李嬌,時連輝*,李恕艷*,閆宏,公彥豪,劉爾慶
鴨糞沼液施用濃度對芹菜生長及品質的影響
李嬌1,2,時連輝1,2*,李恕艷1,2*,閆宏3,公彥豪3,劉爾慶1,2
1. 土肥資源高效利用國家工程實驗室, 山東 泰安 271018 2. 山東農業大學資源與環境學院, 山東 泰安 271018 3. 蒙陰縣農業局, 山東 蒙陰 276200
為研究探討沼液在芹菜上的農用效果,并確定適合芹菜生長的最佳沼液濃度,實現鴨糞沼液的資源化。本試驗以津南實心芹為供試芹菜品種,以不施肥和施用化肥處理作為對照,設置不同的沼液濃度梯度(沼液分別稀釋7.5、10、15、30倍),研究不同的沼液稀釋濃度對芹菜產量品質的影響,以期為鴨糞沼液在芹菜栽培上的合理施用提供理論依據與數據支撐。結果表明,施用稀釋10倍的鴨糞沼液可以促進芹菜葉綠體色素的合成,提高光合作用,促進干物質的積累,相比施用化肥其產量提高10.08%~20.46%,其中沼液稀釋10倍時效果最好。芹菜中可溶性糖、維C、可溶性蛋白含量顯著增加34.18%、37.01%、23.27%;纖維素含量相比施用化肥顯著降低52.59%;在一定范圍內,施用沼液可以降低芹菜中硝酸鹽含量,有利于提高芹菜的適口感。鴨糞沼液稀釋10倍時,芹菜中氮、磷、鉀等營養成分含量增加最顯著,相比施用化肥分別增加8.03%~54.45%、14.09%~36.56%和11.2%~38.12%。綜上,當沼液稀釋10倍時最有利于芹菜的生長,產量最高且安全無害。
鴨糞沼液; 芹菜; 產量; 品質
近年來,我國畜禽養殖業向著專業化、集約化和規模化健康養殖的方向發展,在新型養殖規模下,畜禽養殖業產生的畜禽養殖廢棄物也日益增加[1]。鴨子對飼料的消化率只有30%左右,且養鴨28 d以后鴨糞含水率達到90%以上,糞水產生量大。中國是世界上最大的農業大國之一,有數據顯示,我國每年產生的畜禽糞污量達到每年38億t[2],其含有豐富的大量元素、礦質元素及生物活性物質等,因此糞液的資源化利用就顯得尤為重要,也是行業發展的瓶頸[3]。沼氣工程在處理畜禽養殖廢棄物等方面發揮著重要作用,但沼液的資源化利用一直都沒有得到很好的解決。
沼液的循環利用,是處理鴨糞沼液最經濟有效的方法,且隨著生活水平的日益改善,人們提高了對蔬菜的品質要求。韓曉莉[4]、魏宗強[5]等研究表明施用沼液可以提高白菜、油菜的產量,降低硝酸鹽含量,提升品質;楊敬華[6]研究表明施用沼液促進了茄子的生長發育,茄子產量和品質有了顯著提升。
黃亞麗[7]等研究表明,沼液濃度稀釋50倍對番茄的葉面噴施效果最好,對改善番茄果實有明顯的效果;陳璧瑕[8]等研究表明一定范圍內玉米中脂肪和蛋白質的含量隨沼液濃度的升高而增加。前人在沼液利用方面已有較多研究,大部分集中在豬糞沼液對糧食作物、番茄、辣椒上的研究,而針對鴨糞沼液在芹菜上的研究相對較少。
本試驗選用津南實心芹作為供試芹菜品種,以不施肥和施用化肥為對照,將鴨糞沼液設置4個不同的濃度梯度,研究芹菜產量和品質對鴨糞沼液不同稀釋濃度的響應,篩選出最佳的鴨糞沼液稀釋濃度,以期為鴨糞沼液在芹菜上的合理施用提供理論依據,降低芹菜施肥成本,解決鴨糞難處理的問題,實現高效種養循環。
試驗于山東農業大學資源與環境學院南校實驗站進行,供試土壤類型為棕壤,供試土壤基本理化性質是:全氮0.64 g/kg,有效磷19.67 mg/kg,速效鉀57.5 mg/kg,有機質12.46 g/kg,pH7.71。供試沼液為鴨糞經正常厭氧發酵后固液分離的原沼液,沼液基本理化性質見表1。供試芹菜品種為津南實心芹。

