紅菜薹廢棄物還田對四季豆產量和養分累積的影響

徐大兵，謝媛圓，夏賢格，周劍雄，袁家富，趙書軍

（農業農村部廢棄物肥料化利用重點實驗室∕湖北省農業科學院植保土肥研究所，武漢 430064）

近年來，中國蔬菜種植面積和產量逐年增加，2016年播種面積達2 232.8 萬hm2，總產量7.98 億t，其中，湖北省總產量達4 002 萬t，占全國蔬菜總產量的5.04%［1］。隨著蔬菜生產量的增加，蔬菜廢棄物（尾菜）處理問題逐漸凸顯出來。蔬菜廢棄物（尾菜）主要產生于蔬菜產區、蔬菜集散地和蔬菜加工場所。蔬菜廢棄物主要為較易腐爛、不宜長途運輸的葉菜類、茄果類和無食用價值的蔬菜組織，種類多而復雜。調查發現，葉菜類蔬菜廢棄物（尾菜）占全部蔬菜廢棄物（尾菜）總量的71%，塊根塊莖類蔬菜占8.59%，豆類占2.79%，瓜類蔬菜幾乎為零［2］。

2016年中國蔬菜廢棄物（尾菜）產量近2.92億t［3］，其中，湖北省蔬菜廢棄物（尾菜）產量近198萬t，可資源化利用的蔬菜廢棄物（尾菜）為158.4 萬t，氮磷鉀養分儲量為氮（N）4.93 萬t，磷（P2O5）2.69 萬t，鉀（K2O）5.53 萬t，數量巨大，因此，如何合理利用蔬菜廢棄物（尾菜）資源是目前湖北省乃至全國亟待解決的問題［4］。蔬菜廢棄物（尾菜）資源化潛力較高，當前適宜資源化利用的主要途徑包括直接還田、飼料化利用、簡易厭氧漚肥、沼氣化利用和混合好氧堆肥等，但資源化利用方式各有優缺點［3，5］。因地制宜，根據種植模式和蔬菜種類，進一步節本增效是實現蔬菜廢棄物資源化利用的關鍵。

紅菜薹（Brassica campestrisL. ssp.chinensisvar.utiliTsen et Lee）又名紫菜薹，皮色紫紅、花金黃，是十字花科蕓薹屬蕓薹種白菜亞種的一個變種，是中國南方秋冬季時令蔬菜，主要分布于長江流域，以湖北省武漢市的洪山菜薹最為知名［6］。紅菜薹主要在秋季進行播種和定植，秋冬季節抽薹采收，采收后殘留大量的尾菜。前期調查發現紅菜薹采收后尾菜資源量達45 000～90 000 kg∕hm2。如何處理尾菜關系到紅菜薹產業的持續健康發展。與堆肥或厭氧發酵方式處理蔬菜廢棄物相比，還田不需要前期建設，并且可以避免蔬菜廢棄物收集運輸等環節的人力及經濟投入。基于此，本研究以紅菜薹尾菜為原料，研究紅菜薹還田后對下季四季豆產量和養分累積的影響，以期為紅菜薹直接還田提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗地點位于武漢市蔡甸區永安鎮高新村（東經113°57"16.96″，北緯30°25"23.66″），是以壟崗為主體的丘陵性湖沼平原，屬北亞熱帶季風性氣候，年平均氣溫為17.1 ℃，年降水量為1 302.4 mm，日照為1 639.3 h。

1.2 供試材料

1.2.1 供試土壤 供試土壤類型為潮土，基本理化性質：pH 6.70，有機質27.6 g∕kg，堿解氮134.5 mg∕kg，速效磷34.6 mg∕kg，速效鉀167.5 mg∕kg。

