劉森泓，王娟，沈玉君，孟海波，丁京濤，張朋月，馬艷茹，3，梁英

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，大慶 163319；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院農(nóng)村能源與環(huán)保研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部資源循環(huán)利用技術(shù)與模式重點實驗室；3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院）

油菜是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚氖卟耸称?，種植區(qū)域和播種面積為世界最大[1]。油菜的品質(zhì)是決定口感、風(fēng)味和營養(yǎng)的關(guān)鍵因素，直接影響著其等級和商品價值[2]，葉綠素、還原糖、Vc 以及硝酸鹽是評價蔬菜品質(zhì)的4 個重要指標(biāo)。油菜中重金屬含量的高低，直接影響其食用安全性。土壤、灌溉水是蔬菜作物中積累重金屬主要途徑，銅、鋅是作物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素，而鎘和鉛是有害重金屬，易被作物吸收，且在人體內(nèi)累積易引起中毒。

油菜需肥量較大，長期使用化肥會使土地酸化板結(jié)，減少土壤中有機質(zhì)含量，導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降，不利于莊稼生長。在油菜生產(chǎn)過程中用糞水作為有機肥源代替化肥，具有重要的現(xiàn)實意義。據(jù)統(tǒng)計，我國畜禽糞污年產(chǎn)生量約38 億t，其中糞水產(chǎn)生量約20 億t[3]。目前糞水還田進(jìn)行資源化利用成為糞水的主要去向。養(yǎng)殖糞水含有豐富的氮磷鉀等營養(yǎng)元素，但同時含有重金屬等有害物質(zhì)[4-5]，如果利用不當(dāng)，不僅浪費資源，且易導(dǎo)致環(huán)境污染。糞水還田施用帶來蔬菜中重金屬的累積，已成為目前研究的焦點之一[6]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者的研究主要集中在豬糞廢水還田以及固體糞便堆肥還田對作物產(chǎn)量以及品質(zhì)的影響方面[6-8]，但國內(nèi)仍缺乏施用豬糞水對作物重金屬累積影響的系統(tǒng)研究。糞水還田之前一般需在貯存池放置一段時間[9]，糞水儲存的時間越長，無害化的效果越明顯[10-11]，可以進(jìn)一步降低糞水中病原菌等有害物質(zhì)。有研究表明施入酸化處理的糞污可以使氮素以NH4+的形式停留在土壤中，降低因NH3揮發(fā)造成的氮損失，提高肥效，增加產(chǎn)量[12-14]。試驗以油菜為試驗對象，分析糞水儲存和酸化儲存施用后，對油菜產(chǎn)量、品質(zhì)以及重金屬含量的影響，旨在為生產(chǎn)低污染物、高營養(yǎng)品質(zhì)的油菜篩選最佳施用量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試油菜品種為四月蔓，由北京花兒朵朵仙子農(nóng)業(yè)有限公司生產(chǎn)。供試土壤為石灰性壤質(zhì)褐土，土壤基本性質(zhì)如表1 所示，過孔徑為3 mm 的網(wǎng)篩備用[15]。供試生豬糞水由北京順義區(qū)某養(yǎng)殖場，以過磷酸鈣作為酸化劑，借助電動攪拌器在添加酸化劑的同時不斷攪動糞水，調(diào)節(jié)糞水pH 至6.0。將未酸化和已酸化的糞水放置在自然通風(fēng)的環(huán)境下儲存60 d，糞水基本性質(zhì)如表2 所示。

表1 供試土壤的基本理化性狀Table 1 Basic physical and chemical properties of tested soils

表2 生豬糞水原料基本性質(zhì)Table 2 Basic properties of pig manure and water

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗于2019 年12 月至2020 年1 月在北京市農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院溫室內(nèi)進(jìn)行，研究采用溫室盆栽試驗。設(shè)置9 個處理（見表3），每個處理設(shè)置3個重復(fù)，共27 個盆栽。每個塑料盆底部平鋪0.2 kg 石子粒，在石子上鋪兩層紗布，防止沙土流失，每個盆缽內(nèi)均裝入1.5 kg 過孔徑為3 mm 網(wǎng)篩的土壤。糞水儲存期結(jié)束后將兩種豬糞水按體積比使用去離子水稀釋，稀釋后的豬糞水濃度分別為原豬糞水的100%、75%、50%和25%。再將稀釋后的豬糞水作為基肥施用到盆栽中。按照試驗設(shè)計分別施肥，以供試土壤的田間最大持水量為基礎(chǔ)施肥量。糞水基肥在播種前施用，栽培期間不再追肥。實驗于2019 年12月5 日播種，2020 年1 月20 日收獲，生長周期為45 d，出苗后每盆定植3 株，栽培期間平均光照時間為12～14 h，平均室溫為24～27 ℃。每次澆水時盆栽置于電子天平上，使用去離子水澆灌至初始盆栽肥料施用后的重量。每個處理被隨機放置在溫室中，以確保一致的生長條件。

