陳思奇,牛明芬,黃 斌

（1.沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110168；2.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所，沈陽(yáng) 110016）

20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，我國(guó)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)蓬勃發(fā)展，2016年全國(guó)設(shè)施蔬菜播種面積548萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量約2.8億t，分別占全國(guó)蔬菜總播種面積和總產(chǎn)量的24.5%和35.1%[1]。設(shè)施蔬菜生產(chǎn)在滿足人們常年食用各類新鮮蔬菜的同時(shí)，也因?yàn)榈走^(guò)量輸入、尾菜處置不當(dāng)?shù)纫鹨幌盗协h(huán)境問(wèn)題。氮肥過(guò)量使用容易導(dǎo)致土壤硝氮過(guò)量積累，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生土壤酸化和次生鹽漬化等現(xiàn)象[2]。硝氮過(guò)量積累容易加劇硝氮流失，污染地表和地下水體[3]，也容易導(dǎo)致葉菜類和根莖類蔬菜過(guò)量吸收硝氮，降低蔬菜品質(zhì)[4]。飲食中的硝酸鹽80%左右通過(guò)蔬菜進(jìn)入人體，硝酸鹽易在人體內(nèi)還原成亞硝酸鹽，危害健康[5]。因此，控制設(shè)施土壤硝氮積累，不僅關(guān)系到土壤質(zhì)量、蔬菜品質(zhì)和水環(huán)境安全，而且也關(guān)系到人們的身體健康。

休閑期土壤還原處理既是一種土壤生物消毒方法，也是一種削減土壤硝氮盈余的有效辦法[6]。土壤的還原處理一般需要外加碳源來(lái)提供電子供體。甲醇等水溶性碳源使用成本較高，但可以方便地通過(guò)灌溉方式添加；秸稈類固體碳源使用成本低，但添加操作麻煩。蔬菜生長(zhǎng)時(shí)期灌溉水中含有的適量碳源也可以調(diào)控土壤硝氮積累，但需要考慮土壤質(zhì)地、土壤水分和碳源的共同影響，操作不當(dāng)可能導(dǎo)致蔬菜減產(chǎn)[7]。

蔬菜生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢棄物（尾菜）占蔬菜產(chǎn)量的30%以上，處置不當(dāng)容易引起環(huán)境污染[8]。因此，尾菜無(wú)害化和資源化利用成為治理設(shè)施蔬菜生產(chǎn)環(huán)境問(wèn)題的一個(gè)重要部分。現(xiàn)有的尾菜資源化利用有3個(gè)基本途徑：飼料化、肥料化和能源化[9]。葉菜類尾菜因易腐爛、硝酸鹽含量高一般不適合用于飼料生產(chǎn)。尾菜堆漚和堆肥容易污染空氣，其有機(jī)組分大都被降解為二氧化碳；尾菜厭氧消化同時(shí)可得到能源物質(zhì)甲烷和液體肥料沼液，但控制要求高，有規(guī)模要求，實(shí)用性差。

本文按照“以廢治廢”的思路，開(kāi)展低成本資源化利用葉菜尾菜中的有機(jī)組分和礦質(zhì)養(yǎng)分的研究。首先采用簡(jiǎn)單調(diào)控的厭氧發(fā)酵處理將葉菜尾菜轉(zhuǎn)化為富含水溶性有機(jī)碳（SOC）和活性礦質(zhì)養(yǎng)分的酸性發(fā)酵液，然后將發(fā)酵液用于調(diào)控設(shè)施土壤硝氮積累和蔬菜生長(zhǎng)，其中，高劑量下主要作為碳源，用于休閑期還原處理高硝態(tài)氮積累設(shè)施土壤（高硝土壤）以削減硝氮盈余；中低劑量下作為土壤綜合調(diào)理劑，用于蔬菜生長(zhǎng)期調(diào)控土壤硝氮積累和蔬菜生長(zhǎng)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

尾菜厭氧發(fā)酵所用原料為大白菜尾菜。盆栽蔬菜為散葉生菜。設(shè)施土壤還原處理和盆栽生菜所用的3種含硝氮設(shè)施土壤取自遼寧省鐵嶺縣新臺(tái)子鎮(zhèn)諸民屯村蔬菜大棚表層土壤（0～20 cm），相關(guān)指標(biāo)如表1。所有土壤自然風(fēng)干，過(guò)5 mm篩，均勻攪拌后用于盆栽試驗(yàn)和土壤還原處理試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)設(shè)施土壤相關(guān)指標(biāo)Table1 Related properties of tested greenhouse soil

