摘 要： 以 沼 液 處理后 用 作 農(nóng) 田 灌溉 用 水 及 低 成 本 生 產(chǎn)高 品 質(zhì) 生 菜 為 目 標(biāo) ，采 用 水 培 生 菜 對 沼 液 進(jìn)行 深 度 凈 化 處理，并 以 水 培 前 后 沼 液 主要 水 質(zhì) 參 數(shù) 及 生 菜 品 質(zhì) 特性為指 標(biāo) ，研究 了 水 培 生 菜 對 沼 液 的 凈 化 性 能 和 沼 液 水 培 對生 菜 品 質(zhì) 的 提 升 效 果 ，并 篩 選 出 了 合 適 的 沼 液 稀 釋 倍 數(shù)。研究中， 先 對 沼 液 進(jìn)行 脫 氨 預(yù) 處理 ，然 后進(jìn)行 530倍 稀 釋 后 用 于水 培 生 菜 ，并與 化學(xué) 營 養(yǎng)液 水 培效 果進(jìn)行對 比 。結(jié)果表明 ， 采 用 脫 氨 沼 液 水 培 生 菜 處理 35d后， 氨 氮 、 COD和 總 磷 含量 分 別 下 降 98.25%99.34%、 83.68%96.04%和 65.94% 80.00%， 脫 氨 沼 液 的水 質(zhì) 指 標(biāo) 優(yōu) 于 農(nóng) 田 灌溉 用 水 標(biāo)準(zhǔn) ，且 稀 釋 515倍 的 脫 氨 沼 液 水 培 后 可 在 沼 液 凈 化 效 果和 節(jié) 約 用 水 等方面 獲 得 綜 合 最 優(yōu) 。 另 外， 脫 氨 沼 液 可 替 代 營 養(yǎng)液 用 于水 培 生 菜 ，且 生 菜 的 品 質(zhì) 更 佳 ，尤 其 是 510倍 稀 釋 處理。 此 時(shí)，與 營 養(yǎng)液 水 培 相 比 ，其 生 菜 相 對生長 量 提 高 60%以 上 ，葉 幅 變 寬 45cm，葉片數(shù) 平 均 增 加 2片 ；類 胡蘿 卜 素含量 最 高 提 高 20.40%，硝 態(tài) 氮 含量 僅 為 化學(xué) 營 養(yǎng)液 組 的 2.11%4.02%， 差異 顯著 ；還 原 糖 含量 提 高 約 7.79%10.39%， 而 維 生 素 C含量 僅 低 3.60%15.40%，差異 并不明顯 。研究表 明， 沼 液 脫 氨 并 適 當(dāng) 稀 釋 后 可 以代 替 化學(xué) 營 養(yǎng)液 用 于水 培 生 菜 ，且 水 培 處理后的 沼 液 可 以 用 于 灌溉 農(nóng) 田。 關(guān)鍵詞： 沼 液 ；沼 液 處理 ； 生 菜 水 培 ； 氨 氮 脫 除 中圖分類號 ： S216.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 ： A 文章編號 ： 1672-2043（ 2018） 04-0788-08 doi:10.11654/jaes.2017-1261 Benigntreatmentofbiogasslurryandimprovementinlettucequalityusinghydroponics LIANGFei-hong,CUIQiu-fang,TUTe,YUGe,WANGWen-chao,YANShui-ping * （ CollegeofEngineering,HuazhongAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofAgriculturalEquipmentinMid-lowerYangtzeRiver,Ministry ofAgriculture,Wuhan430070,China） Abstract： Determiningthemosteffectiveandlow-costmethodfortreatingbiogasslurryisoneofthebiggestissuesforlarge-scalebiogas projects.Thisstudyaimedtotreatbiogasslurryforfarmlandirrigationwaterandcultivatelettuceofhighqualityatlowcostusinghydroponic technologytoreducetheconcentrationofpollutants,includingtotalammoniumnitrogen（ TAN） ,chemicaloxygendemand（ COD） ,andtotal phosphorus（ TP） .Effectsofthedilutionratioofwaterontheremovalofpollutantsandlettucequalitywereinvestigated,andtheappropriate dilutionratiosforbiogasslurrywerecalculated.Priortotheexperiments,ammoniumnitrogenwaspartlyremovedfromtherawbiogasslurry