京郊露地蔬菜廢棄物原位還田的農學效應研究

劉本生，楊 巖，孫欽平，李吉進，許俊香

（1.北京市農林科學院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100097；2.山東省農業(yè)科學院農業(yè)資源與環(huán)境研究所/山東省植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，山東 濟南 250100；3.農業(yè)部廢棄物基質化利用重點實驗室，山東 濟南 250100）

我國是蔬菜生產和消費大國，近年來，對蔬菜需求量呈現快速增長的趨勢，蔬菜播種面積以每年3%左右的速度增長[1]，2016年達到2.23×107hm2[2]。逐漸遞增的蔬菜種植面積，在帶來蔬菜總產量不斷攀升的同時，也產生了越來越多的蔬菜廢棄物。蔬菜是北京農業(yè)的傳統(tǒng)產業(yè)，在農村經濟中占有重要的地位，在綠色北京、宜居城市的目標定位下，必須解決蔬菜廢棄物問題[3]。蔬菜廢棄物的總固體含量為8%～19%，揮發(fā)固體的含量占總固體的80%以上。蔬菜廢棄物含水率高，富含有機質和營養(yǎng)成分[4-5]，若隨意丟棄或處理不當，會造成嚴重的環(huán)境污染和資源浪費；因此，蔬菜廢棄物的處理引起了越來越多學者的關注。

現階段蔬菜廢棄物的處理方法主要有：堆肥化處理、厭氧沼氣發(fā)酵、飼料生產、填埋和直接還田等[6]。堆肥化處理的高溫階段可以殺死絕大部分的病原體、蟲卵、草種，且堆肥產品富含腐殖質，養(yǎng)分齊全，可以用作有機肥或土壤改良劑，施入土壤后可以改善土壤的理化環(huán)境[7]，是目前廢棄物處理的主要途徑；但堆肥化處理需要較大的場地進行物料堆置，與填埋一樣，均會造成空間浪費，若處理不當還會污染地下水；蔬菜廢棄物在產甲烷細菌的作用下厭氧發(fā)酵產生沼氣，但沼液、沼渣需要二次處理，處理不當也會污染周圍環(huán)境；生產飼料需要無菌操作，不適宜處理大規(guī)模的蔬菜廢棄物；此外，以上幾種處理方式還需要解決好廢棄物的收集、運輸和貯存等一系列的問題。蔬菜種植區(qū)的復種指數較高，直接還田的蔬菜廢棄物若處理不當，可能會引起病蟲害的傳播；但其操作相對簡單、省時省工，因而成為了近年來的研究熱點。

研究表明，水稻—榨菜輪作模式下，榨菜葉的還田能夠明顯提高土壤肥力[8]；SHEN等[9]將芹菜和康乃馨的混合廢棄物還田后，使大白菜產量較對照處理增產32.6%～34.9%；而尚丹等[10]將苧麻地冬閑套種蔬菜廢棄物還田后發(fā)現，苧麻產量降低5.4%～19.4%。由此可以看出，蔬菜廢棄物還田對后茬作物的產量影響存在較大差異，需進行進一步研究。此外，目前已有研究均是在輪作條件下進行的還田處理，在露地連作模式下的研究鮮有報道。本研究通過對露地條件下不同廢棄物還田量對連作西蘭花菜地產量及土壤肥力狀況的影響進行評價，以期為蔬菜廢棄物的直接還田研究提供數據支持。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地點位于北京市延慶區(qū)小豐營現代設施農業(yè)示范基地，該地位于華北平原中東部（115°55'E，40°25'N），屬溫帶與中溫帶、半干旱與半濕潤的過渡連帶的大陸性季風氣候，氣候冬冷夏涼，年平均氣溫8 ℃；多年平均降水量443.2 mm，年可利用水資源總量1.9億m3，其中農業(yè)用水0.48億m3[11]，人均水資源占有量2 088 m3。

延慶區(qū)素有北京“北菜園”之稱，蔬菜種植面積2 085.13 hm2，占總耕地面積的60%，其中露地蔬菜面積1 572 hm2[12]。

1.2 供試材料

1.2.1 供試土壤

供試土壤類型為褐土，質地為壤土。0～20 cm土層土壤pH 7.9、有機質19.17 g/kg、全氮1.20 g/kg、速效磷（P2O5）111.11 mg/kg、速效鉀（K2O）213.50 mg/kg，EC值188.8 μS/cm。

1.2.2 供試作物

西蘭花品種為綠風。2016年6月20日育苗，7月15日定植，栽植密度為3.8萬株/hm2，2016年9月16日收獲。

1.2.3 供試肥料及消毒劑

底肥每667 m2撒施豬糞農家肥1 t（有機質含量15.93%、N 0.66%、P2O50.77%、K2O 0.72%）、史丹利（15-15-15）復合肥50 kg，豬糞由農戶提供。

消毒劑由北京市農林科學院植物營養(yǎng)與資源研究所提供，為固態(tài)晶體，含氮22.80%；使用時配制成質量分數為1%的水溶液，pH 6.72，EC值1 120 μS/cm。

1.3 試驗設計

試驗采用裂區(qū)方式，以是否噴施消毒劑為主處理，蔬菜廢棄物不同還田量為副處理，共設5個水平，試驗處理詳見表1。

試驗共設10個處理，每個處理設3次重復，總計30個小區(qū)，小區(qū)面積為4 m×10 m。西蘭花廢棄物含N 5.84%、P2O50.75%、K2O 0.46%、水78.58%。前茬西蘭花于6月中下旬收獲后，將產生的廢棄物按照試驗設計還田量均勻攤置于相應地塊內，定植前撒施腐熟雞糞30 m3/hm2、復合肥（15-15-15）750 kg/hm2后翻耕做畦。噴灑消毒劑的小區(qū)，每小區(qū)噴3 L消毒劑溶液。生育期內追施尿素750 kg/hm2。

