沼肥替代化肥對設施蔬菜產量和土壤養分及重金屬累積的影響

高杰云，康凌云，嚴正娟，曲明山，劉自飛，張翠珍，陳 清

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沼肥替代化肥對設施蔬菜產量和土壤養分及重金屬累積的影響

高杰云1，康凌云1，嚴正娟1，曲明山2，劉自飛2，張翠珍3，陳 清1※

（1. 中國農業大學資源與環境學院，北京 100193； 2. 北京市土肥工作站，北京 100029；3. 河北省承德市土壤肥料工作站，承德 067000）

針對盲目施用沼肥可能帶來的土壤環境問題，該研究采用5年8茬的設施番茄-甜椒田間輪作試驗，研究不同沼肥和化肥配比對蔬菜產量、設施土壤氮磷養分及重金屬累積的影響。結果表明：在等氮鉀養分投入下，沼肥和化肥以不同比例配施的各處理沒有影響蔬菜產量；氮素盈余和0～180 cm土層土壤全氮含量隨沼肥施用比例增加沒有顯著差異；磷素盈余隨沼肥施用比例增加顯著增加，完全沼肥處理0～30 cm土層土壤Olsen-P及CaCl2-P含量分別達到151和8.0 mg/kg，高于其他2個處理，且明顯超出環境閾值。與完全沼肥處理相比，減量沼肥施用（3/5沼肥處理）明顯降低了土壤氮素淋洗風險和磷素累積。與不施肥處理相比，施用沼肥后30～60、60～90、150～180 cm土層土壤全Hg含量均低于不施肥處理；除30～60 cm土層使用沼肥處理土壤中全As含量顯著高于不施肥處理，其他土層各處理間均沒有顯著差異，而完全沼肥處理全Cr、全Cd、全Pb含量有所下降，且全Pb含量下降最為顯著，但均沒有出現重金屬污染風險。沼肥替代化肥施用可有效實現廢棄物中的養分資源循環利用，但增加菜田土壤磷素累積和淋失風險，本研究為設施菜田合理施用沼肥提供技術支持，為實現沼肥資源的循環利用和化肥替代模式提供理論參考。

糞肥；氮；重金屬；設施菜田；土壤養分

0 引 言

中國規模化畜牧業的快速發展產生大量的畜禽糞便，合理循環利用這些有機廢物中的養分資源不僅可節約大量化肥，而且可以有效提高養分利用，避免產生農田面源污染[1-2]。目前大多數養殖場主要采用糞肥直接施用還田或經過堆肥化處理后變為商品有機肥還田[3-4]，而對于一些采用水沖糞等固液分離技術的養殖場則主要通過發展沼氣工程處理養殖廢棄物，較為經濟的施用方法是通過種養循環的方式還田[5-6]。最近幾年，隨著養殖場沼氣工程的大力發展，產生的沼渣沼液廢棄物越來越多并且已經給養殖場周邊環境帶來巨大的壓力。研究發現，沼肥不僅能顯著提高土壤質量，補充土壤養分和有機質[7-11]，有效地調節土壤中的水、肥、氣、熱，改善土壤生態環境，而且可以提高作物產量，改善農產品品質[12-17]。施用一定量的沼肥或沼肥與化肥配施均比單施化肥提高土壤全氮、全磷和有機質含量效果好[18-22]，改善土壤生物學特性[23]，但是液體的沼肥不同于普通的固體糞肥或者商品有機肥[24]，由于缺少合理的技術指導，沼肥盲目施用的現象普遍存在[25]，由此可能導致土壤中養分大量積累、重金屬含量超標等環境問題或者造成燒苗等農學栽培問題[26-29]。

本研究基于京郊連續進行的5 a蔬菜生產定位試驗，研究在等氮鉀量控制條件下沼肥替代肥對蔬菜生長和土壤養分及重金屬積累的影響，分別從農學及環境角度進行分析，以期為設施菜田合理施用沼肥提供技術支持，為實現沼肥資源的循環利用和化肥替代模式提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及作物選擇