usingvacuumdistillation.Thepart-treatedbiogasslurrywasthenCO 2 saturatedtoreducethepHtoabout6.7.Finally,CO 2 -richbiogas slurrywasdilutedusingwaterby530timesasthehydroponicsolutionforcultivation.Lettucecultivatedinthetypicalchemicalnutrient solutionwasusedasthecontrol.Resultsshowedthatafter35dthewaterqualityofthetreatedbiogasslurryfullymettherequirementsof farmlandirrigationstandards,andtheconcentrationsofTAN,COD,andTPwerereducedby98.25%99.34%,83.68%96.04%,and 65.94%80.00%,respectively.Inaddition,515dilutionratiosarerecommendedforhigherpurificationofpollutantsandwatersavingsfor biogasslurry.AfterTANremoval,thetreatedslurrywasusedtoreplacethechemicalnutrientsolutiontocultivatelettuceofhigherquality. 收稿日期 ：2017-09-15 錄用日期 ：2017-11-27 作者簡介 ：梁 飛 虹 （ 1993）， 男 ， 陜 西 富 平 人 ， 碩 士 研究生， 主要從事農(nóng)業(yè) 廢棄 物 綜 合 利 用 研究 。 E-mail： lianf2008outlook.com *通信作者 ：晏 水 平 E-mail： yanshpmail.hzau.edu.cn 基金項(xiàng)目 ：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 （ 51376078） ；公 益 性行 業(yè) （ 農(nóng)業(yè) ） 科 研 專 項(xiàng) （ 201303099） ；中 央 高 校 基 本 科 研 業(yè) 務(wù)費(fèi) 專 項(xiàng)基金 （ 2015PY077） Projectsupported： TheNationalNaturalScienceFoundationofChina （ 51376078） ； TheSpecialScientificResearchFundofAgriculturePublicWelfare ProfessionofChina （ 201303099） ； TheFundamentalResearchFundsfortheCentralUniversities （ 2015PY077） 2018， 37（ 4） :788-795 2018年 4月 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) J0urnal0fAgr0-Envir0nmentScience 梁 飛 虹 ， 崔 秋 芳 ， 涂 特， 等 .基 于水 培 技 術(shù) 的 沼 液 凈 化 及 生 菜 品 質(zhì)提 升 J.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) ,2018,37（ 4）： 788-795. LIANGFei-hong,CUIQiu-fang,TUTe,YUGe,etal.BenigntreatmentofbiogasslurryandimprovementinlettucequalityusinghydroponicsJ. Journalof Agro -EnvironmentScience ,2018,37（ 4）： 788-795. 基 于 水培 技術(shù) 的 沼 液 凈 化及 生 菜品質(zhì)提 升 梁 飛 虹，崔 秋芳 ， 涂 特 ， 余 歌 ，王文 超 ， 晏水 平 * （ 華 中 農(nóng)業(yè) 大 學(xué)工學(xué)院 /農(nóng)業(yè)部 長 江 中下 游 農(nóng)業(yè) 裝 備 重 點(diǎn) 實(shí) 驗(yàn) 室 ， 武漢 430070） 第 32卷第 1期 2018年 4月 Comparedtothenutrientsolution,therelativegrowthoflettucecultivatedinbiogasslurrywith510dilutionratiosincreasedbymorethan 