.3 鴨糞沼液施用濃度對(duì)土壤氮磷鉀含量的影響

如圖2A所示，施用鴨糞沼液后土壤全氮含量顯著增加。芹菜種植前，土壤全氮含量為0.64g/kg，收獲后CK土壤全氮含量降低;HF處理有一定程度的增加;T4處理土壤全氮含量最高，比HF處理顯著增加37.07%，其次為T3、T2、T1處理;隨著鴨糞沼液濃度的增加，土壤全氮含量呈升高趨勢(shì)，除T1處理外，其它處理之間差異不顯著。

由圖2B看出，除CK土壤有效磷含量比芹菜種植前有所下降外，施用鴨糞沼液的各處理土壤有效磷含量均有不同程度的提高，較HF處理顯著增加7.38% ～24.64%。其中T4處理增加最多，比CK增加62.24%，其次為T3、T2處理。土壤有效磷含量隨鴨糞沼液濃度的增加呈升高趨勢(shì)，但T2、T3、T4處理間差異不顯著。

如圖2C所示，施用沼液提高土壤速效鉀含量，且隨沼液濃度的增加而增加，T1～T4各處理較CK均顯著增加，T3、T4較HF處理顯著增加。與芹菜種植前相比CK土壤速效鉀含量有所降低，HF處理則有一定程度的升高，二者差異顯著;芹菜收獲時(shí)T4處理土壤速效鉀含量最高，為202.67mg/kg，較HF處理增加38.81%，其次為T3、T2、T1處理。

2.4 鴨糞沼液施用濃度對(duì)土壤酶活性的影響

土壤脲酶是一種專性極強(qiáng)的酰胺酶，是土壤中重要的水解酶之一。施用鴨糞沼液后，土壤脲酶活性均有不同程度的增加，且其活性與沼液施用量呈正比。各處理土壤脲酶活性表現(xiàn)為T4>T3>T2>T1>HF>CK，CK顯著低于其它處理，芹菜收獲時(shí)T4處理土壤脲酶活性為2.41mg/（g·d），較HF處理顯著增加72.14%，T2、T3、T4處理間無顯著差異（表4）。

由表4看出，土壤蔗糖酶活性隨鴨糞沼液濃度增加呈升高趨勢(shì)，且鴨糞沼液處理均顯著高于HF和CK處理。其中T4處理土壤蔗糖酶活性最大，較HF處理增加26.15%，而與T3處理無顯著差異;CK與HF處理無顯著差異?？梢?，施用鴨糞沼液可顯著提高土壤蔗糖酶活性。

磷酸酶廣泛存在于土壤中，主要催化土壤中磷轉(zhuǎn)化成易被生物體吸收的磷，提高其利用率，是土壤磷轉(zhuǎn)化的重要反映[11]。由表4看出，施用鴨糞沼液后土壤中性磷酸酶活性均顯著高于CK，且隨鴨糞沼液濃度增加活性增強(qiáng)，沼液處理組較HF處理增加7.85% ～18.81%。其中T4處理增幅最大，其它處理與HF處理無顯著差異。

過氧化氫酶是一種氧化還原酶，將土壤中的過氧化氫分解為H2O和O2，避免生物體因過氧化氫的積累而遭受毒害，具有防御作用[12]。施用鴨糞沼液不同程度地增強(qiáng)了土壤過氧化氫酶活性（表4），且隨鴨糞沼液濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。芹菜收獲時(shí)T3處理土壤過氧化氫酶活性最大，為13.44mL/（g·h），較HF處理顯著增加12.56%，其次為T4處理，T1、T2處理無顯著差異但顯著低于前二者。

2.5 鴨糞沼液施用濃度對(duì)芹菜株高、莖粗及地上地下部干重的影響

由圖3可知，隨著沼液施用濃度增加，芹菜株高表現(xiàn)出先升高后降低趨勢(shì)，T3處理效果最好，整個(gè)生育期始終最高，較HF處理顯著增加13.96% ～23.70%，其次為T2、T1、T4處理。說明施用一定濃度的鴨糞沼液有利于芹菜株高的增加。

