施用腐熟陈藻水对青菜产量和土壤质量的影响

耿德晔 吕锡武 余亚琴，2

(1东南大学能源与环境学院，南京 210096)

(2盐城工学院土木工程学院，盐城 224003)

施用腐熟陈藻水对青菜产量和土壤质量的影响

耿德晔1吕锡武1余亚琴1，2

(1东南大学能源与环境学院，南京 210096)

(2盐城工学院土木工程学院，盐城 224003)

以太湖蓝藻暴发期打捞的富藻水沤制腐熟的陈藻水为原料，设置低量陈藻水、中量陈藻水、高量陈藻水、化肥及空白对照5个试验，用盆栽模拟法研究腐熟陈藻水施用于青菜对其产量和空白土壤质量的影响.结果表明:施用低量陈藻水和化肥的青菜产量分别增加27%和26%，而施用化肥的土壤有机质含量较空白对照试验降低26%，施用陈藻水的土壤有机质含量则变化不大，土壤全氮含量和碱解氮含量随着施用的腐熟藻水量增加而增加.因此适量腐熟陈藻水会增加作物产量，改良土壤理化性质，增加土壤有机质、全氮和碱解氮含量.

腐熟陈藻水;青菜产量;土壤质量

近年来，随着太湖沿岸工农业迅速发展，大量的工业废水、生活污水和农业废水等排入太湖，导致水体富营养化越来越严重.蓝藻过度繁殖一方面争夺了其他生物的营养物质和溶解氧，另一方面形成的油状物质阻碍大气向水中复氧，使水体透明度和溶解氧下降，严重阻碍和破坏了水域生态和水功能［1］.为了及时有效地控制蓝藻大规模爆发，目前最直接和有效的方法就是打捞.自2007年无锡发生水质危机开始到2011年，江苏省5年间共从太湖打捞蓝藻287万t.由于蓝藻暴发季节数量巨大，藻水分离站处理能力有限，因而大多数打捞的蓝藻被安放在打捞站附近的沟渠、洼地以及人工修砌的水池中.存放的陈藻水会逐渐水解腐熟，藻毒素也基本被降解.许丽娟［2］的研究表明，存在于新鲜蓝藻细胞中的微囊藻毒素随着腐熟过程中细胞的破裂逐渐转移至细胞外部，到第9天时基本完全释放出来，但在前9 d内藻毒素降解缓慢，在之后藻毒素降解速率增大，到第21天后降解率达到96.5%.腐熟陈藻水中的COD含量、TN、TP等含量较高，无法满足直接排放的要求，如果一旦流出池体将会恶化周围环境，形成二次污染［3－4］.目前针对打捞蓝藻的研究主要集中在厌氧发酵以及将发酵沼液沼渣作为肥料方面，而对于数量更大的陈藻则鲜有报道.腐熟陈藻作为有机肥料与常规化肥相比有很多优势.有机肥料的施用会改善土壤环境［5］.Tripathi等［6］研究证明，将粉煤灰、混有氮肥的花园土与蓝藻生物肥料混用不仅有利于水稻的生长、改善营养物质组成以及提高产量，而且减少稻田对氮肥的高需求.Stokstad［7］经过21年研究表明种植某些作物的有机农田与施用化肥的农田相比不仅产量相当，而且土壤环境好.

本文以青菜及土壤为研究对象，探索腐熟蓝藻的不同施用量对青菜产量及土壤质量的影响，以期通过腐熟藻水还田为处理大量陈藻水提供应用依据和参考，从而为太湖蓝藻处理减轻压力.同时一定程度上减少化学肥料使用，改善土壤环境，具有经济效益、社会效益和环境效益［8］.

1 材料与方法

本试验利用盆栽模拟法验证腐熟陈藻水施用于青菜的可行性，并且确定最佳施用量.试验期间平均气温偏高，平均温度为18.1℃;降水正常，下雨日为5 d;日照充足.

1.1 供试材料

试验设在宜兴市丁蜀镇方钱村东南大学太湖水环境研究基地，土壤取于附近城东港大桥下农田内，有机质含量为16.27 g/kg，全N含量为0.55 g/kg，碱解N含量为58 mg/kg，速效 P含量35 mg/kg.供试品种为宜兴市芳丰蔬菜种子公司生产的“四季小园菜”.施用腐熟陈藻水为2011年11月取自宜兴市新庄街道茭渎港蓝藻打捞站陈藻池，其总氮、总磷、氨氮、硝氮含量分别为456.6，42.6，208.4，2.5 mg/L，藻毒素含量未检出.

