鸭粪沼液施用浓度对芹菜生长及品质的影响

李娇,时连辉*,李恕艳*,闫宏,公彦豪,刘尔庆

鸭粪沼液施用浓度对芹菜生长及品质的影响

李娇1,2,时连辉1,2*,李恕艳1,2*,闫宏3,公彦豪3,刘尔庆1,2

1. 土肥资源高效利用国家工程实验室, 山东 泰安 271018 2. 山东农业大学资源与环境学院, 山东 泰安 271018 3. 蒙阴县农业局, 山东 蒙阴 276200

为研究探讨沼液在芹菜上的农用效果，并确定适合芹菜生长的最佳沼液浓度，实现鸭粪沼液的资源化。本试验以津南实心芹为供试芹菜品种，以不施肥和施用化肥处理作为对照，设置不同的沼液浓度梯度（沼液分别稀释7.5、10、15、30倍），研究不同的沼液稀释浓度对芹菜产量品质的影响，以期为鸭粪沼液在芹菜栽培上的合理施用提供理论依据与数据支撑。结果表明，施用稀释10倍的鸭粪沼液可以促进芹菜叶绿体色素的合成，提高光合作用，促进干物质的积累，相比施用化肥其产量提高10.08%～20.46%，其中沼液稀释10倍时效果最好。芹菜中可溶性糖、维C、可溶性蛋白含量显著增加34.18%、37.01%、23.27%；纤维素含量相比施用化肥显著降低52.59%；在一定范围内，施用沼液可以降低芹菜中硝酸盐含量，有利于提高芹菜的适口感。鸭粪沼液稀释10倍时，芹菜中氮、磷、钾等营养成分含量增加最显著，相比施用化肥分别增加8.03%～54.45%、14.09%～36.56%和11.2%～38.12%。综上，当沼液稀释10倍时最有利于芹菜的生长，产量最高且安全无害。

鸭粪沼液; 芹菜; 产量; 品质

近年来，我国畜禽养殖业向着专业化、集约化和规模化健康养殖的方向发展，在新型养殖规模下，畜禽养殖业产生的畜禽养殖废弃物也日益增加[1]。鸭子对饲料的消化率只有30%左右，且养鸭28 d以后鸭粪含水率达到90%以上，粪水产生量大。中国是世界上最大的农业大国之一，有数据显示，我国每年产生的畜禽粪污量达到每年38亿t[2]，其含有丰富的大量元素、矿质元素及生物活性物质等，因此粪液的资源化利用就显得尤为重要，也是行业发展的瓶颈[3]。沼气工程在处理畜禽养殖废弃物等方面发挥着重要作用，但沼液的资源化利用一直都没有得到很好的解决。

沼液的循环利用，是处理鸭粪沼液最经济有效的方法，且随着生活水平的日益改善，人们提高了对蔬菜的品质要求。韩晓莉[4]、魏宗强[5]等研究表明施用沼液可以提高白菜、油菜的产量，降低硝酸盐含量，提升品质；杨敬华[6]研究表明施用沼液促进了茄子的生长发育，茄子产量和品质有了显著提升。

黄亚丽[7]等研究表明，沼液浓度稀释50倍对番茄的叶面喷施效果最好，对改善番茄果实有明显的效果；陈璧瑕[8]等研究表明一定范围内玉米中脂肪和蛋白质的含量随沼液浓度的升高而增加。前人在沼液利用方面已有较多研究，大部分集中在猪粪沼液对粮食作物、番茄、辣椒上的研究，而针对鸭粪沼液在芹菜上的研究相对较少。

本试验选用津南实心芹作为供试芹菜品种，以不施肥和施用化肥为对照，将鸭粪沼液设置4个不同的浓度梯度，研究芹菜产量和品质对鸭粪沼液不同稀释浓度的响应，筛选出最佳的鸭粪沼液稀释浓度，以期为鸭粪沼液在芹菜上的合理施用提供理论依据，降低芹菜施肥成本，解决鸭粪难处理的问题，实现高效种养循环。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于山东农业大学资源与环境学院南校实验站进行，供试土壤类型为棕壤，供试土壤基本理化性质是：全氮0.64 g/kg，有效磷19.67 mg/kg，速效钾57.5 mg/kg，有机质12.46 g/kg，pH7.71。供试沼液为鸭粪经正常厌氧发酵后固液分离的原沼液，沼液基本理化性质见表1。供试芹菜品种为津南实心芹。

