一種適宜小規模設施農業生產的沼液滴灌系統及效果研究

安順偉， 劉寶文， 肖長坤， 孟范玉， 岳煥芳， 胡瀟怡

(1.北京市農業技術推廣站， 北京 100029； 2.昌平區農業環境監測站， 北京 102200； 3.北京市密云區優質農產品服務站， 北京 101500)

農業農村部提出要加快轉變農業發展方式，實現“一控兩減三基本”的目標，嚴格控制農業用水總量，減少化肥農藥用量，實現畜禽糞便、農作物秸稈、農膜的資源化利用。北京市目前建有大中型沼氣工程259個，其中有近一半的沼氣工程進行了沼渣、沼液的分離工作，年產沼液100多萬立方米。沼液富含氮、磷、鉀等營養成分是一種優質的液體肥。潘麗娜[1]等研究結果表明：與施化肥相比，50%沼液濃度處理草莓株高、葉面積和冠徑的增長效果明顯，始花期、漿果變色期和成熟期提前2 ～3 d，產量提高 40 g·株-1。焦翔翔[2]等研究結果表明當沼液體積分數為50%時，番茄產量較高，達92.79 t·hm-2，較對照增產29.00%；且番茄紅素,可溶性糖,糖酸比,Vc含量等品質指標也較佳。

滴灌技術具有顯著的節水、節肥和增產效果[3-5]。沼液滴灌是實現“一控兩減三基本”目標的重要途徑之一。由于沼氣發酵殘留物中含有部分粘稠狀的沼渣、沼液，常規過濾器很容易堵塞而且不易清洗，給大規模的施用特別是在滴灌中的應用帶來較大困難。針對沼液滴灌，孫欽平[6]等采用三級過濾相關工藝對沼液進行過濾，達到120目滴灌要求，從而利用滴灌措施實現沼液的資源化循環利用。但此項技術工藝復雜，適合大型規模園區應用。針對一家一戶小規模設施農業生產，本試驗開展了簡易沼液滴灌系統探索及營養效果研究，為一家一戶生產應用沼液滴灌技術提供技術參數，促進沼液滴灌技術的應用。

1 沼液滴灌系統設計

如圖1所示，該系統主要由沼液存貯裝置、沼液過濾裝置、沼液稀釋裝置和田間滴灌系統等4部分組成，沼液存貯裝置、沼液稀釋裝置和田間滴灌系統之間通過管道連接，利用水泵提供傳輸動力；通過三級過濾和稀釋后進行滴灌施用，滿足作物對水分和養分的需求。

1.1 沼液存貯裝置

可以選擇深顏色塑料桶，也可修建沼液存儲池(需要做好防滲)，沼液存儲池容積根據棚室種植面積進行選擇，一般需要4～6 m3。當池內沼液液面高度低于10 cm時需要添加新的沼液，添加完成后需要靜置1天后使用，作物收獲完成后需要將池底沉積物清理干凈。

1.2 沼液過濾系統

該系統是沼液滴灌的關鍵部分，主要由以下3部分組成：一級過濾裝置，安裝在沼液存儲裝置內，由浮球和過濾器組成，浮球用來控制過濾器高度始終保持在沼液液面8～10 cm以下，防止吸入池底沉淀物，過濾器可以用鐵絲制作成球形，直徑10～15 cm，增大過濾面積，外面用80目的過濾網進行單層包裹，過濾掉較大的懸浮物；二級過濾裝置，加裝在沼液稀釋桶入口處，由鐵絲制作成圓柱形，直徑略小于沼液稀釋桶口直徑，高度15～20 cm，利用掛鉤固定在沼液稀釋桶上，外部用100～120目過濾網進行單層包裹，確保過濾后的沼液基本滿足滴灌要求；三級過濾裝置，加裝在田間滴灌系統前，建議采用120目的碟片過濾器(網式過濾器的金屬過濾網容易被沼液腐蝕，損壞較快)，過濾器直徑根據輸水管路直徑進行選擇。

1.3 沼液稀釋裝置

沼液原液濃度較高，直接施用容易造成作物燒苗，要稀釋后進行施用。沼液稀釋裝置一般選擇2 m3的深顏色塑料桶，根據沼液養分含量和種植作物及生育期進行稀釋，一般稀釋2～5倍后進行灌溉。

1.4 田間滴灌裝置

根據土壤類型、作物種類及株行距，確定滴頭出水量配置及相應鋪設密度，一般番茄等茄果類作物應每行對應1條，大白菜、甘藍、生菜等作物可兩行對應1條，茄果類蔬菜滴頭間距宜選用20 cm～30 cm。

2 田間應用效果研究

2.1 沼液成分檢測

沼液由北京海華百利能源科技有限公司提供，沼液發酵物為牛糞。全氮采用凱氏定氮法；全磷、全鉀、鈣、鎂、鐵、銅、鋅、鎘、鉻、鉛采用電感耦合等離子發射光譜儀(ICP-OES)法；汞、砷采用原子熒光光度法；液體密度采用重量法；糞大腸菌群數采用多管發酵法；蛔蟲卵死亡率采用顯微鏡鏡檢法。檢測結果表明：沼液中養分含量較全面，大量元素中全氮、全磷含量較高，分別為1.75 g·L-1和1.92 g·L-1，微量元素中鐵含量最高為4.81 mg·L-1，鉻、汞等重金屬含量均小于相關標準值(見表1)。