芹菜莖粗也隨鴨糞沼液施用濃度增加呈現(xiàn)出先升高后降低趨勢(shì)。采收期，T3處理芹菜莖粗最大，較HF處理顯著增加21.62%，其次為T4、T2、T1處理。說明養(yǎng)分濃度過高或過低都不利于芹菜生長(zhǎng)發(fā)育。

由圖4A、B看出，芹菜地上部干鮮重隨沼液施用濃度的增加呈先升高后降低趨勢(shì)。沼液各處理較HF處理地上部鮮重增加1.74% ～30.64%，T3處理最高，與T2處理差異不顯著而顯著高于其它處理，T1、T2、T4處理與HF處理間差異不顯著。地上部干重以T3處理最大，其次為T2、T1處理，4個(gè)沼液處理間無顯著差異。相比HF處理，各沼液處理地上部干重增加2.65% ～9.06%。

芹菜地下部鮮重隨沼液施用濃度的增加呈先升高后降低趨勢(shì)，T3較HF處理顯著增加21.68%，其次為T2、T1、T4處理，T1與T4處理間無顯著差異。地下部干重與鮮重變化趨勢(shì)一致，T3處理地下部干重最大，較HF處理顯著增加20.78%，T4處理增幅最小，但顯著高于CK，說明施用適量濃度沼液有利于提高芹菜產(chǎn)量（圖4C、D）。

2.6 鴨糞沼液施用濃度對(duì)芹菜SPAD值的影響

芹菜SPAD值隨生育時(shí)期推進(jìn)總體呈上升趨勢(shì)，至50天達(dá)最高，且隨沼液濃度增加呈先升高后降低趨勢(shì)（圖5）。不同濃度鴨糞沼液處理芹菜SPAD值較CK增加17.31% ～32.71%，其中T3處理增加最為顯著，在整個(gè)生育期均最大，其次為T2處理，T3與HF處理相比增加17.03% ～23.93%。

3 討論

3.1 鴨糞沼液施用濃度對(duì)土壤pH、EC值的影響

鴨糞沼液成分復(fù)雜，本身含有大量有機(jī)酸和腐植酸，施入土壤后刺激根部分泌物增加，影響土壤微生物活動(dòng)，影響土壤團(tuán)聚體的形成，從而影響土壤的酸堿性[13]。本研究表明，施用鴨糞沼液提高了土壤pH值，可以在一定程度上有效降低土壤酸化的風(fēng)險(xiǎn)，且沼液施用濃度與土壤pH之間無相關(guān)性。

沼液本身EC值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土壤，原因是養(yǎng)殖廢水中含有較高的鹽分，厭氧發(fā)酵過程將其轉(zhuǎn)化為離子態(tài)，從而造成沼液鹽濃度較高。魏彬萌等[14]研究發(fā)現(xiàn)，土壤EC值與沼液濃度呈正比，這與本研究結(jié)果一致。本研究表明隨著沼液稀釋濃度的降低，沼液鹽分含量降低，CK由于沒有外源添加，所以土壤EC值有所降低，再加上土壤本身的擴(kuò)散作用導(dǎo)致土壤中可溶性鹽離子濃度基本保持穩(wěn)定。有研究表明，灌溉沼液可以降低土壤的EC值，對(duì)土壤起保護(hù)作用[15]。這是因?yàn)椴煌系恼右?、不同的土壤性質(zhì)導(dǎo)致研究結(jié)論不同。

3.2 鴨糞沼液施用濃度對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

施用沼液后，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量均有所提高，且在一定范圍內(nèi)施肥量與土壤養(yǎng)分含量之間存在正相關(guān)關(guān)系。這可能是因?yàn)檎右罕旧砗胸S富的有機(jī)質(zhì)，其次還有纖維素、木質(zhì)素等，在微生物作用下分解，從而提高土壤有機(jī)質(zhì)累積速率，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[16]。