表1 沼液基本理化性质

1.2 试验设计与方法

本试验于2020年8～10月在资环学院实验站大田内进行。基于预备试验的基础，试验共设置6个处理，分别为：（CK）清水处理；（HF）化肥处理；（T1）鸭粪沼液稀释30倍；（T2）鸭粪沼液稀释15倍；（T3）鸭粪沼液稀释10倍；（T4）鸭粪沼液稀释7.5倍；

选取籽粒饱满，大小均匀的芹菜种子于2020年6月20日播种，当幼苗长到第4～5片真叶后，选取长势均匀的芹菜幼苗定植于大田，定植以“浅不漏根，深不於心”为原则，行间距为15 cm，株距为10 cm。区外周围设置保护行，为保证试验结果的准确性，小区与小区之间设置宽0.4 m，高0.5 m的田埂。每个处理做3个小区随机排列重复，每个小区面积为0.8 m×1.5 m。定植15 d后开始用鸭粪沼液处理，每个小区浇灌10L，3～5 d左右施用一次鸭粪沼液，除施肥外其余管理措施如除草、浇水、防病除虫等实施水平均保持一致，于2020年10月11日收获。

1.3 采样与测定

芹菜收获后，带回实验室，去除黄叶，洗净根部的土，分离为地上部分和地下部分，于105 ℃鼓风干燥箱中杀青2 h，再于75 ℃继续烘至恒重。

株高用刻度尺直接测量；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；叶绿体光合色素采用乙醇浸提比色法测定[9]；植株全氮、全磷含量采用H2SO4-H2O2消煮，凯氏定氮法测氮，钒钼黄比色法测磷，火焰光度法测钾；钙、镁、铁、锰、铜、锌、铅、铬、镉采用HNO3-HClO4消煮，ICP法测定[10]；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定；可溶性糖含量、纤维素含量采用蒽酮比色法测定[11]；还原性维生素C采用2,6-二氯靛酚法测定[12]；硝酸盐含量采用3,5-二硝基水杨酸法测定[13]。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行数据处理，SPSS 22软件进行统计分析，Duncan法进行单因素方差分析(＜0.05)，采用Origin 2018进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 鸭粪沼液稀释浓度对芹菜株高、茎粗的影响

由图1（a）可以看出，在不同的沼液浓度梯度下，芹菜株高有不同程度的增加。随沼液稀释浓度的增加，芹菜株高表现出先增加后降低的趋势。HF相比CK处理增加8.97%～28.20%。鸭粪沼液处理组与HF处理相比芹菜株高显著增加4.60%～9.30%，相比CK处理显著增加24.07%～40.13%，T3水平下芹菜株高达到最大值，其次是T2处理；T3处理相比HF处理显著增加9.30%，HF处理相比T4增加3.22%。说明CK在养分不足的条件下不利于株高的增加，适当施用沼液有利于芹菜株高的增加，T3水平下可以显著增加芹菜的株高。

如图1（b），芹菜茎粗对鸭粪沼液浓度呈现出不同程度的响应，与株高变化趋势相一致。HF处理与CK水平相比显著增加15.64%。在不同的沼液浓度梯度下，芹菜茎粗有不同程度的增加，T3处理芹菜茎粗达到最大值，与CK水平相比显著增加46.05%，与HF处理相比显著增加26.03%，T3与T4处理间不存在显著差异；其次为T2处理，T1与HF处理相比不存在显著差异，说明T3处理下芹菜茎粗增长最快，可以显著增加芹菜茎粗。

图1 沼液浓度对芹菜株高和茎粗的影响

2.2 鸭粪沼液稀释浓度对芹菜地上、地下部分干鲜重的影响

施用鸭粪沼液后显著增加了芹菜地上、地下部分的生物量（图2）。地上部分鲜重变化随沼液施用浓度增加呈先升高后降低的趋势，在4个施肥水平下，地上部分鲜重以T3水平增产效果最为显著，相比CK显著增加2.73倍，其次为T2、T4处理。与HF处理相比，沼液处理组增加8.16%～28.72%；T1与HF处理间差异不显著。HF相比CK处理地上部分干重增加19.75%。由图2（b）可知，随沼液浓度的增加地上部分干重变化先升高后降低，其中以T3水平增加最为显著，相比CK显著增加46.25%，其次为T2、T1水平。T4较HF处理增加8.12%，处理间差异不显著。