表1 試驗處理設置

1.4 樣品采集與測定

土壤樣品采集：在西蘭花收獲時，采集0～90 cm土層樣品，測定Nmin（土壤無機氮）和含水率，0～30 cm土層測定土壤有機質、全氮、pH、EC等土壤基本理化性狀。有機質采用重鉻酸鉀法測定；全氮采用H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮儀測定；pH采用pH計（PB-10型）測定。

植株樣品采集：收獲時將經濟部分和廢棄物分別采樣，測定鮮質量及含水率。75 ℃烘干樣采用H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮儀測定全氮。

1.5 計算方法及統(tǒng)計分析

試驗數據用Excel 2010和SAS 8.1軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對西蘭花產量的影響

試驗結果表明：是否噴消毒劑與蔬菜廢棄物不同還田量之間差異不顯著，無明顯交互作用（P=0.98）。由表2可以看出：噴消毒劑處理西蘭花產量達16.67 t/hm2，比不噴消毒劑處理增產13.42%，差異顯著；不同還田量處理的西蘭花產量差異不顯著，但70%還田量處理表現出較好的增產趨勢，產量為16.68 t/hm2。此外，對主處理內的無還田處理（CK）進行顯著性差異分析得出，僅噴消毒劑而無還田處理對西蘭花產量無顯著影響（P=0.27），即噴施消毒劑所帶入的氮素對西蘭花增產效果不顯著，由此可知，本試驗條件下噴消毒劑使西蘭花顯著增產的原因與消毒劑所含養(yǎng)分無關，而與其殺菌消毒作用有關。

表2 不同處理對西蘭花產量的影響 t/hm2

2.2 不同處理對西蘭花生物量的影響

噴消毒劑后西蘭花生物量達67.34 t/hm2（圖1），較不噴消毒劑顯著提高了7.35%，這可能與噴消毒劑增加西蘭花經濟部分產量有關；與對照處理相比，還田量70%的處理明顯提高了西蘭花生物量，其生物量最高，為69.50 t/hm2。主副處理間交互作用不顯著（P=0.98）。

圖1 不同處理對西蘭花生物量的影響

2.3 不同處理對西蘭花吸氮量的影響

圖2 不同處理對西蘭花吸氮量的影響

如圖2所示：噴消毒劑處理的西蘭花吸氮量較不噴消毒劑的處理顯著增高17.06%（P=0.005）；不同還田量處理的吸氮量與對照處理相比，無顯著差異，但隨著還田量的增加，在還田量為70%時，西蘭花吸氮量出現了顯著提高，且與還田量為30%、130%的處理差異顯著。

2.4 不同處理對表層土壤理化性狀的影響

表3 消毒劑處理對表層土壤理化性狀的影響

由表3可知：除pH外，主處理間的各項土壤理化性狀均存在顯著性差異，其中噴消毒劑后，表層土壤的全氮和有機質含量分別提高了14.78%和37.14%，EC值顯著降低了15.06%（P=0.04）。

表4 不同還田量對表層土壤理化性狀的影響

由表4可知：與對照處理相比，不同還田量處理表層土壤的理化性狀均未出現顯著性變化。此外，各項指標的主副處理間均無顯著性交互作用（P＜0.0001）。

2.5 不同處理對0～90 cm土壤Nmin的影響

與不噴消毒劑處理相比，噴消毒劑處理對土壤Nmin的淋失起到了一定的消減作用，0～90 cm Nmin平均含量減少17.82%（圖3），其中60～90 cm土層Nmin含量降低31.24%，達顯著性差異水平（P＜0.001），其余土層均無顯著性差異，這可能與其西蘭花生物量相對較大、吸氮量相對較多有關。此外，不同還田量處理與對照處理在0～90 cm土壤Nmin含量均無顯著差異（P＞0.05）；主副處理間的交互作用亦不顯著。

圖3 不同處理對0～90 cm土壤Nmin的影響

3 結論與討論

與不噴消毒劑相比，噴消毒劑顯著提高了西蘭花的產量、生物量和吸氮量，分別提高13.42%、7.35%和17.06%；不同還田量處理的產量和吸氮量與對照處理無顯著差異，但還田量為70%時，西蘭花生物量顯著高于對照處理，為69.50 t/hm2。

噴消毒劑后，表層土壤的全氮和有機質含量分別提高了14.78%和37.14%，EC值降低了15.06%，這可能與噴消毒劑降低了土壤微生物活性，進而降低了土壤氮素的損失和有機質的礦化程度及顯著提高了西蘭花的生物量，導致土壤養(yǎng)分離子被吸收相對較多有關，且這3個指標均與不噴消毒劑處理存在顯著性差異；與對照處理相比，不同還田量處理表層土壤的理化性狀無顯著差異，這可能與試驗時間相對較短，廢棄物還田后，有機物腐解礦化需要時間相對較長有關[1,13]。

與不噴消毒劑相比，噴消毒劑有效減少了Nmin的淋失，其中60～90 cm土壤Nmin含量降低了31.24%，達顯著性差異水平。

綜上所述，本試驗條件下，進行單位面積內廢棄物產生量的70%還田并噴施消毒劑處理為最優(yōu)組合，在保證蔬菜產量前提下，有效減少蔬菜廢棄物的產生量。

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