60%,theleafwidthincreasedby45cm,andtheaveragenumberofleavesincreasedbyabout2.Furthermore,thedifferenceinthe carotenoidandnitratenitrogenconcentrationsbetweenlettucecultivatedinbiogasslurryandthechemicalnutrientsolutionwassignificant. However,thedifferencesinthereducingsugarandvitaminCcontentwerenotsignificant.Morespecifically,whencultivatedinbiogasslur- rywith510dilutionratios,thecarotenoidcontentinlettuceincreasedbyupto20.40%,andtheconcentrationofnitratenitrogenwasonly 2.11%4.02%thatoflettucecultivatedinthechemicalnutrientsolution.Inaddition,thereducingsugarcontentincreasedby7.79% 10.39%,andthevitaminCcontentonlydecreasedby3.60%15.40%. Keywords： biogasslurry;slurrytreatment;lettucehydroponics;ammoniumnitrogenremoval 沼 液 中 含 有 高含量 的 礦 質(zhì) 元 素 ， 如 果處 置 不當(dāng)， 極 易 造成 環(huán)境 的 二 次 污 染 1 。 因此 ，沼 液 的 低 成 本 無害 化 處理 已 成 為 沼 氣 工 程 良 性 發(fā) 展 的 關(guān) 鍵 問題 之 一 2 。 同時(shí)， 由 于 沼 液 富 含 植 物 生長 所 需 的 微 量 元 素 和植 物 生長 激 素 3 ， 將 其 還 田處理 用 作植 物 的 根 肥 ， 既 可 實(shí) 現(xiàn) 營 養(yǎng) 元 素 的 循 環(huán) 利 用 ，增 加農(nóng) 作 物 的 產(chǎn)量 ，還 可 生 產(chǎn) 出 無公害農(nóng)產(chǎn) 品 ， 具 有 良 好 的 社 會 和 經(jīng) 濟(jì) 效 益 4 。 如 以 沼 液 代 替 高 昂 的 無 機(jī) 營 養(yǎng)液 來 進(jìn)行 蔬 菜 栽 培 ，對 提 高 蔬 菜 產(chǎn)量 和 品 質(zhì) 具 有 重要 意義 3 。同時(shí)， 由 于水 培 經(jīng) 濟(jì) 作 物 對 污 水中 氨 氮 、磷 和 COD（ 化學(xué) 需 氧 量 ） 等 具 有 良 好 的 去 除 效 果 5 ，對 沼 液 進(jìn)行 蔬 菜 水 培 處理 ，理 論 上 還 能實(shí) 現(xiàn) 沼 液 的 深 度 凈 化 ， 一 舉 多 得 。 但 值 得 注 意 的 是 ， 以 沼 液 作為 營 養(yǎng)液 時(shí)， 其 氨 氮 和 磷 含量等 均 有 一 定 的 限 制 ，如 生 菜 水 培 時(shí)，生 菜 生長中 氨 氮 含量 一 般 不 宜 超 過 20mg L -1 ， 磷 含量 不 超 過 30mg L -16 。顯 然 ，沼 液 自 身 氨 氮 和 磷 含量 遠(yuǎn)超 過 這 一 指 標(biāo) ，而 高 濃 度 的 氨 氮 會 對植 物 生長 造成嚴(yán) 重 的 毒 害 作 用 ，會使 植 物 的生長 發(fā) 育 嚴(yán) 重受 阻 7 。 基 于 此 ， 目 前 沼 液 水 培 利 用 前 一 般 都 需 要 進(jìn)行 高 倍 稀 釋 ，從 而 降低 沼 液 中的 氨 氮 含量 ，這 種 方 法 操 作 簡 單 ，但 卻 存 在水 資源 浪 費(fèi) 的 潛 在 問題 ，同時(shí)， 高 倍 稀 釋 還 可 能導(dǎo)致 沼 液 中 促 進(jìn)植 物 生長的 有 益 成 分 含量 下 降 ，影響 其 水 培 應(yīng) 用 效 果 8 。 因 此 ，在 沼 液 水 培 利 用 前 將 氨 氮 進(jìn)行 預(yù) 先 脫 除 ，可 在 保 證 沼 液 自 身 較 低 的植 物 生理 毒 害 特性的 基 礎(chǔ) 上 將 沼 液 氨 氮 含量降 至 合 適 的水 平 9-11 ， 有 助 于在水 培 應(yīng) 用 中大 幅 降低 沼 液 的 稀 釋 倍 率 。 將 脫 氨 預(yù) 處理的 沼 液 用 于 蔬 菜 水 培 時(shí)，理 論 上 還 可 實(shí) 現(xiàn) 沼 液 的 低 成 本 高 效 凈 化 處理。 