1.2.2 供試作物 供試作物為四季豆，品種為架豆。

1.3 試驗設計

試驗于2018年4—6月進行，設置4 個處理，處理1，不還田，常規施肥，1 125 kg∕hm2復合肥（15-15-15），計作CF；處理2，還田量為廢棄物總量的50%，計作CF+50%VW；處理3，還田量為廢棄物總量的100%，計作CF+VW；處理4，還田量為廢棄物總量的100%+在常規施肥的基礎上減肥30%，計作70%CF+VW。各處理具體施肥量見表1，尾菜和80% 復合肥作基肥，20% 復合肥于開花結果時穴施追肥。洪山菜薹新鮮資源量為50 250 kg∕hm2，含水量為89.53%，干物質量為5 261 kg∕hm2，氮、磷、鉀養分含量分別為2.81%、0.42%和4.37%。

每處理重復3 次，隨機區組排列。小區面積為4 m×10 m=40 m2。還田方式為菜薹收獲后，采取旋耕的方式還田；50% 尾菜還田，即取走小區面積一半的菜薹后剩余部分，采取旋耕的方式全部還田。在還田旋耕前施750 kg∕hm2生石灰消毒殺菌。

表1 不同處理施肥量

1.4 樣品采集與測定

每次收獲時將各記產小區分別稱重，計算總的產量。在盛果期每個小區采集4 株植株樣品，洗凈后105 ℃殺青30 min，再70 ℃烘干至恒量，稱量并測定養分量。植株全氮采用硫酸-過氧化氫消煮，用BRAN+LUEBBE Auto Analyzer 3 測定氮含量，全磷含量采用鉬銻抗比色法測定，全鉀含量采用火焰光度計法測定。

1.5 數據處理

采用Microsoft Excel 2016 進行數據的平均值和標準差值計算，采用SPSS 16.0 進行數據顯著性分析（Duncan’s 多重比較），不同小寫字母表示差異顯著（P<0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同處理對四季豆產量和生物量的影響

從圖1 可以看出，與CF 相比，CF+50%VW 和CF+VW 四季豆產量分別增加了13.41% 和29.43%，但是差異均不顯著。70%CF+VW 四季豆產量則比CF 減少了3.46%，差異亦不顯著。70%CF+VW 則比CF+VW 產量減少了25.41%，而處理間差異仍然不顯著。就生物量而言，CF+50%VW、CF+VW 和70%CF+VW 分別比CF 增加了19.20%、39.19% 和9.38%，70%CF+VW 則比CF+VW 生物量減少了21.42%，但各處理間差異不顯著。

圖1 不同處理對四季豆產量和生物量的影響

2.2 不同處理對四季豆不同部位干物質量的影響

不同處理對四季豆不同部位干物質量的影響如圖2 所示。就根部干物質量而言，CF+50%VW、CF+VW 分別比CF 減少了15.54% 和21.44%，而70%CF+VW 則比CF 增加了36.98%，且與CF+50%VW和CF+VW 差異達顯著水平。CF+50%VW、CF+VW和70%CF+VW 處理莖部干物質量比CF 分別增加了9.61%、26.00% 和7.85%，而CF+VW 分別比CF+50%VW 和70%CF+VW 莖部干物質量增加了14.95% 和16.82%。CF+50%VW、CF+VW 和70%CF+VW 處理葉部干物質量比CF 分別增加了5.64%、31.20% 和6.62%，而70%CF+VW 比CF+VW 減少了14.40%。對于總的干物質量而言，CF+50%VW、CF+VW 和70%CF+VW 總干物質量比CF 分別增加了2.57%、24.24% 和7.02%，而CF+50%VW 和70%CF+VW 分別比CF+VW 減少了17.44% 和13.86%，但各處理間差異均不顯著。

圖2 不同處理對四季豆不同部位干物質量含量的影響

2.3 不同處理對四季豆不同部位氮素累積量的影響

由圖3 可知，與CF 相比，CF+50%VW 莖、葉和果實氮素累積量分別增加了32.94%、23.61% 和3.57%，而CF+VW 則分別增加了40.43%、31.27%和32.87%。與CF+VW 相比，70%CF+VW 根、莖氮素累積量分別增加了33.41% 和12.04%，但葉和果實則分別減少了4.23% 和25.38%。對于植株總氮素累積量而言，CF+50%VW、CF+VW 和70%CF+VW分別比CF 增加了18.72%、32.55% 和22.99%，且差異達顯著水平。而70%CF+VW 則比CF+VW 減少了7.21%，處理間差異不顯著。

