一種適宜小規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的沼液滴灌系統(tǒng)及效果研究

安順偉， 劉寶文， 肖長坤， 孟范玉， 岳煥芳， 胡瀟怡

(1.北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站， 北京 100029； 2.昌平區(qū)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測站， 北京 102200； 3.北京市密云區(qū)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品服務(wù)站， 北京 101500)

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出要加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，實(shí)現(xiàn)“一控兩減三基本”的目標(biāo)，嚴(yán)格控制農(nóng)業(yè)用水總量，減少化肥農(nóng)藥用量，實(shí)現(xiàn)畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、農(nóng)膜的資源化利用。北京市目前建有大中型沼氣工程259個(gè)，其中有近一半的沼氣工程進(jìn)行了沼渣、沼液的分離工作，年產(chǎn)沼液100多萬立方米。沼液富含氮、磷、鉀等營養(yǎng)成分是一種優(yōu)質(zhì)的液體肥。潘麗娜[1]等研究結(jié)果表明：與施化肥相比，50%沼液濃度處理草莓株高、葉面積和冠徑的增長效果明顯，始花期、漿果變色期和成熟期提前2 ～3 d，產(chǎn)量提高 40 g·株-1。焦翔翔[2]等研究結(jié)果表明當(dāng)沼液體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，番茄產(chǎn)量較高，達(dá)92.79 t·hm-2，較對照增產(chǎn)29.00%；且番茄紅素,可溶性糖,糖酸比,Vc含量等品質(zhì)指標(biāo)也較佳。

滴灌技術(shù)具有顯著的節(jié)水、節(jié)肥和增產(chǎn)效果[3-5]。沼液滴灌是實(shí)現(xiàn)“一控兩減三基本”目標(biāo)的重要途徑之一。由于沼氣發(fā)酵殘留物中含有部分粘稠狀的沼渣、沼液，常規(guī)過濾器很容易堵塞而且不易清洗，給大規(guī)模的施用特別是在滴灌中的應(yīng)用帶來較大困難。針對沼液滴灌，孫欽平[6]等采用三級(jí)過濾相關(guān)工藝對沼液進(jìn)行過濾，達(dá)到120目滴灌要求，從而利用滴灌措施實(shí)現(xiàn)沼液的資源化循環(huán)利用。但此項(xiàng)技術(shù)工藝復(fù)雜，適合大型規(guī)模園區(qū)應(yīng)用。針對一家一戶小規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，本試驗(yàn)開展了簡易沼液滴灌系統(tǒng)探索及營養(yǎng)效果研究，為一家一戶生產(chǎn)應(yīng)用沼液滴灌技術(shù)提供技術(shù)參數(shù)，促進(jìn)沼液滴灌技術(shù)的應(yīng)用。

1 沼液滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1所示，該系統(tǒng)主要由沼液存貯裝置、沼液過濾裝置、沼液稀釋裝置和田間滴灌系統(tǒng)等4部分組成，沼液存貯裝置、沼液稀釋裝置和田間滴灌系統(tǒng)之間通過管道連接，利用水泵提供傳輸動(dòng)力；通過三級(jí)過濾和稀釋后進(jìn)行滴灌施用，滿足作物對水分和養(yǎng)分的需求。

1.1 沼液存貯裝置

可以選擇深顏色塑料桶，也可修建沼液存儲(chǔ)池(需要做好防滲)，沼液存儲(chǔ)池容積根據(jù)棚室種植面積進(jìn)行選擇，一般需要4～6 m3。當(dāng)池內(nèi)沼液液面高度低于10 cm時(shí)需要添加新的沼液，添加完成后需要靜置1天后使用，作物收獲完成后需要將池底沉積物清理干凈。

1.2 沼液過濾系統(tǒng)

該系統(tǒng)是沼液滴灌的關(guān)鍵部分，主要由以下3部分組成：一級(jí)過濾裝置，安裝在沼液存儲(chǔ)裝置內(nèi)，由浮球和過濾器組成，浮球用來控制過濾器高度始終保持在沼液液面8～10 cm以下，防止吸入池底沉淀物，過濾器可以用鐵絲制作成球形，直徑10～15 cm，增大過濾面積，外面用80目的過濾網(wǎng)進(jìn)行單層包裹，過濾掉較大的懸浮物；二級(jí)過濾裝置，加裝在沼液稀釋桶入口處，由鐵絲制作成圓柱形，直徑略小于沼液稀釋桶口直徑，高度15～20 cm，利用掛鉤固定在沼液稀釋桶上，外部用100～120目過濾網(wǎng)進(jìn)行單層包裹，確保過濾后的沼液基本滿足滴灌要求；三級(jí)過濾裝置，加裝在田間滴灌系統(tǒng)前，建議采用120目的碟片過濾器(網(wǎng)式過濾器的金屬過濾網(wǎng)容易被沼液腐蝕，損壞較快)，過濾器直徑根據(jù)輸水管路直徑進(jìn)行選擇。

