沼渣人工育苗基質(zhì)中氮素變化研究

王麗麗，常 鵬

（1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京 100083）

20世紀(jì)以來(lái)，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，番茄種植面積迅速擴(kuò)大，在蔬菜的周年均衡供應(yīng)中發(fā)揮了重要作用。作為設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，蔬菜幼苗在很多地方已經(jīng)商品化，實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)。人工基質(zhì)育苗具有很多優(yōu)點(diǎn)，如適宜采用機(jī)械化、工廠化的方式，大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；苗壯苗齊，苗齡縮短，節(jié)省育苗時(shí)間；利于幼苗根系發(fā)育，定植后緩苗快，成活率高等。沼渣含有較全面的養(yǎng)分和豐富的有機(jī)質(zhì)，其中一部分已被轉(zhuǎn)化成腐殖酸類物質(zhì)，是一種速效緩效兼?zhèn)溆志哂懈牧纪寥拦δ艿膬?yōu)質(zhì)肥料（除含有N、P、K外，還含有微量元素、維生素、生長(zhǎng)素和有益微生物）。正是由于沼渣含有如此豐富的有機(jī)質(zhì)以及較全面的養(yǎng)分和腐殖酸類物質(zhì)，因此對(duì)糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物等具有增產(chǎn)和提高品質(zhì)的作用，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的意義。例如，在農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖方面，如養(yǎng)魚、養(yǎng)豬、養(yǎng)殖蚯蚓等[1-6]已有廣泛應(yīng)用，在農(nóng)業(yè)栽培中主要用作基肥、改良土壤等方面[7]。但直接將沼渣用于無(wú)土栽培育苗的研究鮮有報(bào)道。筆者研究了將沼渣和其他材料配置成無(wú)土栽培育苗基質(zhì)，利用沼渣替代營(yíng)養(yǎng)液，對(duì)比栽培效果并重點(diǎn)研究了氮元素在無(wú)土栽培基質(zhì)中的變化情況。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試材料 供試番茄品種：中雜105（北京中蔬園藝良種研究開(kāi)發(fā)中心）。

1.1.2 基質(zhì)材料 草炭、蛭石、珍珠巖，三種材料均購(gòu)自北京市蔬菜花卉研究所。供試沼渣分兩種，一種取自北京市大興區(qū)長(zhǎng)子營(yíng)鎮(zhèn)留民營(yíng)（發(fā)酵原料為雞糞），經(jīng)15 d左右露天晾曬后（含水量約為38%）取回作為試驗(yàn)材料；另一種取自北京市順義區(qū)東華山村（發(fā)酵原料為豬糞），取發(fā)酵池底較粘稠部分，經(jīng)15 d左右晾曬，粉碎后作為試驗(yàn)材料。試驗(yàn)材料的各種基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)用沼渣的養(yǎng)分含量

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2010年2月2日～2010年3月20日在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院頂樓溫室進(jìn)行。試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理。對(duì)照組（CK）∶采用草炭∶蛭石:珍珠巖=8∶1∶1的配比，基質(zhì)加尿素1.2 kg/m3和磷酸二氫鉀1.2 kg/m3，肥料和基質(zhì)混拌均勻后使用；A1處理組：含草炭、蛭石、珍珠巖，加入10%的豬糞沼渣替代化肥；A2處理組：不含草炭，僅含蛭石、珍珠巖，加入10%的豬糞沼渣替代化肥；B1處理組：含草炭、蛭石、珍珠巖，加入10%的雞糞沼渣替代化肥；B2處理組：不含草炭，僅含蛭石、珍珠巖，加入10%的雞糞沼渣替代化肥。試驗(yàn)容器采用7 cm×8 cm的紙杯。每個(gè)處理準(zhǔn)備基質(zhì)30杯，每杯裝基質(zhì)100 g。所有處理組在試驗(yàn)過(guò)程中都澆自來(lái)水。

1.3 樣品處理及測(cè)定方法

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，對(duì)幼苗的株高、莖粗、根長(zhǎng)、地上部干鮮重、地下部干鮮重等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算壯苗指數(shù)=莖粗/株高×（地上干重+地下干重）。株高、根長(zhǎng)用直尺測(cè)量，株高起點(diǎn)自莖底部，終點(diǎn)到生長(zhǎng)點(diǎn)，根長(zhǎng)為最大根長(zhǎng)；莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)量，均取子葉下端位置；地上部鮮重、地下部鮮重用精確度為0.01 g的電子天平稱量；將幼苗根部基質(zhì)洗凈后將幼苗的地上部和地下部放入烘箱，50～55°C烘3～4 h，100°C烘1～2 h至恒重，用電子天平（0.000 1）稱重[8]。

