劉本生，楊 巖，孫欽平，李吉進，許俊香

（1.北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100097；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/山東省植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，山東 濟南 250100；3.農(nóng)業(yè)部廢棄物基質(zhì)化利用重點實驗室，山東 濟南 250100）

我國是蔬菜生產(chǎn)和消費大國，近年來，對蔬菜需求量呈現(xiàn)快速增長的趨勢，蔬菜播種面積以每年3%左右的速度增長[1]，2016年達到2.23×107hm2[2]。逐漸遞增的蔬菜種植面積，在帶來蔬菜總產(chǎn)量不斷攀升的同時，也產(chǎn)生了越來越多的蔬菜廢棄物。蔬菜是北京農(nóng)業(yè)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，在農(nóng)村經(jīng)濟中占有重要的地位，在綠色北京、宜居城市的目標(biāo)定位下，必須解決蔬菜廢棄物問題[3]。蔬菜廢棄物的總固體含量為8%～19%，揮發(fā)固體的含量占總固體的80%以上。蔬菜廢棄物含水率高，富含有機質(zhì)和營養(yǎng)成分[4-5]，若隨意丟棄或處理不當(dāng)，會造成嚴重的環(huán)境污染和資源浪費；因此，蔬菜廢棄物的處理引起了越來越多學(xué)者的關(guān)注。

現(xiàn)階段蔬菜廢棄物的處理方法主要有：堆肥化處理、厭氧沼氣發(fā)酵、飼料生產(chǎn)、填埋和直接還田等[6]。堆肥化處理的高溫階段可以殺死絕大部分的病原體、蟲卵、草種，且堆肥產(chǎn)品富含腐殖質(zhì)，養(yǎng)分齊全，可以用作有機肥或土壤改良劑，施入土壤后可以改善土壤的理化環(huán)境[7]，是目前廢棄物處理的主要途徑；但堆肥化處理需要較大的場地進行物料堆置，與填埋一樣，均會造成空間浪費，若處理不當(dāng)還會污染地下水；蔬菜廢棄物在產(chǎn)甲烷細菌的作用下厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，但沼液、沼渣需要二次處理，處理不當(dāng)也會污染周圍環(huán)境；生產(chǎn)飼料需要無菌操作，不適宜處理大規(guī)模的蔬菜廢棄物；此外，以上幾種處理方式還需要解決好廢棄物的收集、運輸和貯存等一系列的問題。蔬菜種植區(qū)的復(fù)種指數(shù)較高，直接還田的蔬菜廢棄物若處理不當(dāng)，可能會引起病蟲害的傳播；但其操作相對簡單、省時省工，因而成為了近年來的研究熱點。

研究表明，水稻—榨菜輪作模式下，榨菜葉的還田能夠明顯提高土壤肥力[8]；SHEN等[9]將芹菜和康乃馨的混合廢棄物還田后，使大白菜產(chǎn)量較對照處理增產(chǎn)32.6%～34.9%；而尚丹等[10]將苧麻地冬閑套種蔬菜廢棄物還田后發(fā)現(xiàn)，苧麻產(chǎn)量降低5.4%～19.4%。由此可以看出，蔬菜廢棄物還田對后茬作物的產(chǎn)量影響存在較大差異，需進行進一步研究。此外，目前已有研究均是在輪作條件下進行的還田處理，在露地連作模式下的研究鮮有報道。本研究通過對露地條件下不同廢棄物還田量對連作西蘭花菜地產(chǎn)量及土壤肥力狀況的影響進行評價，以期為蔬菜廢棄物的直接還田研究提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地點位于北京市延慶區(qū)小豐營現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)示范基地，該地位于華北平原中東部（115°55'E，40°25'N），屬溫帶與中溫帶、半干旱與半濕潤的過渡連帶的大陸性季風(fēng)氣候，氣候冬冷夏涼，年平均氣溫8 ℃；多年平均降水量443.2 mm，年可利用水資源總量1.9億m3，其中農(nóng)業(yè)用水0.48億m3[11]，人均水資源占有量2 088 m3。

延慶區(qū)素有北京“北菜園”之稱，蔬菜種植面積2 085.13 hm2，占總耕地面積的60%，其中露地蔬菜面積1 572 hm2[12]。

1.2 供試材料

1.2.1 供試土壤

供試土壤類型為褐土，質(zhì)地為壤土。0～20 cm土層土壤pH 7.9、有機質(zhì)19.17 g/kg、全氮1.20 g/kg、速效磷（P2O5）111.11 mg/kg、速效鉀（K2O）213.50 mg/kg，EC值188.8 μS/cm。