基 于 此 ，本 研究對 沼 液 進(jìn)行 脫 氨 預(yù) 處理后 ，將 其 用 于水 培 生 菜 ， 重 點(diǎn) 分析生 菜 水 培 處理對 沼 液 的 凈 化 及 生 菜 產(chǎn)量 與 品 質(zhì)提 升 的 效 果 。 1 材料與方法 1.1試驗(yàn)材料 試驗(yàn) 用 沼 液 來 源 于 華 中 農(nóng)業(yè) 大 學(xué) 沼 氣發(fā) 酵 中試 裝 置 ，發(fā) 酵 中 以 豬糞 為 主要 原 料 ，配 合 添 加 少 量 的 牛 糞 及 生 活 污 水 ，在 35 下中 溫 發(fā) 酵 20d。沼 液 取 回 后 在 常 溫（ 25 5） 下 密封保 存 至 不 再 產(chǎn) 氣 后 ，將 沼 液 在 4000r min -1 下 離 心 分 離 20min（ TSZ5-WS型 低速 多 管架 自 動 平 衡 離 心 機(jī) ，湖 南 湘 儀 離 心 機(jī) 儀器 有 限 公 司 ）， 取 上 清 液 進(jìn)行試驗(yàn)。 離 心 后， 沼 液 的 主要 水 質(zhì) 參 數(shù) 如 表 1所 示 。 供 試植 物 選取 廣 泛 應(yīng) 用 于 無 土 栽 培 行 業(yè) 的生 菜 ， 本 研究 所選擇 的生 菜 種 子 為 意 大 利 生 菜 種 子 （ 廣 西 橫 縣 子 龍 種 業(yè) 有 限 公 司 ，純 度 95%， 發(fā) 芽 率 80%， 凈 度 98%）， 用 清 水 育 苗 培 養(yǎng)至 三 葉 齡 后 用 于水 培 試 驗(yàn)。 1.2試驗(yàn) 設(shè) 計(jì) 1.2.1 沼 液 氨 氮 脫 除 沼 液 氨 氮 脫 除 前， 先 在 沼 液 中 添 加 10g L -1 的 CaO，調(diào) 整 pH值 至 12，然 后于 75 、 40kPa條件下在 沼 液 減 壓 脫 氨 處理系統(tǒng)中對 沼 液 進(jìn)行 減 壓 脫 氨 處理 1h，減 壓 脫 氨 處理系統(tǒng) 及 操 作 流 程 詳 見 文 獻(xiàn) 12。 氨 氮 脫 除 后 沼 液 的 主要 水 質(zhì) 參 數(shù) 如 表 1所 示 。 從 表 1中 可 知 ，在 沼 液 脫 氨 過程中， COD和 總 磷 質(zhì) 量 濃 度 分 別 下 降了 約 40.13%和 82.49%， 其 主要 原 因 在于 CaO的 加 入 使 沼 液 pH值 上升 ，導(dǎo)致 磷 被 Ca 2+ 沉淀 10 ，同時(shí) 表 1脫氨 預(yù) 處理 前 后離 心 沼 液上 清 液 的 主 要水 質(zhì)參 數(shù) Table1Waterqualityofthesupernatantofbiogasslurrybeforeandafterammoniumnitrogenremoval 項(xiàng)目 氨 氮 質(zhì) 量 濃 度 /mg L -1 化學(xué) 需 氧 量 /mg L -1 pH值 總 磷 質(zhì) 量 濃 度 /mg L -1 電 導(dǎo) 率 /mS cm -1 硝 態(tài) 氮 質(zhì) 量 濃 度 /mg L -1 脫 氨 前 1168 8.49 3163.45 5.25 7.6 0.07 221.24 0.33 15.36 0.33 3.58 0.06 脫 氨 后 91 1.41 1893.8 30.97 11.8 0.14 38.75 1.18 5.58 0.29 梁 飛 虹 ， 等 ： 基 于水 培 技 術(shù) 的 沼 液 凈 化 及 生 菜 品 質(zhì)提 升 789 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 第 37卷第 4期 CaO本 身 具 有 絮 凝 作 用 ，沼 液 中的 懸浮 顆 粒 被 絮 凝 沉 淀 而 脫 除 13 ， 因此 沼 液 COD下 降 。 1.2.2 脫 氨 沼 液 的 pH值穩(wěn)定 脫 氨 處理后的 沼 液采 用 CO 2吸收 的 方 式 來 調(diào)節(jié) pH值 至 近 中性。 首 先將 脫 氨 后的 沼 液溫 度 降低 至 室 溫 后， 置 于 經(jīng) 典 鼓 泡 反應(yīng) 器 中并通 入 純 CO 2 氣 體 ，不 斷 攪拌 ，使 CO 2 與 脫 氨 沼 液 充 分 接 觸 并 反應(yīng) 12 ，同時(shí) 測 試 脫 氨 沼 液 的 pH值 ， 當(dāng) pH值 降到 約 6.7時(shí)， 停 止 CO 2 吸收 （ 約 吸收 30min）。 此 時(shí)， 沼 液 即 可用 于生 菜 水 培 。 