沼液施用對青椒生長和土壤性質的影響

徐海蓉，王林，吳聰敏，俞元春*，戴成

（1.南京林業大學生物與環境學院，南方現代林業協同創新中心，南京 210037；2.南京金浦潤東生態牧業有限公司，南京 211525）

沼氣工程能夠高效回收利用畜禽糞便，緩解畜禽糞便排放帶來的環境污染問題，截至2018 年底，我國建設的規?；託夤こ坍a氣量達到了27.96 億m2[1]。與此同時也產生了大量的沼渣沼液，如果不能及時地處理這些沼渣沼液，就有給周邊環境帶來二次污染的風險[2]。

沼液中含有鈉、鈣、銅、鐵、鎂、錳和鋅等微量元素，也包括氮、磷、鉀等大量營養元素，同時還包括高級脂肪酸、多種腐殖酸、調控植物生長物質如生長激素、維生素、核黃素及對病蟲害有抑制作用的物質，也含有煙氨酸、色氨酸、賴氨酸等17 種氨基酸，這些都是植物生長所需要的重要物質[3]。在農業生產中合理施用沼液，一方面可以減少化肥等的使用，另一方面也可以提高作物產量和品質[4]。武立葉等[5]研究發現，在不施用化肥情況下，所有沼液灌溉處理的大白菜產量均較對照增加，且大白菜的可溶性糖和可溶性蛋白含量也有所增加。張彥寧[6]研究發現，不同的沼液灌溉量顯著影響番茄的產量和品質。吳曉梅等[7]研究發現，適量的沼液灌溉可促進芥菜生長，提高芥菜產量及其對養分的吸收。另外，沼液中含有的營養元素可以豐富土壤中的養分含量，使土壤中氮、磷、鉀以及有機質等含量增加，起到改良土壤的作用[8-11]。賈政浩[12]研究表明，沼液施用可以提高土壤全氮以及有機質含量，保持土壤肥力。劉占偉[13]的研究同樣表明，施用沼液可以改善土壤肥力，使土壤全氮、有效磷、速效鉀和有機質等含量增加，同時能提高土壤pH。

目前，有關施用沼肥種植作物的研究大多集中于對沼液施用量的探討，不同施肥方式對作物生產影響的研究較少。如果在施用沼液時對其施肥方式進行優化，對提高我國沼肥的利用效率具有重要意義。本研究通過對江蘇省張家港楓華養豬場提供的豬糞發酵沼液進行青椒種植田間試驗，探究沼液施用對青椒產量和品質以及種植土壤環境的影響，以期選出適合當地青椒種植的沼液施用方式和施用量，為促進養豬場豬糞發酵沼液的農田消納、解決沼液排放帶來的環境污染問題、提高農業生產效益等提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2019 年5—9月在江蘇省張家港市東沙鎮(31°83＇08″N，120°82＇80″E）進行，該地區屬北亞熱帶南部濕潤性氣候區，氣候溫和，四季分明，雨水充沛，年平均溫度14～22 ℃，年降雨量1 500～2 000 mm。試驗樣地土壤類型為潮土，試驗前基本理化性質：pH 7.97，全氮含量1.93 g·kg-1，有效磷含量8.73 mg·kg-1，速效鉀含量216.54 mg·kg-1，有機質含量33.03 g·kg-1。

供試青椒品種為荷椒13，沼液由張家港楓華投資管理有限公司提供，豬糞發酵，基本理化性質：pH 7.96，全氮含量1.19 g·L-1，全磷含量0.12 g·L-1，全鉀含量0.94 g·L-1。

1.2 試驗設計

試驗以施用方式和施用量進行雙因素區組設計。施用方式分為澆施和噴施2 種，澆施處理只將沼液施澆在種植土壤表面，噴施處理是包括植物根莖葉和土壤表面的全覆蓋噴施沼液。每種施用方式均設置10、20、30、40、60 m3·hm-2共5 個用量處理，分別以T1～T5來表示，以不施基肥的清水處理為對照1（CK1），以只施基肥的清水處理為對照2（CK2），每個處理重復3次，見表1。共設置36個小區，每個小區的面積為3 m2(2 m×1.5 m)，隨機排列。樣地共分為2行，每行分為18個小區，行間距60 cm，小區間距50 cm。試驗田采用起壟方式栽培，壟高25 cm，在此之前未施用化學肥料。起壟整地后，于2019 年5月20 日施加沼液基肥（24 m3·hm-2），第2 天進行青椒移栽。6月15 日第1 次追肥，7月10 日第2 次追肥，8月5 日第3 次追肥，共追肥3次。株距40 cm，行距80 cm。