表3 試驗設(shè)計Table 3 Experimental design

1.2.2 采樣及測定方法

油菜收獲時收集地上可食用部分一次性采集帶回實驗室，用自來水清洗，再用去離子水淋洗，后用吸水紙擦干并稱重后[16]，取部分鮮樣以用于測定油菜的Vc、還原糖、葉綠素以及硝酸鹽含量。剩余鮮樣于105 ℃殺青后，65 ℃過夜烘干，利用瑪瑙研缽碾碎后過100 目篩，用于測定油菜中的Cu、Zn、Cd 和Pb 含量。

油菜鮮重的測定采用直接稱重法；油菜中的Vc含量測定采用2，6-二氯靛酚滴定法[17]；還原糖含量測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法[18]；葉綠素含量測定采用丙酮-乙醇混合法[19]；硝酸鹽含量測定采用紫外分光光度法[20]，Cu、Zn、Cd 和Pb 的測定采用HNO3－H2O2體系進(jìn)行微波消解，利用ICP-MS 測定[21]。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入用作預(yù)處理，利用SPSS22.0 數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和差異性分析，采用Origin 2018 軟件進(jìn)行圖像處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同糞水處理方式對油菜產(chǎn)量的影響

油菜的產(chǎn)量是直接體現(xiàn)糞水肥效的重要指標(biāo)之一，各處理油菜產(chǎn)量如圖1 所示，施用糞水與酸化糞水的處理與CK 在0.05 水平上呈顯著差異（P<0.05），油菜產(chǎn)量提高了43.38%～209.76%，表明施加豬糞水和酸化豬糞水可顯著提高油菜的鮮重產(chǎn)量，其中G2處理的產(chǎn)量最高，高達(dá)42.84±2.61 g。油菜產(chǎn)量隨糞水施用量的增加呈升高趨勢，但施用酸化糞水的處理中，油菜產(chǎn)量隨糞水施用量的增加呈先升高后降低的趨勢，通過對比施用糞水和酸化糞水油菜的產(chǎn)量，施用酸化糞水的油菜比施用糞水的油菜產(chǎn)量提高了2.05%～96.88%，可以看出酸化儲存糞水對油菜的增產(chǎn)效果更明顯。

圖1 不同糞水處理方式對油菜產(chǎn)量的影響Fig.1 Effect of different treatments on rape yield

2.2 不同糞水處理方式對油菜品質(zhì)的影響

2.2.1 對油菜Vc 含量的影響變化

Vc 是維持人體正常生理代謝必需的營養(yǎng)物質(zhì)，身體中缺乏Vc 會引發(fā)多種身體疾病。不同糞水處理方式對油菜Vc 含量的影響如圖2 所示，施用糞水與酸化糞水的處理與CK 在0.05 水平上呈顯著差異（P<0.05）。除C1 外，其他處理的Vc 含量均高于CK，這表明，施加糞水有機肥可以增加油菜作物的Vc 含量。隨著糞水用量的增加，油菜的Vc 含量呈增加趨勢，這與劉春的試驗結(jié)果相似[22]。比較兩種糞水的同濃度處理的Vc 含量可知，酸化糞水處理的油菜Vc含量較未酸化處理組高8.45%～31.15%，這表明施加經(jīng)酸化的糞水可以提高油菜中的Vc 含量。

2.2.2 對油菜還原糖含量的影響變化

我院成立胸痛中心后，胸痛患者的搶救成功率已明顯提高，但對自行入院的胸痛患者，總?cè)毖獣r間仍然較長，尤其是D2B時間達(dá)標(biāo)率仍然不高，主要原因也是簽署術(shù)前知情同意書時間過長和院內(nèi)流程執(zhí)行不規(guī)范，提示要進(jìn)一步縮短知情同意過程、優(yōu)化并嚴(yán)格執(zhí)行院內(nèi)救治流程，要求嚴(yán)、標(biāo)準(zhǔn)高，給護理工作帶來重大挑戰(zhàn)[1]。