1.2.3 沼 液 水 培 生 菜 以 pH值穩(wěn)定 后的 脫 氨 處理 沼 液 為水 培 溶 液 ，在 瑞 華 HP400GS-C型 智 能 人工 氣 候 箱 中進(jìn)行生 菜 的水 培 試驗(yàn)， 氣 候 條件 模 擬 適 宜 生 菜 生長的 最 佳 條件 （ 首 先 在 16.5 、濕 度 60%條件下 黑 暗 處理 12h，再 在光 照 20000lx、 溫 度 18 和 濕 度 60%條件下處理 9h， 然 后在光 照 12000lx、 溫 度 18 及 濕 度 65%條件下 處理 3h，循 環(huán) 此設(shè)定 ） 14 ，并 以 生 菜 的 農(nóng) 藝 學(xué) 性 狀 （ 根 長、 株高 、生長 量 、葉 幅 、葉片數(shù) ）、生理 學(xué) 性 狀 （ 維 生 素 C含量 、葉 綠素含量 、還 原 糖 含量 、硝 態(tài) 氮 含量 和 根 系 活力 ）和 脫 氨 沼 液 培 養(yǎng) 前后的水 質(zhì) 參 數(shù) 等 為指 標(biāo) 15 ， 對水 培 后 沼 液 的 污 染 物 脫 除 性 能 及 生 菜 的 品 質(zhì) 進(jìn)行 研究 。 試驗(yàn)中， 以 脫 氨 沼 液 的 氨 氮 含量 作為 稀 釋 指 標(biāo) ， 以 20mg L -1 的 氨 氮 界值 為 基 準(zhǔn) 6 ， 將 脫 氨 沼 液 分 別 稀 釋 5、 10、 15、 20、 25、 30倍 作為處理 組 ，并 以 化學(xué) 營 養(yǎng) 液 （ 由 北 京 綠 東 國創(chuàng)農(nóng)業(yè)科 技 有 限 公 司 生 產(chǎn) 的葉 菜 類 專 用 肥 配 制 而 成 ）和 自 來 水作為對 照 組 ，每 3株 生 菜 供 應(yīng) 培 養(yǎng)液 2L，每 隔 5d補(bǔ)充 相應(yīng) 培 養(yǎng)液至 2L。 研究中， 從 生 菜 三 葉 齡 開 始 ， 35d后進(jìn)行 各 項(xiàng) 指 標(biāo) 測 定 15 。 1.3測試方法 1.3.1 沼 液 水 質(zhì) 參 數(shù) 測定 沼 液 的 pH值 采 用 FE20型 pH計(jì) （ 梅 特 勒 -托 利 多 國 際 股 份 有 限 公 司 ） 測 試， 電 導(dǎo) 率 （ EC） 采 用 DDS- 307A型 電 導(dǎo) 率 儀 測 試（ 上 海 儀電 科學(xué) 儀器 股 份 有 限 公 司 ）， 氨 氮 、 總 磷 （ TP） 含量 以 及 COD通過 Smart- Chem200全 自 動 化學(xué) 分析 儀 （ 意 大 利 AMS-Westco公 司 ） 測 試。 測 量 時(shí) 隨 機(jī) 取 樣 分析 。 1.3.2 生 菜 農(nóng) 藝 學(xué) 性 狀 測定 生長 量 采 用 精 度 為 0.01g的 電 子 天 平 測 量 ，稱 量 前 用自 來 水 沖 洗 根 系 上 的 雜 物 ，吸 干 水分后，進(jìn)行 稱 量 。 由 于 供 試生 菜 的 初 始 生 物量 相 差 較 大 ，為 消 除 處 理前的 個 體 差異 ，更 好 地 反 映 植 物 生長 趨 勢 ，引 入 相 對生長 量 ，可 采 用 下 式 進(jìn)行 計(jì) 算 16 ： RG= W i -W 0 W 0 100% （ 1） 式 中 ： RG為 相 對生長 量 ； W 0 為處理前生 物量 ， g 株 -1 ； W i 為處理后生 物量 ， g 株 -1 。 生 菜 處于 自然 伸 展 狀 態(tài) 時(shí) ， 采 用 毫 米 刻 度 尺 測 量 其 根 長、 株高 及 葉 幅 17 。 1.3.3 生 菜 生理 學(xué) 性 狀 測定 生 菜 的 還 原 糖 含量 和 硝 態(tài) 氮 含量 分 別 采 用 3， 5- 二 硝 基 水 楊 酸 法 與 硝 基 水 楊 酸 法 測定 ，根 系 活力 采 用 TTC法 測定 ，葉 綠素 （ 含 葉 綠素 a、葉 綠素 b和 類 胡蘿 卜 素 ）與 維 生 素 C 含量 分 別 采 用 95%乙 醇 法 和 滴 定 法 進(jìn)行 測定 17 。 2 結(jié) 果 與 討論 2.1生 菜 水培對 沼 液 污染 物 脫除 效果 的影響 不同 稀 釋 倍 數(shù)的 脫 氨 沼 液 用 于生 菜 水 培 35d 后， 其 表 觀 濁 度 如 圖 1所 示 。 經(jīng) 過生 菜 水 培 處理后 ，脫 氨 沼 液 的 顏 色變 得 清 澈 ，表明 沼 液 濁 度 大 幅 下 降 ，這 可 能是 由 于在水 培 過程中， 生 菜 根 系分 泌 出 的 根際 物 質(zhì) 促 進(jìn) 了 脫 氨 沼 液 中 膠 體的 聚 沉 和 色 素 的 降 解 18 。 值 得 注 意 的 是 ，當(dāng) 脫 氨 沼 液 稀 釋 10倍 以 上用 于生 菜 水 培 時(shí) ， 35d后 培 養(yǎng) 廢 液 的 顏 色 接 近 于 清 水 。 b.水 培 后 a.