表1 沼液施用量Table 1 Application amount of biogas slurry

1.3 樣品采集

土壤樣品于9月18 日青椒成熟采收后采集。每個小區采用5點法混合采樣，取樣深度分為0—20 和20—40 cm，同一土層土樣混合后采用四分法[14]保留1 kg 土壤，裝入自封袋帶回實驗室自然風干。

青椒成熟后人工采收小區全部植株計產，品質測定樣品在每小區隨機選取2 株采集，并放入保鮮箱帶回實驗室，進行青椒品質的測定。

1.4 指標測定與方法

1.4.1 青椒品質測定 硝酸鹽和Vc 含量采用紫外分光光度法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍分光光度法測定[15]。

1.4.2 土壤樣品的理化性質測定 參考《土壤農業化學分析方法》[16]，全氮含量采用凱氏定氮法測定；有效磷含量采用雙酸浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定；pH 采用土水比1∶2.5 的比例浸提，電位法測定；有機質含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定。

1.5 數據處理

使用Excel 2019 對樣品的各項指標進行統計和計算，使用SPSS 25.0軟件對數據進行誤差和相關性分析，使用Origin 9.5軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 施用沼液對土壤基本理化性質的影響

2.1.1 pH 變化分析 施用沼液對青椒種植土壤pH 的影響較為顯著（圖1），在2 種施肥方式中，除T4 和T5 處理的0—20 cm 土層外，其余施肥處理的pH均與CK1 有顯著差異(P＜0.05)。在0—20 cm 土層中，施肥方式為澆施時，土壤pH 隨著施肥量的增加而提高，最大值達到7.96；噴施時，土壤pH 在施用沼液總量為84 m3·hm-2（T2 處理）時達到最大，之后隨著施肥量的增加有下降趨勢。20—40 cm 土層中，2 種施肥方式處理的土壤pH 總體趨勢都是隨著施肥量的增加而提高，在T5 處理時達到最大，分別為8.11 和8.09?？傮w而言，在本試驗條件下，無論采用哪種方式施用沼液，都會使土壤pH升高，加劇土壤鹽堿化程度。

圖1 不同施肥方式和施肥量下青椒種植土壤的pHFig.1 pH of the soil for planting green pepper under different fertilization methods and amounts

2.1.2 有機質含量變化分析 由圖2可知，在0—20 cm 土層中，5 種澆施處理的青椒種植土壤有機質含量相較CK1 均有所增加，且存在顯著差異(P＜0.05)，T5 處理提升效果最明顯，青椒種植土壤的有機質含量達到39.30 g·kg-1；噴施處理時，除T1和T3處理外，其余處理組的有機質含量均隨施肥量的增加而顯著增加。在20—40 cm 土層中，除T3 處理外，2 種施肥方式處理的有機質含量差異顯著。與CK1 相比，澆施處理的各組土壤有機質含量均下降；噴施處理中，只有沼液施用量為144（T4）和204 m3·hm-2（T5）的處理組土壤的有機質含量顯著增加。表明施加沼液可以提高表層土壤的有機質含量，但是對深層土壤有機質的提升效果不理想。

圖2 不同施肥方式和施肥量下青椒種植土壤的有機質含量Fig.2 Organic matter content of the soil for planting green pepper under different fertilization methods and amounts

2.1.3 全氮含量變化分析 施用沼液對青椒種植土壤全氮含量的影響如圖3 所示，就0—20 cm 土層的全氮含量而言，澆施處理中T2、T4 和T5 處理較CK1 有所增加，其中，T2 和T5 處理的全氮含量分別顯著增加6.22%和8.61%；T3 處理的土壤全氮含量較CK1 降低7.66%。噴施處理中，T4 和T5處理的土壤全氮含量分別增加14.83% 和12.44%，與CK1 存在顯著差異(P＜0.05)，其余處理與CK1差異不顯著。

圖3 不同施肥方式和施肥量下青椒種植土壤的全氮含量Fig.3 Total nitrogen content of the soil for planting green pepper under different fertilization methods and amounts

