鸭粪沼液施用浓度对土壤肥力及芹菜生长的影响

李娇 张学英 时连辉 李恕艳

摘要：为研究规模化肉鸭养殖粪水发酵沼液作为有机肥对土壤肥力及农作物生长的影响，实现沼液的资源化利用，本试验以津南实心芹为材料，采用田间小区试验法，以不施肥和施用化肥作为对照，设置沼液施用浓度梯度（鸭粪沼液分别稀释7.5、10、15、30倍，即沼液用量分别为1.30、1.00、0.65、0.33L/m2）处理，研究鸭粪沼液施用量对土壤肥力及芹菜生长的影响。结果表明，施用鸭粪沼液对土壤pH值影响不大，可显著提高电导率和土壤肥力。与施化肥对照相比，鸭粪沼液施用量为1.30L/m2时土壤有机质、氮、磷、钾含量分别显著提高21.99%、37.07%、24.64%、38.81%，与1.00L/m2用量处理差异不显著;土壤脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶活性均在鸭粪沼液稀释7.5倍时达到最大值，且较化肥处理分别提高72.14%、26.15%、18.81%，过氧化氢酶活性在鸭粪沼液稀释10倍时达到最大值。施用鸭粪沼液芹菜株高、茎粗及叶绿素含量均显著提高，其产量比施化肥提高1.74% ～30.64%。综上，鸭粪沼液稀释10倍即沼液施用量1.00L/m2有利于改善土壤质量，促进芹菜生长，提高芹菜产量。

关键词：鸭粪沼液;施用浓度;土壤肥力;土壤酶活性;芹菜生长

中图分类号：S636.301：S141.1 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2021）12-0130-07

沼气工程的蓬勃发展成为畜禽养殖废水处理的新手段，与此同时，其液体残留物沼液的高效循环利用却是畜禽养殖行业发展的瓶颈[1]。研究表明，我国养鸭数量居世界首位，养殖过程中产生大量的废水及废料，给环境带来的影响不可估量[2]。由于鸭子生理的特殊性，其排泄物含水量比较高、粘度大，尤其是集约化养殖场，若处理不及时，会迅速发酵，不仅加大处理难度，还给环境带来严重污染[3]。

畜禽养殖废水经沼气工程厌氧发酵产生的沼液中含有丰富的氮、磷、钾等大量元素及作物生长发育所需要的中微量元素，且以速效养分为主，利用率高，对改善土壤理化性质、提高作物抗病虫害能力都有积极作用[4]。张莉等[5]研究表明施用沼液可明显改善土壤结构，增加土壤有机碳、N、P、K及中微量营养元素的有效态含量，提高土壤微生物活性和酶活性。王毅琪等[6]研究表明，施用全沼液可以改善土壤理化性质，增加土壤养分含量。赵莉[7]通过研究施用沼液对水芹的影响，发现沼液替代化肥的比例为50%左右时，水芹生长旺盛，产量明显增加。施用一定浓度的沼液可促进果树高产，减少化肥的使用[8]。因此，充分利用沼液以提高作物产量品质及土壤质量具有重要意义。

本试验以不施肥和施用化肥为对照，设置4个鸭粪沼液浓度梯度，研究其对土壤肥力及芹菜生長的影响，以期筛选出提高土壤质量及适合芹菜生长的最佳沼液浓度，实现鸭粪沼液在农业生产上的资源化利用。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验在山东农业大学资源与环境学院南校实验站进行。供试土壤为棕壤，基本理化性质见表1。供试沼液为鸭粪经正常厌氧发酵后固液分离的原沼液，基本理化性质见表2。供试芹菜品种为津南实心芹。

1.2 试验设计及方法

采用田间小区试验法，共设置6个处理，分别为：清水处理（CK）;复合肥（N25%、P2O510%、K2O10%）处理，用量0.15kg/m2（HF）;鸭粪沼液稀释30倍，即沼液用量0.33L/m2（T1）;鸭粪沼液稀释15倍，即沼液用量0.65L/m2（T2）;鸭粪沼液稀释10倍，即沼液用量1.00L/m2（T3）;鸭粪沼液稀释7.5倍，即沼液用量1.30L/m2（T4）。随机区组排列，重复3次。小区面积为0.8m×1.5m=1.2m2。芹菜种植行距15cm，株距10cm。小区之间设置宽0.4m、高0.5m的田埂，四周设置保护行。