還原糖是作物體內(nèi)進(jìn)行呼吸作用的基質(zhì)，同時也是鑒定蔬菜品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。試驗中各處理的還原糖含量如圖3 所示，由圖3 可知，CK 的含量最高，高達(dá)23.34±1.77 mg·g-1。其他處理與CK 在0.05 水平上差異顯著，還原糖含量降低了16.80%～59.30%。還原糖含量會隨著糞水的施用量的增加而呈下降的趨勢，這表明施加經(jīng)儲存后的豬糞水會降低油菜中還原糖的含量。通過對比施用不同類型糞水的油菜還原糖含量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)稀釋濃度相同時，酸化儲存后糞水的還原糖含量相對更低，

圖2 不同糞水處理方式對油菜Vc 含量的影響Fig.2 Effect of different treatments on VC content in rapeseed

圖3 不同糞水處理方式對油菜還原糖含量的影響Fig.3 Effects of different fertilization treatments on reducing sugar content in rapeseed

2.2.3 對葉綠素含量的影響變化

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，有提供維生素、解毒、抗病等多種用途。試驗中各處理的葉綠素含量如圖4 所示，施加儲存后的糞水可顯著提高油菜7.51%～21.54%的葉綠素含量，油菜中的葉綠素含量隨著施加濃度的升高而增加，通過對比施用不同類型糞水的油菜葉綠素含量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)稀釋濃度相同時，酸化儲存后糞水對油菜葉綠素含量的提升效果更佳。

2.2.4 對油菜硝酸鹽含量的影響變化

硝酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低是評價蔬菜質(zhì)量的關(guān)鍵。試驗中各處理的硝酸鹽含量如圖5 所示，除G4 外，施用儲存后糞水后可以降低油菜中4.41%～40.15%的硝酸鹽含量，均符合《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害蔬菜安全要求》（GB 18406.1-2001）中量的要求[23]，當(dāng)酸化儲存糞水濃度為25%和50%時，油菜中硝酸鹽含量較低。這表明當(dāng)豬糞水經(jīng)儲存后作為肥料施用時，可以減少油菜中的硝酸鹽含量，油菜硝酸鹽含量隨糞水濃度的升高而增加，研究趨勢與牛曉麗和王朝輝等[24-25]研究趨勢一致。當(dāng)糞水濃度升高時，糞水中的硝酸鹽含量也同樣增多，油菜硝酸鹽含量隨糞水濃度的升高而增加，這表明糞水施加量的多少直接影響著油菜中硝酸鹽的累積量。

圖4 不同糞水處理方式對油菜葉綠素含量的影響Fig.4 Effect of different treatments on chlorophyll content in rapeseed

圖5 不同糞水處理方式對油菜硝酸鹽含量的影響Fig.5 Effects of different manure-water treatments on nitrate content in rape

2.3 不同糞水處理方式對油菜重金屬累積的影響

試驗中各處理的重金屬含量如表3 所示，由表3可知，施加糞水和酸化糞水的處理組油菜的其礦質(zhì)重金屬Cu 和Zn 的含量都超過了CK 的重金屬含量，并呈現(xiàn)顯著差異。油菜Cu 和Zn 的含量隨著肥水施用量的增加而呈逐漸升高趨勢，其中Cu 在未酸化糞水的處理中C4 含量最高，為5.853±0.124 mg·kg-1，較CK 提高了61.86%，在酸化糞水的處理中G4 含量最高，為5.483±0.173 mg·kg-1，較CK 提高了51.63%。其中Zn 在未酸化糞水的處理中C4 含量最高，為53.943±1.362 mg·kg-1，較CK 提高了54.20%，在酸化糞水的處理中G4 含量最高，為52.207±1.167 mg·kg-1，較CK 提高了49.24%。

各試驗處理的油菜Cd 和Pb 含量高于CK 對照組，其中處理組的Cd 含量與CK 組含量呈顯著差異，油菜Cd 和Pb 含量隨著肥水施用量的增加而呈逐漸升高趨勢。對比相同濃度下的兩種儲存后糞水的Cd和Pb 含量，使用儲存后酸化糞水處理組的Cd 和Pb含量較未酸化處理組較低，即使在高量酸化糞水（100%濃度）條件下，油菜體內(nèi)的重金屬Cd 和Pb 含量也分別僅為0.117±0.016、0.065±0.016 mg·kg-1，均未超出食品衛(wèi)生安全的標(biāo)準(zhǔn)。比較相同濃度不同類型儲存糞水處理中油菜的重金屬含量，發(fā)現(xiàn)酸化處理組油菜的重金屬含量較低。