在20—40 cm 土層中，除T1 處理外，2 種施肥方式處理的全氮含量均存在顯著差異。澆施的5個處理全氮含量較CK1都有所降低，但5個處理中，隨施肥量增加全氮含量均增加；噴施處理中，T1 和T4 處理的全氮含量與CK1 有顯著差異，其余3 種處理均無顯著差異，其中，T1 和T2 處理的全氮含量分別降低18.59%和8.97%，,T3、T4 和T5處理的全氮含量分別增加1.28%，21.15% 和4.48%。說明沼液施用有助于增加表層土壤中的全氮含量，但是可能受到青椒生長需求的影響，T1和T3處理的土壤全氮含量出現下降現象。

2.1.4 有效磷含量變化分析 施用沼液對青椒種植土壤有效磷含量的影響如圖4 所示，在0—20 cm 土層中，施肥方式為澆施時，T2 處理的土壤有效磷含量與CK1 相比增加84.33%，達到18.82 mg·kg-1，顯著高于其他處理；施肥方式為噴施時，各處理有效磷含量依次為T2＞T4＞T5＞T1＞T3，與CK1 相比分 別增加87.37%、65.82%、57.20%、49.76%和32.52%。

圖4 不同施肥方式和施肥量下青椒種植土壤的有效磷含量Fig.4 Aavailable phosphorus content of the soil for planting green pepper under different fertilization methods and amounts

20—40 cm 土層中，施肥方式為澆施時，T1、T3和T5處理的土壤有效磷含量增加明顯，分別達到7.56、8.18 和8.12 mg·kg-1，較CK1 分別增 加19.8%、29.64%和28.68%；施肥方式為噴施時，T1、T2 和T3 處理的土壤有效磷含量與CK1 相比沒有顯著差異，但T4 和T5 處理的有效磷含量分別達到7.43 和7.99 mg·kg-1，與CK1 差異顯 著(P＜0.05)。結果表明，施用沼液有助于提高土壤的有效磷含量，且澆施方式處理對深層土壤有效磷含量的提高效果更好。

2.1.5 速效鉀含量變化分析 施用沼液對青椒種植土壤速效鉀含量的影響如圖5 所示，在0—20 cm 土層中，澆施時5個處理的速效鉀含量隨施肥量的增大而增大，T3、T4 和T5 處理的土壤速效鉀含量分別較CK1 顯著增加3.41%、28.03%和31.48%；噴施時，與CK1 相比，T1、T2 和T3 處理的速效鉀含量少量減少，而施肥量較大的T4 和T5處理的速效鉀含量分別顯著增加45.84% 和34.09%。

圖5 不同施肥方式和施肥量下青椒種植土壤的速效鉀含量Fig.5 Available potassium content of the soil for planting green pepper under different fertilization methods and amounts

20—40 cm 土層中，2 種施肥方式的所有處理速效鉀含量均顯著增加，且與CK1 存在顯著差異(P＜0.05)，噴施處理的土壤速效鉀含量顯著高于澆施處理。澆施處理時，T5 處理的土壤速效鉀含量增加最明顯，達到155.25 mg·kg-1；噴施處理時，相比于其他處理，T2、T4 和T5 處理的土壤速效鉀含量處于較高水平，分別達到187.3、192.68 和187.63 mg·kg-1。由此表明，適量施用沼液可以提高土壤速效鉀的含量，增加其肥力。

2.2 施用沼液對青椒產量的影響

施用沼液對青椒產量的影響由圖6所示，2種施肥方式的所有處理相較于CK1 都有顯著差異(P＜0.05)，且除T1處理外，當施肥量相同時，2種施肥方式之間差異顯著。當施肥方式為澆施時，T3處理的青椒產量最高，其次是T2處理，青椒產量分別達到了43 766.7 和41 866.7 kg·hm-2，相比CK1顯著增加97.74%和89.16%。施肥量過多，青椒的產量反而降低。當施肥方式為噴施時，T4 處理的青椒產量最高，相比CK1增加87.50%。結果表明，施肥方式不同對青椒產量的影響也不同，當施肥總量未超過114 m3·hm-2（T3處理）時，澆施的產量提升效果要好于噴施，當施肥量總量超過114 m3·hm-2（T3處理）時，噴施的產量提升效果較好。

