王慧姣，汪 泰，包 立，牛 婧，張乃明

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201)

藍(lán)藻厭氧發(fā)酵液對(duì)生菜產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

王慧姣，汪 泰，包 立，牛 婧，張乃明

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201)

富營養(yǎng)化湖泊夏季藍(lán)藻暴發(fā)期間大量藻漿、藻泥的處置已成為湖泊治理急需解決的問題。本研究以新鮮藻漿發(fā)酵液為供試材料，以生菜為供試作物，將稀釋了4個(gè)濃度梯度的藍(lán)藻厭氧發(fā)酵液作為有機(jī)肥進(jìn)行澆灌盆栽試驗(yàn)，并設(shè)置一個(gè)等量清水對(duì)照組，探討不同濃度藍(lán)藻發(fā)酵液處理對(duì)生菜的影響。研究表明：①相對(duì)于空白對(duì)照，4個(gè)濃度的藍(lán)藻發(fā)酵液均增加了生菜的株高、鮮重，100%的發(fā)酵液施肥增加量最多；②葉片葉綠素和可溶性糖含量隨著藍(lán)藻發(fā)酵液濃度的增加而增加；③生菜的硝酸鹽含量也有一定程度的增加，但最高增加5.01%，均在國家標(biāo)準(zhǔn)限量范圍內(nèi)。

藍(lán)藻；富營養(yǎng)化；厭氧發(fā)酵；發(fā)酵液；生菜種植；影響

近年來，隨著我國工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展以及城市化進(jìn)程的加快，工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)灌溉回歸水中污染物排放量日益增加，湖泊富營養(yǎng)化問題逐漸突出[1]。水體的富營養(yǎng)化直接導(dǎo)致了藻類的迅猛生長，其中以藍(lán)藻為主，大量的藍(lán)藻堆積在水面，散發(fā)出難聞的氣味，阻斷水體的光合作用，使水體貧氧惡化，破壞水體生態(tài)系統(tǒng)，而且釋放藻毒素，引起水生生物中毒，并通過食物鏈進(jìn)而威脅人類健康[2-4]。同時(shí)其代謝產(chǎn)物具有毒性和致癌作用，給水生動(dòng)植物、人類健康和環(huán)境安全造成了較大的危害，已對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成很大的負(fù)面影響[5-7]。

在藍(lán)藻暴發(fā)期，水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重的湖泊每天都有數(shù)以萬噸的藍(lán)藻被打撈出水面，打撈上來的藍(lán)藻含水量高，含有藻毒素，無法直接利用，且隨意堆積，容易通過滲漏、徑流重新回到水域造成二次污染。如何解決處理好這些藍(lán)藻成為重要而緊迫的問題[8]。

對(duì)富營養(yǎng)化湖泊藍(lán)藻的治理不能只停留在收集打撈的層面，應(yīng)通過一系列科技手段實(shí)現(xiàn)變廢為寶、化害為利，兼顧經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多重效益，不但能治理好受污染的環(huán)境，同時(shí)將創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，也將提升我國水環(huán)境綜合治理的水平，減少水體污染程度。藍(lán)藻作為一種生物質(zhì)，研究其資源化應(yīng)用對(duì)解決巨量處置這一難題意義重大。因此藍(lán)藻高附加值資源化利用的課題逐漸成為了環(huán)境治理和資源開發(fā)的熱點(diǎn)。

根據(jù)湖泊水體藍(lán)藻暴發(fā)的實(shí)情和我國生物技術(shù)的發(fā)展水平，藍(lán)藻厭氧發(fā)酵成為目前快速處置藍(lán)藻的資源化利用方式之一。關(guān)于藍(lán)藻厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的研究受到眾多研究者的青睞，此方面的報(bào)道和文獻(xiàn)也很多[9-13]。但實(shí)踐證明，由于受到發(fā)酵條件、設(shè)備工藝以及產(chǎn)出結(jié)果不理想等諸多因素影響，沼氣生產(chǎn)并不經(jīng)濟(jì)。在藍(lán)藻厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)生了大量的沼液[14、15]，雖然國內(nèi)外關(guān)于一般發(fā)酵液的研究很多，但鑒于藍(lán)藻的特殊性，目前，有關(guān)藍(lán)藻發(fā)酵液對(duì)水稻、棉花等大田作物影響的研究較多，而其對(duì)蔬菜影響研究較少。我國是蔬菜大國，蔬菜總產(chǎn)量居世界第一，研究藍(lán)藻發(fā)酵液對(duì)生菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，對(duì)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)有效栽培我國蔬菜有重要意義。因此，本文以生菜為供試作物，用藍(lán)藻發(fā)酵沼液作盆栽試驗(yàn)，探討其對(duì)生菜生物學(xué)特性和品質(zhì)的影響，以期為藍(lán)藻發(fā)酵沼液的合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本研究供發(fā)酵的新鮮藍(lán)藻漿采自滇池龍門藻水分離站。