試驗地點為北京市順義區趙家峪蔬菜基地，所選用的溫室為典型鋼架結構，長60 m，寬8 m。2009年試驗開始時測定0～30 cm土壤的理化性質為：有機質12.7 g/kg，全氮0.84 g/kg，堿解氮71.0 mg/kg，有效磷75.7 mg/kg，速效鉀72.0 mg/kg，土壤質地為黏壤土。在2009年秋冬茬開始進行蔬菜生產，種植方式為一年兩季，即2月－6月冬春茬種植甜椒，8月－來年1月秋冬茬種植番茄，7月份為休閑期。試驗周期為5年8茬，包括2009年秋冬茬番茄、2010年冬春茬甜椒和秋冬茬番茄、2011年冬春茬甜椒和秋冬茬番茄，2012年冬春茬甜椒和秋冬茬番茄、2013年冬春茬甜椒。為了在一定程度上克服設施土壤連作障礙等問題，供試作物采用嫁接苗，番茄品種為秋展16號，砧木為果砧1號；甜椒品種為京甜3號，砧木為富根衛士。番茄每畦1行，株距25 cm，行距100 cm，密度為每平方米4株；甜椒每畦雙行，株距40 cm，寬行距60 cm，窄行距40 cm，密度為每平方米5株。

1.2 試驗設計

試驗設置5個處理方式，其中沼肥與化肥配施的處理按照與完全沼肥處理等氮鉀（NK）投入量的原則進行比例設置，分別為：1）完全沼肥處理；2）3/5沼肥+2/5化肥處理；3）2/5沼肥+3/5化肥處理；4）3/5沼肥處理；5）不施肥處理。其中完全沼肥處理每季沼肥施用量為150 t/hm2，不施用化肥；3/5沼肥+2/5化肥處理每季沼肥施用量為90 t/hm2，化學氮肥施用量（以N質量計）為180 kg/hm2，鉀肥施用量（以K質量計）為140 kg/hm2，不施用化學磷肥；2/5沼肥+3/5化肥處理每季沼肥施用量為60 t/hm2，化學氮肥施用量（以N質量計）為270 kg/hm2，鉀肥施用量（以K質量計）為210 kg/hm2，不施用化學磷肥；3/5沼肥處理每季沼肥施用量為90 t/hm2；不施肥處理即不施用任何肥料。

每個處理設置3次重復，每個小區包括3個種植畦，每個小區面積為27 m2。各處理2009－2013每季平均養分投入量及施用方式見表1。供試沼肥來自北京市順義區大孫各莊沼氣站，原料為豬糞，全年成分相對穩定，沼肥為沼渣沼液混合物，沼肥含N 0.03 g/kg，P 0.04 g/kg，K 0.03 g/kg，Hg 0.03mg/kg，As 0.22 mg/kg，Pb 0.41mg/kg，Cd 0.03 mg/kg，Cr 1.60 mg/kg，pH為7.33，EC為7.50 mS/cm。供試化學氮肥為尿素（含N 46%），鉀肥為硫酸鉀（含K2O 54%）。

表1　每茬養分投入量及施用方式

1.3 田間管理

采用常規田間管理，灌溉方式為溝灌，沼肥開淺溝施入。定植時，灌溉量控制在450～600 m3/hm2；定植后一周左右及時澆水，促進緩苗，一般為225 m3/hm2；番茄每季灌溉水總量控制在2 500～2 700 m3/hm2，甜椒每季灌溉水總量控制在2 190～2 805 m3/hm2；追肥期間灌溉次數平均控制在12～15次[30]。

1.4 樣品采集與分析

2009年8月試驗開始前，按“S”形采集0～30 cm土壤樣品，2013年冬春茬試驗結束時，各小區分別采集0～180 cm土壤樣品，分為6層，0～30，30～60，60～90，90～120，120～150，150～180 cm。取樣位置為中間小區的兩株植株中間，每個小區按“S”形各取4鉆，然后分層混為1個土樣，分裝在袋子中，最后放入冰盒中，帶回實驗室。經避光自然風干（風干樣品含水量在1%左右），研磨過篩0.25 mm、2 mm后保存于封口袋中備用[31]。在每季收獲期，各小區分次收獲并全部測產，得出不同處理果實產量；在每季拉秧期，各小區根據植株大小多點取樣，分別均勻取有代表性的植株6～8株，烘干粉碎后待測[31]。

測定項目及方法：植物全氮、全磷和全鉀采用H2SO4-H2O2法消煮后，分別用凱氏定氮法、鉬銻抗分光光度法和火焰光度法測定。土壤全氮采用凱氏定氮法測定；土壤Olsen-P采用0.5 mol/LNaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定；土壤CaCl2-P采用0.01 mol/L CaCl2浸提-鉬銻抗比色法測定；土壤重金屬采用高氯酸消煮-電感耦合等離子光譜儀測定[31]。