表4 不同處理下的油菜重金屬含量Table 4 Heavy metals content of rape under different treatment

表5 重金屬總量與施用濃度之間的相關(guān)性分析結(jié)果Table 5 Results of correlation analysis between total heavy metal amount and applied concentration

3 討論

3.1 不同施肥處理對產(chǎn)量的影響分析

從不同類型儲存糞水的肥效來看，兩種類型糞水中均含有豐富的營養(yǎng)成分和有機質(zhì)含量[30]，能夠提高土壤的肥效性，均有增產(chǎn)作用，其中酸化糞水經(jīng)儲存后肥效較好，可能是因為酸化后的糞水減少了糞水儲存及還田后土壤中氨揮發(fā)造成的N 損失，提高了糞水中N 素的利用率，從而促進(jìn)作物生長。但過量施用酸化糞水會增加了土壤全鹽量，抑制油菜的生長[31]。

3.2 不同施肥處理對品質(zhì)的影響分析

與CK 相比，不同類型糞水栽培油菜的Vc、還原糖、葉綠素和硝酸鹽含量各有高低。根據(jù)郭熙盛等[32]研究，油菜Vc 含量會因為土壤中的NH4-N 比例高而提高。生豬酸化糞水氮量高，施氮量消耗了過多的碳架，從而導(dǎo)致油菜中的還原糖含量降低[33]。豬糞水中含有多種微量元素，有利于油菜中葉綠素的合成[34]。而較低的土壤pH 有助于葉綠素的合成[35]，過磷酸鈣也會使糞水中增加額外的P 元素，而P 元素會影響油菜的光合作用，張曉偉等[36]的試驗證明磷含量和葉綠素含量呈正相關(guān)，同樣張玉斌等[37]研究結(jié)果表明添加磷肥對葉綠素的合成具有促進(jìn)作用。生豬糞水中的一些稀有元素能提高硝酸還原酶的活性，促進(jìn)硝態(tài)氮還原轉(zhuǎn)化為氨和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而減少蔬菜中硝酸鹽的含量[38]。同時生豬糞水中有機質(zhì)可以降低土壤硝酸鹽的含量，從而降低作物中的累積量[39]。

3.3 不同施肥處理對重金屬累積的影響分析

酸化儲存糞水中的磷酸鹽可以減少重金屬離子向植物中的遷移，可以促進(jìn)重金屬向穩(wěn)定形態(tài)轉(zhuǎn)化，降低了堿性土壤中重金屬的潛在釋放能力[40]，減少有害重金屬在植物體內(nèi)的累積。添加酸化劑可以改變重金屬含量與糞水濃度之間的相關(guān)系數(shù)，減少有害重金屬在油菜體內(nèi)的累積程度。

4 結(jié)論

（1）進(jìn)一步分析了生豬儲存后糞水對油菜產(chǎn)量、品質(zhì)和重金屬累積的影響，糞水栽培油菜的產(chǎn)量、葉綠素、Vc 含量高于CK，且硝酸鹽含量更低，但會降低還原糖含量。同時所有處理的油菜重金屬含量均未超出相關(guān)蔬菜安全標(biāo)準(zhǔn)，綜合各項品質(zhì)指標(biāo)和重金屬含量來看，添加豬糞水后可以明顯改善作物的品質(zhì)，其中酸化儲存豬糞水對油菜品質(zhì)的改善效果更佳。利用酸化糞水作為肥料，可以解決大量養(yǎng)殖糞水難以消納的問題，還可以起到增產(chǎn)、改善以及降低污染物含量低的作用。

（2）當(dāng)酸化糞水濃度為25%和50%時，油菜產(chǎn)量高于其他處理，且在此濃度下，油菜硝酸鹽和重金屬含量較低，綜合油菜產(chǎn)量、重金屬含量以及品質(zhì)結(jié)果，建議酸化養(yǎng)殖糞水施用前進(jìn)行稀釋，可使油菜的產(chǎn)量提高、品質(zhì)提升。糞水經(jīng)酸化儲存后還田可以降低油菜中重金屬的累積量，減少糞水直接還田帶來的重金屬安全風(fēng)險，但對于其他污染物累積的影響還有待進(jìn)一步研究。選取油菜作為栽培對象，但不同科屬或者不同品種蔬菜根系部分對于土壤中重金屬的吸收能力以及地上可食用部分的重金屬累積情況可能存在差異，因此對不同類型蔬菜品種的酸化儲存糞水的施用效果還有待研究。