圖6 不同施肥方式和施肥量下青椒的產量Fig.6 Yield of green pepper under different fertilization methods and amounts

2.3 施用沼液對青椒品質的影響

2.3.1 Vc 含量 施用沼液對青椒Vc 含量的影響如圖7 所示，2 種施肥方式中除了T5 處理外，其余處理的Vc 含量相對于CK1 都顯著增加(P＜0.05)。當施肥方式為澆施時，T2處理的青椒Vc含量最高，顯著高于其他處理，達到1.361 4 mg·g-1FW，相對于CK1 增加了54.13%。當施肥方式為噴施時，T4 處理的青椒Vc含量相比于CK1提升效果最為明顯，達到1.260 5 mg·g-1FW，相比于CK1 增加42.70%；其次是T3處理，青椒Vc含量為1.234 2 mg·g-1FW，相比CK1分別增加39.73%。表明當以84 m3·hm-2（T2處理）的施用量對青椒進行澆施時，青椒中Vc含量的提升效果最好。

圖7 不同施肥方式和施肥量下青椒的Vc含量Fig.7 Vc content of green pepper under different fertilization methods and amounts

2.3.2 蛋白質含量 施用沼液對青椒蛋白質含量的影響如圖8 所示，當施肥方式為澆施時，沼液的施用總量為114 m3·hm-2（T3處理）時，青椒的蛋白質含量最高，達到了8.75 g·kg-1，與CK1 相比增加83.82%；其余處理則與對照組無顯著差異，其中，當施肥總量為204 m3·hm-2（T5處理）時，青椒的蛋白質含量較CK1 有所減少。施肥方式為噴施時，除了T5處理，其他處理的蛋白質含量較對照都有所增加，但所有處理與對照均無顯著差異。說明當沼液的施用總量小于204 m3·hm-2時，以不同的方式施用沼液，對青椒蛋白質含量都會有一定的提高作用，但是總體而言提升效果不明顯。

圖8 不同施肥方式和施肥量下青椒的蛋白質含量Fig.8 Protein content of green pepper under different fertilization methods and amounts

2.3.3 硝酸鹽含量 施用沼液對青椒硝酸鹽含量的影響如圖9所示，2種施肥方式下青椒的硝酸鹽含量均隨著施肥量的增加而增加，與CK1存在顯著差異(P＜0.05)。當施肥量達到204 m3·hm-2（T5 處理）時，澆施和噴施處理的青椒硝酸鹽含量分別增加499.46 和495.89 mg·kg-1，較CK1 增加了81.06%和79.78%。2 種施肥方式中，T4 和T5 處理的青椒硝酸鹽含量超過432 mg·kg-1，僅達到我國蔬菜硝酸鹽污染程度的二級標準，其余處理的硝酸鹽含量均符合一級標準[17]?？梢娬右菏┯糜谇嘟贩N植時，施肥量不宜過多，否則會導致硝酸鹽含量超標，對人體健康產生安全隱患。

圖9 不同施肥方式和施肥量下青椒的硝酸鹽含量Fig.9 Nitrate content of green pepper under different fertilization methods and amounts

3 討論

3.1 施用沼液對土壤的改良作用

近幾十年以來，由于農業生產中人們長期依賴化肥，導致土壤酸堿化以及板結現象日益凸出，嚴重阻礙農業生產的可持續發展。本研究發現施用沼液可以提高青椒種植土壤的pH，這與魏彬萌等[18]，黃海麗等[19]的研究結果一致。而胡振民等[20]在研究灌施沼液對茶園土壤性質的影響時卻發現施加沼液可以降低土壤pH，這可能和供試土壤性質與沼肥原料相關。本試驗中，隨著施肥量的增加，土壤pH也逐漸提高，這與青椒中硝酸鹽含量的增加趨勢相同，可能是因為沼液中鹽分的積累導致土壤pH 升高，說明過量施用沼液會造成土壤鹽堿化。

在土壤有機質和全氮含量方面，大部分經沼液處理的土壤有機質和全氮含量與對照都有顯著差異，但沒有呈現規律性的變化。在0—20 cm 土壤層，適量的施用沼液可以有效提高土壤全氮和有機質含量，這與林少華等[21]的研究結果一致。但當沼液施加總量為114 m3·hm-2（T3處理）時，土壤全氮含量較低，這是由于T3處理的青椒長勢最好，對養分需求量更大。在20—40 cm 土壤層，澆施處理后這2 個土壤指標值出現了顯著下降，可能是由于沼液施用促進了土壤有機質的分解以及氮素的礦化和淋溶，這一現象及其作用機理，有待于進一步的驗證與研究。

