華北小白菜產(chǎn)量、氮素利用及品質(zhì)對(duì)沼液的響應(yīng)

胡正江， 王昭晴， 趙自超*

(1. 山東省桓臺(tái)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局， 山東 桓臺(tái) 256400； 2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廢棄物基質(zhì)化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所， 山東 濟(jì)南 250100)

2021年中央一號(hào)文件強(qiáng)調(diào)，要進(jìn)一步推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，持續(xù)推進(jìn)化肥減量增效，加強(qiáng)禽畜糞污資源化利用。沼氣工程是目前最具前景的畜禽糞污資源化利用方式之一，不僅可以高效處理畜禽糞污，還可以產(chǎn)生清潔能源(沼氣)，但是產(chǎn)生的大量沼液不好處理，沼液利用一直是個(gè)難題[1-2]。已有研究表明，沼液富含蔬菜生長(zhǎng)所需要的養(yǎng)分、微量元素和維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，用沼液替代部分化肥不僅可以提高蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)，還能改善土壤理化和生物特征[3-4]。筆者認(rèn)為沼液是可以完全替代化肥用于蔬菜的生產(chǎn)，但是用量、用法以及應(yīng)用效果還需進(jìn)一步研究。因此，以華北種植面積比較大的葉菜類蔬菜小白菜為研究對(duì)象，研究其產(chǎn)量、氮素利用以及品質(zhì)對(duì)不同量沼液施用的響應(yīng)。以期評(píng)價(jià)沼液在小白菜上的應(yīng)用效果，為實(shí)現(xiàn)蔬菜綠色發(fā)展、化肥減量增效提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

室內(nèi)試驗(yàn)于2020年3月至2020年5月在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院日光溫室內(nèi)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 試驗(yàn)用盆

試驗(yàn)采用盆栽試驗(yàn)，試驗(yàn)用盆的尺寸為：30 cm長(zhǎng)、14 cm寬和10 cm高。

1.2.2 供試土壤

供試土壤是華北典型的潮土，取自山東省淄博市桓臺(tái)縣，其基礎(chǔ)理化性狀如下：容重為1.31 g·cm-3，pH 值為 7.8，有機(jī)質(zhì)含量為15.5 g·kg-1，速效氮含量為51 mg·kg-1，速效磷含量28 mg·kg-1，速效鉀含量145 mg·kg-1，取回后風(fēng)干過篩備用。

1.2.3 供試肥料

試驗(yàn)用化肥為單質(zhì)肥料，氮肥為尿素(46% N)，磷肥為過磷酸鈣(12% P2O5)，鉀肥為硫酸鉀(50% K2O)；試驗(yàn)所用沼液取自山東省淄博市臨淄區(qū)一大型沼氣工程，原料為牛糞和豬糞，沼液的pH值和電導(dǎo)率分別為8.6和12.2 ms·cm-1，全氮(N)、磷(P2O5)和鉀(K2O)含量分別為2200 mg·L-1、670 mg·L-1和1555 mg·L-1。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置8個(gè)處理，分別為不施氮肥處理(CK)，農(nóng)民習(xí)慣施肥處理(化肥，CF)和6個(gè)不同量沼液處理(BF)，每個(gè)處理3次重復(fù)，共24盆。每盆裝土5.28 kg(風(fēng)干重)。試驗(yàn)開始前調(diào)節(jié)土壤含水量至田間持水量，預(yù)培養(yǎng)一周?；侍幚?CF)的N、P2O5和K2O施肥量分別為每盆0.352 g、0.352 g和0.318 g，相當(dāng)于大田的N、P2O5和K2O施肥量分別為150 kg·hm-2、150 kg·hm-2和135 kg·hm-2，氮肥分兩次平均施用，基肥和追肥各1次，隨水施用磷鉀肥全部作為基肥；CK處理只施用磷肥和基肥，全部作為基肥。沼液各處理的氮施用量分別為每盆0.176 g(BF1)、0.220 g(BF2)、0.2508 g(BF3)、0.2948 g(BF4)、0.352 g(BF5)和0.440 g(BF6)，所有沼液處理分兩次稀釋后澆灌，基肥和追肥各1次，基追比1∶1。所有處理的磷鉀肥施用量一致，沼液磷鉀不足部分，化肥補(bǔ)充。小白菜每盆定值6棵。定植前施肥1次，生長(zhǎng)旺期追肥1次。每次施肥時(shí)，每盆的沼液+清水總量一致(見表1)。試驗(yàn)期間采取的其它管理措施，諸如防病、防蟲、灌溉等各處理嚴(yán)格一致。