1.2 试验设计

试验所用容器为外径30 cm的塑料花盆，各试验重复2次.青菜种子于2012年3月27日用0.3%的双氧水(H2O2)消毒后，用蒸馏水洗净，然后挑选均一、形态正常的种子置于2层滤纸的培养皿中，将培养皿放入25℃的恒温培养箱中培苗.当幼苗长到3 cm左右时，选取长势一致的幼苗转移至容器中，待其成活后进行间苗，这样各容器中生长着大小、长势一致的5棵青菜苗，并且开始施用不同量的腐熟陈藻水.处理15 d后采样，测定各处理青菜产量和土壤质量指标［9］.

1)试验1.对照试样，仅施用自来水.

2)试验2.低量藻水浇灌，按37.5 kg/hm2尿素(含纯氮46%)计算，每次需施用腐熟藻水260 mL.

3)试验3.中量藻水浇灌，按75.0 kg/hm2尿素计算，每次需施用腐熟藻水520 mL.

4)试验4.高量藻水浇灌，按150.0 kg/hm2尿素计算，每次需施用腐熟藻水1 040 mL.

5)试验5.化肥浇灌，按75.0 kg/hm2尿素计算，每次需施用含尿素0.53 g的化肥水.

以上各试验每隔2 d施用1次，其他所有栽培管理措施均按当地生产习惯统一实施，试验期间的病虫害防治、除草等农事操作按常规方式进行，各试验均保持一致.

1.3 测定方法

1)株高和生物量测定.测量植株高度，洗净植株并且擦干表面水珠称重.

2)土壤理化性质的测定.土壤有机质含量测定采用重铬酸钾容量法(稀释热法)，全氮含量测定采用半微量开氏法，碱解氮含量测定采用碱解扩散法，速效磷含量测定采用碳酸氢钠法［10］.

3)数据处理.运用Excel 2010和SPSS 16.0生物统计软件进行相关数据分析.

2 结果和讨论

2.1 不同陈藻施用量对青菜产量的影响

2.1.1 不同陈藻施用量对青菜株高的影响

由图1(a)所示，不同陈藻施用量对青菜株高的影响不同.其中施用化肥的青菜最高，其次是施用低量腐熟陈藻的试验2，与对照试样相比分别增加了14%和12%，两者与对照试样、施用中量和高量陈藻的试验相比差异显著，但两者之间差异并不显著;施用中量腐熟陈藻的青菜株高较对照试样增加了0.8%，差异并不显著;施用高量腐熟陈藻较对照试样降低了3.2%，差异不显著.

图1 不同陈藻施用量对青菜产量的影响

2.1.2 不同陈藻施用量对青菜生物量的影响

由图1(b)所示，不同陈藻施用量的青菜生物量趋势与株高相似，施用低量腐熟陈藻的青菜生物量最高，其次为施用化肥的试验5，分别增产27%和26%，两者与对照试样相比差异均显著，但两者之间差异不显著;施用中量和高量陈藻的青菜产量较对照试样增产了3.2%和3.5%，与对照试样相比差异均不显著，但与试验2和试验5相比显著降低.

蓝藻是一种有机生物体，因此与化肥相比含有较全的营养元素［11］，经过水解腐熟后陈藻水拥有更高的速效养分比例，容易被作物吸收.从青菜株高和生物量来看，低量陈藻水浇灌以及化肥施用有明显的增产效果，这是由于蓝藻含有大量的N，P及其他营养物质，经过水解腐熟后一部分变成与化肥相似的易被植物吸收利用的速效养分，提高了青菜产量.从图1可知，随着施用腐熟陈藻水量的增加，青菜株高和生物量逐渐降低.原因可能有2方面:①陈藻水中可能含有低浓度的MC-LR.Pflugmacher等已经研究证明，MC-LR会抑制作物的生长［12－13］.② 由于本试验中施用陈藻水的浓度较低，因而施用水量随着所需氮量的增加而迅速增加，过多的水分可能会抑制青菜的生长.须晖等［14］研究表明，灌溉水量过高或过低都不利于作物的生长，因此将腐熟陈藻水作为肥料施用于作物时应该注意控制其浓度以防止过量的藻水而抑制农作物的生长.在今后的研究中可以考虑将腐熟陈藻水和化肥配施或者通过增加蒸发提高其氮磷等营养物质浓度，以弥补腐熟陈藻水作为肥料营养成分过低的缺陷.

