酒糟沼液与化肥配施对白菜产量、品质和氮肥利用效率的影响

何方伟，崔宏浩，王文华，朱 青，陈正刚，张 钦，张爱华，姚单君，况胜剑，杨俐苹，杨秀海

(1.贵州大学，贵州 贵阳 550025； 2.贵州省农业科学院 土壤肥料研究所/农业资源与环境研究所/农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测试验站，贵州 贵阳 550006； 3.中国农业科学院 农业资源与农业区划研究所，北京 100081； 4.石阡县聚凤乡农业服务中心，贵州 石阡 555106)

蔬菜是人类日常饮食中必需的食物之一，为人们提供丰富的维生素、矿物质和膳食纤维等营养物质，是维持人体平衡膳食的重要组成成分[1]。白菜(Brassicarapapekinensis)属于十字花科芸薹属叶用蔬菜，富含膳食纤维、维生素、硫甙等有益次生代谢产物，是人们膳食中黄酮类物质的重要来源之一[2-3]，且白菜适应性广、生长周期短、产量高，在我国蔬菜供应中占有重要地位[4-5]。近年来，随着生活水平的日渐提高，人们越来越重视食品安全和产品质量，不仅要求蔬菜外观美、风味佳，而且要求具有丰富、均衡的营养，因此对绿色环保及优质白菜的需求也日益增加[5]。然而，在作物生产中，人们往往为了获得高产和增加经济效益而过量投入肥料，尤其是氮肥，我国每年大约有2/3的氮肥，合约1.3×107t氮未被作物吸收而进入环境[6]。过量施肥不仅导致土壤养分过量积累，使化肥的当季利用率降低，造成严重的经济损失和资源浪费，而且还产生了巨大的环境风险，成为影响当前及长远农业生产、农产品安全与人类健康的重大问题[6-7]。农业农村部于2015年制定了“两减”方案，以到2020年实现化肥、农药使用零增长的目标，大力推进化肥减量提效、农药减量控害，积极探索产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的现代农业发展之路。

酒糟是酒精工业和酿酒工业的废弃物，2015年我国白酒产量高达1 312.8万t，2016年达到1 358.36万t，同比增长3.5%，每生产1 t白酒，会产生6～10 t的酒糟，按白酒与酒糟1 ∶ 8的质量比计算，2016年产生酒糟1亿多t[8-9]。酒糟营养比较丰富，但其酸度高，易腐败变质，如不及时处理，容易引起严重的环境污染[10]。酒糟通过厌氧发酵不仅能解决废弃物污染的问题，而且生产的沼气可作为能源利用，同时沼肥含有植物需要的养分元素和多种生理活性物质，可以作为有机肥应用[11-12]。沼液中含有大量的营养元素，且富含铁、锰、锌等微量元素和氨基酸等营养物质[13-14]，施用沼液能够起到改良土壤肥力、提高土壤酶活性、调控土壤微生物群落结构、抑制病原菌的生长、增加作物产量及改善品质等作用[15-21]。畜禽粪便沼液可能会携带重金属和抗生素，进而存在污染环境的风险[13]。酒糟沼液的源头是粮食，属于清洁能源，因此，选择利用酱香型白酒酒糟为原料生产沼气的副产物沼液为研究对象，研究酒糟沼液与化肥配施对贵州白菜产量、品质及氮肥利用率的影响，为酒糟沼液的合理利用提供理论基础和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及供试材料

试验地位于贵州省石阡县聚凤乡指甲平村(N27°23′52″、E107°57′40″)，海拔982 m，属亚热带温暖湿润季风气候。耕地于2015年种植烤烟后冬闲，供试土壤类型为黄壤，耕层土壤理化性质：pH值7.47，有机质34.8 g/kg，全氮2.3 g/kg，全磷0.9 g/kg，全钾15.6 g/kg，碱解氮1405.3 g/kg，有效磷22.6 mg/kg，速效钾168 mg/kg。供试白菜品种为澳瑞F1号。供试化肥为尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O512%)、硫酸钾(K2O 50%)。沼液为中节能遵义公司利用酱香型白酒酒糟生产沼气的副产物。沼液主要养分：总氮(N)0.15%、总磷(P2O5)0.021%、总钾(K2O)0.208%、有机质0.7%、钙0.239 g/L、镁0.168 g/L、pH值7.5，重金属含量：砷(As)0.02 mg/L、汞(Hg)未检出(<0.005 mg/L)、铅(Pb)12.4 mg/L、镉(Cd)未检出(<0.05 mg/L)、铬(Cr)未检出(<0.1 mg/L)。