表1 沼液基本理化性質
本試驗于2020年8~10月在資環學院實驗站大田內進行。基于預備試驗的基礎,試驗共設置6個處理,分別為:(CK)清水處理;(HF)化肥處理;(T1)鴨糞沼液稀釋30倍;(T2)鴨糞沼液稀釋15倍;(T3)鴨糞沼液稀釋10倍;(T4)鴨糞沼液稀釋7.5倍;
選取籽粒飽滿,大小均勻的芹菜種子于2020年6月20日播種,當幼苗長到第4~5片真葉后,選取長勢均勻的芹菜幼苗定植于大田,定植以“淺不漏根,深不於心”為原則,行間距為15 cm,株距為10 cm。區外周圍設置保護行,為保證試驗結果的準確性,小區與小區之間設置寬0.4 m,高0.5 m的田埂。每個處理做3個小區隨機排列重復,每個小區面積為0.8 m×1.5 m。定植15 d后開始用鴨糞沼液處理,每個小區澆灌10L,3~5 d左右施用一次鴨糞沼液,除施肥外其余管理措施如除草、澆水、防病除蟲等實施水平均保持一致,于2020年10月11日收獲。
芹菜收獲后,帶回實驗室,去除黃葉,洗凈根部的土,分離為地上部分和地下部分,于105 ℃鼓風干燥箱中殺青2 h,再于75 ℃繼續烘至恒重。
株高用刻度尺直接測量;莖粗采用游標卡尺測量;地上、地下部分干鮮重用電子天平稱量;葉綠體光合色素采用乙醇浸提比色法測定[9];植株全氮、全磷含量采用H2SO4-H2O2消煮,凱氏定氮法測氮,釩鉬黃比色法測磷,火焰光度法測鉀;鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅、鉛、鉻、鎘采用HNO3-HClO4消煮,ICP法測定[10];可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定;可溶性糖含量、纖維素含量采用蒽酮比色法測定[11];還原性維生素C采用2,6-二氯靛酚法測定[12];硝酸鹽含量采用3,5-二硝基水楊酸法測定[13]。
采用Microsoft Excel 2010進行數據處理,SPSS 22軟件進行統計分析,Duncan法進行單因素方差分析(<0.05),采用Origin 2018進行圖表繪制。
由圖1(a)可以看出,在不同的沼液濃度梯度下,芹菜株高有不同程度的增加。隨沼液稀釋濃度的增加,芹菜株高表現出先增加后降低的趨勢。HF相比CK處理增加8.97%~28.20%。鴨糞沼液處理組與HF處理相比芹菜株高顯著增加4.60%~9.30%,相比CK處理顯著增加24.07%~40.13%,T3水平下芹菜株高達到最大值,其次是T2處理;T3處理相比HF處理顯著增加9.30%,HF處理相比T4增加3.22%。說明CK在養分不足的條件下不利于株高的增加,適當施用沼液有利于芹菜株高的增加,T3水平下可以顯著增加芹菜的株高。
如圖1(b),芹菜莖粗對鴨糞沼液濃度呈現出不同程度的響應,與株高變化趨勢相一致。HF處理與CK水平相比顯著增加15.64%。在不同的沼液濃度梯度下,芹菜莖粗有不同程度的增加,T3處理芹菜莖粗達到最大值,與CK水平相比顯著增加46.05%,與HF處理相比顯著增加26.03%,T3與T4處理間不存在顯著差異;其次為T2處理,T1與HF處理相比不存在顯著差異,說明T3處理下芹菜莖粗增長最快,可以顯著增加芹菜莖粗。

圖1 沼液濃度對芹菜株高和莖粗的影響
施用鴨糞沼液后顯著增加了芹菜地上、地下部分的生物量(圖2)。地上部分鮮重變化隨沼液施用濃度增加呈先升高后降低的趨勢,在4個施肥水平下,地上部分鮮重以T3水平增產效果最為顯著,相比CK顯著增加2.73倍,其次為T2、T4處理。與HF處理相比,沼液處理組增加8.16%~28.72%;T1與HF處理間差異不顯著。HF相比CK處理地上部分干重增加19.75%。由圖2(b)可知,隨沼液濃度的增加地上部分干重變化先升高后降低,其中以T3水平增加最為顯著,相比CK顯著增加46.25%,其次為T2、T1水平。T4較HF處理增加8.12%,處理間差異不顯著。
由圖5(c)、(d)可知,在不同沼液濃度梯度下,芹菜地下部分干鮮重均有不同程度的提高,均隨沼液稀釋濃度的增加先升高后降低。與CK水平相比,HF處理地下部分鮮重顯著增加70.80%,四個施肥水平下,地下部分鮮重以T3水平增加最為顯著,相比HF顯著增加25.88%,T4與T3處理間不存在顯著差異,T1較HF處理不存在顯著差異。沼液處理組地下部分干重較CK顯著增加了44.14%~81.81%,其中,以T3水平地下部分干重增幅最大,其次為T2、T1水平。HF較T4處理增加8.26%,T4處理地下部分干重變化小,但大于CK。表明施用沼液有利于芹菜干物質的積累,促進根的生長,提高產量。

