收稿日期 2019 10 14 項(xiàng)目來源 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題 2018YFD0800803 作者簡介 姜靈偉 1998 女 河南三門峽人 碩士 主要研究方向?yàn)檎臃示C合利用 E mail jianglw cau edu cn 通信作者 段 娜 E mail duanna cau edu cn 沼肥種類及不同施氮量對(duì)芹菜品質(zhì)影響研究 姜靈偉 1 陳 銳 1 冉 毅 2 賀 莉 2 梅自力 2 劉宏斌 3 林 聰 1 段 娜 1 1 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院 北京 100083 2 農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所 成都 610041 3 中國農(nóng)業(yè)科 學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 北京 100081 摘 要 沼渣沼液作為厭氧發(fā)酵后的產(chǎn)物 因其量大消納難 已逐漸成為限制沼氣工程發(fā)展的制約因素 因此研究 沼渣沼液作為肥料施用于農(nóng)田對(duì)作物生長發(fā)育的影響具有重要的意義 該研究分別以豬糞厭氧發(fā)酵剩余物和秸 稈牛糞厭氧發(fā)酵剩余物作為肥料 設(shè)置不同氮濃度施用水平 0 8 5 17 34 68 gTN m 2 y 1 具體以沼渣作為底 肥 沼液作為追肥的施肥方式 實(shí)際施用量以總氮 TN 作為標(biāo)定指標(biāo) 沼渣沼液施用比例為 1 2 研究結(jié)果表明 不同來源厭氧發(fā)酵剩余物對(duì)芹菜品質(zhì)的影響效果不同 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)的積累 關(guān)鍵詞 厭氧消化 沼渣沼液 施氮量 芹菜 品質(zhì) 中圖分類號(hào) S216 4 X712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B 文章編號(hào) 1000 1166 2020 01 0080 05 Effects of Different Digestate Source and Nitrogen Application ate on the Quality of Celery JIANG Ling wei 1 CHEN ui 1 AN Yi 2 HE Li 2 MEI Zi li 2 LIU Hong bin 3 LIN Cong 1 DUAN Na 1 1 College of Water e sources and Civil Engineering China Agricultural University Beijing 100083 China 2 Biogas Institute of Minis try of Agriculture Chengdu 610041 China 3 Institute of Agricultural esources and egional Planning Chi nese Academy of Agricultural Sciences Beijing 100081 China Abstract The digestate treatment becomes a bottleneck problem for the sustainable development of biogas industry due to its large amount and difficult to utilize Thus how to take maximum advantage of using digestate as fertilizer to farmland should be further investigated The present study was conducted to investigate the effect of digestate at different nitrogen levels 0 8 5 17 34 68 g TN m 2 y 1 and different digestate sources pig manure digestate PMD straw cattle manure digestate SD on quality of celery After the solid liquid separation process the solid fraction of digestate was used as base fertilizer and the liquid digestate as top fertilizer The fertilization proportion of base fertilizer to top fertilizer was 1 2 based on the designed total nitrogen level The results indicated that different digestate had different effect on the quality of the celery The PMD under moderate nitrogen concentration and SD under high nitrogen concentration were more beneficial to the accumulation of nutrients in celery Key words Anaerobic digestion digestate nitrogen levels celery quality 能源與環(huán)保是當(dāng)今人們研究和關(guān)注的兩大熱 點(diǎn) 厭氧消化因其在處理各種有機(jī)廢棄物的同時(shí)可 產(chǎn)生清潔的沼氣能源 而受到了廣泛的關(guān)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(shù)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(yīng)用效果受到了廣泛的證實(shí) 沼 肥中含有豐富的氮磷鉀 有機(jī)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(jī)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(yīng)用過程中仍面臨很多問題 如針 對(duì)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(xué) 準(zhǔn)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(jìn)生殖發(fā)育 