1.2.2 供試作物

西蘭花品種為綠風(fēng)。2016年6月20日育苗，7月15日定植，栽植密度為3.8萬株/hm2，2016年9月16日收獲。

1.2.3 供試肥料及消毒劑

底肥每667 m2撒施豬糞農(nóng)家肥1 t（有機質(zhì)含量15.93%、N 0.66%、P2O50.77%、K2O 0.72%）、史丹利（15-15-15）復(fù)合肥50 kg，豬糞由農(nóng)戶提供。

消毒劑由北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所提供，為固態(tài)晶體，含氮22.80%；使用時配制成質(zhì)量分數(shù)為1%的水溶液，pH 6.72，EC值1 120 μS/cm。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用裂區(qū)方式，以是否噴施消毒劑為主處理，蔬菜廢棄物不同還田量為副處理，共設(shè)5個水平，試驗處理詳見表1。

試驗共設(shè)10個處理，每個處理設(shè)3次重復(fù)，總計30個小區(qū)，小區(qū)面積為4 m×10 m。西蘭花廢棄物含N 5.84%、P2O50.75%、K2O 0.46%、水78.58%。前茬西蘭花于6月中下旬收獲后，將產(chǎn)生的廢棄物按照試驗設(shè)計還田量均勻攤置于相應(yīng)地塊內(nèi)，定植前撒施腐熟雞糞30 m3/hm2、復(fù)合肥（15-15-15）750 kg/hm2后翻耕做畦。噴灑消毒劑的小區(qū)，每小區(qū)噴3 L消毒劑溶液。生育期內(nèi)追施尿素750 kg/hm2。

表1 試驗處理設(shè)置

1.4 樣品采集與測定

土壤樣品采集：在西蘭花收獲時，采集0～90 cm土層樣品，測定Nmin（土壤無機氮）和含水率，0～30 cm土層測定土壤有機質(zhì)、全氮、pH、EC等土壤基本理化性狀。有機質(zhì)采用重鉻酸鉀法測定；全氮采用H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮儀測定；pH采用pH計（PB-10型）測定。

植株樣品采集：收獲時將經(jīng)濟部分和廢棄物分別采樣，測定鮮質(zhì)量及含水率。75 ℃烘干樣采用H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮儀測定全氮。

1.5 計算方法及統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2010和SAS 8.1軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對西蘭花產(chǎn)量的影響

試驗結(jié)果表明：是否噴消毒劑與蔬菜廢棄物不同還田量之間差異不顯著，無明顯交互作用（P=0.98）。由表2可以看出：噴消毒劑處理西蘭花產(chǎn)量達16.67 t/hm2，比不噴消毒劑處理增產(chǎn)13.42%，差異顯著；不同還田量處理的西蘭花產(chǎn)量差異不顯著，但70%還田量處理表現(xiàn)出較好的增產(chǎn)趨勢，產(chǎn)量為16.68 t/hm2。此外，對主處理內(nèi)的無還田處理（CK）進行顯著性差異分析得出，僅噴消毒劑而無還田處理對西蘭花產(chǎn)量無顯著影響（P=0.27），即噴施消毒劑所帶入的氮素對西蘭花增產(chǎn)效果不顯著，由此可知，本試驗條件下噴消毒劑使西蘭花顯著增產(chǎn)的原因與消毒劑所含養(yǎng)分無關(guān)，而與其殺菌消毒作用有關(guān)。

表2 不同處理對西蘭花產(chǎn)量的影響 t/hm2

2.2 不同處理對西蘭花生物量的影響

噴消毒劑后西蘭花生物量達67.34 t/hm2（圖1），較不噴消毒劑顯著提高了7.35%，這可能與噴消毒劑增加西蘭花經(jīng)濟部分產(chǎn)量有關(guān)；與對照處理相比，還田量70%的處理明顯提高了西蘭花生物量，其生物量最高，為69.50 t/hm2。主副處理間交互作用不顯著（P=0.98）。

圖1 不同處理對西蘭花生物量的影響

2.3 不同處理對西蘭花吸氮量的影響

圖2 不同處理對西蘭花吸氮量的影響

如圖2所示：噴消毒劑處理的西蘭花吸氮量較不噴消毒劑的處理顯著增高17.06%（P=0.005）；不同還田量處理的吸氮量與對照處理相比，無顯著差異，但隨著還田量的增加，在還田量為70%時，西蘭花吸氮量出現(xiàn)了顯著提高，且與還田量為30%、130%的處理差異顯著。

2.4 不同處理對表層土壤理化性狀的影響

表3 消毒劑處理對表層土壤理化性狀的影響

由表3可知：除pH外，主處理間的各項土壤理化性狀均存在顯著性差異，其中噴消毒劑后，表層土壤的全氮和有機質(zhì)含量分別提高了14.78%和37.14%，EC值顯著降低了15.06%（P=0.04）。