圖2 沼液濃度對芹菜地上地下部分干鮮重的影響
施用鴨糞沼液后顯著提高了芹菜中氮、磷、鉀的含量(圖3)。各處理芹菜中氮含量隨沼液用量的增加先升高后降低,磷、鉀含量跟氮含量變化表現出相同的趨勢。HF處理相比CK芹菜氮含量增加25.07%,T3處理增加最顯著,相比HF處理顯著增加23.45%,其次為T2、T1、T4。芹菜中磷含量變化各處理間差異顯著,其中以T3水平增加最為顯著,其次為T2、T1、T4;T3相比HF處理增加了36.56%,HF處理相比CK增加44.2%,T4處理與CK水平相比差異不顯著。由圖3(c)可知,施用沼液后顯著提高了芹菜中的K含量,T3水平芹菜K含量變化幅度最大且顯著高于沼液組其他處理,相比HF處理組顯著增加38.12%;T4處理相比CK處理顯著增加23.78%,但與HF處理組相比沒有顯著差異。相比CK處理,施用沼液后芹菜中的氮、磷、鉀含量均有不同程度的提高。

圖3 沼液濃度對芹菜氮、磷、鉀含量的影響

圖4 沼液濃度對芹菜葉綠體光合色素的影響
由圖4可知,施用鴨糞沼液后,芹菜中葉綠體光合色素的含量均有顯著提高,而且其含量隨著沼液濃度的增加先升高后降低。HF較CK處理各色素含量分別增加12.23%、18.85%、15.12%。T3水平下葉綠素a含量最高,較HF處理顯著增加61.70%,其次為T2、T1、T4處理,其中T1與T2處理間不存在顯著差異,T4較HF增加21.58%,處理間差異不顯著。葉綠素b和類胡蘿卜素含量均隨沼液濃度的增加呈先增大后減小的趨勢,與葉綠素a含量變化趨勢一致。T3水平下,葉綠素b含量較HF顯著增加69.75%,T1、T2與T4處理間差異不顯著,但均高于HF處理。類胡蘿卜素含量除T3處理顯著增加外,其余各處理之間差異不顯著。說明施用沼液有利于芹菜合成更多光合色素,提高光合作用。
由圖5可知,施用鴨糞沼液后明顯提高了芹菜的品質。在不同沼液濃度梯度下,各處理中芹菜中維生素C含量差異顯著,其中T3水平下維生素C含量增加最顯著,增幅為68.49%,與HF處理相比顯著增加37.01%;T1處理維C含量較HF處理增加了9.86%,其含量隨鴨糞沼液施用濃度的增加表現出先升高后降低的趨勢。由圖5(b)可知,施用鴨糞沼液后顯著提高了芹菜中可溶性糖含量,與維生素C含量變化趨勢一致,相比CK顯著增加了1.15%~3.87%,其中,T3處理較CK水平可溶性糖含量增加最為顯著,增幅為3.87%,其次為T2、T1、T4處理。在不同的鴨糞沼液濃度梯度下,鴨糞沼液各處理間差異顯著,T3較HF處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顯著增加,由圖5(c)可知,可溶性蛋白在T3水平下含量增加最顯著,與CK相比增加37.29%,與HF處理相比增加23.27%,其次為T4,增加了33.97%和20.29%,T4與T2處理間差異不顯著,HF水平下可溶性蛋白含量增加最不顯著,僅為11.37%。
研究表明,施用沼液可以在不同程度上降低蔬菜中纖維素[14]。由圖5(d)可知,隨鴨糞沼液濃度的增加,芹菜中纖維素含量先降低后升高,不同鴨糞沼液濃度梯度下,T3水平纖維素含量與CK相比顯著降低51.95%,其次為T2處理。HF處理下纖維素含量有一定程度的增加,相比CK增加1.36%;T3處理與HF相比顯著降低52.59%,結果表明,纖維素對T3水平最敏感。

圖5 沼液濃度對芹菜品質的影響
GB 2762-2017《食品安全國家標準食品中污染物限量》[15]規定食品中硝酸鹽含量限值為3000 g/kg。由圖6可知,施用沼液后芹菜中硝酸鹽含量有不同程度的變化,HF處理芹菜硝酸鹽含量相比CK顯著增加1.19倍;沼液處理組相比HF處理硝酸鹽含量顯著降低,說明施用沼液不會造成芹菜體內硝酸鹽的積累。隨沼液稀釋倍數的增加芹菜體內硝酸鹽含量先降低后升高,以T3處理降低最為顯著,相比CK水平顯著降低17.72%,相比HF處理顯著降低62.41%,T1、T2、T4處理硝酸鹽含量均有一定程度的降低;說明硝酸鹽含量對不同沼液濃度敏感度不同,合理施用沼液可降低芹菜硝酸鹽含量,提高芹菜品質,進一步確保芹菜的質量安全。