水 培 前 圖 1生 菜 水培 前 后 不同 稀釋 倍 數(shù) 沼 液 的 濁 度表 觀 圖 Figure1Turbiditydiagramofbiogasslurrieswithdifferentdilution ratiosbeforeandafterlettucehydroponics 原 沼 液 脫 氨 沼 液 5 倍 稀 釋 10 倍 稀 釋 15 倍 稀 釋 20 倍 稀 釋 25 倍 稀 釋 30 倍 稀 釋 營 養(yǎng) 液 清 水 脫 氨 沼 液 5 倍 稀 釋 10 倍 稀 釋 15 倍 稀 釋 20 倍 稀 釋 25 倍 稀 釋 30 倍 稀 釋 清 水 790 第 32卷第 1期 2018年 4月 表 2 生 菜 水培 前 后 沼 液 的水 質(zhì)指 標(biāo) 變 化 Table2Waterqualityofbiogasslurrieswithdifferentdilutionratiosbeforeandafterlettucehydroponics 不同 稀 釋 倍 數(shù)的 脫 氨 沼 液 水 培 后的 主要 水 質(zhì) 參 數(shù) 如 表 2所 示 。 從 表 2可 看 出 ，脫 氨 沼 液 用 于水 培 生 菜 后， 沼 液 的 COD和 氨 氮 、 TP含量 大 幅 下 降 ， 其 中， 氨 氮 脫 除 率可 達(dá) 98.25%99.34%、 COD脫 除 率 為 83.68%96.04%、 TP脫 除 率 為 65.94%80.00%， 這 可 能是 由 于生 菜 吸收 了 脫 氨 沼 液 中的 營 養(yǎng) 物 質(zhì) ，而 氮 、磷 等 元 素 屬 于生 菜 生長 所 必 需 的大 量 元 素 ，因此 水 培 生 菜 后 沼 液 中 氮 、磷 等物 質(zhì) 含量 大 幅 下 降 。 值 得 注 意 的 是 ， 氨 氮 和 TP的 脫 除 率 隨 著 稀 釋 倍 數(shù)的增大 而 升 高 ，且 在 30倍 稀 釋 情 形 下 達(dá) 到 最 大 值 ， 但 COD脫 除 率 隨 著 稀 釋 倍 數(shù)的增 加 而 降低 。 另 外， 從 20倍 稀 釋 沼 液 開 始 ， 隨 著 稀 釋 倍 數(shù)的增 加 ，水 培 生 菜 后的 沼 液 中 COD和 氨 氮 、 TP含量 的 變 化 并不明顯 。 因此 ， 如 從 沼 液 中 污 染 物 脫 除 性 能 角 度出發(fā) ， 可 將 脫 氨 沼 液 稀 釋 1520倍 后進(jìn)行水 培 生 菜 。 如 從 節(jié) 約 稀 釋 用 水 角 度來 綜 合 考 慮 ，建 議 沼 液 稀 釋 515倍 。 從農(nóng) 田 灌溉 用 水 角 度 考 慮 ，用 水的 COD、 總 氮 和 總 磷 質(zhì) 量 濃 度應(yīng) 分 別 低 于 300、 30mg L -1 和 10mg L -1 ， 全 鹽 量 應(yīng) 低 于 1000mg L -1 （ 即 EC值 不 超 過 1333 S cm -1 ）， 且 pH值 不 高 于 8.5 19 。 從 表 1可 知 ， 原 沼 液 本 身 硝 態(tài) 氮 含量 僅 為 3.58mg L -1 ， 因此 ，水 培 后 ，水 培 廢 液 中的 總 氮 含量 遠(yuǎn) 低 于 農(nóng) 田 灌溉 用 水的 總 氮 標(biāo)準(zhǔn) （表 2）。同時(shí) ，從 表 2還 可 知 ，不 論 何 種 稀 釋 倍 數(shù) ， 脫 氨 沼 液 用 于生 菜 水 培 處理后 ，相 關(guān) 水 質(zhì) 指 標(biāo)均 優(yōu) 于 農(nóng)業(yè) 灌溉 用 水 標(biāo)準(zhǔn) 。 由 于 沼 液 中的 重金 屬 含量 比 較 低 20 ， 因此 ，生 菜 水 培 能 夠 有 效 凈 化 脫 氨 沼 液 ， 且培 養(yǎng) 后的 廢 液 可 以 直 接 排放 到農(nóng) 田中 。 因此 ，從 凈 化 后 沼 液 的表 觀 濁 度 、污 染 物 脫 除 效 果、 稀 釋 用 水 量 及培 養(yǎng) 后 沼 液 是 否 可用 于 農(nóng) 田 灌溉 用 水 等 綜 合 考 慮 ， 稀 釋 515倍 是 值 得 考 慮 的 脫 氨 沼 液 稀 釋 倍 數(shù) 。 2.2沼 液 水培對生 菜品質(zhì) 的影響 一 般 而 言 ， 蔬 菜 的 品 質(zhì) 分為外 觀 品 質(zhì) 、營 養(yǎng) 品 質(zhì) 和 衛(wèi) 生 品 質(zhì) ，其 中 營 養(yǎng) 品 質(zhì) 可 采 用 維 生 素 C、還 原 糖 、 葉 綠素含量等 來反 映 ， 衛(wèi) 生 品 質(zhì) 主要 包括 農(nóng) 藥 殘 留 、 污 染 物 殘 留 以 及 硝 態(tài) 氮 含量等 3 。 