1.2 试验设计

试验于2016年6月9日—8月15日进行，设6个处理，重复3次，共18个小区，随机区组排列，在每小区边界挖沟，沟宽和沟深均为20 cm，小区面积3 m×5 m=15 m2，试验区设宽2 m的保护行。各施肥处理：T1(CK，化肥，不施氮肥)、T2(化肥全量)、T3(沼液+化肥全量)、T4(沼液+氮肥减氮20%)、T5(沼液+氮肥减氮40%)、T6(沼液+氮肥减氮60%)。其中，化肥全量为 N 225 kg/hm2+P2O5135 kg/hm2+K2O 120 kg/hm2，沼液用量为800 L/hm2。于试验开始前采集基础土样，在同一地点分别选择大小均匀的白菜幼苗于6月9日移栽。株行距30 cm×40 cm，各小区种植白菜8行，每行15颗，共120颗。施肥中，各处理每个小区磷肥、钾肥全部基施，60%的氮肥和沼液作基肥，不施沼液的处理用等体积水代替，统一用水稀释至5 L均匀施用；40%的氮肥和沼液作追肥，不施沼液处理用等体积水代替，统一用水稀释至5 L，于距根部5～10 cm处土表均匀追施。各小区施肥量见表1。其余管理措施一致。

表1 各处理施肥量 Tab.1 The amount of fertilizer treatment area

1.3 样品采集与分析

1.3.1 土壤样品 土壤采样方法按照农业部《测土配方施肥技术规范》进行，取土深度为0～20 cm，采用多点取样法，将各采样点土样混合均匀，用四分法取混合土样1.00 kg。采集土样后自然风干，去杂、磨碎、过筛。用于测定全氮含量、pH值以及有效养分含量的土壤样品过0.83 mm孔径尼龙筛。

土壤指标测定：pH值采用电位法测定，水土比1∶ 1；土壤有机质含量采用重铬酸钾外加热法测定；全氮含量采用纳氏比色法测定；全磷含量采用钼锑抗比色法测定；全钾含量采用原子吸收分光光度计测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；速效磷含量采用钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用火焰光度法测定[22]。

1.3.2 植株样品 植株株高、叶片数采用田间调查。植株样品采集后，先称取鲜质量，然后取一部分鲜样放入105 ℃干燥箱中杀青30 min，再在60 ℃烘干至恒质量，然后称质量，粉碎后测定养分含量。植株全氮含量采用H2SO4-H2O2联合消煮，蒸馏法测定，植株全磷含量采用H2SO4-H2O2联合消煮，钼锑抗比色法测定，植株全钾含量采用H2SO4-H2O2联合消煮，火焰光度法测定。同时，另取一部分新鲜样品用于测定白菜品质，维生素C含量采用2,6-二氯靛酚滴定法测定[23]；游离氨基酸含量采用茚三酮比色法测定[24]；还原糖含量采用蒽酮硫酸比色法测定[25]；硝酸盐含量采用紫外分光光度法测定[25]。各小区白菜产量统一取中间白菜12颗进行测产。

1.4 相关参数计算

计算氮肥农学效率(AEN，kg/kg)、氮肥偏生产力(PEPN，kg/kg)、氮肥生理利用率(PEN，kg/kg)、氮肥表观利用率(REN)。

AEN=(施氮后作物产量-不施氮作物产量)/施氮量，

PEPN=施氮后作物产量/施氮量，

PEN=(施氮后作物产量-不施氮作物产量)/(施氮后作物吸氮总量-不施氮作物吸氮总量)，

REN=(施氮后作物吸氮总量-不施氮作物吸氮总量)/施氮量×100%。

1.5 数据处理

用Excel 2007软件进行试验数据及作图，利用SPSS 20.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对白菜植株性状及产量的影响

由表2可知，与T1处理相比，增施沼液和化肥处理(T2—T6)均能增加白菜的叶片数；与T2处理相比，T3处理能增加白菜叶片数，但是差异不显著,T2、T3、T4、T5处理白菜叶片数差异不显著，T6处理叶片数显著降低。与T1处理相比，增施沼液和化肥处理(T2—T6)均能增加白菜株高；与T2处理相比，T3、T4、T5处理白菜株高差异不显著，T6处理白菜株高则显著降低。与T1处理相比，增施沼液和化肥处理(T2—T6)能显著增加白菜产量58.6%～177.1%。与T2处理相比，T3处理白菜产量显著增加26.6%；在增施沼液的情况下，T4和T5处理产量差异不显著，T6处理的氮肥供应难以满足白菜生长的需求。因此，增施沼液能促进白菜的生长，使其产量显著增加，且增施沼液不使白菜减产的情况下能减氮20%～40%。