surplus=input?removal

式中surplusinput和removal分別為土壤養分盈余量，養分投入量（沼肥+化肥）和作物養分帶走量，作物帶走量按地上部莖葉果干重和相應的養分含量計算。

1.5 數據分析

利用Microsoft Excel 2010軟件進行一般計算及畫圖，利用SAS軟件進行方差分析，5%顯著水平。

2 結果與分析

2.1 蔬菜產量

沼肥和化肥的不同配施比例處理對5年8季的作物產量影響如表2所示。與不施肥處理相比，沼肥完全施用及部分替代化肥施用顯著提高了作物產量。前5季作物產量在不同施肥處理之間存在明顯差異，表現為沼肥和化肥配施處理的產量更高，且以2/5沼肥+3/5化肥處理最高，顯著高于3/5沼肥處理；而各處理作物產量在后3季差異不明顯。與沼肥和化肥配施處理相比，完全沼肥處理對作物產量沒有顯著影響（除2010年秋冬茬），說明沼肥可以作為主要肥源，替代化肥；同時3/5沼肥處理盡管在前5季降低了產量，但是在后3季對產量并沒有顯著影響，因此從中長期看，沼肥施用的產量效應可能優于化肥效果，且具有進一步優化的空間。

表2 不同沼肥和化肥配施對設施蔬菜產量的影響

注：表中同行數據后不同字母表示相同茬口不同處理間差異顯著（P<0.05）。

Note: Different letters in the same line means significant differences among different treatments by LSD test (<0.05).

2.2 土壤養分盈余

不同處理條件下年均氮磷鉀養分盈余量如表3所示。結果表明，除不施肥處理外，其他處理土壤氮磷養分均有不同程度的盈余，表現為氮磷養分投入越高，盈余量越大；除3/5沼肥處理外，其他施肥處理均能滿足作物對鉀素的需求。沼肥施用顯著提高了磷素盈余量，完全沼肥處理下磷養分年平均盈余為1250 kg/hm2，分別為3/5沼肥+2/5化肥和2/5沼肥+3/5化肥處理下的1.7和2.8倍。

表3 不同沼肥和化肥配施下年平均氮磷鉀養分投入、作物帶走及表觀盈余狀況

2.3 土壤全氮含量

通過對2013年冬春季試驗結束后0～180 cm土層土壤全氮含量進行分析，結果表明（圖1），與不施肥處理相比，完全沼肥處理顯著增加了0～180 cm土層土壤全氮含量（除60～90 cm土層），而其它施肥處理僅顯著增加了0～30 cm土層土壤全氮含量（除3/5沼肥+2/5化肥處理）。各施肥處理間在0～120 cm土層土壤中，土壤全氮的差異不顯著；與3/5沼肥處理相比，完全沼肥處理顯著增加了120～180 cm土層土壤全氮含量；與2/5沼肥+3/5化肥處理相比，完全沼肥處理顯著增加了120～150 cm土層土壤全氮含量。由此，可以看出大量沼肥處理促進了氮素向深層土壤的移動。

注：0~30、30~60、60~90、90~120、120~150、150~180 cm土層深度不同字母表示不同處理之間差異顯著（P<0.05），下同

2.4 土壤Olsen-P和CaCl2-P含量

2013年冬春季試驗結束后0~180 cm土層土壤Olsen-P及CaCl2-P含量如圖2所示。與不施肥處理相比，完全沼肥處理顯著提高了0～60 cm土層土壤Olsen-P含量，0～30 cm土層土壤Olsen-P含量高達151 mg/kg, 遠遠高于菜田土壤Olsen-P的農學閾值（46～58 mg/kg）和環境閾值（50～80 mg/kg）[32]；施肥處理顯著提高了0～30 cm土層土壤CaCl2-P含量，完全沼肥處理、3/5沼肥+2/5化肥處理、2/5沼肥+3/5化肥處理和3/5沼肥處理分別為不施肥處理的5.4、2.6、2.8和3.1倍。各施肥處理間，Olsen-P含量差異不明顯；完全沼肥處理中0～30 cm土層土壤CaCl2-P含量達到8.0 mg/kg，顯著高于其他施肥處理。8季連續沼肥施用，由于沼肥帶入大量磷素盈余，導致了磷素在0～60 cm土層土壤累積明顯增加，極大的增加了磷素淋失風險。

圖2 不同處理對0~180 cm土層土壤中Olsen-P和CaCl2-P含量的影響

2.5 土壤重金屬含量

2013年冬春季試驗結束后0～180 cm土層土壤重金屬含量見圖3。從全汞的含量看出，各處理在0～30 cm土層沒有顯著差異，施用沼肥處理下30～60、60～90、150～180 cm土層土壤全汞含量均低于不施肥處理，每土層平均降低32.1%、15.3%、26.7%，且30～60 cm土層完全沼肥處理及3/5沼肥處理土壤全汞含量要顯著低于2/5沼肥+3/5化肥處理。