表1 沼液成分含量

2.2 春大棚黃瓜田間應用效果

2.2.1 沼液滴灌對產量的影響

2018年分別在昌平馬池口鎮丈頭村春大棚黃瓜和密云區密云鎮季莊村日光溫室冬春茬黃瓜上開展應用效果研究。昌平供試大棚長50 m，跨度8 m，沙壤土，土壤0～20 cm有機質含量110.6 g·kg-1，全氮6.09 g·kg-1，堿解氮241 mg·kg-1，速效磷359 mg·kg-1，速效鉀1186 mg·kg-1，pH值7.46，體積質量1.34 g·cm-3，田間持水量20.9%。供試黃瓜品種為“中農16”，大行寬80 cm，小行寬50 cm，株距30 cm，設3個處理，小區面積21 m2。密云日光溫室長60 m，跨度8 m，土壤土，土壤0～20 cm,有機質含量120.2 g·kg-1，全氮6.54 g·kg-1，堿解氮256 mg·kg-1，速效磷382 mg·kg-1，速效鉀1089 mg·kg-1，pH值7.32，體積質量1.36 g·cm-3，田間持水量21.3%。供試黃瓜品種為“中農16”，大行寬80 cm，小行寬50 cm，株距30 cm，設3個處理，小區面積39 m2。兩個試驗點均采用膜下滴灌技術，每個點所有處理灌溉均一致。昌平試驗點全生育期灌水量為2460 m3·hm-2，共施用沼液73.5 m3·hm-2，水溶肥1296 kg·hm-2；密云試驗點全生育期灌水量為3180 m3·hm-2，共施用沼液93.6 m3·hm-2，水溶肥1140 kg·hm-2。

結果表明：沼液滴灌能夠增加單株結瓜數，提高單瓜重，促進產量提升。與清水相比，增產20.6%和21.2%，處理間達到了顯著性差異；與水溶肥相比，增產7.2%和9.1%，處理間沒有達到顯著性差異(見表2)。

表2 沼液滴灌對產量的影響

2.2.2 沼液滴灌對黃瓜品質的影響

沼液滴灌能夠提高黃瓜品質，與清水相比，兩個試驗點維生素C含量分別提高6.2%和11.4%，昌平試驗點處理間達到了顯著性差異；可溶性糖含量分別提高5.6%和7.9%，丙醇二酸含量分別提高8.1%和14.4%，但處理間均沒有達到顯著性差異；與水溶肥相比，昌平試驗點維生素C、可溶性糖和亞硝酸鹽含量分別降低22.6%,23.4%和29.0%，丙醇二酸含量提高44.5%，處理間達到了顯著性差異；密云試驗點維生素C含量略有降低，可溶性糖略有增加，處理間沒有達到顯著性差異，亞硝酸鹽含量降低21.8%，丙醇二酸含量提高37.2%，處理間達到了顯著性差異(見表3)。

表3 沼液滴灌對品質的影響

2.2.3 沼液滴灌對經濟效益的影響

施用沼液提高了黃瓜產量，增加了毛收入，降低了肥料投入，因此經濟效益最高，與清水相比，兩個試驗點分別增加21435元·hm-2和34804元·hm-2；與水溶肥處理相比，分別增加25337元·hm-2和25413元·hm-2(見表4)。

表4 沼液滴灌對經濟效益的影響

3 討論與結論

楊丹[7]等研究結果表明根部灌施濃縮沼液處理的黃瓜產量高于清水組914.56 kg·667m-2，增產效果達21.23%，二者差異性顯著，與肥料組處理的黃瓜在產量方面差異不顯著。本研究結果與其相似，與清水相比，增產20.6%～21.2%，處理間達到了顯著性差異；與水溶肥相比，增產7.2%～9.1%，處理間沒有顯著性差異。王志典[7]研究黃瓜Vc，可溶性糖，和可溶性蛋白含量均隨著沼液濃度的增大呈增大趨勢，說明隨著在一定范圍內增大施用沼液的濃度，可以改善黃瓜品質。本試驗結果表明：沼液滴灌處理與清水處理相比，維生素C含量分別提高6.2%和11.4%，其中昌平試驗處理間達到顯著性差異；可溶性糖含量分別提高5.6%和7.9%，丙醇二酸含量分別提高8.1%和14.4%，處理間均沒有達到顯著性差異。丙醇二酸是黃瓜主要風味物質之一，沼液滴灌與水溶肥處理相比，兩個試驗點丙醇二酸含量分別提高37.2%和44.5%，處理間達到了顯著性差異，果實風味提高。

康婷[8]等調研結果表明北京市果類蔬菜生產多以小規模經營為主，在 2015年調研中，種植面積為 0.34～0.67 hm-2(5.1～10.0 畝)之間的農戶占總體比重比2012年有所上升。該系統通過三級過濾，解決了沼液滴灌堵塞問題；通過設置沼液稀釋桶，稀釋成合理比例后進行施用，解決了沼液直接灌溉造成燒苗問題。同時，該系統設計簡單，適合小規模生產者進行應用，與對照和施水溶肥相比，分別增收21435元·hm-2和34804元·hm-2。因此，小規模生產主體應用沼液滴灌前景廣闊。不同發酵原料、不同發酵時間沼液的氮磷鉀含量和理化性質均不同，在施用沼液前需要掌握沼液的基本理化特性，要根據土壤肥力、種植作物和生育期進行合理稀釋后再進行沼液滴灌。