于2020年7月20日播种，10月10日收获。芹菜定植一周后开始用鸭粪沼液处理，各处理一次性浇灌量为10L/m2，3～5天施用一次，共施用15次。除施肥外其它管理措施如除草、浇水、防病除虫等均保持一致。

1.3 样品采集与测定

芹菜收获后带回实验室，去除黄叶，洗净根部，分为地上和地下部分，于105℃鼓风干燥箱中杀青2h，再于75℃烘至恒重。采集0～20cm土层样品，剔除植物残体后混匀带回实验室，风干，过筛。

pH值和电导率（EC值）：电位法，采用上海雷磁pH计测定;全氮：H2SO4消化法，采用K1160全自动凯氏定氮仪测定;有效磷：NaHCO3浸提-钼锑抗比色法，采用UV-5100紫外可见分光光度计测定;速效钾：NH4OA浸提-火焰光度法，采用F-100火焰光度计测定;有机质：重铬酸钾容量法-外加热法测定[9]。脲酶：苯酚-次氯酸钠比色法测定;磷酸酶：磷酸苯二钠比色法测定;蔗糖酶：3，5-二硝基水杨酸比色法测定;过氧化氢酶：KMnO4滴定法[10]测定。

株高用刻度尺测量，茎粗采用游标卡尺测量，地上、地下部分干鲜重用电子天平称量。在芹菜生长至20、30、40、50天时，测定其叶片叶绿素含量（SPAD值），使用SPAD-502PLUS手持型叶绿素仪测定。

1.4 数据处理

采用MicrosoftExcel2010系统进行数据处理，SPSS22软件进行统计分析，邓肯氏法进行单因素方差分析（P<0.05），采用Origin2018软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 鸭粪沼液施用浓度对土壤pH、EC值的影响

由表3可以看出，与芹菜种植前土壤pH值（7.71）相比，除HF处理土壤pH值降低外，不同浓度沼液处理土壤pH值均有小幅升高，其中T2、T3处理显著高于CK。这可在一定程度上防止土壤酸化现象。土壤的EC值随鸭粪沼液施用浓度的增加呈升高趋势，不同浓度处理与对照差异均达显著水平，其中T3、T4处理显著高于其它处理，表明不同鸭粪沼液浓度对土壤电导率均有显著影响。

2.2 鸭粪沼液施用浓度对土壤有机质含量的影响

芹菜收获期，除T1外不同浓度鸭粪沼液处理的土壤有机质含量均显著高于CK和HF处理，且随施用浓度的增加呈上升趋势（图1）。其中T3、T4处理土壤有机质含量增幅较大，比CK提高23.69%、28.67%，比HF处理提高17.27%、21.99%，其次为T2、T1处理，二者无显著差异;HF处理与CK无显著差异。

2.3 鸭粪沼液施用浓度对土壤氮磷钾含量的影响

如图2A所示，施用鸭粪沼液后土壤全氮含量显著增加。芹菜种植前，土壤全氮含量为0.64g/kg，收获后CK土壤全氮含量降低;HF处理有一定程度的增加;T4处理土壤全氮含量最高，比HF处理显著增加37.07%，其次为T3、T2、T1处理;随着鸭粪沼液浓度的增加，土壤全氮含量呈升高趋势，除T1处理外，其它处理之间差异不显著。

由图2B看出，除CK土壤有效磷含量比芹菜种植前有所下降外，施用鸭粪沼液的各处理土壤有效磷含量均有不同程度的提高，较HF处理显著增加7.38% ～24.64%。其中T4处理增加最多，比CK增加62.24%，其次为T3、T2处理。土壤有效磷含量随鸭粪沼液浓度的增加呈升高趋势，但T2、T3、T4处理间差异不显著。

如图2C所示，施用沼液提高土壤速效钾含量，且随沼液浓度的增加而增加，T1～T4各处理较CK均显著增加，T3、T4较HF处理显著增加。与芹菜种植前相比CK土壤速效钾含量有所降低，HF处理则有一定程度的升高，二者差异显著;芹菜收获时T4处理土壤速效钾含量最高，为202.67mg/kg，较HF处理增加38.81%，其次为T3、T2、T1处理。