表2 不同处理对白菜植株性状及产量的影响Tab.2 Effects of different treatments on plant characters and yield of Chinese cabbage

2.2 不同处理对白菜品质及养分吸收的影响

由表3可知，不同处理对白菜品质产生不同的影响。与T1处理相比，增施沼液和化肥处理(T2—T6)白菜维生素C含量显著增加11.84%～38.29%。与T2处理相比，T3、T5、T6处理白菜维生素C含量显著增加13.91%～21.77%。其中，T5处理白菜维生素C含量最高，为26.62 mg/kg，显著高于其他处理。表明增施沼液并减氮40%有利于提高白菜维生素C含量。与T2处理相比，T3—T6处理白菜还原糖含量显著降低36.45%～61.34%，表明增施沼液能降低白菜还原糖含量。与T1处理相比，T2—T6处理白菜氨基酸含量显著增加11.76%～47.06%。与T2处理相比，T3、T4、T5处理白菜氨基酸含量显著降低8.70%～17.39%，T6处理白菜氨基酸含量显著增加8.70%。等施化肥并增施沼液会减少白菜氨基酸含量，但在施用等量沼液的同时减氮，白菜氨基酸含量有增加的趋势。T1、T3、T4处理硝酸盐含量与其他处理差异显著。与T2处理相比，T3、T4处理白菜硝酸盐含量分别显著增加6.35%、7.29%，T5处理差异不显著，T6处理显著降低5.08%。说明施用全氮时增施沼液能促进白菜内硝酸盐的产生，使白菜硝酸盐含量升高，增施沼液并减氮40%时白菜硝酸盐含量不会增加，当增施沼液并减氮60%时白菜硝酸盐含量最小，且显著小于其他处理。

表3 不同处理对白菜品质的影响Tab.3 Effects of different treatments on the quality of Chinese cabbage

2.3 不同处理对白菜养分吸收量的影响

由表4可知，不同处理对白菜养分吸收量的影响有差异。T6处理白菜全氮含量最大，为5.74%，T5处理最小，为4.99%；与T2处理相比，T3、T5处理白菜全氮含量分别显著减小4.33%、9.93%，T4处理差异不显著，T6处理显著增大3.61%。与T2处理相比，T3、T4处理白菜单株氮吸收量分别增加20.31%、9.39%，T5、T6处理分别减小21.18%、22.71%。说明施用等量化肥情况下，增施沼液能促进白菜对氮的吸收，而增施沼液处理中白菜氮素含量减小，这是由于白菜产量增加使单位质量白菜中氮素含量变小；在施用等量沼液的情况下，随着减氮量的增加单株氮吸收量不断减少；与T2处理相比，T4处理白菜全氮含量差异不显著，但单株氮吸收量增加，因此，增施沼液并减氮20%能促进白菜对氮的吸收。

与T2处理相比，其他处理白菜全磷含量显著减小，在施用等量沼液的情况下，减施氮肥的各处理白菜全磷含量显著降低，但是在氮肥减施20%～60%的3个处理之间全磷含量差异不显著。与T2处理相比，T3处理单株磷吸收量基本相同，随着减氮量的增加其单株磷吸收量不断减小。说明沼液不能促进白菜对磷的吸收，在白菜生产中，缺乏氮肥会抑制其对磷的吸收。

T1处理白菜全钾含量最大，与其相比增施沼液和氮肥处理白菜全钾含量减小13.83%～30.70%。与不施沼液的T2处理相比，T3、T5处理全钾含量显著增大，T4处理显著减小，T6处理差异不显著。T3处理单株钾吸收量最大，随着减氮量的增加单株钾吸收量逐渐减少。说明沼液有助于增加白菜对钾的吸收，在施用等量沼液的情况下，减氮使白菜对钾的吸收量减小。

表4 不同处理对白菜养分含量及单株养分吸收量的影响Tab.4 Effects of different treatments on nutrient content and individual absorption of Chinese cabbage

2.4 不同处理对白菜氮肥利用效率的影响

由表5可知，T2处理白菜农学效率小于其他处理，说明增施沼液能提高白菜的农学效率；T2处理偏生产力小于其他处理，说明增施沼液能提高白菜偏生产力，在施用等量沼液的情况下，氮肥减量使白菜偏生产力增大；与T2处理相比，T3处理生理利用率增大，除T5与T6处理差异显著外，其他处理间差异不显著；与T2处理相比，T3处理白菜表观利用率增大，但各处理之间差异不显著。

