沼肥种类及不同施氮量对芹菜品质影响研究

姜灵伟，陈 锐，冉 毅，贺 莉，梅自力, 刘宏斌，林 聪，段 娜

(1.中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083； 2. 农业部沼气科学研究所，成都 610041； 3.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081)

能源与环保是当今人们研究和关注的两大热点。厌氧消化因其在处理各种有机废弃物的同时可产生清洁的沼气能源，而受到了广泛的关注[1-2]。沼气工程的发展随之产生了大量的发酵剩余物，因其数量巨大，难于消纳，已经成为了限制沼气技术发展的瓶颈因素。厌氧消化残余物沼渣沼液，也称沼肥，其在农业上的应用效果受到了广泛的证实。沼肥中含有丰富的氮磷钾、有机质、腐植酸及B族维生素等植物生长必需的养分[3]，是优质的有机肥料，施用后既提高了肥效，又降低了农药与化肥的施用量[4]。但在其应用过程中仍面临很多问题，如针对不同沼肥、不同作物、不同土壤、不同环境下的施用方式和管理没有科学、准确和系统的阐述等[5]。

氮素是植物必需的大量营养元素之一，能够刺激植物生长、提供营养并促进生殖发育，增加果实产量和品质等[6-7]。但土壤中的氮素并不能满足植物生长所需的量，因此需要外加氮源来满足植物的生长发育。不同植物所需要的氮素量不同，适量的氮素可促进植物的生长发育，过低则抑制植物生长，过高则会造成温室气体排放对环境造成污染。本研究将沼肥来源(猪粪沼肥、秸秆牛粪沼肥)和施氮量作为影响因素，研究其对芹菜品质的影响，以期比较不同沼肥的作用效果，同时探究最适的施氮量。研究结果可为沼肥的进一步应用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验地点位于北京市通州区潞城镇北京国际都市农业科技园(39.9 °N，116.8 °E)。实验材料为芹菜，品种为四季芹菜，采用春季种植。猪粪沼肥取自河北省衡水市某猪粪沼气工程，秸秆牛粪沼肥取自河北省三河市某大型沼气工程，两种沼肥均经过固液分离后获得沼渣和沼液，放置1个月后备用。猪粪沼渣的全氮含量为39.48 g·kg-1(基于干重)，含水率78.89 %，猪粪沼液的全氮含量为0.42 g·L-1；秸秆牛粪沼渣的全氮含量为15.48 g·kg-1(基于干重)，含水率68.68 %，秸秆牛粪沼液的全氮含量为2.57 g·L-1。

1.2 实验设计

实验采用完全随机区组设计，共10个处理，3次重复。处理1为CK，无任何肥料施用；处理2为HF，纯化肥施用；处理3至处理6为施猪粪沼肥组，施用量分别为8.5，17，34，68 g·m-2y-1；处理7至处理10为施秸秆牛粪沼肥组，施用量同上。每个小区的面积为15.04 m2(3.2 m × 4.7 m)，种植芹菜12行共204株。沼肥处理组以总氮作为标定指标，将沼渣∶沼液以1∶2的比例施用于土壤。在种植前将沼渣按照计算施肥量以基肥方式均匀地施入土中，伴随旋耕，整地做畦，随后定植移栽；蹲苗结束后，芹菜进入快速生长期，沼液通过追肥方式随水冲施，每隔10～15 d施1次，对照追肥为尿素，每隔7～10 d施1次。定植深度以“浅不露根，深不淤心”为宜，栽后立即浇水，在植株缓苗前保持土壤湿润[8-10]。各处理基肥与追肥情况详见表1。

表1 实验设计

1.3 样品采集与测定方法

在芹菜成熟后整株采收，并将植株地上部分和地下部分分开进行检测。芹菜收获期进行品质的测定，VC测定采用2, 6二氯靛酚滴定法[11]；可溶性糖含量采用蒽酮比色法；叶绿素采用浸提比色法，用95%无水乙醇浸提，测量该叶绿素浸提液在波长663 nm和645 nm的光密度D663和D665，按照Arnon修正公式计算叶片的叶绿素a含量和叶绿素b含量。

1.4 数据统计分析

数据采用Excel 2003和Origin进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同沼肥在不同施氮水平下对芹菜株高的影响

如图1所示，施用不同沼肥芹菜的株高总体变化趋势不大；在不同施氮量处理下，施用猪粪沼肥和秸秆牛粪沼肥处理的芹菜株高都随着施氮浓度的升高呈现先上升后下降的趋势。当氮浓度达到 68 g·m-2y-1时，施用两种沼肥的芹菜株高均最小，分别为PMD68处理组51.3 cm和SD68处理组44.4 cm。施用秸秆牛粪沼肥且施氮量为34 g·m-2y-1时，芹菜株高大于化肥处理组，且达到最大为61.4 cm。结果表明，沼肥施用量应控制在合理的浓度内，不宜超过34 g·m-2y-1，过高则会抑制植物的生长。