沼液中的養(yǎng)分多以速效養(yǎng)分為主，施入土壤后易被作物吸收利用，且易被土壤中的微生物分解，提高土壤全氮和速效養(yǎng)分含量，從而在一定程度上改善土壤的理化性質(zhì)。本研究中，土壤全氮含量有一定程度的降低，這可能是土壤中的一部分速效養(yǎng)分被作物吸收利用及土壤固定損失。芹菜生長(zhǎng)前期需要大量吸收土壤速效養(yǎng)分，第50天芹菜處于生長(zhǎng)后期，所需養(yǎng)分減少，因此土壤全氮含量開始升高。呂汶霖[17]研究沼液在小麥上的應(yīng)用也得出相似結(jié)論，施用沼液超過4.5×104kg/hm2顯著提高土壤全氮含量。

沼液含有大量改善土壤結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，如生長(zhǎng)素和腐植酸等，能夠增加土壤的保水性和保肥性，為微生物提供良好的土壤環(huán)境以分解、轉(zhuǎn)化和釋放土壤養(yǎng)分，提升土壤速效養(yǎng)分含量[18]。本研究中，芹菜生長(zhǎng)后期所需要的速效養(yǎng)分含量減少，從而導(dǎo)致土壤有效磷和速效鉀含量升高。

3.3 鴨糞沼液施用濃度對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的催化劑，其強(qiáng)弱能反映出土壤微生物的活性高低，反映土壤質(zhì)量、肥力和健康狀況[19]。施用沼液后，土壤脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶和過氧化氫酶活性較施用化肥均有不同程度的提高。Hui等[20]研究表明，施用沼液可以提高土壤脲酶、蔗糖酶及磷酸酶活性，過氧化氫酶活性變化與溫度相關(guān)，這與本研究結(jié)論相似。因?yàn)檎右褐泻胸S富的速效營養(yǎng)物質(zhì)及易分解的含氮化合物和大量促進(jìn)分泌土壤酶類的生物活體，因此沼液濃度越高，中性磷酸酶、蔗糖酶活性越大。隨鴨糞沼液用量增加，土壤過氧化氫酶活性先增加后降低，可能是因?yàn)橥寥乐械蔫F和錳對(duì)土壤過氧化氫的分解起促進(jìn)作用[21]。

3.4 鴨糞沼液施用濃度對(duì)芹菜生長(zhǎng)的影響

株高、莖粗可明顯反映植株生長(zhǎng)的基本態(tài)勢(shì)，SPAD值可直接反映光合作用的強(qiáng)弱[22]。鄧宇群[23]研究表明，施用沼液后，番茄較對(duì)照長(zhǎng)勢(shì)好，不同沼液施用比例對(duì)番茄產(chǎn)量有不同程度的提高。本研究中施用沼液較施用化肥顯著提高了芹菜的葉綠素含量，促進(jìn)芹菜的生長(zhǎng)發(fā)育，尤其是鴨糞沼液施用量1.00L/m2處理效果最好。因?yàn)檎右汉写罅康乃傩юB(yǎng)分，易被植物根部直接吸收利用;其含有的中微量元素及生物活性物質(zhì)，是合成葉綠體光合色素的必要物質(zhì)，是滿足植物生長(zhǎng)的“速效營養(yǎng)庫”[24]，從而提高葉綠體光合色素含量，促進(jìn)芹菜進(jìn)行光合作用，有利于芹菜干物質(zhì)積累，從而提高產(chǎn)量。但是沼液濃度過高或過低都不利于作物生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)作物生長(zhǎng)起脅迫作用，可能是因?yàn)檎右褐泻写罅可L(zhǎng)素、赤霉素、氨基酸等促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育的營養(yǎng)物質(zhì)[25]。

4 結(jié)論

施用鴨糞沼液可在一定程度上緩解土壤酸化現(xiàn)象;提高土壤脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶及過氧化氫酶活性，促進(jìn)土壤氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，從而提高土壤肥力。施用一定濃度的鴨糞沼液促進(jìn)芹菜株高、莖粗的增加，提高光合作用，促進(jìn)芹菜干物質(zhì)的積累。本研究認(rèn)為，鴨糞沼液稀釋10倍即施用量為1.00L/m2為最佳施用濃度，既對(duì)土壤及作物不造成傷害，又能節(jié)約資源，有利于土壤肥力提高和芹菜生長(zhǎng)。