1.3.2 指標(biāo)測(cè)定與計(jì)算

小白菜采收時(shí)沿著土壤上部平割，測(cè)定小白菜鮮重。采收的新鮮小白菜分成兩份，一份用來測(cè)定品質(zhì)指標(biāo)，另一份烘干后測(cè)定含氮量和含水率，用來計(jì)算氮素利用率(NUE)。

表征小白菜的品質(zhì)指標(biāo)主要有維生C (VC)、硝酸鹽、可溶性糖和可滴定酸含量，其中采用 2, 6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)定VC含量，采用3,5-二硝基水楊酸顯色法測(cè)定硝酸鹽含量，蒽酮比色法測(cè)定可溶性含量，NaOH滴定法測(cè)定可滴定酸含量[5]。小白菜氮含量和含水率分別采用凱氏定氮法和烘干法測(cè)定[6]。

各處理的氮素利用率采用以下公式計(jì)算[7]：

NUE (%) = (施氮肥處理的氮吸收量-不施肥氮肥處理的氮吸收量)/氮肥施用量×100%

1.3.3 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)分析和繪圖利用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行，利用SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(Duncan法，α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼液施用對(duì)小白菜產(chǎn)量的影響

如圖1所示，相比不施氮肥處理，施氮肥可以顯著增加小白菜產(chǎn)量(鮮重)。與化肥處理相比，即使多個(gè)沼液處理降低了施氮量，也沒有降低小白菜的產(chǎn)量，其中BF3、BF4、BF5和BF6處理相比CF處理顯著增加了小白菜產(chǎn)量，增幅分別為25.9%、40.0%、52.0%和34.2%。

圖1 沼液對(duì)小白菜產(chǎn)量(鮮重)的影響注：不同小寫字母表示不同處理在 p<0.05 水平差異顯著，下同。

從沼液對(duì)于小白菜產(chǎn)量的影響來看，并不是沼液施用量越多，小白菜產(chǎn)量越高，從圖2可以看出小白菜產(chǎn)量與沼液施用量呈一元三次函數(shù)關(guān)系，沼液施用量的變化可以解釋99.1%的小白菜產(chǎn)量變化。

圖2 沼液施用量與小白菜產(chǎn)量的相互關(guān)系

從圖3可以看出，各處理的小白菜干物質(zhì)積累量與小白菜產(chǎn)量的變化趨勢(shì)相同，但只有BF4、BF5和BF6處理相比CF處理顯著增加了小白菜干重，分別增加了23.3%、34.9%和31.6%。

圖3 沼液對(duì)小白菜干物質(zhì)量積累的影響

同樣的，小白菜干物質(zhì)量與沼液施用量呈一元三次函數(shù)關(guān)系(見圖4)，沼液施用量的變化可以解釋99.6%的小白菜干重變化。

圖4 沼液施用量與小白菜干重的相互關(guān)系

2.2 沼液施用對(duì)小白菜氮素利用率的影響

從圖5可以看出，相比化肥處理，沼液處理顯著增加了小白菜氮素利用率。相比CF處理，BF1、BF2、BF3、BF4、BF5和BF6處理的NUE分別提高17.8、 20.2、 33.1、 27.7、 21.9和19.0個(gè)百分點(diǎn)。

