华北小白菜产量、氮素利用及品质对沼液的响应

2022-09-01胡正江王昭晴赵自超

中国沼气 2022年3期

胡正江，王昭晴，赵自超*

(1. 山东省桓台县农业农村局，山东桓台 256400； 2. 农业农村部废弃物基质化利用重点实验室，山东省农业科学院农业资源与环境研究所，山东济南 250100)

2021年中央一号文件强调，要进一步推进农业绿色发展，持续推进化肥减量增效，加强禽畜粪污资源化利用。沼气工程是目前最具前景的畜禽粪污资源化利用方式之一，不仅可以高效处理畜禽粪污，还可以产生清洁能源(沼气)，但是产生的大量沼液不好处理，沼液利用一直是个难题[1-2]。已有研究表明，沼液富含蔬菜生长所需要的养分、微量元素和维生素等营养物质，用沼液替代部分化肥不仅可以提高蔬菜产量和品质，还能改善土壤理化和生物特征[3-4]。笔者认为沼液是可以完全替代化肥用于蔬菜的生产，但是用量、用法以及应用效果还需进一步研究。因此，以华北种植面积比较大的叶菜类蔬菜小白菜为研究对象，研究其产量、氮素利用以及品质对不同量沼液施用的响应。以期评价沼液在小白菜上的应用效果，为实现蔬菜绿色发展、化肥减量增效提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

室内试验于2020年3月至2020年5月在山东省农业科学院日光温室内进行。

1.2 试验材料

1.2.1 试验用盆

试验采用盆栽试验，试验用盆的尺寸为：30 cm长、14 cm宽和10 cm高。

1.2.2 供试土壤

供试土壤是华北典型的潮土，取自山东省淄博市桓台县，其基础理化性状如下：容重为1.31 g·cm-3，pH 值为 7.8，有机质含量为15.5 g·kg-1，速效氮含量为51 mg·kg-1，速效磷含量28 mg·kg-1，速效钾含量145 mg·kg-1，取回后风干过筛备用。

1.2.3 供试肥料

试验用化肥为单质肥料，氮肥为尿素(46% N)，磷肥为过磷酸钙(12% P2O5)，钾肥为硫酸钾(50% K2O)；试验所用沼液取自山东省淄博市临淄区一大型沼气工程，原料为牛粪和猪粪，沼液的pH值和电导率分别为8.6和12.2 ms·cm-1，全氮(N)、磷(P2O5)和钾(K2O)含量分别为2200 mg·L-1、670 mg·L-1和1555 mg·L-1。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计

试验设置8个处理，分别为不施氮肥处理(CK)，农民习惯施肥处理(化肥，CF)和6个不同量沼液处理(BF)，每个处理3次重复，共24盆。每盆装土5.28 kg(风干重)。试验开始前调节土壤含水量至田间持水量，预培养一周。化肥处理(CF)的N、P2O5和K2O施肥量分别为每盆0.352 g、0.352 g和0.318 g，相当于大田的N、P2O5和K2O施肥量分别为150 kg·hm-2、150 kg·hm-2和135 kg·hm-2，氮肥分两次平均施用，基肥和追肥各1次，随水施用磷钾肥全部作为基肥；CK处理只施用磷肥和基肥，全部作为基肥。沼液各处理的氮施用量分别为每盆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)，所有沼液处理分两次稀释后浇灌，基肥和追肥各1次，基追比1∶1。所有处理的磷钾肥施用量一致，沼液磷钾不足部分，化肥补充。小白菜每盆定值6棵。定植前施肥1次，生长旺期追肥1次。每次施肥时，每盆的沼液+清水总量一致(见表1)。试验期间采取的其它管理措施，诸如防病、防虫、灌溉等各处理严格一致。

1.3.2 指标测定与计算

小白菜采收时沿着土壤上部平割，测定小白菜鲜重。采收的新鲜小白菜分成两份，一份用来测定品质指标，另一份烘干后测定含氮量和含水率，用来计算氮素利用率(NUE)。

表征小白菜的品质指标主要有维生C (VC)、硝酸盐、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测定VC含量，采用3,5-二硝基水杨酸显色法测定硝酸盐含量，蒽酮比色法测定可溶性含量，NaOH滴定法测定可滴定酸含量[5]。小白菜氮含量和含水率分别采用凯氏定氮法和烘干法测定[6]。