從全砷的含量看出，除30～60 cm土層施用沼肥處理土壤中全砷的含量顯著高于不施肥處理外，其他土層各處理間均沒有顯著差異。從全鉻的含量看出，0～30土層完全沼肥處理、3/5沼肥+2/5化肥處理土壤全鉻含量要顯著低于3/5沼肥處理；30～60 cm土層完全沼肥處理、3/5沼肥+2/5化肥處理土壤全鉻含量要顯著低于2/5沼肥+3/5化肥處理；90～120 cm土層3/5沼肥+2/5化肥處理土壤全鉻含量要顯著低于2/5沼肥+3/5化肥處理及3/5沼肥處理，其他土層各處理間沒有顯著差異。從全鎘的含量看出，0～30 cm土層完全沼肥處理土壤全鎘的含量要顯著低于2/5沼肥+3/5化肥處理，60～90 cm土層完全沼肥處理土壤全鎘的含量要顯著低于3/5沼肥處理，90～120 cm土層完全沼肥處理土壤全鎘的含量要顯著低于3/5沼肥+2/5化肥處理及不施肥處理，其他土層各處理間沒有顯著差異。與不施肥處理相比，不同土層施用沼肥處理均有降低土壤全鉛含量的趨勢，在0～120 cm和150～180 cm土層完全沼肥處理和3/5沼肥+2/5化肥處理顯著降低了全鉛含量，降幅分別為51.3%、49.1%、63.7%、46.8%、32.4%、50.4%、62.7%、50.2%和62.7%、45.6%，在120～150 cm土層完全沼肥處理顯著降低了全鉛含量。不同處理在不同土層的土壤重金屬含量均符合GB 15618－2009《國家土壤環境質量二級標準》，不會對土壤和植物造成污染風險。

圖3 不同處理對0～180 cm土層土壤中全汞、砷、鉛、鉻、鎘含量的影響

3 討 論

本研究結果表明，過量施沼肥帶來大量的氮磷養分盈余。在等氮鉀養分投入條件下，4年連續施肥，隨沼肥施用比例提高，在第1年增加了氮素盈余，從第2年開始增加量降低，第3年開始完全沼肥處理下氮養分盈余則表現為最低，4年平均值差異不大；從土壤全氮來看，與2/5沼肥+3/5化肥處理相比，完全沼肥處理顯著增加了120～150 cm土層土壤全氮含量。由此可以看出，從中長期看，沼肥施用不會增加氮素盈余，甚至可能降低氮素盈余，但是在過量施肥情況下，沼肥施用可能促進氮素向深層土壤的移動。沼肥施用顯著提高了磷素盈余量，且隨沼肥施用比例增加而增加，完全沼肥處理下磷養分年平均盈余為1 250 kg/hm2，分別為3/5沼肥+2/5化肥和2/5沼肥+3/5化肥處理下的1.7和2.8倍。大量磷素盈余導致了磷養分在土壤中的累積，4年連續沼肥，導致磷素0～60 cm土層土壤累積明顯增加，完全沼肥處理中0～30 cm土層土壤Olsen-P及CaCl2-P含量分別達到了151和8.0 mg/kg，土壤Olsen-P含量遠遠高于菜田土壤Olsen-P的農學閾值（46～58 mg/kg）和環境閾值（50～80 mg/kg）[32]，極大的增加了磷素淋失風險。

沼肥施入土壤中后，其反應過程較為復雜，目前對于沼肥施用對土壤重金屬累積影響的研究結果不同，包括增加、降低或不變[33]。對沼肥中重金屬狀況研究發現，沼液中毒性重金屬平均含量為全As>Cr> Pb>Cd>Hg，沼渣中毒性重金屬含量為全Cr>As>Pb>Cd >Hg。沼液中全As平均含量為0.147 mg/L、全Cr為0.054 4 mg/L、全Cd為0.002 7 mg/L、全Pb為0.019 1 mg/L、全Hg為0.000 6 mg/L，As的超標現象較嚴重，是沼液中主要污染重金屬，Cr、Cd、Hg其次，Pb不存在超標現象。沼渣中全Cr平均含量為7.446 mg/kg、全As為4.16 mg/kg、全Pb為1.962 mg/kg、全Cd為0.489 mg/kg、全Hg為0.024 3 mg/kg。而配合飼料飼養法沼渣中As、Cd的含量遠遠超出規定的含量，Hg的含量也已接近限值；而青飼料飼養法沼渣中主要重金屬含量除Pb以外，其他重金屬含量基本沒有超過允許的范圍。沼肥中重金屬含量主要受發酵原料的影響，豬糞為原料發酵而成的沼肥，含Hg、Cd、Cr、Pb、As為主[26]。本文研究發現施用沼肥后土壤中全Cr、全Cd、全Pb含量有所下降，且全Pb含量下降最為顯著。可能是因為施用沼肥后，在一定程度上促進了作物對該元素的吸收，同時也存在一定的淋洗作用。此外，沼肥作為一種有機肥，含有大量的腐殖質，而腐殖質是土壤重要的螯合或絡合劑，其中羧基（-COOH）、羥基（-OH）、羰基（-C=O）和氨基（-NH4）等能與重金屬發生絡合或螯合，使重金屬離子在土壤溶液中失去毒性。同時，施用沼肥可將土壤中的重金屬向鐵錳氧化物結合態轉化，從而降低重金屬的流動性[34]。將沼肥與化肥等其他肥料進行合理配比后施入土壤，能夠對沼肥中的重金屬起到稀釋作用，從而降低進入土壤中重金屬的濃度，減輕土壤污染及安全風險。因此控制沼肥的施用量和施肥方式，選擇最佳的配比施肥，既能夠保證產量，又能夠降低重金屬進入土壤的濃度[35]。