表5 不同处理对白菜氮肥利用效率的影响Tab.5 Effects of different treatments on nitrogen use efficiency of Chinese cabbage

3 结论与讨论

沼液是一种优质有机肥，其富含大量营养元素和多元速效肥料[26]，合理施用沼液能够改良土壤，抑制病原菌生长，具有使作物增产和提质等多种功能[13-19]。徐培智等[26]研究发现，在统一施用有机肥的前提下，施用等氮量沼液较化肥处理有一定程度的增产和提质效果。同样，本研究也发现，施氮肥和沼液明显促进白菜生长，显著增加白菜产量，其中沼液+化肥全量处理(T3)产量最高；施等量沼液的情况下，随着减氮量的增加白菜产量有降低的趋势；魏宗强等[27]研究发现，大白菜-土壤体系的氮素表观损失随施氮量的增加而显著增加，高施氮量导致高的氮素盈余，造成环境污染风险。本试验中，与化肥全量处理(T2)相比，不降低白菜产量的情况下增施沼液可以减氮20%～40%，防止过量施氮产生较高环境污染风险。

维生素C、还原糖、氨基酸和硝酸盐含量是反映蔬菜品质的重要指标[26,28-30]。施用沼肥能影响白菜品质，卢怡等[31]研究发现，等量施肥情况下，与化肥和农家肥相比，施用沼肥能显著提高白菜的生物量及品质，并降低有害物质含量，随着沼液施用量的增加，大棚白菜还原糖、维生素C、硝酸盐含量增加；徐培智等[26]研究发现，等氮量沼液处理较化肥处理白菜游离氨基酸含量显著增加；杨益琼等[32]通过盆栽试验发现，施用沼液有利于白菜总糖、还原糖、维生素C含量的增加和硝酸盐含量的减少；魏宗强等[27]研究发现，随着施氮量的增加，大白菜硝酸盐含量呈直线增加的趋势。本试验发现，与不施氮肥处理(T1)相比，施用氮肥和沼液处理白菜维生素C、氨基酸含量显著增加，硝酸盐含量在一定程度上减少；与化肥全量处理(T2)相比，沼液+化肥全量处理(T3)白菜维生素C、硝酸盐含量显著增加，还原糖、氨基酸含量显著降低。因此，沼液能够影响白菜的品质，然而由于试验过程中存在沼肥成分、种植环境、白菜品种、试验方法等差异，造成本试验与前人的研究结果不尽相同[26-27,31-32]。

卢怡等[31]研究发现，等施肥量条件下，沼肥能增加白菜氮、磷、钾养分含量；徐培智等[26]研究发现，等氮量条件下，沼液与化肥处理间白菜氮、磷、钾养分含量无明显差异，养分农学利用率下降。但本研究发现，与不施氮处理(T1)相比，化肥全量处理(T2)白菜全氮、全磷含量显著增加，全钾含量显著降低；与化肥全量处理(T2)相比，沼液+化肥全量处理(T3)白菜全氮、全磷含量显著降低，全钾含量显著增加；增施沼液的情况下，随着减氮量的增加白菜全磷含量有降低的趋势。与不施氮处理(T1)相比，增施沼液和氮肥处理，单株氮、磷、钾吸收量明显增加；与化肥全量处理(T2)相比，沼液+化肥全量处理(T3)白菜单株氮、钾吸收量明显增加；施用等量沼液的情况下，随着减氮量的增加，白菜单株氮、磷、钾吸收量逐渐降低。与化肥全量处理(T2)相比，增施沼液的各施肥处理明显增加白菜氮肥农学效率和偏生产力，其中,沼液+化肥全量处理(T3)和沼液+减氮20%处理(T4)白菜氮肥农学效率显著增加，沼液+减氮40%(T5)和沼液+减氮60%处理(T6)白菜氮肥偏生产力显著增加；与化肥全量处理(T2)相比，沼液+化肥全量处理(T3)白菜氮肥生理利用率和表观利用率增加，但差异不显著。本试验发现，增施沼液能够提高氮肥利用效率，增施沼液的情况下，减氮20%～40%不会显著降低各氮肥利用率。酒糟沼液在白菜种植上的应用潜力巨大，本试验为贵州酒糟沼液的合理利用提供理论基础和技术支撑。