各处理的氮素利用率采用以下公式计算[7]：

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

1.3.3 统计分析

数据分析和绘图利用Microsoft Excel 2016软件进行，利用SPSS 22.0软件对数据进行差异显著性检验(Duncan法，α=0.05)。

2 结果与分析

2.1 沼液施用对小白菜产量的影响

如图1所示，相比不施氮肥处理，施氮肥可以显著增加小白菜产量(鲜重)。与化肥处理相比，即使多个沼液处理降低了施氮量，也没有降低小白菜的产量，其中BF3、BF4、BF5和BF6处理相比CF处理显著增加了小白菜产量，增幅分别为25.9%、40.0%、52.0%和34.2%。

图1 沼液对小白菜产量(鲜重)的影响注：不同小写字母表示不同处理在 p<0.05 水平差异显著，下同。

从沼液对于小白菜产量的影响来看，并不是沼液施用量越多，小白菜产量越高，从图2可以看出小白菜产量与沼液施用量呈一元三次函数关系，沼液施用量的变化可以解释99.1%的小白菜产量变化。

图2 沼液施用量与小白菜产量的相互关系

从图3可以看出，各处理的小白菜干物质积累量与小白菜产量的变化趋势相同，但只有BF4、BF5和BF6处理相比CF处理显著增加了小白菜干重，分别增加了23.3%、34.9%和31.6%。

图3 沼液对小白菜干物质量积累的影响

同样的，小白菜干物质量与沼液施用量呈一元三次函数关系(见图4)，沼液施用量的变化可以解释99.6%的小白菜干重变化。

图4 沼液施用量与小白菜干重的相互关系

2.2 沼液施用对小白菜氮素利用率的影响

从图5可以看出，相比化肥处理，沼液处理显著增加了小白菜氮素利用率。相比CF处理，BF1、BF2、BF3、BF4、BF5和BF6处理的NUE分别提高17.8、 20.2、 33.1、 27.7、 21.9和19.0个百分点。

图5 沼液对小白菜氮素利用率(NUE)的影响

2.3 沼液施用对小白菜品质的影响

从表2可以看出，沼液施用并没有降低小白菜的VC含量，部分沼液处理相助提高了小白菜VC含量；与CF处理相比，低量沼液处理BF1、BF2、BF3和BF4显著增加了小白菜VC含量，增幅分别44.0%、10.3%、42.3%和7.4%。与VC含量变化不同的，低量沼液处理BF1、BF2、BF3和BF4相比CF处理显著降低了小白菜硝酸盐含量(见表2)，分别下降了43.6%、29.3%、23.1%和20.3%，高量沼液处理BF6则显著增加了小白菜硝酸盐含量，增幅达70.3%。与小白菜VC含量变化相同的是，沼液施用会提高小白菜可溶性糖含量，并且还会随着沼液施用量的增加而增加；与CF处理相比，BF1、BF2、BF3、BF4、BF5和BF6处理的可溶性糖含量分别增加了22.5%、26.1%、31.7%、37.8%、50.0%和84.1%。与小白菜可溶性糖含量变化相反的是，沼液施用会降低小白菜的酸度； BF1、BF2、BF3、BF4、BF5和BF6处理与CF处理相比，可滴定酸的含量分别减少了15.6%、12.4%、7.0%、12.4%、29.2%和23.4%。由于沼液处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，与CF处理相比，BF1、BF2、BF3、BF4、BF5和BF6处理的糖酸比增幅分别达到了45.3%、44.0%、41.8%、57.4%、112%和140%。综上，沼液施用可以显著改善小白菜的品质。

表2 沼液施用对小白菜品质的影响

3 讨论

近些年来，在蔬菜栽培中沼液的应用越来越广泛，研究表明沼液能充当有机肥，可以改善蔬菜栽培环境，并且基本能够满足叶菜正常生产对肥料的需求[8-10]。试验的研究结果表明，相比化肥，沼液不仅可以增加小白菜产量，还能大幅度提高氮素利用率，这恰恰验证了上述观点。

研究的结果还表明，施用沼液可以显著提高小白菜的品质，这与其它研究的结果一致。引起这种现象的原因可能是：沼液施入到土壤后，能够提高蔬菜根际土壤的酶活性和微生物数量，进而提高蔬菜品质[11-12]。

研究表明，相比化肥，在施用沼液在提高小白菜产量的同时，还提高了小白菜氮素利用率；其中低氮量处理(BF3和BF4)综合表现效果较好，这不仅降低了氮素施用量(16.3%～28.8%)，这有可能会进一步降低土壤N2O和NH3排放以及氮素淋失，从而降低由于氮素施用引起的环境污染等问题[13-14]。沼液不仅能完全替代化肥，还能节约一些灌溉水，沼液施用还会增加土壤有机碳[15]。综上，沼液施用有助于国家“双碳战略”的实施。