4 結 論

1）與不施肥處理相比，沼肥完全施用及部分替代化肥施用顯著提高了作物產量。與沼肥和化肥配施處理相比，完全沼肥處理對作物產量沒有顯著影響（除2010年秋冬茬），說明沼肥可以作為主要肥源，替代化肥；因此從中長期看，沼肥施用的產量效應可能優于化肥效果，且具有進一步優化的空間，但需要注意鉀養分的補充。

2）在等氮鉀投入條件下，氮素盈余和0～180 cm土層土壤全氮含量隨沼肥施用比例增加沒有顯著差異；磷素盈余隨沼肥施用比例增加顯著增加，完全沼肥處理0～30 cm土層土壤Olsen-P及CaCl2-P含量分別達到了151和8.0 mg/kg，高于其他3個處理，且明顯超出環境閾值。

3）與不施肥處理相比，各處理在0～30 cm土層沒有顯著差異，施用沼肥后30～60、60～90、150～180 cm土層土壤全Hg含量均低于不施肥處理；除30～60 cm土層施用沼肥處理土壤中全As含量顯著高于不施肥處理外，其他土層各處理間均沒有顯著差異；而完全沼肥處理全Cr、全Cd、全Pb含量有所下降，且全Pb含量下降最為顯著，但均符合GB 15618-2009標準。

綜上所述，一定年限內適量的沼肥施用能有效實現廢棄物資源化利用，同時不會影響作物產量和帶來氮鉀、重金屬累積問題，但是會極大的提高磷素累積和淋失風險。

[1] 孔源，韓魯佳. 我國畜牧業糞便廢棄物的污染及其治理對策的探討[J]. 中國農業大學學報，2002，7(6)：92－96.

Kong Yuan, Han Lujia. Environmental contamination from animal faeces in china and control countermeasures[J]. Jour nal of China Agricultural University, 2002, 7(6): 92－96. (in Chinese with English abstract)

[2] 劉曉利，許俊香，王方浩，等. 我國畜禽糞便中氮素養分資源及其分布狀況[J]. 河北農業大學學報，2005，28(5)：27－32.

Liu Xiaoli, Xu Junxiang, Wang Fanghao, et al. The resource and distribution of nitrogen nutrient in animal excretion in China[J]. Journal of Agricultural University of Hebei, 2005, 28(5): 27－32. (in Chinese with English abstract)

[3] 賈偉. 我國糞肥養分資源現狀及其合理利用分析[D]. 北京：中國農業大學，2014.

Jia Wei. Studies on the Evaluation of Nutrient Resources Derived from Manure and Optimized Utilization in Arable Land of China[D]. Beijing: China Agricultural University, 2014. (in Chinese with English abstract)

[4] Nicholson F, Bhogal A, Chadwick D, et al. An enhanced software tool to support better use of manure nutrients: Manure-NPK[J]. Soil Use and Management, 2013, 29(4): 473－484.

[5] 鄧光聯，張蓓，吳力斌. 中國沼氣建設現狀與發展對策[C]// 國際甲烷市場化大會暨展覽會論文集，2007：41－52.

Deng Guanglian, Zhang Pei, Wu Libin. The present situation and the development countermeasures of biogas construction in China[C]//Congress of marketization of methane and the exhibition, 2007: 41－52. (in Chinese with English abstract)

[6] 孫廣輝. 沼液灌溉對蔬菜產量和品質以及土壤質量的研究[D]. 杭州：浙江大學，2006.