圖5 沼液對(duì)小白菜氮素利用率(NUE)的影響

2.3 沼液施用對(duì)小白菜品質(zhì)的影響

從表2可以看出，沼液施用并沒有降低小白菜的VC含量，部分沼液處理相助提高了小白菜VC含量；與CF處理相比，低量沼液處理BF1、BF2、BF3和BF4顯著增加了小白菜VC含量，增幅分別44.0%、10.3%、42.3%和7.4%。與VC含量變化不同的，低量沼液處理BF1、BF2、BF3和BF4相比CF處理顯著降低了小白菜硝酸鹽含量(見表2)，分別下降了43.6%、29.3%、23.1%和20.3%，高量沼液處理BF6則顯著增加了小白菜硝酸鹽含量，增幅達(dá)70.3%。與小白菜VC含量變化相同的是，沼液施用會(huì)提高小白菜可溶性糖含量，并且還會(huì)隨著沼液施用量的增加而增加；與CF處理相比，BF1、BF2、BF3、BF4、BF5和BF6處理的可溶性糖含量分別增加了22.5%、26.1%、31.7%、37.8%、50.0%和84.1%。與小白菜可溶性糖含量變化相反的是，沼液施用會(huì)降低小白菜的酸度； BF1、BF2、BF3、BF4、BF5和BF6處理與CF處理相比，可滴定酸的含量分別減少了15.6%、12.4%、7.0%、12.4%、29.2%和23.4%。由于沼液處理增加了小白菜可溶性糖含量和降低了小白菜的可滴定酸含量，因而沼液施用大幅度增加了小白菜的糖酸比，與CF處理相比，BF1、BF2、BF3、BF4、BF5和BF6處理的糖酸比增幅分別達(dá)到了45.3%、44.0%、41.8%、57.4%、112%和140%。綜上，沼液施用可以顯著改善小白菜的品質(zhì)。

表2 沼液施用對(duì)小白菜品質(zhì)的影響

3 討論

近些年來，在蔬菜栽培中沼液的應(yīng)用越來越廣泛，研究表明沼液能充當(dāng)有機(jī)肥，可以改善蔬菜栽培環(huán)境，并且基本能夠滿足葉菜正常生產(chǎn)對(duì)肥料的需求[8-10]。試驗(yàn)的研究結(jié)果表明，相比化肥，沼液不僅可以增加小白菜產(chǎn)量，還能大幅度提高氮素利用率，這恰恰驗(yàn)證了上述觀點(diǎn)。

研究的結(jié)果還表明，施用沼液可以顯著提高小白菜的品質(zhì)，這與其它研究的結(jié)果一致。引起這種現(xiàn)象的原因可能是：沼液施入到土壤后，能夠提高蔬菜根際土壤的酶活性和微生物數(shù)量，進(jìn)而提高蔬菜品質(zhì)[11-12]。

研究表明，相比化肥，在施用沼液在提高小白菜產(chǎn)量的同時(shí)，還提高了小白菜氮素利用率；其中低氮量處理(BF3和BF4)綜合表現(xiàn)效果較好，這不僅降低了氮素施用量(16.3%～28.8%)，這有可能會(huì)進(jìn)一步降低土壤N2O和NH3排放以及氮素淋失，從而降低由于氮素施用引起的環(huán)境污染等問題[13-14]。沼液不僅能完全替代化肥，還能節(jié)約一些灌溉水，沼液施用還會(huì)增加土壤有機(jī)碳[15]。綜上，沼液施用有助于國(guó)家“雙碳戰(zhàn)略”的實(shí)施。

4 結(jié)論

與化肥相比，沼液減氮施用可提高小白菜的產(chǎn)量、氮素利用率和品質(zhì)。綜上，利用沼液替代全部化肥生產(chǎn)小白菜是推進(jìn)化肥減量增效的有效途徑，對(duì)于推動(dòng)糞污資源化利用以及蔬菜產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義。