由图5（c）、（d）可知，在不同沼液浓度梯度下，芹菜地下部分干鲜重均有不同程度的提高，均随沼液稀释浓度的增加先升高后降低。与CK水平相比，HF处理地下部分鲜重显著增加70.80%，四个施肥水平下，地下部分鲜重以T3水平增加最为显著，相比HF显著增加25.88%，T4与T3处理间不存在显著差异，T1较HF处理不存在显著差异。沼液处理组地下部分干重较CK显著增加了44.14%～81.81%，其中，以T3水平地下部分干重增幅最大，其次为T2、T1水平。HF较T4处理增加8.26%，T4处理地下部分干重变化小，但大于CK。表明施用沼液有利于芹菜干物质的积累，促进根的生长，提高产量。

图2 沼液浓度对芹菜地上地下部分干鲜重的影响

2.3 鸭粪沼液稀释浓度对芹菜氮、磷、钾含量的影响

施用鸭粪沼液后显著提高了芹菜中氮、磷、钾的含量（图3）。各处理芹菜中氮含量随沼液用量的增加先升高后降低，磷、钾含量跟氮含量变化表现出相同的趋势。HF处理相比CK芹菜氮含量增加25.07%，T3处理增加最显著，相比HF处理显著增加23.45%,其次为T2、T1、T4。芹菜中磷含量变化各处理间差异显著，其中以T3水平增加最为显著，其次为T2、T1、T4；T3相比HF处理增加了36.56%，HF处理相比CK增加44.2%，T4处理与CK水平相比差异不显著。由图3（c）可知，施用沼液后显著提高了芹菜中的K含量，T3水平芹菜K含量变化幅度最大且显著高于沼液组其他处理，相比HF处理组显著增加38.12%；T4处理相比CK处理显著增加23.78%，但与HF处理组相比没有显著差异。相比CK处理，施用沼液后芹菜中的氮、磷、钾含量均有不同程度的提高。

图3 沼液浓度对芹菜氮、磷、钾含量的影响

2.4 鸭粪沼液稀释浓度对芹菜叶绿体光合色素的影响

图4 沼液浓度对芹菜叶绿体光合色素的影响

由图4可知，施用鸭粪沼液后，芹菜中叶绿体光合色素的含量均有显著提高，而且其含量随着沼液浓度的增加先升高后降低。HF较CK处理各色素含量分别增加12.23%、18.85%、15.12%。T3水平下叶绿素a含量最高，较HF处理显著增加61.70%，其次为T2、T1、T4处理，其中T1与T2处理间不存在显著差异，T4较HF增加21.58%，处理间差异不显著。叶绿素b和类胡萝卜素含量均随沼液浓度的增加呈先增大后减小的趋势，与叶绿素a含量变化趋势一致。T3水平下，叶绿素b含量较HF显著增加69.75%，T1、T2与T4处理间差异不显著，但均高于HF处理。类胡萝卜素含量除T3处理显著增加外，其余各处理之间差异不显著。说明施用沼液有利于芹菜合成更多光合色素，提高光合作用。

2.5 鸭粪沼液稀释浓度对芹菜品质的影响

由图5可知，施用鸭粪沼液后明显提高了芹菜的品质。在不同沼液浓度梯度下，各处理中芹菜中维生素C含量差异显著，其中T3水平下维生素C含量增加最显著，增幅为68.49%，与HF处理相比显著增加37.01%；T1处理维C含量较HF处理增加了9.86%，其含量随鸭粪沼液施用浓度的增加表现出先升高后降低的趋势。由图5（b）可知，施用鸭粪沼液后显著提高了芹菜中可溶性糖含量，与维生素C含量变化趋势一致，相比CK显著增加了1.15%～3.87%，其中，T3处理较CK水平可溶性糖含量增加最为显著，增幅为3.87%，其次为T2、T1、T4处理。在不同的鸭粪沼液浓度梯度下，鸭粪沼液各处理间差异显著，T3较HF处理可溶性糖含量增加了3.42%。可溶性蛋白含量在施用沼液后显著增加，由图5（c）可知，可溶性蛋白在T3水平下含量增加最显著，与CK相比增加37.29%，与HF处理相比增加23.27%，其次为T4，增加了33.97%和20.29%，T4与T2处理间差异不显著，HF水平下可溶性蛋白含量增加最不显著，仅为11.37%。