Sun Guanghui. The Research Biogas Slurry Irrigation on Yield and Quality of Vegetables and the Soil Quality[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2006. (in Chinese with English abstract)

[7] 徐維明，高雅琴，李小坤，等. 沼肥替代部分化肥對雜交水稻產量、土壤肥力及養分表觀平衡的影響[J]. 雜交水稻，2016，31(4)：39－41. Xu Weiming, Gao Yaqin, Li Xiaokun, et al. Effects of partial replacement of chemical fertilizer by biogas manure on hybrid rice yield and soil fertility and nutrient balance[J]. Hybrid Rice, 2016, 31(4): 39－41. (in Chinese with English abstract)

[8] 殷世鵬，張無敵，尹芳，等. 施用沼液對生菜生長的影響[J].現代農業科技，2016(2)：91－93.

Yin Shipeng, Zhang Wudi, Yin Fang, et al. Different levels of biogas slurry application effects on yield and quality of lettuce[J]. Modern Agricultural Science and Technology, 2016(2): 91－93. (in Chinese with English abstract)

[9] 魏章煥，史努益，陸新苗. 不同作物上沼液肥施用量優化增效試驗研究[J]. 上海農業科技，2016(2)：97－100.

Wei Zhanghuan, Shi Nuyi, Lu Xinmiao. Optimized experimental study of applying biogas slurry fat content in different crops[J]. Shang Hai agricultural science and technology, 2016(2): 97－100. (in Chinese with English abstract)

[10] 齊興國. 沼肥的特點及在農業生產應用中應注意的問題[J]. 現代農業科技，2015(21)：216－217.

Qi Xingguo. Characteristics of biogas manures and problems of its application of agricultural production[J]. Modern Agricultural Science and Technology, 2015(21): 216－217. (in Chinese with English abstract)

[11] 毛忠和，毛金華. 沼肥在大棚蔬菜上的應用效果研究[J]. 現代農業科技，2014(6)：216－217.

Mao Zhonghe, Mao Jinhua. The effect research of marsh fertilizer application in greenhouse vegetables[J]. Modern Agricultural Science and Technology, 2014(6): 216－217. (in Chinese with English abstract)

[12] 張曉婕，周龍海，韓建偉，等. 灌溉沼肥對土壤理化性質及核桃果實品質的影響[J]. 河北果樹，2016(3)：6－8.

Zhang Xiaojie, Zhou Longhai, Han Jianwei, et al. The influence of irrigation marsh fertilizer on soil physical and chemical properties and fruit quality[J]. Hebei Fruits, 2016(3): 6－8. (in Chinese with English abstract)

[13] 沈連鋒. 沼肥施用對作物能量和養分利用效率的影響研究[D]. 洛陽：河南農業大學，2014.

Shen Lianfeng. Effect of Utilization Rate of Energy and Nutrient to Crop by the Use of Biogas Fertilizers[D]. Luoyang: Henan Agricultural University, 2014. (in Chinese with English abstract)

[14] 趙曙光. 沼肥在蔬菜上應用效果及施用技術規程研究[D]. 楊凌：西北農林科技大學，2008.

Zhao Shuguang. Biogas Manure Application on Vegetable and the Establishment of Standard[D]. Yangling: Northwest Agriculture and Forestry University, 2008. (in Chinese with English abstract)

[15] 張利. 施用沼肥對保護地土壤性狀及作物產量品質的影響[D]. 呼和浩特：內蒙古農業大學，2012.

Zhang Li. Effects of Applying Biogas Fertilizer on Soil Character of Conservation Field and Crop Yield and Quality[D]. Hohhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2012. (in Chinese with English abstract)

[16] 潘紹坤，陳玲，劉磊，等. 施用沼肥對設施茄子產量和品質的影響[J]. 土壤肥料，2017(2)：73－75.

Pan Shaokun, Chen Ling, Liu Lei, et al. Effect analysis of potassic and nitrogenous fertilizers on tomato in greenhouse[J]. Soil Fertilizer, 2017(2): 73－75. (in Chinese with English abstract)

[17] 楊合法，范聚芳，郝晉珉，等. 沼肥對保護地番茄產量、品質和土壤肥力的影響[J]. 中國農學通報，2006，7(7)：369－372.

Yang Hefa, Fan Jufang, Hao Jinmin, et al. The research of marsh fertilizer impact on tomatoes’ output, quality and soil fertility in protected field[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2006, 7(7): 369－372. (in Chinese with English abstract)

[18] 李澤碧，王正銀，李清榮，等. 沼液、沼渣與化肥配施對萵筍產量和品質的影響[J]. 中國沼氣，2006，24(1)：27－30.

