豬場糞污源大量元素水溶肥料在葉菜上的肥效研究

馮 瑤，高艷珍，常會慶，劉元望，孟學良，李兆君*

(1．中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，北京 100081；2．中陽縣農(nóng)業(yè)委員會，山西 中陽 033400；3．河南科技大學，河南 洛陽 471003)

據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2016年我國農(nóng)用化肥用量5 984萬t，比2015年減少38萬t，這是我國農(nóng)用化肥用量自1974年以來首次實現(xiàn)負增長，其中一個主要原因就是肥料利用率的提高。水溶肥料具有能夠迅速溶解、用量少、植物吸收快、吸收利用率高等特點，可以顯著提高肥料利用效率。近年來，國內(nèi)的水溶性肥料發(fā)展迅速，其中包括大量元素、中量元素、微量元素、含腐植酸和氨基酸水溶性肥料等多種不同特性肥料[1-7]。已有研究表明，大量元素水溶肥料可以在各類蔬菜上進行施用[8-11]，因其營養(yǎng)全面、養(yǎng)分含量高，對促進作物的生長發(fā)育、增強光合作用、提高農(nóng)作物產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量具有明顯的效果[12-13]，所以在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應用效果一直是研究的熱點。

目前，我國有些畜禽養(yǎng)殖場產(chǎn)生的廢水一般都經(jīng)發(fā)酵后排放至水體環(huán)境中，沒有嚴格的管控措施，不僅會造成水體環(huán)境的污染，而且導致養(yǎng)殖廢水中營養(yǎng)物質(zhì)的浪費。本研究將豬場廢棄物充分發(fā)酵，去除其中的有害物質(zhì)，再將發(fā)酵產(chǎn)物固液分離得到液體，以此作為水溶肥料的溶劑，所研制的大量元素(含微量元素Cu)水溶肥料是一種新型高效多元素肥料，不僅含氮、磷、鉀三要素，同時還含有微量元素Cu等，針對北方堿性土壤上的大田蔬菜開展應用效果研究，旨在為這種新型大量元素(含微量元素Cu)水溶肥料在北方蔬菜上的大面積推廣應用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

供試地點分別選取河北省臨城縣(經(jīng)度114.50°，緯度37.43°)和山西省中陽縣(經(jīng)度111.18°，緯度37.33°)。臨城縣位于河北省西南部，屬暖溫帶亞濕潤大陸性季風氣候區(qū)，年均溫13.5℃，年均降水量605 mm。供試土壤均為中等肥力耕地。中陽縣位于山西省西部，氣候?qū)倥瘻貛О敫珊祬^(qū)大陸性季風氣候，平均氣溫8℃，多年平均降水量518.6 mm，全年日照時數(shù)2 708.4 h，無霜期平均為143 d。試驗點土壤類型及理化性狀如表1所示。

1.2 供試材料

豬場糞污取自中陽縣某一規(guī)?；B(yǎng)豬場，其中的養(yǎng)分含量為：氮(N)0.4%，磷(P2O5)、鉀(K2O)及Cu、Fe、Mn、Zn等均未檢出，重金屬Hg、As、Cd、Pb、Cr未檢出。

表1 試驗點土壤類型及理化性狀

臨城縣供試蔬菜為小白菜，品種為華冠，中陽縣的供試蔬菜品種見表2。

表2 中陽縣試驗所選蔬菜種類及其品種

1.3 供試肥料

等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF：尿素(N，46%)、過磷酸鈣(P2O5，14%)、氯化鉀(K2O，60%)和五水硫酸銅(Cu，25.6%)等均購自中陽縣農(nóng)資市場。

新型大量元素(含微量元素Cu)水溶肥料MF：以豬場糞污為原料，含N 250.8 g/L、P2O5213.6 g/L、K2O 60.0 g/L及微量元素Cu 3.0 g/L，pH值 6.9，重金屬Hg、As、Cd、Pb、Cr含量分別為0、5.0、1.0、23.0、6.0 mg/kg，滿足NY 1107—2010《大量元素水溶肥料》中對養(yǎng)分指標和重金屬含量的相關規(guī)定。