2.4 鸭粪沼液施用浓度对土壤酶活性的影响

土壤脲酶是一种专性极强的酰胺酶，是土壤中重要的水解酶之一。施用鸭粪沼液后，土壤脲酶活性均有不同程度的增加，且其活性與沼液施用量呈正比。各处理土壤脲酶活性表现为T4>T3>T2>T1>HF>CK，CK显著低于其它处理，芹菜收获时T4处理土壤脲酶活性为2.41mg/（g·d），较HF处理显著增加72.14%，T2、T3、T4处理间无显著差异（表4）。

由表4看出，土壤蔗糖酶活性随鸭粪沼液浓度增加呈升高趋势，且鸭粪沼液处理均显著高于HF和CK处理。其中T4处理土壤蔗糖酶活性最大，较HF处理增加26.15%，而与T3处理无显著差异;CK与HF处理无显著差异。可见，施用鸭粪沼液可显著提高土壤蔗糖酶活性。

磷酸酶广泛存在于土壤中，主要催化土壤中磷转化成易被生物体吸收的磷，提高其利用率，是土壤磷转化的重要反映[11]。由表4看出，施用鸭粪沼液后土壤中性磷酸酶活性均显著高于CK，且随鸭粪沼液浓度增加活性增强，沼液处理组较HF处理增加7.85% ～18.81%。其中T4处理增幅最大，其它处理与HF处理无显著差异。

过氧化氢酶是一种氧化还原酶，将土壤中的过氧化氢分解为H2O和O2，避免生物体因过氧化氢的积累而遭受毒害，具有防御作用[12]。施用鸭粪沼液不同程度地增强了土壤过氧化氢酶活性（表4），且随鸭粪沼液浓度的增加呈现先升高后降低的趋势。芹菜收获时T3处理土壤过氧化氢酶活性最大，为13.44mL/（g·h），较HF处理显著增加12.56%，其次为T4处理，T1、T2处理无显著差异但显著低于前二者。

2.5 鸭粪沼液施用浓度对芹菜株高、茎粗及地上地下部干重的影响

由图3可知，随着沼液施用浓度增加，芹菜株高表现出先升高后降低趋势，T3处理效果最好，整个生育期始终最高，较HF处理显著增加13.96% ～23.70%，其次为T2、T1、T4处理。说明施用一定浓度的鸭粪沼液有利于芹菜株高的增加。

芹菜茎粗也随鸭粪沼液施用浓度增加呈现出先升高后降低趋势。采收期，T3处理芹菜茎粗最大，较HF处理显著增加21.62%，其次为T4、T2、T1处理。说明养分浓度过高或过低都不利于芹菜生长发育。

由图4A、B看出，芹菜地上部干鲜重随沼液施用浓度的增加呈先升高后降低趋势。沼液各处理较HF处理地上部鲜重增加1.74% ～30.64%，T3处理最高，与T2处理差异不显著而显著高于其它处理，T1、T2、T4处理与HF处理间差异不显著。地上部干重以T3处理最大，其次为T2、T1处理，4个沼液处理间无显著差异。相比HF处理，各沼液处理地上部干重增加2.65% ～9.06%。

芹菜地下部鲜重随沼液施用浓度的增加呈先升高后降低趋势，T3较HF处理显著增加21.68%，其次为T2、T1、T4处理，T1与T4处理间无显著差异。地下部干重与鲜重变化趋势一致，T3处理地下部干重最大，较HF处理显著增加20.78%，T4处理增幅最小，但显著高于CK，说明施用适量浓度沼液有利于提高芹菜产量（图4C、D）。

2.6 鸭粪沼液施用浓度对芹菜SPAD值的影响

芹菜SPAD值随生育时期推进总体呈上升趋势，至50天达最高，且随沼液浓度增加呈先升高后降低趋势（图5）。不同浓度鸭粪沼液处理芹菜SPAD值较CK增加17.31% ～32.71%，其中T3处理增加最为显著，在整个生育期均最大，其次为T2处理，T3与HF处理相比增加17.03% ～23.93%。

3 讨论

3.1 鸭粪沼液施用浓度对土壤pH、EC值的影响

鸭粪沼液成分复杂，本身含有大量有机酸和腐植酸，施入土壤后刺激根部分泌物增加，影响土壤微生物活动，影响土壤团聚体的形成，从而影响土壤的酸碱性[13]。本研究表明，施用鸭粪沼液提高了土壤pH值，可以在一定程度上有效降低土壤酸化的风险，且沼液施用浓度与土壤pH之间无相关性。