施用沼液會給土壤帶來有機磷和無機磷化合物，同時也會通過影響土壤微生物活性間接影響土壤磷素的轉化[8]，另外許多研究都表明沼液的施用有助于土壤磷素的積累[22-26]。本研究發現，適量施用沼液可以有效提高土壤有效磷含量，這與孫芹菊等[27]的研究結果一致。2 種施肥方式對表層土壤中有效磷含量的提升效果沒有顯著差異，而澆施對于深層土壤中有效磷含量的增加明顯好于噴施，主要是噴施的沼肥難以到達土壤深層，不能被充分利用。此外，施用適量的沼液也可以有效提高青椒種植土壤的速效鉀含量。

3.2 沼液對青椒的肥效

施用沼液能夠使農作物增產，但沼液對農作物增產的效果與施用量有關。本研究發現，施用沼液后，青椒增產高達97.74%。其中，澆施114 m3·hm-2沼液和噴施144 m3·hm-2沼液時對青椒的增產效果最好，就施肥方式而言，總體上澆施增產效果優于噴施。林少華等[20]研究沼液施用對紫甘藍生長的影響，發現澆施114 m3·hm-2沼液時紫甘藍的產量最高，沼液用量過高，產量下降；而噴施處理的紫甘藍產量與對照無顯著差異。袁祖華等[28]研究發現，噴施沼液過多會使黃瓜產量降低。這可能是因為噴施會造成沼液的浪費，且會將一部分沼液噴在葉子表面對植物造成傷害。

在對青椒Vc含量的影響方面，無論采用哪種施肥方式都呈現出單峰曲線變化，這與張利等[29]的研究結果一致。澆施84 m3·hm-2和噴施144 m3·hm-2沼液的青椒Vc 含量最高，分別較對照組增加54.13%和42.70%。林少華等[21]研究發現，2種施肥方式都是在沼液施用量為103 m3·hm-2時紫甘藍的Vc含量最高，其余處理與對照差異不明顯。對青椒的蛋白質含量而言，除了澆施114 m3·hm-2沼液，其他澆施和所有噴施處理均與對照無顯著差異。這表明，只有在綜合考慮蔬菜種類及種植土壤特性等因素的前提下，合理施用沼液才能充分發揮沼液的肥效。

蔬菜中的硝酸鹽本身不具備毒性，但其代謝產物卻會對人體健康產生有害作用，例如硝酸鹽在人體內可轉化成亞硝酸鹽，可導致正鐵血紅蛋白血癥和癌癥等。無論是澆施還是噴施，隨著沼液施用量的增加，青椒中的硝酸鹽含量越來越高。其中，在施用144 和204 m3·hm-2沼液時青椒的硝酸鹽含量達到中度污染程度。林少華等[21]和張利等[29]的研究表明施用沼液會使紫甘藍和番茄中的硝酸鹽含量增加，但徐衛紅等[30]的研究發現施用沼液會使萵苣和生菜的硝酸鹽含量降低。所以對于硝酸鹽這一指標而言，沼液中的氮素含量、作物的吸收與轉換以及不同作物之間生長差異等都會影響其對硝態氮的積累。

綜上，本研究表明青椒種植過程中，施用沼液可以增加其產量及蛋白質和Vc含量，但同時也會增加青椒中硝酸鹽含量。綜合考慮沼液施用對產量和品質指標的影響，澆施效果總體上要好于噴施，澆施沼液114 m3·hm-2時可以充分發揮沼液肥效，顯著提高作物產量，且硝酸鹽含量符合我國蔬菜硝酸鹽污染程度一級標準。沼肥對種植土壤pH 及有機質、全氮、有效磷和速效鉀含量也有明顯影響，可以顯著提高表層土壤的有機質、全氮、有效磷和速效鉀含量。施加沼液使土壤pH升高，且澆施處理后深層土壤的全氮和有機質含量顯著下降，其作用機制還需進一步研究，以便為科學合理施用沼液、提高農業生產效率提供理論依據。