Li Zebi, Wang Zhengyin, Li Qingrong, et al. Effects of combined application of biogas digestate and chemical fertilizer on yield and quality of lettuce[J]. China Biogas, 2006, 24(1): 27－30. (in Chinese with English abstract)

[19] 李金懷，梁立，甘福丁，等. 施用沼肥對線椒品質及經濟效益影響[J]. 中國沼氣，2016，34(2)：86－88.

Li Jinhuai, Liang Li, Gan Fuding, et al. Effect of biogas manures application on cayenne pepper quality and economic benefit[J]. China Biogas, 2016, 34(2): 86－88. (in Chinese with English abstract)

[20] 邱桃玉，劉德江，饒曉娟，等. 施用沼肥對蔬菜產量、品質及土壤性狀的影響[J]. 中國沼氣，2010，28(6)：44－47.

Qiu Taoyu, Liu Dejiang, Rao Xiaojuan, et al. The effect of biogas fertilizer on vegetable yield quality and soil property[J]. China Biogas, 2010, 28(6): 44－47. (in Chinese with English abstract)

[21] 宮國輝，孫凱，姜淑蘭，等. 沼肥與化肥配施對辣椒和番茄生長發育及品質的影響[J]. 東北農業科學，2017，42(2)：34－38.

Gong Guohui, Sun Kai, Jiang Shulan, et al. Effect of combinatory application of biogas manure and chemical fertilizer on the growth and development of pepper and tomato[J]. Journal of Northeast Agricultural Sciences, 2017, 42(2): 34－38. (in Chinese with English abstract)

[22] 肖洋，田里，路運才，等. 沼液和沼渣及化肥配施對土壤肥力的影響[J]. 中國農學通報，2016，32(11)：78－81.

Xiao Yang, Tian Li, Lu Yuncai, et al. Effects of combined application of biogas slurry, biogas residue and chemical fertilizer on soil fertility[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2016, 32(11): 78－81. (in Chinese with English abstract)

[23] 李軼，劉雨秋，張鎮，等. 玉米秸稈與豬糞混合厭氧發酵產沼氣工藝優化[J]. 農業工程學報，2014，30(5)：185－192.

Li Yi, Liu Yuqiu, Zhang Zhen, et al. Optimization of anaerobic fermentation with mixed materials of corn straw and pig manure[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(5): 185－192. (in Chinese with English abstract)

[24] 呂錦萍，李俊杰，巴哈提古麗，等. 博州地區沼氣池沼液沼渣有機質及養分含量分析[J]. 中國沼氣，2008，26(5)：28－29.

Lv Jinping, Li Junjie, Ba Hatiguli, et al. Analysis of organic and nutrient content of biogas residue in bozhou area[J]. China Biogas, 2008, 26(5): 28－29. (in Chinese with English abstract)

[25] 段然. 沼肥肥力和施用后潛在污染風險研究與土壤安全性評價[D]. 蘭州：蘭州大學，2008.

Duan Ran. Research of the Fertility of Marsh Fertilizer on the Soil Pollution Potential Risks and Safety Evaluation[D]. Lanzhou: Lan Zhou University, 2008. (in Chinese with English abstract)

[26] 高燕，趙玉柱. 沼肥施用對植物和土壤中重金屬含量的影響[J]. 安徽農業科學，2013，41(29)：11654－11657.

Gao Yan, Zhao Yuzhu. Effect of biogas fertilizer application on heavy metal content in plant and soil[J]. Journal of Anhui Agricultural Science, 2013，41(29)：11654－11657. (in Chinese with English abstract)

[27] 鐘茜，王莉艷. 沼肥對蔬菜產量和品質及土壤理化性質影響的研究進展[J]. 北方園藝，2013(17)：192－195.

Zhong Qian, Wang Liyan. Research progress on effects of fertilizer on vegetable yield, quality and the soil physicochemical properties[J]. Northern Horticulture, 2013(17): 192－195. (in Chinese with English abstract)

[28] 楊曉桐. 沼肥對重金屬Pb、Cu、Zn作用效應的研究[D]. 沈陽：沈陽農業大學，2016.

Yang Xiaotong. The Studies on the Action Effects of Biogas Fertilizer to the Heavy Metals of Pb, Cu, Zn[D]. Shenyang: Shen Yang Agricultural University, 2016. (in Chinese with English abstract)

[29] 張昌愛，王艷芹，袁長波，等. 不同原料沼氣池沼渣沼液中養分含量的差異分析[J]. 現代農業科學，2009，16(1)：44－46.