沼液本身EC值远远高于土壤，原因是养殖废水中含有较高的盐分，厌氧发酵过程将其转化为离子态，从而造成沼液盐浓度较高。魏彬萌等[14]研究发现，土壤EC值与沼液浓度呈正比，这与本研究结果一致。本研究表明随着沼液稀释浓度的降低，沼液盐分含量降低，CK由于没有外源添加，所以土壤EC值有所降低，再加上土壤本身的扩散作用导致土壤中可溶性盐离子浓度基本保持稳定。有研究表明，灌溉沼液可以降低土壤的EC值，对土壤起保护作用[15]。这是因为不同原料的沼液、不同的土壤性质导致研究结论不同。

3.2 鸭粪沼液施用浓度对土壤养分含量的影响

施用沼液后，土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量均有所提高，且在一定范围内施肥量与土壤养分含量之间存在正相关关系。这可能是因为沼液本身含有丰富的有机质，其次还有纤维素、木质素等，在微生物作用下分解，从而提高土壤有机质累积速率，增加土壤有机质含量[16]。

沼液中的养分多以速效养分为主，施入土壤后易被作物吸收利用，且易被土壤中的微生物分解，提高土壤全氮和速效养分含量，从而在一定程度上改善土壤的理化性质。本研究中，土壤全氮含量有一定程度的降低，这可能是土壤中的一部分速效养分被作物吸收利用及土壤固定损失。芹菜生长前期需要大量吸收土壤速效养分，第50天芹菜处于生长后期，所需养分减少，因此土壤全氮含量开始升高。吕汶霖[17]研究沼液在小麦上的应用也得出相似结论，施用沼液超过4.5×104kg/hm2显著提高土壤全氮含量。

沼液含有大量改善土壤结构的物质，如生长素和腐植酸等，能够增加土壤的保水性和保肥性，为微生物提供良好的土壤环境以分解、转化和释放土壤养分，提升土壤速效养分含量[18]。本研究中，芹菜生长后期所需要的速效养分含量减少，从而导致土壤有效磷和速效钾含量升高。

3.3 鸭粪沼液施用浓度对土壤酶活性的影响

土壤酶是土壤养分转化的催化剂，其强弱能反映出土壤微生物的活性高低，反映土壤质量、肥力和健康状况[19]。施用沼液后，土壤脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶和过氧化氢酶活性较施用化肥均有不同程度的提高。Hui等[20]研究表明，施用沼液可以提高土壤脲酶、蔗糖酶及磷酸酶活性，过氧化氢酶活性变化与温度相关，这与本研究结论相似。因为沼液中含有丰富的速效营养物质及易分解的含氮化合物和大量促进分泌土壤酶类的生物活体，因此沼液浓度越高，中性磷酸酶、蔗糖酶活性越大。随鸭粪沼液用量增加，土壤过氧化氢酶活性先增加后降低，可能是因为土壤中的铁和锰对土壤过氧化氢的分解起促进作用[21]。

3.4 鸭粪沼液施用浓度对芹菜生长的影响

株高、茎粗可明显反映植株生长的基本态势，SPAD值可直接反映光合作用的强弱[22]。邓宇群[23]研究表明，施用沼液后，番茄较对照长势好，不同沼液施用比例对番茄产量有不同程度的提高。本研究中施用沼液较施用化肥显著提高了芹菜的叶绿素含量，促进芹菜的生长发育，尤其是鸭粪沼液施用量1.00L/m2处理效果最好。因为沼液含有大量的速效养分，易被植物根部直接吸收利用;其含有的中微量元素及生物活性物质，是合成叶绿体光合色素的必要物质，是满足植物生长的“速效营养库”[24]，从而提高叶绿体光合色素含量，促进芹菜进行光合作用，有利于芹菜干物质积累，从而提高产量。但是沼液浓度过高或过低都不利于作物生长发育，对作物生长起胁迫作用，可能是因为沼液中含有大量生长素、赤霉素、氨基酸等促进作物生长发育的营养物质[25]。

4 结论

施用鸭粪沼液可在一定程度上缓解土壤酸化现象;提高土壤脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶及过氧化氢酶活性，促进土壤氮、磷、钾、有机质等养分的转化，从而提高土壤肥力。施用一定浓度的鸭粪沼液促进芹菜株高、茎粗的增加，提高光合作用，促进芹菜干物质的积累。本研究认为，鸭粪沼液稀释10倍即施用量为1.00L/m2为最佳施用浓度，既对土壤及作物不造成伤害，又能节约资源，有利于土壤肥力提高和芹菜生長。