1.3 沼液稀釋裝置

沼液原液濃度較高，直接施用容易造成作物燒苗，要稀釋后進(jìn)行施用。沼液稀釋裝置一般選擇2 m3的深顏色塑料桶，根據(jù)沼液養(yǎng)分含量和種植作物及生育期進(jìn)行稀釋，一般稀釋2～5倍后進(jìn)行灌溉。

1.4 田間滴灌裝置

根據(jù)土壤類型、作物種類及株行距，確定滴頭出水量配置及相應(yīng)鋪設(shè)密度，一般番茄等茄果類作物應(yīng)每行對應(yīng)1條，大白菜、甘藍(lán)、生菜等作物可兩行對應(yīng)1條，茄果類蔬菜滴頭間距宜選用20 cm～30 cm。

2 田間應(yīng)用效果研究

2.1 沼液成分檢測

沼液由北京海華百利能源科技有限公司提供，沼液發(fā)酵物為牛糞。全氮采用凱氏定氮法；全磷、全鉀、鈣、鎂、鐵、銅、鋅、鎘、鉻、鉛采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP-OES)法；汞、砷采用原子熒光光度法；液體密度采用重量法；糞大腸菌群數(shù)采用多管發(fā)酵法；蛔蟲卵死亡率采用顯微鏡鏡檢法。檢測結(jié)果表明：沼液中養(yǎng)分含量較全面，大量元素中全氮、全磷含量較高，分別為1.75 g·L-1和1.92 g·L-1，微量元素中鐵含量最高為4.81 mg·L-1，鉻、汞等重金屬含量均小于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值(見表1)。

表1 沼液成分含量

2.2 春大棚黃瓜田間應(yīng)用效果

2.2.1 沼液滴灌對產(chǎn)量的影響

2018年分別在昌平馬池口鎮(zhèn)丈頭村春大棚黃瓜和密云區(qū)密云鎮(zhèn)季莊村日光溫室冬春茬黃瓜上開展應(yīng)用效果研究。昌平供試大棚長50 m，跨度8 m，沙壤土，土壤0～20 cm有機(jī)質(zhì)含量110.6 g·kg-1，全氮6.09 g·kg-1，堿解氮241 mg·kg-1，速效磷359 mg·kg-1，速效鉀1186 mg·kg-1，pH值7.46，體積質(zhì)量1.34 g·cm-3，田間持水量20.9%。供試黃瓜品種為“中農(nóng)16”，大行寬80 cm，小行寬50 cm，株距30 cm，設(shè)3個(gè)處理，小區(qū)面積21 m2。密云日光溫室長60 m，跨度8 m，土壤土，土壤0～20 cm,有機(jī)質(zhì)含量120.2 g·kg-1，全氮6.54 g·kg-1，堿解氮256 mg·kg-1，速效磷382 mg·kg-1，速效鉀1089 mg·kg-1，pH值7.32，體積質(zhì)量1.36 g·cm-3，田間持水量21.3%。供試黃瓜品種為“中農(nóng)16”，大行寬80 cm，小行寬50 cm，株距30 cm，設(shè)3個(gè)處理，小區(qū)面積39 m2。兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均采用膜下滴灌技術(shù)，每個(gè)點(diǎn)所有處理灌溉均一致。昌平試驗(yàn)點(diǎn)全生育期灌水量為2460 m3·hm-2，共施用沼液73.5 m3·hm-2，水溶肥1296 kg·hm-2；密云試驗(yàn)點(diǎn)全生育期灌水量為3180 m3·hm-2，共施用沼液93.6 m3·hm-2，水溶肥1140 kg·hm-2。

結(jié)果表明：沼液滴灌能夠增加單株結(jié)瓜數(shù)，提高單瓜重，促進(jìn)產(chǎn)量提升。與清水相比，增產(chǎn)20.6%和21.2%，處理間達(dá)到了顯著性差異；與水溶肥相比，增產(chǎn)7.2%和9.1%，處理間沒有達(dá)到顯著性差異(見表2)。