由 于水 培 中 未 添 加 任 何 的 農(nóng) 藥 ，因 而 在 此僅 采 用 硝 態(tài) 氮 含量 來 說 明生 菜 的 衛(wèi) 生 品 質(zhì) 。 2.2.1 生 菜 的外 觀 表 現(xiàn)及 相 對生長 量 分析 不同 稀 釋 倍 數(shù)的 脫 氨 沼 液 水 培 生 菜 35d后， 生 菜 的外 觀 表 現(xiàn) 型 如 圖 2所 示 。水 培 中， 生 菜 的生長分 為地 上部 和地下 部 兩 部 分， 當(dāng)水 培 液 中 營 養(yǎng) 不 足 時(shí)， 生 菜 將 會 優(yōu) 先 滿 足 地下 部 的生長 ， 以使 根 系 更 發(fā) 達(dá) 而 獲 得更 多 的 營 養(yǎng) 。 從 圖 2可 知 ， 515倍 稀 釋 的 脫 氨 沼 液 水 培 時(shí)，生 菜 地 上部 的外 觀 表 現(xiàn) 與 營 養(yǎng)液 基 本一 致 ， 其 根 系長 度 與 營 養(yǎng)液 水 培 之 間 的 差異 并不顯著 ， 但 根 系 更 短 （ 圖 3a）， 說 明 515倍 稀 釋 時(shí)， 脫 氨 沼 液 富 含 的 粗 纖維 、氮 、磷 、鉀 、微 量 元 素等 生 菜 生長 所 需 的 營 養(yǎng) 物 質(zhì) 濃 度 可 有 效 滿 足 生 菜 的 營 養(yǎng) 需 求 21 ， 因 而 水 培 中生 菜 的地 上部 將 會 優(yōu) 先 生長 。同時(shí)， 由 于 沼 液 中 還 含 有 氨 基 酸 、活 性 酶 、植 物 生長 激 素等物 質(zhì) 22 ， 可 促 進(jìn)生 菜 的生長 發(fā) 育 ，并 提 高 生 菜 的光合 能力 23 。 因 此 ，與 營 養(yǎng)液 水 培 情 形 相 比 ， 515倍 稀 釋 沼 液 水 培 時(shí)，生 菜 的地 上部 更 發(fā) 達(dá) ，外 觀 品 質(zhì) 更 佳 ， 總 體表 現(xiàn) 為 葉片數(shù)增 加 （ 圖 3b）、葉 幅 變 寬 （ 圖 3c）。 整 體 而 言 ， 稀 釋 沼 液 水 培 生 菜 的葉片數(shù)和葉 幅 指 標(biāo) 與 營 養(yǎng)液 組 差 異 并不顯著 ， 僅 10倍 稀 釋 沼 液 水 培 的生 菜 在葉片數(shù) 上 與 營 養(yǎng)液 組相 比 差異 顯著 （ 圖 3b）。 隨 著 沼 液 稀 釋 水 培 時(shí) 間 /d 營 養(yǎng)液 脫 氨 沼 液 稀 釋 倍 數(shù) 5倍 10倍 15倍 20倍 25倍 30倍 0 6.11 0.06 6.76 0.03 6.69 0.08 6.81 0.01 6.80 0.04 6.90 0.03 7.03 0.02 35 6.78 0.02 8.50 0.07 8.36 0.03 8.45 0.11 8.34 0.03 8.54 0.24 8.38 0.13 0 17.00 1.41 378.82 2.70 189.41 4.00 126.26 2.64 94.70 5.44 75.76 2.99 63.13 2.74 35 2.00 0.49 15.00 0.21 20.7 0.50 11.6 0.42 14.7 0.49 12.3 0.50 10.3 0.49 0 1830 49.00 3417 59.00 1984 11.31 1549 20.51 1099 40.31 853 4.95 502 1.41 35 501 1.00 498 1.41 370 3.54 311 2.12 234 7.78 251 1.41 122 7.78 0 7.75 0.18 3.90 0.21 2.58 0.08 1.90 0.14 1.55 0.11 1.29 0.21 35 2.64 0.10 0.87 0.02 0.59 0.04 0.43 0.04 0.31 0.06 0.29 0.03 0 9.06 0.04 18.5 0.35 9.4 0.42 6.3 0.21 4.7 0.49 3.7 0.21 3.03 0.23 35 0.76 0.090 0.24 0.020 0.13 0.010 0.11 0.007 0.05 0.004 0.04 0.006 0.02 0.001 水 質(zhì) 指 標(biāo) pH值 COD/mg L -1 EC/ S cm -1 TP/mg L -1 氨 氮 /mg L -1 梁 飛 虹 ， 等 ： 基 于水 培 技 術(shù) 的 沼 液 凈 化 及 生 菜 品 質(zhì)提 升 791 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 第 37卷第 4期 倍 數(shù)的增 加 ，沼 液 中 富 含 的 營 養(yǎng) 元 素含量 過 低 ，已 無 法 滿 足 生 菜 的 正 常 生長，進(jìn) 而 使 生 菜 發(fā) 生 畸 形 生長 ， 失 去 了 生 產(chǎn) 優(yōu)勢 生 菜 的 價(jià) 值 ，如 圖 2所 示 ，具 體表 現(xiàn) 為 根 長大 幅 增 加 、 株高 變 矮 （ 圖 3a）， 其 中 根 長與 營 養(yǎng) 液 組 之 間 的 差異 顯著 。 