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．中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所/農業部植物營養與肥料重點實驗室，北京 100081；2．中陽縣農業委員會，山西 中陽 033400；3．河南科技大學，河南 洛陽 471003)

據國家統計局統計，2016年我國農用化肥用量5 984萬t，比2015年減少38萬t，這是我國農用化肥用量自1974年以來首次實現負增長，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，國內的水溶性肥料發展迅速，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]，因其營養全面、養分含量高，對促進作物的生長發育、增強光合作用、提高農作物產量和農產品質量具有明顯的效果[12-13]，所以在農業生產上的應用效果一直是研究的熱點。

目前，我國有些畜禽養殖場產生的廢水一般都經發酵后排放至水體環境中，沒有嚴格的管控措施，不僅會造成水體環境的污染，而且導致養殖廢水中營養物質的浪費。本研究將豬場廢棄物充分發酵，去除其中的有害物質，再將發酵產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。

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(經度114.50°，緯度37.43°)和山西省中陽縣(經度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，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，氣候屬暖溫帶半干旱區大陸性季風氣候，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模化養豬場，其中的養分含量為：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

等養分單質肥料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》中對養分指標和重金屬含量的相關規定。

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個小區肥效試驗，其中一個小區肥效試驗布置在新建蔬菜大棚內，另一個小區肥效試驗布置在大棚外的耕地上，兩小區土壤性質一致。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施用等養分單質肥料，與處理3同期用等養分的單質肥料，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，每個小區面積均為20 m2，隨機區組設計，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。整個試驗未發生自然災害，日常管理按照當地生產習慣。

1.5 測定項目及方法

供試蔬菜收獲后，測定其產量、葉綠素和Vc含量，其中，產量按照每個小區的實際收獲量進行測產；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 數據處理

數據通過Excel 2013整理后利用SPSS 13.0進行統計分析，并進行Tukey多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同處理對葉菜產量的影響

表3是臨城縣不同處理對葉菜產量的影響效果，施用普通單質肥料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量。與清水對照CK相比，施用等養分單質肥料SF和新型大量元素水溶肥料MF的小白菜產量分別增加4 147.8 kg/hm2(24.43%)和7 302.0 kg/hm2(43.01%)，差異顯著；與等養分單質肥料SF相比，施用新型大量元素水溶肥料MF的小白菜產量增加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。

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

表4 中陽縣不同處理對葉菜產量的影響

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，施用等養分單質肥料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；與等養分單質肥料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，中陽大棚內試驗：與清水對照CK相比，施用等養分單質肥料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；與等養分單質肥料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，施用等養分單質肥料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。與等養分單質肥料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中，第二茬的葉菜Vc含量增加效果優于第一茬。其中，中陽大棚內試驗：與清水對照CK相比，施用等養分單質肥料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；與等養分單質肥料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 討論與結論

近年來，隨著經濟快速發展，我國生豬規模化養殖呈現迅猛發展態勢，但是由于飼養數量多，所產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，如何實現大規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殖糞水的無害化處理方式，主要包括好氧發酵、厭氧發酵、水生生物塘工藝等[17-20]。經過處理后的養殖糞水一旦達到農用灌溉水質標準即可排放，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，使其中的有機物轉化為小分子水溶有機碳，獲得有機碳水肥，因其養分含量限制，只是用于綠狐尾藻和巨菌草等飼料植物的種植。將規模化養殖場產生的糞水應用到水溶肥料的生產中尚未見報道。

本研究以此為出發點，研制以豬場糞污作為液體肥溶劑的新型水溶肥料，并在不同地區堿性土壤中開展發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。結果表明，與等養分單質肥料SF相比，發酵豬場糞污大量元素水溶肥MF能夠使葉菜增產率達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在解決養殖廢棄物的同時，顯著促進了葉菜生長，并提高其產量，提升葉片葉綠素含量，增加Vc含量。可見，該大量元素水溶肥與等養分的單質肥料相比，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原料。因此，在制備水溶肥料的過程中，生產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提質作用，值得進一步推廣應用。