將紙杯中的基質(zhì)樣品取出混勻，對(duì)基質(zhì)樣品的全氮、速效氮（硝態(tài)氮和銨態(tài)氮）含量進(jìn)行測(cè)定。基質(zhì)樣品采用H2SO4-H2O2消煮法進(jìn)行處理，之后取濾液采用凱氏定氮法測(cè)定全氮。硝態(tài)氮采用氯化鉀浸提-紫外分光光度法測(cè)定，銨態(tài)氮采用氯化鉀浸提-靛酚藍(lán)比色法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 幼苗生長(zhǎng)狀況

幼苗的株高、莖粗等數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 不同配方基質(zhì)對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的影響

由壯苗指數(shù)（圖1）可以看出，A1、B1、B2三處理，壯苗指數(shù)均高于對(duì)照，差異明顯，說(shuō)明施用沼渣能夠促進(jìn)番茄幼苗生長(zhǎng)，效果好于化肥。A2處理組壯苗指數(shù)最低，僅為對(duì)照組的48.6%，綜合株高、莖粗等數(shù)據(jù)分析可知，A2處理組幼苗達(dá)不到正常標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明該配方不適宜育苗。對(duì)比A2與B2兩處理組可知，在基質(zhì)配方及沼渣用量相同的情況下，沼渣種類不同對(duì)育苗結(jié)果影響很大。對(duì)比不加入草炭的A2、B2處理組與加入草炭的處理組A1、B1可以看出，雖然A2處理組幼苗長(zhǎng)勢(shì)較差，但B2處理組與A1、B1差異不明顯，說(shuō)明在育苗基質(zhì)中可以不添加草炭，但要對(duì)沼渣及育苗基質(zhì)的具體性狀進(jìn)行分析。

圖1 不同配方基質(zhì)對(duì)番茄幼苗壯苗指數(shù)的影響

2.2 育苗基質(zhì)中全N變化情況

由圖2可以看出，加入沼渣的處理組全N含量明顯低于對(duì)照組。第0天時(shí)A1、B1處理組全N含量分別是對(duì)照組的63.6%和60.0%，A2、B2處理組僅為對(duì)照組的24.0%和16.6%。經(jīng)過(guò)42 d育苗期，各處理組氮元素含量分別下降：0.23%、0.10%、0.03%、0.16%、0.05%，礦化率分別為：16.64%、11.28%、9.69%、19.44%、21.96%。

2.3 育苗基質(zhì)中速效N變化情況

圖2 不同配方基質(zhì)中全氮的含量測(cè)得值

由圖3可以看出，第0天時(shí)，A1、B1處理組中氨態(tài)氮含量是對(duì)照組的49.2%、63.7%，A2、B2處理組僅為對(duì)照組的19.1%、25.2%。第42天時(shí)，CK中氨態(tài)氮含量下降145.5 mg/kg，降幅為31.1%；A1處理組下降102.8 mg/kg，降幅44.7%；A2處理組中氨態(tài)氮含量增加了43.4 mg/kg，增幅為48.6%。結(jié)合幼苗生長(zhǎng)狀況及處理組中全N含量變化情況分析：幼苗生長(zhǎng)受抑制，基質(zhì)中全N分解釋放氨態(tài)氮速率大于幼苗吸收速率，氨態(tài)氮積累。B1、B2處理組中氨態(tài)氮含量?jī)H為37.9、7.9 mg/kg，分別下降259.5、109.8 mg/kg，降幅分別達(dá)到87.3%和93.3%。對(duì)比A1、B1處理組氨態(tài)氮含量在試驗(yàn)前后的變化可知：兩處理組番茄幼苗生長(zhǎng)狀況基本相同，但加入雞糞沼渣的B2處理組中氨態(tài)氮含量下降幅度明顯大于加入豬糞沼渣的A1處理組，說(shuō)明雞糞沼渣分解釋放氨態(tài)氮的速率低于豬糞沼渣。

圖3 不同配方基質(zhì)中氨態(tài)氮的含量測(cè)得值

由試驗(yàn)用沼渣養(yǎng)分含量（表1）可知，雞糞沼渣中硝態(tài)氮含量是豬糞沼渣的10.76倍，因此，第0天時(shí)B1處理組中硝態(tài)氮含量最高，達(dá)到801.1 mg/kg，是對(duì)照組含量（396.9 mg/kg）的2.02倍。B2處理組含量為609.4 mg/kg，是對(duì)照組的1.54倍。A1、A2處理組含量為192.6、44.7 mg/kg，分別是對(duì)照組的48.5%、11.3%。第42天時(shí)，對(duì)照組中硝態(tài)氮含量增加12.9 mg/kg，增幅3.2%；A1處理組增加53.1 mg/kg，增幅27.6%；A2處理組增加223.8 mg/kg，增幅達(dá)500.7%。分析可知：幼苗生長(zhǎng)不良，吸收硝態(tài)氮量較低，同時(shí)，全N分解釋放及氨態(tài)氮硝化作用使基質(zhì)中硝態(tài)氮含量急劇升高。B1、B2處理組含量分別降低39.4、126.7 mg/kg，降幅為4.9%、20.8%，對(duì)比兩處理組幼苗長(zhǎng)勢(shì)及對(duì)應(yīng)氨態(tài)氮含量變化可知：施用雞糞沼渣的處理組中植物吸收利用硝態(tài)氮明顯大于對(duì)照及施用豬糞沼渣的處理組，詳見(jiàn)圖4。