自制簡(jiǎn)易厭氧發(fā)酵裝置，采用50L的大口徑圓形塑料桶作為發(fā)酵罐，在桶頂部打個(gè)小圓孔作為排氣孔，將輸氣管插入孔中，并用膠帶封堵周邊空隙，然后將管子另一頭放入水中，以防外界空氣進(jìn)入桶中。將藍(lán)藻泥漿、活性污泥、水按照1∶1∶1 的投料比投入桶中，密封桶蓋，采用外加熱的自動(dòng)加熱控制系統(tǒng)，在37℃下進(jìn)行厭氧發(fā)酵，為期90d。

發(fā)酵液是上述藍(lán)藻厭氧發(fā)酵的上層清液，將發(fā)酵液進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定，營養(yǎng)含量見表1。

供試作物是生菜，品種為意大利耐抽苔生菜王。

表1 沼液中各營養(yǎng)元素成份含量

供試盆栽土壤采自云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山，盆栽土壤本底值見表2。

表2 盆栽土壤本底值

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

挑選形態(tài)正常均一的生菜種子撒入花盆，當(dāng)幼苗長到5cm左右時(shí)，進(jìn)行間苗，選取長勢(shì)一致的留在盆中，每盆定植3棵。苗齡20d后，分別用不同濃度的藍(lán)藻發(fā)酵液進(jìn)行澆灌，共5個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。藍(lán)藻發(fā)酵液每隔4d澆灌1次，每缽400mL。沼液處理濃度梯度為100%(處理1)、75%(處理2)、50%(處理3)、25%(處理4)。對(duì)照組施用等量的清水。處理20d后測(cè)定各處理生菜有關(guān)生理生化指標(biāo)，并測(cè)定盆栽土壤的理化性質(zhì)指標(biāo)。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

施用藍(lán)藻發(fā)酵液20d，測(cè)定所有處理生菜的株高和生物量；葉綠素采用葉綠素儀測(cè)定，具體方法參照《植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)》[16]；可溶性糖采用蒽酮比色法測(cè)定[17]；硝酸鹽采用紫外吸收法測(cè)定[18]。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)測(cè)試的各個(gè)指標(biāo)均為3 次重復(fù)測(cè)定的平均值，采用SPSS軟件對(duì)不同數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)，其中顯著性差異p<0.05。數(shù)據(jù)采用SPSS和Excel統(tǒng)計(jì)軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度藍(lán)藻發(fā)酵液對(duì)生菜株高的影響

由圖1可知，藍(lán)藻發(fā)酵液處理過的生菜株高與對(duì)照相比均有所增加。施用100%濃度藍(lán)藻發(fā)酵液的處理1株高最大，為14.0cm；其次處理2高13.8cm；處理3與處理4株高平均值相等，都為13.6cm。4個(gè)處理之間差異性不明顯，但與對(duì)照相比均存在顯著性差異。處理1、2、3、4分別比對(duì)照11.5cm高出21.74%、20%、18.36%和18.36%。表明以藍(lán)藻發(fā)酵液作為有機(jī)肥，對(duì)生菜生長有明顯的促進(jìn)作用。

2.2 不同濃度藍(lán)藻發(fā)酵液處理對(duì)生菜鮮重的影響

由圖2可知，不同處理生菜的生物量不同，其中未施藍(lán)藻發(fā)酵液的對(duì)照僅為67.02g，經(jīng)藍(lán)藻發(fā)酵液處理后生菜產(chǎn)量明顯優(yōu)于對(duì)照。處理1最大，單株重為108.81g，比對(duì)照增產(chǎn)62%；隨著藍(lán)藻發(fā)酵液濃度的降低，產(chǎn)量逐漸降低，處理2、3、4分別為105.43g、100.58g、100.51g。各個(gè)處理間差異不顯著，但與對(duì)照相比，差異性顯著，分別增產(chǎn)57%、50%、49%。表明藍(lán)藻發(fā)酵液可以有效增加生菜的產(chǎn)量。

2.3 不同濃度藍(lán)藻發(fā)酵液處理對(duì)生菜葉綠素含量的影響

葉綠素含量與光合作用、氮素營養(yǎng)有密切關(guān)系，是科學(xué)施肥、育種、光合、衰老及植物病理研究中的重要指標(biāo)。

由圖3可知，藍(lán)藻發(fā)酵液處理過的生菜與未處理過的生菜葉片葉綠素含量差異性顯著。隨著藍(lán)藻發(fā)酵液濃度的降低，葉綠素含量呈逐漸降低之勢(shì)，即處理1>處理2>處理3>處理4>CK。處理1與其他3個(gè)處理存在明顯差異，處理2與處理3不存在差異，但均與處理4存在明顯差異。說明藍(lán)藻發(fā)酵液能提高葉片葉綠素含量，且濃度越高，增進(jìn)作用越明顯。