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

大白菜尾菜在沒(méi)有接種發(fā)酵菌劑的情況下厭氧發(fā)酵，并每隔一段時(shí)間取樣測(cè)定發(fā)酵液中的相關(guān)指標(biāo)。處理結(jié)束后獲得的發(fā)酵液含有活性氮磷鉀鈣鎂等養(yǎng)分和大量的SOC，用于高硝土壤還原處理，削減土壤硝氮盈余；澆灌形式用于盆栽生菜，調(diào)控低硝和中硝土壤硝氮積累和生菜生長(zhǎng)。

1.2.1 大白菜尾菜厭氧發(fā)酵

將選取的新鮮大白菜尾菜切成5～7 cm的小段，攪拌均勻，準(zhǔn)確稱取2.5 kg置于塑料桶（高40 cm、直徑32 cm）中，加入自來(lái)水，控制水菜比為2.4∶1，在比較適宜的發(fā)酵碳源負(fù)荷（25 g·L-1COD左右）和大棚環(huán)境下（15～30℃）薄膜覆蓋水封厭氧發(fā)酵。每5 d取樣測(cè)定發(fā)酵液pH值、水溶性有機(jī)物（COD）和有機(jī)酸含量。其中，處理一在發(fā)酵過(guò)程中不進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，處理二在發(fā)酵第18 d，參考發(fā)酵液pH值和有機(jī)酸含量，添加氧化鎂（0.40 g·L-1）適度調(diào)高pH至5左右，每個(gè)處理兩次重復(fù)。厭氧發(fā)酵30 d后結(jié)束，兩種處理?xiàng)l件下的發(fā)酵液用100目尼龍布過(guò)濾后取樣測(cè)全氮、鈉鉀鈣鎂離子含量，然后1∶1混合，常溫水封儲(chǔ)存，用于土壤還原處理和盆栽生菜試驗(yàn)。

1.2.2 高硝土壤還原處理試驗(yàn)

本試驗(yàn)?zāi)M大棚休閑期硝酸鹽型次生鹽化土壤還原處理。向高30 cm、直徑4 cm的玻璃管加高硝土壤200 g，保證每個(gè)管內(nèi)形成的土柱高度一致，土壤壓實(shí)程度一致，然后參考高硝土壤硝氮含量，盡可能地模擬真實(shí)情況下土壤還原處理的水分狀況，向每個(gè)管中添加相同體積的水溶液至土壤剛剛飽和。依據(jù)水溶液中的COD含量和添加碳源類型，分為H0（對(duì)照）、H1和H23個(gè)處理，分別含有0或2880 mg·kg-1COD的白糖或尾菜發(fā)酵液碳源，其中，COD的添加劑量是參考土壤還原處理預(yù)試驗(yàn)中的好氧菌活動(dòng)強(qiáng)度和土壤硝氮含量確定。然后用帶有針孔的透氣膜封口，25℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。培養(yǎng)第3、7、14、21 d測(cè)定土壤銨氮和硝氮含量變化，每個(gè)處理兩次重復(fù)。

1.2.3 盆栽生菜試驗(yàn)

盆栽生菜試驗(yàn)包括兩種盆栽土壤，分別為低硝土壤和中硝土壤。每個(gè)花盆（高18 cm、直徑20 cm）裝入2.8 kg低硝或中硝土壤。因?yàn)榈拖跬寥篮椭邢跬寥赖南醯亢屯寥婪柿︼@著不同（表1），盆栽試驗(yàn)中兩種土壤的施肥和尾菜發(fā)酵液添加處理有所不同。生菜苗定植后以澆灌形式向低硝土壤中施入磷酸二氫鉀（0.5 g·kg-1）和碳酸氫銨（0.25 g·kg-1），中硝土壤不施化肥。依據(jù)尾菜發(fā)酵液添加情況，低硝和中硝盆栽土壤各包括3個(gè)處理（表2），每個(gè)處理3次重復(fù)。在生菜生長(zhǎng)早期（10 d）和中期（20 d），分別向低硝土壤和中硝土壤以澆灌形式各添加一次尾菜發(fā)酵液。使用前測(cè)定發(fā)酵液COD含量，發(fā)酵液COD添加量如表2。添加尾菜發(fā)酵液后的低硝和中硝土壤水分短時(shí)間內(nèi)飽和。盆栽生菜生長(zhǎng)過(guò)程中，土壤表面用黑色薄膜覆蓋減緩水分散失。生菜苗定植后30 d收獲測(cè)產(chǎn)，并倒出盆栽土壤，混勻后采集土樣用于測(cè)定土壤無(wú)機(jī)氮含量，整株生菜縱向取樣四分之一，打汁過(guò)濾后用于測(cè)定蔬菜硝酸鹽含量。