2.2 陈藻施用量对土壤理化性质的影响

2.2.1 陈藻施用量对土壤有机质含量的影响

有机质是土壤中氮磷等营养元素的重要来源，它含有刺激植物生长的胡敏酸等物质，具有胶体特性，能吸附较多的阳离子，使土壤具有保肥力和缓冲性，还能改善土壤结构，也是土壤微生物必须的能源和碳源.长期施用无机化肥会破坏土壤团粒，使其发生板结，表现为土壤有机质匮乏，透气性、蓄水性严重下降，土壤生态环境破坏，微生物菌群减少.如图2所示，施用化肥的试验5土壤有机质含量与对照试样相比降低了26%，土壤肥力大大降低，而有机质的减少势必破坏土壤的结构.Mader等［15］研究发现有机耕作可增加土壤肥力及生物多样性，使农田系统减少对外部养分输入的依赖.腐熟陈藻水作为有机肥料，将其施用于农田有助于保持和提高土壤有机质.土壤改良是一个长期的过程，但是本次试验仅维持了半个月，因此图2中不同陈藻施用量的土壤有机质含量与施用化肥的结果相比显著增加，而与对照试样相比无显著差异.

图2 不同陈藻施用量对土壤有机质的影响

2.2.2 陈藻施用量对土壤全N含量的影响

由图3(a)所示，施用腐熟陈藻水的试验2、试验3和试验4土壤全N含量与对照试样相比分别增加了26.1%，41.3%和47.8%.由于腐熟陈藻水既含有青菜即时生长所需的速效养分，还含有大量未分解的有机物，能够提高土壤全N含量，维持作物更久的生长养分需要，因此土壤全N含量随着施用腐熟陈藻水量增加而增加.无机化肥主要提供速效养分，只能维持植物生长所需的养分，而多余的营养物质会随着水分流失，因此对于土壤全N含量基本没有贡献，施用化肥的土壤全N含量与对照试样相比显著增加了28.3%，与试验2相当.

2.2.3 陈藻施用量对土壤碱解N含量的影响

由图3(b)所示，施用腐熟陈藻水的试验2、试验3和试验4土壤碱解N含量与对照试样相比分别增加了22.9%，74.8%和124.8%，其中试验3和试验4与对照试样相比有显著差异.腐熟陈藻水中含有大量可供土壤和植物吸收的速效N以及有机物不断分解出的营养物质，因此随着腐熟藻水量的增加，土壤碱解N含量呈递增趋势.化肥中含有供植物生长所需的速效N与少量腐熟陈藻水对于土壤碱解氮的贡献相当，试验5土壤碱解氮含量为59.15 mg/kg，与对照试样及试验2无显著差异.

图3 不同陈藻施用量对土壤氮的影响

2.2.4 陈藻施用量对土壤速效P含量的影响

由于试验中土壤磷含量较高，掩盖了不同试验对土壤磷含量的影响.试验4和试验5土壤速效P含量与对照试样相比无显著差异.适量的腐熟陈藻水会提供植物生长所需的磷养分，减少吸收土壤中的速效P.如图4所示，施用低量、中量腐熟陈藻水的试验2和试验3土壤速效P含量与对照试样相比分别增加了9.0%和9.8%，两者之间无显著差异.

图4 不同陈藻施用量对土壤速效P的影响

3 结论

1)低量陈藻处理明显增加青菜株高和产量，株高和产量与对照试样相比分别增加了12%和27%.适量的腐熟陈藻水施用于青菜会增加其株高和产量，合适的施用量为37.8 m3/hm2.

2)施用陈藻水与化肥相比能明显改善土壤理化性质，增加土壤有机质含量和全氮含量，减少对环境及生态的破坏.土壤全氮含量及碱解氮含量随着施用藻水量的增加而增加.

3)蓝藻作为肥料推广的障碍是其含有的藻毒素，本试验所使用的陈藻水腐熟时间超过6个月，因此未测出藻毒素，但在实际应用中应该加强监测陈藻水、青菜和土壤中藻毒素含量，以保证食品安全和土壤环境.

［1］许玲，张无敌，尹芳，等.蓝藻综合利用研究现状［J］.现代农业科技，2010(8):283－284.

Xu Ling，Zhang Wudi，Yin Fang，et al.Research status on integrated utilization of blue algae［J］.Modern Agricultural Science and Technology，2010(8):283－ 284.(in Chinese)

［2］许丽娟.腐熟蓝藻厌氧发酵工艺研究［D］.南京:东南大学能源与环境学院，2012.

［3］周庆，严少华，宋伟，等.悬浮载体对蓝藻厌氧发酵产沼气过程的影响［J］.江苏农业学报，2009，25(6):1305－1308.

Zhou Qing，Yan Shaohua，Song Wei，et al.Influences of suspended carrier on anaerobic digestion process of blue algae［J］.Jiangsu Journal of Agricultural Sciences，2009，25(6):1305－1308.(in Chinese)

［4］朱晓燕，吕锡武，朱光灿.蓝藻藻浆厌氧发酵技术研究现状及展望［J］.中国科技论文在线，2009，4(5):362－366.