研究表明，施用沼液可以在不同程度上降低蔬菜中纤维素[14]。由图5（d）可知，随鸭粪沼液浓度的增加，芹菜中纤维素含量先降低后升高，不同鸭粪沼液浓度梯度下，T3水平纤维素含量与CK相比显著降低51.95%，其次为T2处理。HF处理下纤维素含量有一定程度的增加，相比CK增加1.36%；T3处理与HF相比显著降低52.59%，结果表明，纤维素对T3水平最敏感。

图5 沼液浓度对芹菜品质的影响

2.6 鸭粪沼液稀释浓度对芹菜硝酸盐含量的影响

GB 2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》[15]规定食品中硝酸盐含量限值为3000 g/kg。由图6可知，施用沼液后芹菜中硝酸盐含量有不同程度的变化，HF处理芹菜硝酸盐含量相比CK显著增加1.19倍；沼液处理组相比HF处理硝酸盐含量显著降低，说明施用沼液不会造成芹菜体内硝酸盐的积累。随沼液稀释倍数的增加芹菜体内硝酸盐含量先降低后升高，以T3处理降低最为显著，相比CK水平显著降低17.72%，相比HF处理显著降低62.41%，T1、T2、T4处理硝酸盐含量均有一定程度的降低；说明硝酸盐含量对不同沼液浓度敏感度不同，合理施用沼液可降低芹菜硝酸盐含量，提高芹菜品质，进一步确保芹菜的质量安全。

图6 施用鸭粪沼液对芹菜的安全性评价

3 讨论

3.1 不同鸭粪沼液浓度对芹菜生长发育的影响

植物生长发育状况是通过植株的生长指标如株高、茎粗等直接体现出来的，其产量是衡量经济效益的一个重要指标；光合作用是保证植物进行基本生命活动的必要过程，是能量供给的重要源头[16]。施用沼液有利于芹菜的生长，增加叶绿体光合色素的含量，促进其光合作用，提高产量。徐瑞强[17]等研究表明，施用浓缩沼液后显著提高了棉花的株高和茎粗，提高程度随沼液浓度的变化而不同，且各处理间差异显著。

本研究表明，施用鸭粪沼液后，芹菜株高、茎粗较CK相比显著增加，光合色素也显著增加，有利于进行光合作用，大幅度提高产量，且对不同的沼液浓度分别有不同的响应，其中，鸭粪沼液原液不利于芹菜幼苗的生长，因其浓度过高而导致烧苗现象，以鸭粪沼液稀释10倍时差异最为显著。这可能是由于鸭粪沼液中含有丰富的氨基酸、腐殖酸等营养物质[18]，被植物吸收利用后，增加了植物的株高、茎粗。沼液中还含有一些中微量元素，是合成叶绿体光合色素的必要物质，从而促进干物质的积累，提高产量。但是当鸭粪沼液浓度过高或过低时都不利于植物的生长发育，可能是因为沼液中营养物质过剩或不足，对植物的生长发育起了胁迫作用，抑制了植物的生长。

3.2 不同鸭粪沼液浓度对芹菜养分含量的影响

氮、磷、钾是植物生长最基本的营养元素，起着不可替代的作用。本研究表明，施用鸭粪沼液后，芹菜体内的氮、磷、钾含量分别有了不同程度的提高，这与前人[19-20]研究施用沼液后显著增加了小麦、桉树体内的养分含量结果一致。芹菜体内的养分含量对沼液稀释10倍时最为敏感，其含量最高。可能是因为鸭粪沼液中含有大量的氮、磷、钾等营养成分，且这些养分主要以速效态存在，易直接被植物根部吸收，从而促进了芹菜的生长。