1.4 試驗設計

試驗在臨城縣設置大田小白菜一茬，在中陽縣設置2個小區(qū)肥效試驗，其中一個小區(qū)肥效試驗布置在新建蔬菜大棚內(nèi)，另一個小區(qū)肥效試驗布置在大棚外的耕地上，兩小區(qū)土壤性質(zhì)一致。每個試驗均設3個處理：(1)CK(對照)沖施清水，與其余處理同期用等量清水灌溉，不追施任何肥料；(2)SF施用等養(yǎng)分單質(zhì)肥料，與處理3同期用等養(yǎng)分的單質(zhì)肥料，每10 d施用1次，共施用3次，每次隨水沖施尿素150.5 kg/hm2，過磷酸鈣421.5 kg/hm2，氯化鉀27.5 kg/hm2，五水硫酸銅3.22 kg/hm2；(3)MF施新型大量元素(含微量元素Cu)水溶肥料(后文簡稱新型大量元素水溶肥料)，澆水時隨灌溉水沖施新型大量元素水溶肥料，每10 d用1次，共施用3次，每次沖施新型大量元素水溶肥料275 L/hm2。每個處理均設3次重復，每個小區(qū)面積均為20 m2，隨機區(qū)組設計，試驗均設置保護行。

臨城縣試驗小白菜在2017年6月15日播種，7月1日間苗，8月9日采收。中陽縣第一茬2017年5月1日移栽，6月11日采收；第二茬6月12日移栽，7月23日采收。整個試驗未發(fā)生自然災害，日常管理按照當?shù)厣a(chǎn)習慣。

1.5 測定項目及方法

供試蔬菜收獲后，測定其產(chǎn)量、葉綠素和Vc含量，其中，產(chǎn)量按照每個小區(qū)的實際收獲量進行測產(chǎn)；葉綠素使用葉綠素儀進行測定；Vc含量測定采用2，6-二氯靛酚滴定法。

1.6 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)通過Excel 2013整理后利用SPSS 13.0進行統(tǒng)計分析，并進行Tukey多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對葉菜產(chǎn)量的影響

表3是臨城縣不同處理對葉菜產(chǎn)量的影響效果，施用普通單質(zhì)肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF都能夠在一定程度上增加小白菜的產(chǎn)量。與清水對照CK相比，施用等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF的小白菜產(chǎn)量分別增加4 147.8 kg/hm2(24.43%)和7 302.0 kg/hm2(43.01%)，差異顯著；與等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF相比，施用新型大量元素水溶肥料MF的小白菜產(chǎn)量增加3 154.2 kg/hm2(14.93%)，差異顯著。

表3 臨城縣不同處理對葉菜產(chǎn)量的影響

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

中陽縣蔬菜試驗結(jié)果見表4，施用普通單質(zhì)肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF都能夠顯著增加蔬菜的產(chǎn)量，且第二茬的葉菜增產(chǎn)幅度大于第一茬。其中，大棚內(nèi)試驗：與清水對照CK相比，施用等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF的蔬菜產(chǎn)量分別增加5.50%～13.59%和12.51%～29.56%；與等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF相比，施用新型大量元素水溶肥料MF的蔬菜產(chǎn)量增加6.64%～14.06%。大棚外(露地)試驗：施用SF和MF較CK分別增產(chǎn)15.22%～18.69%和23.37%～41.43%；與SF相比，施用MF可使蔬菜產(chǎn)量增加7.07%～19.16%，差異顯著?？梢?，施肥不同程度地提高了蔬菜的產(chǎn)量，尤其在第二茬生菜和油菜上增產(chǎn)效果更為明顯，施用新型大量元素水溶肥料MF的增產(chǎn)效果顯著優(yōu)于施用等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF。

表4 中陽縣不同處理對葉菜產(chǎn)量的影響

2.2 不同處理對葉菜葉綠素含量的影響

由表5可知，施用普通單質(zhì)肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF都能夠在一定程度上增加小白菜葉片的葉綠素含量。與清水對照CK相比，施用等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF的小白菜葉片葉綠素含量(SPAD值)分別增加4.46(11.78%)和6.29(16.62%)，差異均達到顯著水平；與等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF相比，施用新型大量元素水溶肥料MF的小白菜葉片葉綠素含量增加1.83(4.33%)，但是二者差異不顯著。

表5 臨城縣不同處理對葉菜葉綠素含量的影響

中陽縣的蔬菜試驗中，第二茬蔬菜葉綠素增加幅度小于第一茬(表6)。其中，中陽大棚內(nèi)試驗：與清水對照CK相比，施用等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF的蔬菜葉片的葉綠素含量分別增加5.89%～10.60%和7.93%～24.53%，差異均顯著；與等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF相比，施用新型大量元素水溶肥料MF的蔬菜葉片葉綠素含量增加1.93%～12.59%，其中第一茬差異顯著，第二茬差異不顯著。中陽大棚外試驗：施用SF和MF后，蔬菜葉片葉綠素含量較CK處理分別增加5.59%～8.85%和11.71%～20.33%，差異顯著；與SF相比，施用MF可使蔬菜葉片的葉綠素含量增加2.65%～13.96%，其中第一茬差異顯著，第二茬差異不顯著。