2.4 不同濃度藍(lán)藻發(fā)酵液處理對(duì)生菜植株硝酸鹽含量的影響

硝態(tài)氮是植物最重要的氮源之一，也是蛋白質(zhì)合成的原料。植物體內(nèi)硝態(tài)氮含量可以反映土壤氮素供應(yīng)情況，因此常作為施肥診斷指標(biāo)。特別是葉菜類中常含有大量硝酸鹽，在烹調(diào)和腌制過程中可轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽而危害健康。因此，硝酸鹽含量又成為蔬菜及其加工品的重要品質(zhì)指標(biāo)。測(cè)定植物體內(nèi)的硝酸鹽含量，不僅能夠反映出植物的氮素營養(yǎng)狀況，而且對(duì)鑒定蔬菜及其加工品的品質(zhì)也有重要的意義。

由圖4可知，各個(gè)處理間的硝酸鹽含量均存在顯著差異，處理1>處理2>處理3>處理4。處理1最高為590.27mg/kg；處理2為576.3mg/kg；處理3為570.15mg/kg；處理4為565mg/kg。處理4與CK的562.1mg/kg之間沒有差異?？梢钥闯鏊{(lán)藻發(fā)酵液濃度越大，硝酸鹽含量也越大。說明藍(lán)藻發(fā)酵液能夠提高生菜中的硝酸鹽含量，但是4 個(gè)處理的硝酸鹽含量均低于GB19338-2003《蔬菜中硝酸鹽限量》中的限量標(biāo)準(zhǔn)，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我國葉類蔬菜硝酸鹽含量的總體水平2000～3000mg/kg。

2.5 不同濃度藍(lán)藻發(fā)酵液處理對(duì)生菜可溶性糖含量的影響

植物體內(nèi)的可溶性糖為光合產(chǎn)物，以蔗糖為主，是植物糖類運(yùn)輸?shù)闹饕问?，是呼吸作用的物質(zhì)基礎(chǔ)、能量的原料，也是形成脂肪、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)的最初原料，故與植物體內(nèi)各種代謝均有密切關(guān)系。植物的新器官、新組織都是利用糖發(fā)育而成。評(píng)價(jià)植物的營養(yǎng)狀況，分析農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等均有必要測(cè)定可溶性糖和淀粉的含量。

由圖5可知，藍(lán)藻發(fā)酵液處理過的生菜可溶性糖含量與對(duì)照相比有著明顯的差異。處理1含量最高為6.69mg/g，比對(duì)照高54.15%；處理2為6.30mg/g，比對(duì)照高45.16%；處理3為6.01mg/g，比對(duì)照高38.48%；處理4 為5.84mg/g，比對(duì)照高34.56%。隨著4個(gè)處理藍(lán)藻發(fā)酵液濃度的降低，可溶性糖含量也逐漸降低。處理1與處理2存在顯著差異，處理2與3存在顯著差異，處理3與4差異不顯著。表明藍(lán)藻發(fā)酵液能夠提高生菜可溶性糖含量，且提高幅度與藍(lán)藻發(fā)酵液濃度有關(guān)，藍(lán)藻發(fā)酵液濃度越大，可溶性糖含量越高，從而改善了生菜品質(zhì)。

3 討論

3.1 藍(lán)藻發(fā)酵液對(duì)生菜生長、生物學(xué)性狀和產(chǎn)量的影響

施用藍(lán)藻發(fā)酵液的生菜生物量及株高都顯著高于對(duì)照組，說明藍(lán)藻發(fā)酵液能促進(jìn)生菜的生長，顯著提高生菜生物量，與前人的研究結(jié)果一致[19]。究其原因，一方面是因?yàn)樗{(lán)藻發(fā)酵液中本身含有一定量的氮磷營養(yǎng)元素，同時(shí)也含有大量的蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素等生物活性物質(zhì)[20]，對(duì)生菜的生長起到了促進(jìn)作用，另一方面也有可能是藍(lán)藻在發(fā)酵的過程中產(chǎn)生了某種促進(jìn)植物生長的活性物質(zhì)，藍(lán)藻發(fā)酵液促進(jìn)生菜生長增加產(chǎn)量的作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

3.2 藍(lán)藻發(fā)酵液對(duì)生菜生理特性及品質(zhì)的影響

藍(lán)藻發(fā)酵液對(duì)提高生菜葉綠素含量有顯著影響，葉綠素的合成需要有N、Mg的參加，而藍(lán)藻發(fā)酵液中總氮量達(dá)7.94mg/L，并且可能是因?yàn)樗{(lán)藻對(duì)Mg的富集表現(xiàn)為主動(dòng)獲取[21]，使得藍(lán)藻發(fā)酵的沼液富含了Mg元素，為生菜的光合作用提供了有利的條件，從而提高了葉綠素的含量。