從 生 菜 相 對生長 量 角 度來 看 ，與 營 養(yǎng)液 水 培 情 形 相 比 ， 脫 氨 沼 液 水 培 的生 菜 相 對生長 量 更 高 ，尤 其 是 510倍 稀 釋 時(shí)，生 菜 相 對生長 量 增 加 超 過 60%， 兩 者 與 營 養(yǎng)液 組 之 間 的 差異 顯著 （ 圖 3d）。 其 原 因 可 能 在 于 兩 者 之 間 根 系 吸收 與 物 質(zhì) 同 化 能力 不同 。 圖 4反 映 了 不同水 培 液 培 養(yǎng) 后生 菜 的 根 系 活力 。 根 系 活力是以 脫 氫 酶活 性（ 以 四 氮 唑 還 原 強(qiáng) 度 表 示 ）為指 標(biāo) ，酶活 性 的 高低 與 底 物 濃 度相 關(guān) 。 如 圖 4所 示 ，與 化學(xué) 營 養(yǎng)液 水 培 相 比 ， 稀 釋 5倍 和 10倍 的 脫 氨 沼 液 水 培 的生 菜 根 系 活力 略 有 降低 ，但差異 并不顯著 ，這 說 明 此 時(shí) 沼 液 中的 營 養(yǎng) 元 素 與 礦 物 質(zhì) 濃 度 較 高 ， 能 完 全 滿 足 生 菜 根 系 吸收 及 自 身需 求 6， 24 ， 因 而 脫 氫 酶酶 促 反應(yīng) 可 達(dá) 到 過 飽 和 狀 態(tài) （處于 0級 反應(yīng) 階 段 ）， 故 其 根 系 活力 只 圖 2脫氨沼 液 栽 培 35d后 的生 菜表 現(xiàn) 型 Figure2Phenotypeoflettucecultivatedbybiogasslurrywith differentdilutionratiosfor35days 圖 3 不同 水培 液 培養(yǎng) 后 的生 菜 農(nóng) 藝 學(xué)特 征 Figure3Agronomiccharacteristicsoflettucecultivatedindifferenthydroponicsolutions 稀 釋 5 倍 稀 釋 10 倍 稀 釋 15 倍 稀 釋 20 倍 稀 釋 25 倍 稀 釋 30 倍 營 養(yǎng) 液 清 水 400 300 200 100 0 營 養(yǎng)液 * 株高 根 長 * * 10倍 清 水 20倍 25倍 30倍 5倍 15倍 50 45 40 35 30 營 養(yǎng)液 10倍 清 水 20倍 25倍 30倍 5倍 15倍 *：以 營 養(yǎng)液 為 參 比 ， =0.1。下同 *： Comparedwiththechemicalnutrientsolution， =0.1.Thesamebelow 200 160 120 80 40 0 營 養(yǎng)液 * * * 10倍 清 水 20倍 25倍 30倍 5倍 15倍 d.生 菜 相 對生長 量 a.生 菜 根 長與 株高 c.生 菜 葉 幅 13 11 9 7 5 營 養(yǎng)液 * * 10倍 清 水 20倍 25倍 30倍 5倍 15倍 b.生 菜 葉片數(shù) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 營 養(yǎng)液 * * * 10倍 清 水 20倍 25倍 30倍 5倍 15倍 圖 4不同 水培 液 培養(yǎng) 后 生 菜 的 根系 活 力 Figure4Rootactivityoflettucecultivatedindifferent hydroponicsolutions 792 第 32卷第 1期 2018年 4月 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 營 養(yǎng)液 10倍 清 水 20倍 25倍 30倍 5倍 15倍 需 發(fā) 揮 到 適 量 時(shí)，生 菜 即 能 正 常 生長 。當(dāng) 脫 氨 沼 液 稀 釋 15倍 時(shí)，生 菜 的 根 系 活力 大 幅 提 升 至 最 大 值 ，與 營 養(yǎng)液 組相 比 差異 顯著， 說 明 此 時(shí) 測 試 沼 液 中的 營 養(yǎng) 元 素 與 礦 物 質(zhì) 含量可 能 剛 好 滿 足 生 菜 的生長 ，因 而 脫 氫 酶酶 促 反應(yīng) 處于 1級 反應(yīng) 階 段 ，酶活 性 最 高 ，故 根 系 活力 較 高 。 但 隨 著 沼 液 稀 釋 倍 數(shù)的 繼 續(xù) 增 加 ， 營 養(yǎng) 元 素 與 礦 物 質(zhì) 含量 繼 續(xù) 下 降 ， 根 系 無 法 吸收 到 充 分的 營 養(yǎng) ，脫 氫 酶 沒 有