增加果實(shí)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 08 中國沼氣 China Biogas 2020 38 1 素可促進(jìn)植物的生長發(fā)育 過低則抑制植物生長 過 高則會(huì)造成溫室氣體排放對(duì)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(duì)芹菜品質(zhì)的影響 以期比較不 同沼肥的作用效果 同時(shí)探究最適的施氮量 研究 結(jié)果可為沼肥的進(jìn)一步應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 1 材料與方法 1 1 實(shí)驗(yàn)材料 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì) 共 10 個(gè)處理 3 次重復(fù) 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 2 y 1 處理 7 至處 理 10 為施秸稈牛糞沼肥組 施用量同上 每個(gè)小區(qū) 的面積為 15 04 m 2 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(biāo)定指標(biāo) 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(jì)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(jìn)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(duì)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 項(xiàng) 目 處 理 施氮量 g m 2 小區(qū)面積 m 2 沼渣施用量濕重 kg 沼液使用量 L 不施肥 CK 0 0 化 肥 HF 17 15 04 豬糞沼肥 PMD8 5 8 5 15 04 5 188 豬糞沼肥 PMD17 17 15 04 10 377 豬糞沼肥 PMD34 34 15 04 20 5 754 豬糞沼肥 PMD68 68 15 04 40 9 1507 秸稈牛糞沼肥 SD8 5 8 5 15 04 8 6 34 秸稈牛糞沼肥 SD17 17 15 04 17 7 70 秸稈牛糞沼肥 SD34 34 15 04 35 140 秸稈牛糞沼肥 SD68 68 15 04 70 5 280 1 3 樣品采集與測(cè)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(jìn)行檢測(cè) 芹菜收獲期進(jìn)行品質(zhì)的測(cè) 定 VC 測(cè)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(cè)量該葉綠素浸提液在波長 663 nm 和 645 nm 的光密度 D 663 和 D 665 按照 Arnon 修正公式計(jì)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(jì)分析 數(shù)據(jù)采用 Excel 2003 和 Origin 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析 2 結(jié)果與分析 2 1 不同沼肥在不同施氮水平下對(duì)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(shì)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(shì) 當(dāng)?shù)獫舛冗_(dá)到 68 g m 2 y 1 時(shí) 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 2 y 1 18中國沼氣 China Biogas 2020 38 1 時(shí) 芹菜株高大于化肥處理組 且達(dá)到最大為 61 4 cm 結(jié)果表明 沼肥施用量應(yīng)控制在合理的濃度內(nèi) 不 宜超過 34 g m 2 y 1 過高則會(huì)抑制植物的生長 圖 1 不同沼肥在不同施氮水平下對(duì)芹菜株高的影響 2 2 不同沼肥在不同施氮水平下對(duì)芹菜葉綠素含 量的影響 植物的光合作用強(qiáng)度對(duì)葉綠素的含量起著至關(guān) 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 2 y 1 時(shí)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 總?cè)~綠素含量與葉綠素 a 和葉綠素 b 的 變化趨勢(shì)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(huì) 對(duì)其產(chǎn)生抑制 在本實(shí)驗(yàn)中 施氮量在 34 g m 2 y 1 時(shí)效果最好 圖 2 不同沼肥在不同施氮水平下對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)芹菜維生素 C 含量的影響 研究表明 維生素 C 可以增強(qiáng)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(gè)重要 的指標(biāo) 如圖 5 所示 實(shí)驗(yàn)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 2 y 1 施用豬糞沼肥比秸稈牛糞沼肥能有效提高芹菜維生 圖 5 不同沼肥在不同施氮水平下對(duì)芹菜維生素 C 含量 的影響 28 中國沼氣 China Biogas 2020 38 1 圖 6 不同沼肥在不同施氮水平下對(duì)芹菜可溶性糖含量 的影響 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(shí) 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(shí) 較高濃度氮施 用水平下的維生素 C 含量更高 2 4 不同沼肥在不同施氮水平下對(duì)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(biāo) 通常情況下 植物會(huì)主動(dòng) 積累可溶性糖以適應(yīng)外界條件的變化 同時(shí)在植物 的生長發(fā)育過程中 糖會(huì)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(shí)驗(yàn)組 PMD 8 5 其他處理施用沼肥后的可溶性糖含量與空白對(duì) 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(shí) 