藍(lán)藻是原生光合作用生物，可以利用太陽能固氮，關(guān)于利用藍(lán)藻的固氮作用生產(chǎn)肥料也有不少的報(bào)道[22，23]。生菜中硝酸鹽含量隨藍(lán)藻發(fā)酵液濃度的升高而增加，這與施用沼液使萵筍葉和生菜硝酸鹽含量降低[24]的結(jié)果相反。藍(lán)藻是一個(gè)有機(jī)生物體，因此含有較氮肥更全的營養(yǎng)元素，藍(lán)藻發(fā)酵液為生菜提供大量的N素以及其他營養(yǎng)元素可能是導(dǎo)致生菜中硝酸鹽含量增加的原因，其中，100%濃度的藍(lán)藻沼液處理的生菜硝酸鹽含量達(dá)到最高，但仍然沒有超出國標(biāo)中的限量標(biāo)準(zhǔn)，且遠(yuǎn)低于我國葉類蔬菜硝酸鹽含量的總體水平，所以施用藍(lán)藻發(fā)酵液可以為生菜提供豐富的N素，并且在沼液達(dá)到100%濃度的情況下也不會(huì)對(duì)生菜的食用安全構(gòu)成威脅。

藍(lán)藻發(fā)酵液可以顯著提高生菜可溶性糖含量，并且以100%濃度藍(lán)藻發(fā)酵液效果最好?？扇苄蕴窃谥参锏男玛惔x過程中占有重要的地位，它反映了植物體內(nèi)碳水化合物的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，同時(shí)也是呼吸作用的基質(zhì)以及光合作用儲(chǔ)藏能量的重要形式。經(jīng)藍(lán)藻發(fā)酵液處理后的生菜可溶性含量顯著增加，這是因?yàn)樗{(lán)藻發(fā)酵液中富含N素，蔬菜的糖分含量會(huì)隨著施氮量的增加而增加[25]，同時(shí)也由于發(fā)酵液中較多的活性物質(zhì)對(duì)作物的品質(zhì)改善有促進(jìn)作用。

4 結(jié)論

(1)施用藍(lán)藻發(fā)酵液能夠促進(jìn)生菜的生長并提高生菜生物量，不同濃度的藍(lán)藻發(fā)酵液處理使得生菜株高增長量不同，具體范圍為21.74%～18.36%；鮮重增長范圍為62%～49%。

(2)施用藍(lán)藻發(fā)酵液后能顯著提高生菜葉綠素含量，不同濃度的發(fā)酵液作用效果不同，增幅在3.13%～9.27%。

(3)施用藍(lán)藻發(fā)酵液可增加生菜的可溶性糖含量和硝酸鹽含量，但硝酸鹽含量均在安全范圍內(nèi)，而高濃度的藍(lán)藻發(fā)酵液能促進(jìn)生菜可溶性糖的形成，可見施用藍(lán)藻發(fā)酵液在增加產(chǎn)量的同時(shí)可以改善生菜的品質(zhì)。

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The Influence of Cyanobacteria Anaerobic Fermentation Broth on Lettuce Yield and Quality

WANG Hui-jiao, WANG Tai, BAO Li, NIU Jing, ZHANG Nai-ming

(College of Resource and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming Yunnan 650201, China)

The disposal of algae slurry and mud has been a serious problem that urgently needs to be solved during cyanobacteria blooming period of the eutrophic lakes each summer. Fresh cyanobacteria fermentation broth was used as the tested materials, lettuce as the tested crop, diluting four concentration gradients of cyanobacteria anaerobic fermentation broth as organic fertilizer watering pot experiment, and the same amount of water as a control group. The influence of different concentrations of slurry treatment on lettuce growth was examined. The results showed that the four solutions increased the lettuce plant height and fresh weight, among which, the 100% of fermentation broth increased the highest. The chlorophyll content and soluble sugar content rose while the concentration of fermentation broth went up. The highest content of nitrate grew 5.01% that is within the limited scope of the national standard.

cyanobacteria; eutrophication; anaerobic fermentation; fermentation broth; lettuce; influence

2016-05-31

云南省社會(huì)發(fā)展科技計(jì)劃2012CA017。

王慧姣(1991-)，女，浙江長興人，碩士研究生，主要從事植物與環(huán)境領(lǐng)域研究。

張乃明(1963-)，男，山西長治人，博士后，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染控制、土壤環(huán)境質(zhì)量演變、設(shè)施農(nóng)業(yè)與綠色食品生產(chǎn)等方面的研究。

X17

A

1673-9655(2017)01-0001-05