3.3 不同鸭粪沼液浓度对芹菜品质的影响

蔬菜中含有大量的维生素和微量元素，是人体矿物质的主要来源，可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C、纤维素是衡量蔬菜质量的基础指标，是反映蔬菜营养价值的重要指标。芹菜中含有丰富的维生素C，陈道华[21]等研究证明，施用沼液肥后，显著提高草莓的可溶性糖、维生素C等含量，提高草莓品质。杨敬华[6]研究表明，施用沼液后，提高了茄子中可溶性糖和可溶性蛋白的含量。本研究表明，施用稀释10倍的鸭粪沼液有利于提高芹菜可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C含量，相比施用化肥芹菜纤维素含量更低，因为沼液中含有大量的速效养分及矿质元素，改善了芹菜的营养水平，说明施用沼液更有助于提高芹菜品质。

3.4 鸭粪沼液稀释浓度对芹菜硝酸盐含量的影响

蔬菜硝酸盐含量是蔬菜品质的重要评价指标之一，施用鸭粪沼液后，芹菜硝酸盐含量有不同程度的增加，但均符合《农产品安全质量无公害蔬菜安全要求》(GB18406.1-2001)[22]，这与祁步凡[23]研究结果不一致，该研究表明施用沼液浓缩肥降低硝酸盐含量。可能因为沼液中含有如生长素、赤霉素等调控植物的生理活动的活性物质，成分复杂，抑制了芹菜体内的硝酸还原酶的合成，从而降低芹菜体内的硝酸盐含量[24]。沼液浓度过高时，其盐分含量随之升高，打破植物体内外平衡，从而导致品质下降。

4 结论

施用鸭粪沼液可以在不同程度上促进芹菜株高、茎粗的增加，有利于芹菜叶绿体光合色素的合成，从而促进光合作用，提高产量；同时有利于芹菜中养分均衡，合适的鸭粪沼液稀释浓度可以提高芹菜中可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C含量，降低纤维素和硝酸盐含量，提高品质，改善口感，鸭粪沼液浓度过高或过低都会导致芹菜品质的降低。本研究中，鸭粪沼液稀释10倍即EC值为3 mS/cm为种植芹菜的最佳稀释浓度。

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Effects of Duck Manure Biogas Slurry Application Concentrations on the Growth and Quality of Celery

LI Jiao1,2, SHI Lian-hui1,2*, LI Shu-yan1,2*,YAN Hong3, GONG Yan-hao3, LIU Er-qing1,2

1.271018,2.271018,3.272600,

In order to realize the resource utilization of duck manure biogas slurry and explore the agricultural effect of biogas slurry on celery, and determine the best biogas slurry concentration suitable for celery growth, this experiment uses Jinnan solid celery as the tested celery variety, and the conductivity is the test concentration Basis, with no fertilization as a control, the effect of different dilution concentrations of biogas slurry on the yield and quality of celery was studied, so as to provide a theoretical basis for the rational application of duck manure biogas slurry in celery cultivation. The results showed that the application of the proper concentration of duck manure slurry can promote the synthesis of celery chloroplast pigment, increase photosynthesis, promote the accumulation of dry matter, and increase the yield. After applying duck manure biogas slurry, the yield of celery increased by 1.62-3.54 times, and the best effect was when the biogas slurry concentration was 3 ms/cm. The content of soluble sugar, vitamin C, and soluble protein in celery was significantly increased by 38.88%, 54.24%, and 56.2%; the cellulose content was reduced by 0.019-1.08 times; within a certain range, the content of nitrate in celery was reduced, which was beneficial to increase celery The delicious taste. When the concentration of duck manure biogas slurry was 3 ms/cm, the content of nitrogen, phosphorus, potassium and other nutrients in celery increased most significantly, increasing by 92.02%, 112.50% and 104.68% respectively. In summary, when the concentration of biogas slurry is 3 ms/cm, it is most conducive to the growth of celery, with the highest yield and safe and harmless.

Duck manure biogas slurry; celery; yield; quality

TQ444.9

A

1000-2324(2021)03-0377-07

2020-11-08

2021-01-24

山东省重大科技创新工程(2018CXGC0209);山东省农业重大应用技术创新项目(SD2019ZZ020);山东省园区产业提升工程(2019YQ014);山东省自然科学基金(ZR2020QE238)

李娇(1996-),女,硕士研究生,专业方向:资源与环境. E-mail: 2268494165@qq.com

Author for correspondence. E-mail:shilh@sdau.edu.cn; lishuyan16@163.com