達(dá)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 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(guān) 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(jìn)一步研究 同種沼肥在不同施氮量水平下對(duì)芹菜品質(zhì)的研 究結(jié)果表明沼肥施用量對(duì)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(duì)應(yīng)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(biāo)均隨著施氮 量的增加呈上升趨勢(shì) 以豬糞沼渣作為肥料施用 時(shí) 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(bào)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(duì)較低 不能滿足芹菜生長發(fā)育 所必須 因此 在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)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(jìn)行芹菜種植時(shí) 應(yīng)認(rèn)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(jìn)而導(dǎo)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(shí)際操作中應(yīng)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(bǔ)充其他營養(yǎng)物質(zhì)含量 以達(dá)到最優(yōu)效果 參考文獻(xiàn) 1 Arif Sania Liaquat abia Adil Manal Applications of materials as additives in anaerobic digestion technology J enewable and Sustainable Energy eviews 2018 97 354 366 2 Zidan ek Aleksander Blinc obert Jeglic Anton et al Climate changes biofuels and the sustainable future J International Journal of Hydrogen Energy 2009 34 16 6980 6983 4 張廣運(yùn) 湯國民 張曉華 等 我國沼渣沼液資源化 利用研究綜述 J 山西農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019 47 10 1857 1860 5 秦文弟 李 鳴 韋長江 等 沼渣施肥對(duì)桉樹人工林土 38中國沼氣 China Biogas 2020 38 1 壤養(yǎng)分的影響 J 中國沼氣 2019 37 03 86 89 6 鄭時(shí)選 邱 凌 劉慶玉 等 沼肥肥效與安全有效利 用 J 中國沼氣 2014 32 01 95 100 7 adu ien Jolita Marksa Mindaugas Ivanauskas Liudas et al Effect of nitrogen on herb production secondary metabolites and antioxidant activities of Hypericum pruin atum under nitrogen application J Industrial Crops and Products 2019 139 111519 8 馮煥德 李丙智 張林森 等 不同施氮量對(duì)紅富士 蘋果品質(zhì) 光合作用和葉片元素含量的影響 J 西北 農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 2008 01 229 232 9 羅 磊 李萬春 石巖生 等 不同沼肥施用量對(duì)露地 芹菜生長發(fā)育和品質(zhì)的影響 J 北方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 2018 46 05 117 121 10 徐海平 大棚芹菜高產(chǎn)栽培技術(shù)的有效探討 J 種子 科技 2019 37 06 69 70 11 賈志銀 棚室芹菜無公害高產(chǎn)高效栽培技術(shù) J 現(xiàn)代 農(nóng)業(yè)科技 2019 09 60 12 曲明山 郭 寧 陳保華 等 沼液與化肥長期配施對(duì) 蔬菜生產(chǎn)和土壤肥力的影響 J 中國沼氣 2013 31 01 44 47 13 汪 斌 維生素 C 對(duì)健康與運(yùn)動(dòng)能力的影響 J 當(dāng)代 體育科技 2014 4 20 15 17 14 趙江濤 李曉峰 李 航 等 可溶性糖在高等植物代 謝調(diào)節(jié)中的生理作用 J 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2006 24 6423 6425 15 王忠江 王澤宇 張 正 等 生物炭對(duì)混施沼肥秸稈 還田腐解特性的影響 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2018 49 07 279 285 16 羅磊 李萬春 石巖生 等 不同沼肥施用量對(duì)露地 芹菜生長發(fā)育和品質(zhì)的影響 J 北方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 2018 46 05 117 121 17 初長江 馬東輝 李 松 等 沼液曝氣地下滴灌對(duì) 大棚芹菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 J 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào) 2013 19 04 56 57 18 特日格樂 鄭海春 不同施肥用量對(duì)芹菜產(chǎn)量及品質(zhì) 的影響 J 現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 2018 05 100 102 19 何 萍 金繼運(yùn) 林 葆 等 不同氮磷鉀用量下春 玉米生物產(chǎn)量及其組分動(dòng)態(tài)與養(yǎng)分吸收模式研究 J 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào) 1998 02 123 130 48 中國沼氣 China Biogas 2020 38 1