沼肥种类及不同施氮量对芹菜品质影响研究.pdf

收稿日期 2019 10 14 项目来源 国家重点研发计划课题 2018YFD0800803 作者简介 姜灵伟 1998 女 河南三门峡人 硕士 主要研究方向为沼肥综合利用 E mail jianglw cau edu cn 通信作者 段 娜 E mail duanna cau edu cn 沼肥种类及不同施氮量对芹菜品质影响研究 姜灵伟 1 陈 锐 1 冉 毅 2 贺 莉 2 梅自力 2 刘宏斌 3 林 聪 1 段 娜 1 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 摘 要 沼渣沼液作为厌氧发酵后的产物 因其量大消纳难 已逐渐成为限制沼气工程发展的制约因素 因此研究 沼渣沼液作为肥料施用于农田对作物生长发育的影响具有重要的意义 该研究分别以猪粪厌氧发酵剩余物和秸 秆牛粪厌氧发酵剩余物作为肥料 设置不同氮浓度施用水平 0 8 5 17 34 68 gTN m 2 y 1 具体以沼渣作为底 肥 沼液作为追肥的施肥方式 实际施用量以总氮 TN 作为标定指标 沼渣沼液施用比例为 1 2 研究结果表明 不同来源厌氧发酵剩余物对芹菜品质的影响效果不同 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的积累 关键词 厌氧消化 沼渣沼液 施氮量 芹菜 品质 中图分类号 S216 4 X712 文献标志码 B 文章编号 1000 1166 2020 01 0080 05 Effects of Different Digestate Source and Nitrogen Application ate on the Quality of Celery JIANG Ling wei 1 CHEN ui 1 AN Yi 2 HE Li 2 MEI Zi li 2 LIU Hong bin 3 LIN Cong 1 DUAN Na 1 1 College of Water e sources and Civil Engineering China Agricultural University Beijing 100083 China 2 Biogas Institute of Minis try of Agriculture Chengdu 610041 China 3 Institute of Agricultural esources and egional Planning Chi nese Academy of Agricultural Sciences Beijing 100081 China Abstract The digestate treatment becomes a bottleneck problem for the sustainable development of biogas industry due to its large amount and difficult to utilize Thus how to take maximum advantage of using digestate as fertilizer to farmland should be further investigated The present study was conducted to investigate the effect of digestate at different nitrogen levels 0 8 5 17 34 68 g TN m 2 y 1 and different digestate sources pig manure digestate PMD straw cattle manure digestate SD on quality of celery After the solid liquid separation process the solid fraction of digestate was used as base fertilizer and the liquid digestate as top fertilizer The fertilization proportion of base fertilizer to top fertilizer was 1 2 based on the designed total nitrogen level The results indicated that different digestate had different effect on the quality of the celery The PMD under moderate nitrogen concentration and SD under high nitrogen concentration were more beneficial to the accumulation of nutrients in celery Key words Anaerobic digestion digestate nitrogen levels celery quality 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 08 中国沼气 China Biogas 2020 38 1 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 2 y 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 m 2 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 项 目 处 理 施氮量 g m 2 小区面积 m 2 沼渣施用量湿重 kg 沼液使用量 L 不施肥 CK 0 0 化 肥 HF 17 15 04 猪粪沼肥 PMD8 5 8 5 15 04 5 188 猪粪沼肥 PMD17 17 15 04 10 377 猪粪沼肥 PMD34 34 15 04 20 5 754 猪粪沼肥 PMD68 68 15 04 40 9 1507 秸秆牛粪沼肥 SD8 5 8 5 15 04 8 6 34 秸秆牛粪沼肥 SD17 17 15 04 17 7 70 秸秆牛粪沼肥 SD34 34 15 04 35 140 秸秆牛粪沼肥 SD68 68 15 04 70 5 280 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 D 663 和 D 665 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 2 y 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 2 y 1 18中国沼气 China Biogas 2020 38 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 2 y 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 2 y 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 2 y 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 2 y 1 施用猪粪沼肥比秸秆牛粪沼肥能有效提高芹菜维生 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 28 中国沼气 China Biogas 2020 38 1 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 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 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 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 参考文献 1 Arif Sania Liaquat abia Adil Manal Applications of materials as additives in anaerobic digestion technology J enewable and Sustainable Energy eviews 2018 97 354 366 2 Zidan ek Aleksander Blinc obert Jeglic Anton et al Climate changes biofuels and the sustainable future J International Journal of Hydrogen Energy 2009 34 16 6980 6983 4 张广运 汤国民 张晓华 等 我国沼渣沼液资源化 利用研究综述 J 山西农业科学 2019 47 10 1857 1860 5 秦文弟 李 鸣 韦长江 等 沼渣施肥对桉树人工林土 38中国沼气 China Biogas 2020 38 1 壤养分的影响 J 中国沼气 2019 37 03 86 89 6 郑时选 邱 凌 刘庆玉 等 沼肥肥效与安全有效利 用 J 中国沼气 2014 32 01 95 100 7 adu ien Jolita Marksa Mindaugas Ivanauskas Liudas et al Effect of nitrogen on herb production secondary metabolites and antioxidant activities of Hypericum pruin atum under nitrogen application J Industrial Crops and Products 2019 139 111519 8 冯焕德 李丙智 张林森 等 不同施氮量对红富士 苹果品质 光合作用和叶片元素含量的影响 J 西北 农业学报 2008 01 229 232 9 罗 磊 李万春 石岩生 等 不同沼肥施用量对露地 芹菜生长发育和品质的影响 J 北方农业学报 2018 46 05 117 121 10 徐海平 大棚芹菜高产栽培技术的有效探讨 J 种子 科技 2019 37 06 69 70 11 贾志银 棚室芹菜无公害高产高效栽培技术 J 现代 农业科技 2019 09 60 12 曲明山 郭 宁 陈保华 等 沼液与化肥长期配施对 蔬菜生产和土壤肥力的影响 J 中国沼气 2013 31 01 44 47 13 汪 斌 维生素 C 对健康与运动能力的影响 J 当代 体育科技 2014 4 20 15 17 14 赵江涛 李晓峰 李 航 等 可溶性糖在高等植物代 谢调节中的生理作用 J 安徽农业科学 2006 24 6423 6425 15 王忠江 王泽宇 张 正 等 生物炭对混施沼肥秸秆 还田腐解特性的影响 J 农业机械学报 2018 49 07 279 285 16 罗磊 李万春 石岩生 等 不同沼肥施用量对露地 芹菜生长发育和品质的影响 J 北方农业学报 2018 46 05 117 121 17 初长江 马东辉 李 松 等 沼液曝气地下滴灌对 大棚芹菜产量和品质的影响 J 安徽农学通报 2013 19 04 56 57 18 特日格乐 郑海春 不同施肥用量对芹菜产量及品质 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