圖6 施用鴨糞沼液對芹菜的安全性評價
植物生長發育狀況是通過植株的生長指標如株高、莖粗等直接體現出來的,其產量是衡量經濟效益的一個重要指標;光合作用是保證植物進行基本生命活動的必要過程,是能量供給的重要源頭[16]。施用沼液有利于芹菜的生長,增加葉綠體光合色素的含量,促進其光合作用,提高產量。徐瑞強[17]等研究表明,施用濃縮沼液后顯著提高了棉花的株高和莖粗,提高程度隨沼液濃度的變化而不同,且各處理間差異顯著。
本研究表明,施用鴨糞沼液后,芹菜株高、莖粗較CK相比顯著增加,光合色素也顯著增加,有利于進行光合作用,大幅度提高產量,且對不同的沼液濃度分別有不同的響應,其中,鴨糞沼液原液不利于芹菜幼苗的生長,因其濃度過高而導致燒苗現象,以鴨糞沼液稀釋10倍時差異最為顯著。這可能是由于鴨糞沼液中含有豐富的氨基酸、腐殖酸等營養物質[18],被植物吸收利用后,增加了植物的株高、莖粗。沼液中還含有一些中微量元素,是合成葉綠體光合色素的必要物質,從而促進干物質的積累,提高產量。但是當鴨糞沼液濃度過高或過低時都不利于植物的生長發育,可能是因為沼液中營養物質過剩或不足,對植物的生長發育起了脅迫作用,抑制了植物的生長。
氮、磷、鉀是植物生長最基本的營養元素,起著不可替代的作用。本研究表明,施用鴨糞沼液后,芹菜體內的氮、磷、鉀含量分別有了不同程度的提高,這與前人[19-20]研究施用沼液后顯著增加了小麥、桉樹體內的養分含量結果一致。芹菜體內的養分含量對沼液稀釋10倍時最為敏感,其含量最高。可能是因為鴨糞沼液中含有大量的氮、磷、鉀等營養成分,且這些養分主要以速效態存在,易直接被植物根部吸收,從而促進了芹菜的生長。
蔬菜中含有大量的維生素和微量元素,是人體礦物質的主要來源,可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、纖維素是衡量蔬菜質量的基礎指標,是反映蔬菜營養價值的重要指標。芹菜中含有豐富的維生素C,陳道華[21]等研究證明,施用沼液肥后,顯著提高草莓的可溶性糖、維生素C等含量,提高草莓品質。楊敬華[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,施用稀釋10倍的鴨糞沼液有利于提高芹菜可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量,相比施用化肥芹菜纖維素含量更低,因為沼液中含有大量的速效養分及礦質元素,改善了芹菜的營養水平,說明施用沼液更有助于提高芹菜品質。
蔬菜硝酸鹽含量是蔬菜品質的重要評價指標之一,施用鴨糞沼液后,芹菜硝酸鹽含量有不同程度的增加,但均符合《農產品安全質量無公害蔬菜安全要求》(GB18406.1-2001)[22],這與祁步凡[23]研究結果不一致,該研究表明施用沼液濃縮肥降低硝酸鹽含量。可能因為沼液中含有如生長素、赤霉素等調控植物的生理活動的活性物質,成分復雜,抑制了芹菜體內的硝酸還原酶的合成,從而降低芹菜體內的硝酸鹽含量[24]。沼液濃度過高時,其鹽分含量隨之升高,打破植物體內外平衡,從而導致品質下降。
施用鴨糞沼液可以在不同程度上促進芹菜株高、莖粗的增加,有利于芹菜葉綠體光合色素的合成,從而促進光合作用,提高產量;同時有利于芹菜中養分均衡,合適的鴨糞沼液稀釋濃度可以提高芹菜中可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量,降低纖維素和硝酸鹽含量,提高品質,改善口感,鴨糞沼液濃度過高或過低都會導致芹菜品質的降低。本研究中,鴨糞沼液稀釋10倍即EC值為3 mS/cm為種植芹菜的最佳稀釋濃度。
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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
山東省重大科技創新工程(2018CXGC0209);山東省農業重大應用技術創新項目(SD2019ZZ020);山東省園區產業提升工程(2019YQ014);山東省自然科學基金(ZR2020QE238)
李嬌(1996-),女,碩士研究生,專業方向:資源與環境. E-mail: 2268494165@qq.com
Author for correspondence. E-mail:shilh@sdau.edu.cn; lishuyan16@163.com