表2 盆栽土壤尾菜發(fā)酵液碳源添加情況Table2 Addition of cabbage waste fermentation broth in pot experiment

1.3 測(cè)試指標(biāo)與方法

尾菜發(fā)酵液COD值：快速密閉催化消解法。取3 mL稀釋100倍的發(fā)酵液于消解管中，加入1 mL掩蔽劑，混勻，依次加入3 mL消解液和5 mL催化劑，置于雷磁COD-571-1裝置中，在165℃下消解90 min，冷卻后用可見(jiàn)分光光度計(jì)在600 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算出COD值。發(fā)酵液全氮含量：過(guò)硫酸鉀氧化消煮變?yōu)橄跛猁}后，用紫外分光光度計(jì)（Analytikjena SPECORD 50）分析確定。發(fā)酵液陽(yáng)離子含量：濃硝酸消煮后，稀釋20倍，用離子色譜儀（DIONEX ICS-900）分析測(cè)定稀釋液中的鈉鉀鈣鎂離子含量，并依據(jù)稀釋倍數(shù)確定發(fā)酵液中的陽(yáng)離子含量。發(fā)酵液有機(jī)酸含量：依據(jù)發(fā)酵液pH與電離非電離有機(jī)酸濃度比的對(duì)數(shù)之間存在的線性關(guān)系和多個(gè)pH變化區(qū)間內(nèi)的堿度消耗量，估算有機(jī)酸含量。發(fā)酵液中的水溶性無(wú)機(jī)磷：濾紙過(guò)濾后稀釋10倍，稀釋液0.2 μm濾膜過(guò)濾后用離子色譜儀（DIONEX ICS-900）分析測(cè)定其中的磷酸根含量。生菜硝酸鹽：生菜與水1∶5打汁濾紙過(guò)濾后稀釋10倍，稀釋液0.2 μm濾膜過(guò)濾后用離子色譜儀（DIONEX ICS-900）分析測(cè)定其中的硝酸根含量。土壤銨氮、硝氮含量：鮮土過(guò)2 mm篩，用濃度為2 mol·L-1的KCl溶液以1∶5比例浸提，振蕩1 h后過(guò)濾，取20 mL過(guò)濾液于凱式定氮儀（FOSS KjeltecTM8100）的消煮管中，依次加入0.2 g氧化鎂及0.2 g代氏合金粉，加熱，以硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，由滴定用酸體積及土壤含水率計(jì)算銨氮及硝氮含量[10]。用電導(dǎo)率儀（雷磁DDSJ-308A）測(cè)定水土比5∶1情況下的電導(dǎo)率來(lái)反映土壤鹽度。用pH計(jì)（雷磁pHS-2F）測(cè)定土壤pH。

2 結(jié)果與討論

2.1 尾菜厭氧發(fā)酵及其產(chǎn)物特征

尾菜厭氧發(fā)酵過(guò)程中的水溶性COD含量、有機(jī)酸含量和pH的變化見(jiàn)圖1。不調(diào)控pH情況下，COD和有機(jī)酸含量隨著厭氧發(fā)酵進(jìn)程呈現(xiàn)先升高再降低最后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)（圖1a、圖1b），pH的變化趨勢(shì)則是緩慢降低并趨于穩(wěn)定（圖1c）。COD和有機(jī)酸含量都在處理第20 d達(dá)到最大值；20～25 d期間，水溶性COD和有機(jī)酸下降；25 d之后有機(jī)酸含量趨于穩(wěn)定，而COD和pH則緩慢下降。厭氧發(fā)酵第18 d添加氧化鎂，2 d后pH顯著提高至5.20（圖1c），促進(jìn)有機(jī)大分子厭氧發(fā)酵[11]，顯著提高有機(jī)酸含量（圖1b），25～30 d期間水溶性COD含量也顯著提高，但有機(jī)酸含量并沒(méi)有增加。