圖4 不同配方基質(zhì)中硝態(tài)氮的含量測(cè)得值

2.4 育苗基質(zhì)的pH值變化情況

蔬菜幼苗對(duì)pH值反應(yīng)比較敏感，不同的作物幼苗要求不同的pH值范圍。但基質(zhì)的pH值超過(guò)7以上時(shí)，F(xiàn)e2+、Mn2+、Zn2+、Cu2+將生成氫氧化物沉淀成為無(wú)效離子。育苗基質(zhì)的pH值以5.8～7.0為好。番茄適宜的pH值范圍在6～7。

由圖5可以看出，第0天時(shí)，對(duì)照組配方中不含沼渣，草炭偏酸性，因此CK處理組的pH值最低，為6.41，在適宜番茄植株生長(zhǎng)的范圍內(nèi)。沼渣的pH值偏堿性，由表1可知，豬糞沼渣和雞糞沼渣的pH值分別為9.67和8.80。含草炭的處理組，在草炭和沼渣的相互作用下，pH值略高于7，A1組為7.58，B1組為7.69，超出了最適宜植株生長(zhǎng)的范圍。不含草炭的處理組，由于沼渣的作用，pH值明顯偏高，A2處理組pH值高達(dá)9.64，B2處理組也達(dá)到8.25。

圖5 不同基質(zhì)配方pH值的變化曲線

第42天數(shù)據(jù)顯示，各處理組基質(zhì)的pH值程下降趨勢(shì)。各組降幅分別為：0.67、1.25、2.05、0.88、0.53。其中，A2處理組降幅最大，B2處理組降幅最小。對(duì)照組pH值在最適宜植株生長(zhǎng)的范圍內(nèi)；A1、B1兩組第0天時(shí)pH略高，42 d時(shí)pH值也在適宜的范圍內(nèi)；B2第0天時(shí)pH過(guò)高，超出植株生長(zhǎng)適宜的范圍，但仍在幼苗耐受范圍內(nèi)，第42天時(shí)pH值降低至較適宜的范圍內(nèi)；A2處理組第0天時(shí)pH值極高，超過(guò)植株耐受范圍，第42天時(shí)pH值降幅明顯，進(jìn)入幼苗的耐受范圍內(nèi)。

結(jié)合各處理組幼苗長(zhǎng)勢(shì)分析可知：pH值是導(dǎo)致A2處理組幼苗生長(zhǎng)明顯受抑制的主要原因。

3 結(jié)論

沼渣中氮元素含量很高，且氨態(tài)氮及硝態(tài)氮含量都很高，供肥能力很強(qiáng)，在人工育苗基質(zhì)中加入10%沼渣可以完全替代化肥，育苗效果要好于化肥。同時(shí)，研究顯示沼渣可以完全替代草炭用于人工基質(zhì)育苗，但沼渣的pH值偏堿性，可能使基質(zhì)的pH值超出適宜幼苗生長(zhǎng)的范圍，在使用時(shí)需要采用其他方法調(diào)節(jié)基質(zhì)pH值在適宜幼苗生長(zhǎng)的范圍。

試驗(yàn)中使用的兩種沼渣中氨態(tài)氮含量基本相同，硝態(tài)氮含量差別較大，雞糞沼渣硝態(tài)氮含量為豬糞沼渣的10.76倍。同時(shí)，分析可知豬糞沼渣中全氮分解釋放氨態(tài)氮的速率高于雞糞沼渣，試驗(yàn)中施用雞糞沼渣處理后期氨態(tài)氮基本被完全吸收，幼苗加大對(duì)硝態(tài)氮的吸收量，這對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響需要進(jìn)一步研究。在今后的進(jìn)一步研究及實(shí)際的生產(chǎn)時(shí)間中可以利用不同種類的沼渣，研究開(kāi)發(fā)針對(duì)不同種類植物的育苗基質(zhì)：對(duì)氨態(tài)氮依賴性較高的植物，建議使用豬糞沼渣等；對(duì)硝態(tài)氮吸收量較高的植物，建議使用雞糞沼渣等。

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