表4 不同還田量對表層土壤理化性狀的影響

由表4可知：與對照處理相比，不同還田量處理表層土壤的理化性狀均未出現(xiàn)顯著性變化。此外，各項指標(biāo)的主副處理間均無顯著性交互作用（P＜0.0001）。

2.5 不同處理對0～90 cm土壤Nmin的影響

與不噴消毒劑處理相比，噴消毒劑處理對土壤Nmin的淋失起到了一定的消減作用，0～90 cm Nmin平均含量減少17.82%（圖3），其中60～90 cm土層Nmin含量降低31.24%，達顯著性差異水平（P＜0.001），其余土層均無顯著性差異，這可能與其西蘭花生物量相對較大、吸氮量相對較多有關(guān)。此外，不同還田量處理與對照處理在0～90 cm土壤Nmin含量均無顯著差異（P＞0.05）；主副處理間的交互作用亦不顯著。

圖3 不同處理對0～90 cm土壤Nmin的影響

3 結(jié)論與討論

與不噴消毒劑相比，噴消毒劑顯著提高了西蘭花的產(chǎn)量、生物量和吸氮量，分別提高13.42%、7.35%和17.06%；不同還田量處理的產(chǎn)量和吸氮量與對照處理無顯著差異，但還田量為70%時，西蘭花生物量顯著高于對照處理，為69.50 t/hm2。

噴消毒劑后，表層土壤的全氮和有機質(zhì)含量分別提高了14.78%和37.14%，EC值降低了15.06%，這可能與噴消毒劑降低了土壤微生物活性，進而降低了土壤氮素的損失和有機質(zhì)的礦化程度及顯著提高了西蘭花的生物量，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分離子被吸收相對較多有關(guān)，且這3個指標(biāo)均與不噴消毒劑處理存在顯著性差異；與對照處理相比，不同還田量處理表層土壤的理化性狀無顯著差異，這可能與試驗時間相對較短，廢棄物還田后，有機物腐解礦化需要時間相對較長有關(guān)[1,13]。

與不噴消毒劑相比，噴消毒劑有效減少了Nmin的淋失，其中60～90 cm土壤Nmin含量降低了31.24%，達顯著性差異水平。

綜上所述，本試驗條件下，進行單位面積內(nèi)廢棄物產(chǎn)生量的70%還田并噴施消毒劑處理為最優(yōu)組合，在保證蔬菜產(chǎn)量前提下，有效減少蔬菜廢棄物的產(chǎn)生量。

[1]楊巖.蔬菜廢棄物堆肥和原位還田研究[D].泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

[2]中華人民共和國國家統(tǒng)計局.中國統(tǒng)計年鑒2017[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2017.

[3]張莉,熊波,李傳友,等.牛糞和蔬菜廢棄物混合堆肥發(fā)酵過程理化性狀監(jiān)測[J].蔬菜,2017(5):24-27.

[4]劉榮厚,王遠遠,孫辰,等.蔬菜廢棄物厭氧發(fā)酵制取沼氣的試驗研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2008,24(4):209-213.

[5]黃鼎曦,陸文靜,王洪濤.農(nóng)業(yè)蔬菜廢棄物處理方法研究進展和探討[J].環(huán)境工程學(xué)報,2002,3(11):38-42.

[6]徐路魏.蔬菜廢棄物堆肥化過程中碳氮轉(zhuǎn)化規(guī)律[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2016.

[7]孔濤,李勃,柯楊,等.蔬菜廢棄物堆肥對設(shè)施蔬菜產(chǎn)量和土壤生物特性的影響[J].中國土壤與肥料,2017(5):157-160.

[8]溫明霞,官會林,石孝均.榨菜葉還田對土壤肥力的影響研究[J].土壤通報,2007,38(1):34-38.

[9]SHEN F, ZENG Y M, DENG S H, et al. Effects of vegetable & flower residues returning with compound microorganism on soil nutrients release and crop yield[J]. Procedia Environmental Sciences,2011,11(Part B):774-781.

[10]尚丹,馬穎杰,邢虎成,等.冬閑地套種蔬菜及蔬菜廢棄物還田對苧麻的影響[J].作物研究,2014,28(1):37-42.

[11]李家鶴.延慶縣水資源現(xiàn)狀分析[J].北京水務(wù),2009(4):33-35.

[12]李鈺飛,鄒國元,李吉進,等.京郊設(shè)施蔬菜農(nóng)戶節(jié)水現(xiàn)狀與發(fā)展對策——基于北京延慶區(qū)村莊節(jié)水現(xiàn)狀的調(diào)研[J].蔬菜,2017(2):40-43.

[13]趙欣宇.不同農(nóng)業(yè)有機廢棄物對黑土理化性質(zhì)及腐殖化特征的影響[D].長春:吉林農(nóng)業(yè)大學(xué),2016.