表6 中陽縣不同處理對葉菜葉綠素含量的影響

2.3 不同處理對葉菜Vc含量的影響

由表7看出，施用普通單質(zhì)肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF都能夠在一定程度上增加葉菜的Vc含量。與清水對照CK相比，施用等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF能夠使蔬菜葉片的Vc含量增加0.03 mg/100 g FW(1.80%)，但差異不顯著；施用新型大量元素水溶肥料MF能夠使蔬菜葉片Vc含量增加0.26 mg/100 g FW(15.57%)，差異顯著。與等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF相比，施用新型大量元素水溶肥料MF能夠使小白菜的Vc含量顯著增加13.53%。

表7 臨城縣不同處理對葉菜Vc含量的影響

由表8可知，在中陽縣的兩個試驗小區(qū)中，第二茬的葉菜Vc含量增加效果優(yōu)于第一茬。其中，中陽大棚內(nèi)試驗：與清水對照CK相比，施用等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF可使蔬菜中的Vc含量分別增加7.14%～9.39%和27.11%～35.71%，差異顯著；與等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF相比，施用新型大量元素水溶肥料MF可顯著提高蔬菜葉片的Vc含量，增加幅度為14.81%～26.67%。中陽大棚外試驗：與CK相比，施用SF和MF后蔬菜的Vc含量分別增加11.34%～13.04%和17.58%～28.26%；施用MF后使蔬菜的Vc含量比施用SF處理增加6.52%～13.46%，差異均達到顯著水平。

表8 中陽縣不同處理對葉菜Vc含量的影響

3 討論與結(jié)論

近年來，隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，我國生豬規(guī)模化養(yǎng)殖呈現(xiàn)迅猛發(fā)展態(tài)勢，但是由于飼養(yǎng)數(shù)量多，所產(chǎn)生的糞水量大且相對集中，無法在周圍有限的土地上完全消化而成為了重要污染源[14-16]。因此，如何實現(xiàn)大規(guī)模豬場糞污的高效資源化利用是亟待解決的科學問題，已有大量的研究報道了養(yǎng)殖糞水的無害化處理方式，主要包括好氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵、水生生物塘工藝等[17-20]。經(jīng)過處理后的養(yǎng)殖糞水一旦達到農(nóng)用灌溉水質(zhì)標準即可排放，但是目前我國并沒有嚴格的管控措施，且糞水利用模式單一。而通過將養(yǎng)殖糞水無害化處理后進一步加工為肥料利用鮮有研究。李瑞波[21]發(fā)明了一種沼液、糞水的處理方法，將有機碳菌液加入到沼液或糞水中，使其中的有機物轉(zhuǎn)化為小分子水溶有機碳，獲得有機碳水肥，因其養(yǎng)分含量限制，只是用于綠狐尾藻和巨菌草等飼料植物的種植。將規(guī)?；B(yǎng)殖場產(chǎn)生的糞水應用到水溶肥料的生產(chǎn)中尚未見報道。

本研究以此為出發(fā)點，研制以豬場糞污作為液體肥溶劑的新型水溶肥料，并在不同地區(qū)堿性土壤中開展發(fā)酵豬場糞污大量元素水溶肥料在葉菜上的肥效研究，探求該水溶肥料的可行性。結(jié)果表明，與等養(yǎng)分單質(zhì)肥料SF相比，發(fā)酵豬場糞污大量元素水溶肥MF能夠使葉菜增產(chǎn)率達6.64%～19.16%，葉綠素和Vc含量分別提高1.93%～13.96%和6.52%～26.67%。該新型大量元素水溶肥料MF在解決養(yǎng)殖廢棄物的同時，顯著促進了葉菜生長，并提高其產(chǎn)量，提升葉片葉綠素含量，增加Vc含量?？梢?，該大量元素水溶肥與等養(yǎng)分的單質(zhì)肥料相比，可以更好地被葉菜吸收利用。

此外，在新型大量元素水溶肥料中檢出有As、Cd、Pb、Cr等重金屬，而豬場糞污中并未檢出，這些重金屬可能來源于新型大量元素水溶肥料制備所需的生產(chǎn)原料。因此，在制備水溶肥料的過程中，生產(chǎn)原料的選擇是必須考慮的因素。

綜上，以豬場糞污作為液體肥溶劑來生產(chǎn)水溶肥料是可行的，該新型大量元素水溶肥料MF對小白菜、油麥菜、生菜、油菜等葉菜具有明顯的增產(chǎn)提質(zhì)作用，值得進一步推廣應用。