圖3 不同處理對四季豆不同部位氮素累積量的影響

2.4 不同處理對四季豆不同部位磷素累積量的影響

由圖4 可知，各處理不同部位磷素累積量差異均不顯著。就植株總磷素累積量而言，CF+50%VW、CF+VW 和70%CF+VW 分別比CF 增加了6.35%、38.22% 和17.29%，而70%CF+VW 則比CF+VW 減少了15.14%，但處理間差異不顯著。

圖4 不同處理對四季豆不同部位磷素累積量的影響

2.5 不同處理對四季豆不同部位鉀素累積量的影響

由圖5 可知，與CF 相比，CF+50%VW 處理莖、葉和果實鉀素累積量分別增加了6.77%、2.73% 和10.83%，而CF+VW 處理則分別增加了33.33%、35.27% 和57.89%。與CF+VW 相比，70%CF+VW處理根、莖和葉鉀素累積量分別增加了54.02%、13.25% 和15.57%，但是果實則減少了30.62%。對于植株總鉀素累積量而言，CF+50%VW、CF+VW 和70%CF+VW 處理分別比CF 增加了5.73%、38.38%和41.87%，且CF+VW 和70%CF+VW 與CF 差異達顯著水平。而70%CF+VW 則比CF+VW 增加了2.52%，但是處理間差異不顯著。

圖5 不同處理對四季豆不同部位鉀素累積量的影響

3 小結與討論

蔬菜廢棄物所含的養分大部分均為蔬菜作物生長所需，因此很容易被植株吸收而不會產生淋溶風險。蔬菜廢棄物的還田處理研究，目前仍處于起步階段［4］。劉本生等［7］研究發現與不噴消毒劑相比，噴消毒劑能夠使西蘭花的產量提高13.42%。在本試驗中，施750 kg∕hm2生石灰后四季豆并沒有發生病害，這可能是由于前期菜薹病害并不嚴重，而且本試驗僅為第一季還田，此外，也有可能是由于菜薹和四季豆為2 種不同類型蔬菜，從而減緩了病害發生。因此，蔬菜廢棄物還田仍然需要考慮病蟲草害消殺問題。Shen 等［8］研究表明芹菜廢棄物還田后的大白菜產量較空白增加37.0%。本試驗結果表明，紅菜薹廢棄物半量和全量還田后較常規施肥四季豆分別增產13.41% 和29.43%。然而，楊巖［5］研究結果發現，芹菜廢棄物還田對第一茬生菜的產量無顯著影響，第二茬還田處理較對照處理平均增產5.90%，這可能是由于試驗條件（還田量、還田時間以及后茬作物種類等）不同所致。尚丹等［9］將苧麻地冬閑套種蔬菜廢棄物還田后，苧麻產量降低5.4%～19.4%，這與本研究得出的蔬菜廢棄物還田對后茬產量的影響存在較大差異。因此，蔬菜廢棄物直接還田對后茬作物產量的影響還需進一步研究。

針對蔬菜廢棄物還田后的產量效應及對土壤的影響研究相對較多，而關于后茬作物養分吸收的研究比較鮮見。溫明霞等［10］研究表明，榨菜葉配施化肥處理對氮磷鉀的吸收積累量和收獲指數都高于等氮磷鉀養分含量的其他處理。水稻吸收的氮和磷大部分儲存于子粒中，而鉀主要存在于秸稈中。在本研究中，與常規施肥相比，紅菜薹還田氮素、磷素和鉀素累積量分別增加了18.72%～32.55%、6.35%～38.22% 和5.73%～41.87%，且富集的氮鉀主要存在于莖、葉和果實中。此外，即使化肥用量減少30%仍然能夠獲得與全量化肥+洪山薹菜廢棄物全部還田處理相當的氮磷鉀養分累積量。由此可見，在紅菜薹還田的基礎上，化肥減施量應該不能超過30%，至于減少多少化肥的投入能使農戶的經濟收益最高，還需要田間試驗的進一步驗證。