Zhu Xiaoyan，Lü Xiwu，Zhu Guangcan.Current status and future prospect of anaerobic fermentation technology for blue algae［J］.Sciencepaper Online，2009，4(5):362－366.(in Chinese)

［5］Ding Weixin，Meng Lei，Cai Zurong，et al.Effects of long-term amendment of organic manure and nitrogen fertilizer on nitrous oxide emission in a sandy loam soil［J］.Journal of Environmental Sciences，2007，19(2):185－193.

［6］Tripathi R D，Dwivedi S，Shukla M K，et al.Role of blue green algae biofertilizer in ameliorating the nitrogen demand and fly-ash stress to the growth and yield of rice(Oryza sativa L.)plants［J］.Chemosphere，2008，70(10):1919－1929.

［7］Stokstad E.Organic farms reap many benefits［J］.Science，2002，296(5573):1589.

［8］He Shengbin，Yan Li，Kong Hainan，et al.Treatment efficiencies of constructed wetlands for eutrophic landscape river water［J］.Pedosphere，2007，17(4):522－528.

［9］薛延丰，李慧明，石志琦.蓝藻发酵沼液对青菜生物学特性和品质影响初探［J］.江西农业学报，2009，21(10):59－62.

Xue Yanfeng，Li Huiming，Shi Zhiqi.Effects of biogas slurry of blue algae on biological characteristics and quality of Chinese cabbage［J］.Acta Agriculturae Jiangxi，2009，21(10):59－62.(in Chinese)

［10］鲍士旦.土壤农化分析［M］.2版.北京:中国农业出版社，2000.

［11］姜继辉，严少华，陈巍，等.太湖蓝藻发酵后沼渣和沼液的肥效研究［J］.江苏农业学报，2009，25(5):1025－1028.

Jiang Jihui，Yan Shaohua，Chen Wei，et al.The research on fertilizer efficiency of Taihu lake cyanobacteria residue［J］.Jiangsu Journal of Agricultural Sciences，2009，25(5):1025－1028.(in Chinese)

［12］Pflugmacher S.Possible allelopathic effects of cyanotoxins， with referenceto microcystin-LR， in aquatic ecosystems［J］.Environmental Toxicology，2002，17(4):407－413.

［13］Gehringer M M，Kewada V，Coates N，et al.The use of Lepidium sativum in a plant bioassay system for the detection of microcystin-LR［J］.Toxicon，2003，41(7):871－876.

［14］须晖，赵宏辉，李天来，等.灌水量对营养土土壤理化性质及番茄产量的影响［J］.土壤通报，2008，39(3):490－493.

Xu Hui，Zhao Honghui，Li Tianlai，et al.Effects of irrigation water quantity on physical and chemical characteristic of artificially composed soil［J］.Chinese Journal of Soil Science，2008，39(3):490－493.(in Chinese)［15］Mader P，Fliebbach A，Dubois D.Soil fertility and biodiversity in organic farming［J］.Science，2002，296(5573):1694－1697.

Influence of using decomposed stale algae-laden water on productivity of green vegetables and soil quality

Geng Deye1Lü Xiwu1Yu Yaqin1，2

(1School of Energy and Environment，Southeast University，Nanjing 210096，China)
(2School of Civil Engineering，Yancheng Institute of Technology，Yancheng 224003，China)

Taking stale algae-laden water refloated in the blue-algae outbreak period as the material，the influence of using the decomposed stale algae-laden water on the productivity of green vegetables and soil quality was studied with the aid of potted simulation method.Five experiments including low quantity of stale algae-laden water，medium quantity of stale algae-laden water，high quantity of stale algae-laden water，chemical fertilizer and blank control were carried out.The results show that the production of green vegetables with low quantity of stale algae-laden and chemical fertilizer water increase 27%and 26%respectively，while the organic content of soil with chemical fertilizer is 26%lower than that of the blank control.In contrast，the organic content of soil with the stale algae-laden water changes only a little，and the total nitrogen content and alkali solution nitrogen content of soil increase with the increase of the amount of stale algae-laden water.Therefore，appropriate amount of stale algae-laden water may boost the crop yield，improve physical and chemical properties of soil，and increase the organic content，total nitrogen content and alkali solution nitrogen content in soil.

stale algae-laden water;productivity of green vegetables;soil quality

X703.1

A

1001－0505(2013)01-0110-05

10.3969/j.issn.1001－0505.2013.01.021

2012-05-08.

耿德晔(1988—)，男，硕士生;吕锡武(联系人)，男，博士，教授，博士生导师，xiwulu@seu.edu.cn.

国家水体污染控制与治理重大专项资助项目(2009ZX07101-009)、江苏省太湖治理专项资金课题资助项目(TH2010206).

耿德晔，吕锡武，余亚琴.施用腐熟陈藻水对青菜产量和土壤质量的影响［J］.东南大学学报:自然科学版，2013，43(1):110－114.［doi:10.3969/j.issn.1001－0505.2013.01.021］