图1 不同沼肥在不同施氮水平下对芹菜株高的影响

2.2 不同沼肥在不同施氮水平下对芹菜叶绿素含量的影响

植物的光合作用强度对叶绿素的含量起着至关重要的作用，植物中的叶绿素含量主要包括叶绿素a和叶绿素b。如图2～图4所示，不论施用何种沼肥，芹菜的叶绿素a,b含量在施氮量为34和68 g·m-2y-1时较高，其中PMD34的叶绿素a和叶绿素b含量分别为2.17 和0.86 mg·g-1；SD34的叶绿素a和叶绿素b含量分别为2.38和1.03 mg·g-1，与CK相比分别提高了23.6%，35.4%，75.2 %，108.5 %，相比于化肥提高了57.1%，104.3%，72.3%，144.7%。总叶绿素含量与叶绿素a和叶绿素b的变化趋势相同。因此可见，施一定量的沼肥有利于提高芹菜植株内的叶绿素含量。在不同的氮素水平下，叶绿素含量随着施氮量的增加而增加，过高则会对其产生抑制，在本实验中，施氮量在34 g·m-2y-1时效果最好。

图2 不同沼肥在不同施氮水平下对芹菜叶绿素a含量的影响

图3 不同沼肥在不同施氮水平下对芹菜叶绿素b含量的影响

图4 不同沼肥在不同施氮水平下对芹菜叶绿素总含量的影响

2.3 不同沼肥在不同施氮水平下对芹菜维生素C含量的影响

研究表明，维生素C可以增强人体免疫力，延缓衰老，是人体健康不可缺少的营养素之一[12]。因此在研究果蔬品质中维生素C通常作为一个重要的指标。如图5所示，实验组的维生素C含量均比CK低，低浓度氮施用量情况下(TN<34 g·m-2y-1)施用猪粪沼肥比秸秆牛粪沼肥能有效提高芹菜维生素C含量。而在高浓度施氮量情况下，施用秸秆牛粪沼肥处理组其芹菜微生物C含量显著高于猪粪沼肥组。其中PMD 17和SD 68的维生素C含量较高，分别为25.72和27.11 mg·100g-1。结果表明，施用猪粪沼肥时，较低浓度氮的施用水平的维生素C含量更高，而选择秸秆牛粪沼肥时，较高浓度氮施用水平下的维生素C含量更高。

图5 不同沼肥在不同施氮水平下对芹菜维生素C含量的影响

2.4 不同沼肥在不同施氮水平下对芹菜可溶性糖含量的影响

糖含量是植物体内碳素营养状况以及农产品品质、性状的主要参考指标。通常情况下，植物会主动积累可溶性糖以适应外界条件的变化。同时在植物的生长发育过程中，糖会以类似植物激素的方式发挥着调控作用[13]。如图6所示，除了实验组PMD 8.5，其他处理施用沼肥后的可溶性糖含量与空白对照组相比均有所降低。其中施用秸秆牛粪沼肥的可溶性糖含量随着施氮量的增加而增加，在SD 68时达到最大，其含量为0.039%。施用猪粪沼渣的处理组则与之相反，最大值在PMD 8.5，其可溶性糖含量为0.06 %，随着施氮量的增加，可溶性糖含量不断降低。

图6 不同沼肥在不同施氮水平下对芹菜可溶性糖含量的影响

3 讨论

不同来源的沼渣施用于芹菜种植过程中，结果表明同一施氮量水平下不同来源的沼肥所表现出来的肥料特性不同。在低浓度施氮量的情况下，猪粪沼肥的施用效果优于秸秆牛粪沼肥，而在高浓度施氮量的情况下，秸秆牛粪沼肥的施用效果好于猪粪沼肥料组。这可能与秸秆和牛粪的木质纤维素含量高及其特殊结构有关，施用于土壤具有一定的缓释的作用[14]，其长期施用效果有待进一步研究。

同种沼肥在不同施氮量水平下对芹菜品质的研究结果表明沼肥施用量对芹菜的叶绿素含量、维生素C以及可溶性糖含量均有较大的影响，且不同来源的沼肥由于其原料不同，对应不同的氮素水平施用效果也不同。在秸秆牛粪沼肥施用过程中，叶绿素、维生素C和可溶性糖这些品质指标均随着施氮量的增加呈上升趋势。以猪粪沼渣作为肥料施用时，叶绿素含量在高施氮水平条件下较高，而可溶性糖和维生素C在低施氮水平条件下较高，在之前的研究中也有人报道类似结果[15-16]。究其原因，一方面由于秸秆牛粪沼肥和猪粪沼肥的含氮量不同，在施用过程中，沼渣和沼液的施用量存在差异性，而沼渣和沼液中所含氮素的形态以及除氮素以外的其他养分物质含量也不同。另一方面，由于原料的特性差异，秸秆牛粪沼肥与猪粪沼肥相比，具有缓释性。施用沼肥可以有效提高芹菜的叶绿素含量，植物在生长发育过程中也需要磷、钾元素的参与，沼渣和沼液中的磷、钾含量相对较低，不能满足芹菜生长发育所必须，因此，在实际生产中应适量辅以磷钾肥来提高芹菜的品质[17-18]。

4 结论

在以沼肥作为肥料进行芹菜种植时，应认真考虑氮素施用量和养分来源。不同养分来源由于初始原料特性不同，造成养分有效性和质量存在差异性，进而导致芹菜品质存在差异性。中低浓度氮条件下的猪粪沼肥和高氮浓度条件下的秸秆牛粪沼肥更有利于芹菜的营养物质积累。在实际操作中应充分考虑作物的营养需求，在充分考虑氮素条件下，可适量补充其他营养物质含量，以达到最优效果。