Zhang Changai, Wang Yanqin, Yuan Changbo, et al. Analysis on the difference of nutrition contents between different anaerobic fermentation residue from different raw materials[J]. Modern Agricultural Sciences, 2009, 16(1): 44－46. (in Chinese with English abstract)

[30] 陳清，盧樹昌，等. 果類蔬菜養分管理[M]. 北京：中國農業大學出版社，2015.

[31] 鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 3版. 北京：中國農業出版社，2000.

[32] 嚴正娟. 施用糞肥對設施菜田土壤磷素形態與移動性的影響[D]. 北京：中國農業大學，2014.

Yan Zhengjuan. Effects of Manure Application on the Form and Mobility of Soil Phosphorus in Vegetable Greenhouse[D]. Beijing: China Agricultural University, 2014. (in Chinese with English abstract)

[33] 陳苗，崔巖山. 畜禽固廢沼肥中重金屬來源及其生物有效性研究進展[J]. 土壤通報，2012，43(1)：249－256.

Chen Miao, Cui Yanshan. A review on the resource and bioavailability of heavy metals in biogas fertilizer from the manure of livestock[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2012, 43(1): 249－256. (in Chinese with English abstract)

[34] Achiba W B, Gabteni N, Lakhdar A, et al. Effects of 5-year application of municipal solid waste compost on the distribution and mobility of heavy metals in a Tunisian calcareous soil Agriculture[J]. Ecosystems and Environment, 2009, 130: 156－163.

[35] Ryan O’Dell, Wendy Silk, Peter Green, et al. Compost amendment of Cu-Zn mine spoil reduces toxic bioavailable heavy metal concentrations and promotes establishment and biomass production of Bromus carinatus (Hook and Am)[J]. Environ Poll, 2007, 148(1): 115－124.

Effects of biogas manure replacing chemical fertilizer on accumulation of nutrient and heavy metal in greenhouse vegetable soil

Gao Jieyun1, Kang Lingyun1, Yan Zhengjuan1, Qu Mingshan2, Liu Zifei2, Zhang Cuizhen3, Chen Qing1※

(1.,,100193,;2,100029,; 3067000,)

Unreasonal application of biogas manure discharged from the biogas plants in livestock farms increased the environmental risk. In this study, a 5-year 8-season tomato-pepper rotating protected field experiment was conducted, and the effects of different applied proportions of biogas manures and chemical fertilizer (100% biogas manures, 3/5 biogas manures plus 2/5 chemical fertilizer, 2/5 biogas manures plus 3/5 chemical fertilizer, 3/5 biogas manures and unfertilized treatments) on vegetable yield and soil accumulation of nitrogen (N), phosphorus (P) and heavy metals were investigated, in order to support the possibility of biogas manure to replace chemical fertilizer. The results showed that there were no significant effects on vegetable yields under the treatments with 100% biogas manures, 3/5 biogas manures plus 2/5 chemical fertilizer, 2/5 biogas manures plus 3/5 chemical fertilizer treatments with the same N and potassium (K) input. No significant differences were observed in the N surplus and soil total N in 0-180 cm soil depth after 5-years experiment. However P surplus significantly increased with the applied proportion of biogas manures. The contents of Olsen-P and CaCl2-P in the surface soil layer (0-30 cm) reached 151 and 8.0 mg/kg in treatment with 100% biogas manures application, respectively, much higher than other treatments, which significantly exceeded environmental threshold. Compared with the treatment with 100% biogas manures application, reduced biogas wastes application (3/5 biogas wastes) significantly decreased the nitrate leaching risk and P surplus. Compared with unfertilized treatment, the contents of total Hg in surface soil layer (0-30 cm) and total As content in the soil layer (0-180 cm) slightly increased, whereas the contents of total Cr, Cd and Pb in soil decreased, especially Pb, in the treatments with biogas manures application. No heavy metal pollution risk was observed in all treatments. Biogas manure replacing chemical fertilizer can effectively achieve the waste recycling utilization, but increase the risk of soil P accumulation and leaching.

manures; nitrogen; heavy metals; greenhouse vegetable field; soil nutrient

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.17.027

S19

A

1002-6819(2017)-17-0200-08

2017-04-18

2017-08-29

國家重點研發計劃“京津冀設施農業面源和重金屬污染防控技術示范”（2016YFD0801006）；國家大宗蔬菜產業技術體系崗位科學家項目（CARS-23-B16）

高杰云，現從事科研管理工作。北京 中國農業大學資源與環境學院，100193。Email：jieyunluck@sina.com

陳清，博士，教授，現從事廢棄物肥料化利用與面源污染控制方面研究。北京 中國農業大學資源與環境學院，100193。Email：qchen@cau.edu.cn