表2 沼液滴灌對產(chǎn)量的影響

2.2.2 沼液滴灌對黃瓜品質(zhì)的影響

沼液滴灌能夠提高黃瓜品質(zhì)，與清水相比，兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)維生素C含量分別提高6.2%和11.4%，昌平試驗(yàn)點(diǎn)處理間達(dá)到了顯著性差異；可溶性糖含量分別提高5.6%和7.9%，丙醇二酸含量分別提高8.1%和14.4%，但處理間均沒有達(dá)到顯著性差異；與水溶肥相比，昌平試驗(yàn)點(diǎn)維生素C、可溶性糖和亞硝酸鹽含量分別降低22.6%,23.4%和29.0%，丙醇二酸含量提高44.5%，處理間達(dá)到了顯著性差異；密云試驗(yàn)點(diǎn)維生素C含量略有降低，可溶性糖略有增加，處理間沒有達(dá)到顯著性差異，亞硝酸鹽含量降低21.8%，丙醇二酸含量提高37.2%，處理間達(dá)到了顯著性差異(見表3)。

表3 沼液滴灌對品質(zhì)的影響

2.2.3 沼液滴灌對經(jīng)濟(jì)效益的影響

施用沼液提高了黃瓜產(chǎn)量，增加了毛收入，降低了肥料投入，因此經(jīng)濟(jì)效益最高，與清水相比，兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分別增加21435元·hm-2和34804元·hm-2；與水溶肥處理相比，分別增加25337元·hm-2和25413元·hm-2(見表4)。

表4 沼液滴灌對經(jīng)濟(jì)效益的影響

3 討論與結(jié)論

楊丹[7]等研究結(jié)果表明根部灌施濃縮沼液處理的黃瓜產(chǎn)量高于清水組914.56 kg·667m-2，增產(chǎn)效果達(dá)21.23%，二者差異性顯著，與肥料組處理的黃瓜在產(chǎn)量方面差異不顯著。本研究結(jié)果與其相似，與清水相比，增產(chǎn)20.6%～21.2%，處理間達(dá)到了顯著性差異；與水溶肥相比，增產(chǎn)7.2%～9.1%，處理間沒有顯著性差異。王志典[7]研究黃瓜Vc，可溶性糖，和可溶性蛋白含量均隨著沼液濃度的增大呈增大趨勢，說明隨著在一定范圍內(nèi)增大施用沼液的濃度，可以改善黃瓜品質(zhì)。本試驗(yàn)結(jié)果表明：沼液滴灌處理與清水處理相比，維生素C含量分別提高6.2%和11.4%，其中昌平試驗(yàn)處理間達(dá)到顯著性差異；可溶性糖含量分別提高5.6%和7.9%，丙醇二酸含量分別提高8.1%和14.4%，處理間均沒有達(dá)到顯著性差異。丙醇二酸是黃瓜主要風(fēng)味物質(zhì)之一，沼液滴灌與水溶肥處理相比，兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)丙醇二酸含量分別提高37.2%和44.5%，處理間達(dá)到了顯著性差異，果實(shí)風(fēng)味提高。

康婷[8]等調(diào)研結(jié)果表明北京市果類蔬菜生產(chǎn)多以小規(guī)模經(jīng)營為主，在 2015年調(diào)研中，種植面積為 0.34～0.67 hm-2(5.1～10.0 畝)之間的農(nóng)戶占總體比重比2012年有所上升。該系統(tǒng)通過三級(jí)過濾，解決了沼液滴灌堵塞問題；通過設(shè)置沼液稀釋桶，稀釋成合理比例后進(jìn)行施用，解決了沼液直接灌溉造成燒苗問題。同時(shí)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，適合小規(guī)模生產(chǎn)者進(jìn)行應(yīng)用，與對照和施水溶肥相比，分別增收21435元·hm-2和34804元·hm-2。因此，小規(guī)模生產(chǎn)主體應(yīng)用沼液滴灌前景廣闊。不同發(fā)酵原料、不同發(fā)酵時(shí)間沼液的氮磷鉀含量和理化性質(zhì)均不同，在施用沼液前需要掌握沼液的基本理化特性，要根據(jù)土壤肥力、種植作物和生育期進(jìn)行合理稀釋后再進(jìn)行沼液滴灌。