選用氧化鎂或碳酸鎂調(diào)控pH可顯著提高發(fā)酵液中的鎂離子含量（從35 mg·L-1上升到223 mg·L-1）。設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中多用生石灰和石灰氮消毒處理土壤，緩解土壤酸化，這使得鈣離子常常過(guò)量而鎂離子卻不足，影響作物生長(zhǎng)[12]。鎂離子含量適當(dāng)提高后能夠增強(qiáng)尾菜發(fā)酵液對(duì)設(shè)施土壤的調(diào)理作用。

尾菜厭氧發(fā)酵的pH多在4～5之間，有機(jī)酸積累量超過(guò)20 mmol·L-1（圖1b、圖1c），很好地抑制了甲烷產(chǎn)生和硫酸鹽的生物還原，酸臭味很弱。發(fā)酵結(jié)束后發(fā)酵液簡(jiǎn)單過(guò)濾后可以在常溫下水封安全儲(chǔ)存。

兩種發(fā)酵條件下的尾菜發(fā)酵液不但富集SOC（圖1a、圖1b），水溶性鉀、鈣含量也較高且變化范圍小，分別為1018～1040 mg·L-1和475～527 mg·L-1，但水溶性氮、水溶性無(wú)機(jī)磷和鈉離子濃度較低，變化范圍分別為195～203、127～132 mg·L-1和96～101 mg·L-1，C/N＞40，K/Na＞10，與沼液-有機(jī)肥浸提液的組成大不相同[13]。沼液-有機(jī)肥浸提液的C/N較低，氮、鉀養(yǎng)分含量相對(duì)較高，適合作為水溶性有機(jī)肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[14]。高C/N且含多種礦質(zhì)養(yǎng)分的尾菜發(fā)酵液適合用于調(diào)控根際土壤異養(yǎng)細(xì)菌為主的微生物活性，一定情況下促進(jìn)土壤銨氮固持和硝氮轉(zhuǎn)化。需要指出的是，本文的尾菜酸性發(fā)酵液是在大棚環(huán)境下簡(jiǎn)易調(diào)控獲取的，其他溫度條件下尾菜酸性發(fā)酵過(guò)程有所不同，其水溶性有機(jī)物的含量與組成會(huì)有所變化，但其作為速效碳源來(lái)源用于調(diào)控土壤硝氮累積和蔬菜生長(zhǎng)的效果差別應(yīng)不大。

圖1 氧化鎂對(duì)尾菜發(fā)酵過(guò)程中水溶性COD、有機(jī)酸和pH的影響Figure1 Effect of magnesium oxide addition on soluble COD，organic acid and pH in fermentation

2.2 高硝土壤還原處理試驗(yàn)

土壤還原處理21 d期間，對(duì)照（H0）土壤銨氮緩慢上升，硝氮緩慢下降，至結(jié)束時(shí)銨氮含量增加47.2 mg·kg-1，硝氮含量減少98.5 mg·kg-1（圖2）。說(shuō)明土壤礦化作用較強(qiáng)，并提供碳源促進(jìn)硝氮反硝化。加入碳源后，反硝化作用顯著增強(qiáng)，其中白糖處理（H1）前3 d的反硝化速率更高（圖2），在此之后，兩個(gè)碳源處理中的硝氮以相似的線性速率減少，至處理結(jié)束，硝氮含量分別減少 451.0 mg·kg-1和 391.4 mg·kg-1。參考培養(yǎng)結(jié)束時(shí)對(duì)照處理的硝氮減少量，添加白糖和發(fā)酵液碳源（H2）引起的硝氮去除量實(shí)際上分別為352.5 mg·kg-1和292.9 mg·kg-1。依據(jù)COD添加量，白糖和發(fā)酵液碳源的反硝化利用率均較低，分別為35.0%和30.9%。究其原因，本文土壤還原處理比較接近原位狀況，不是理想化的淹水處理，好氧微生物的活動(dòng)仍很強(qiáng)，消耗了大部分的碳源。發(fā)酵液碳源反硝化利用率相當(dāng)于白糖的88.3%，尾菜發(fā)酵液可以替代價(jià)格相對(duì)昂貴的白糖、甲醇等水溶態(tài)碳源，用于土壤還原處理[15]，減少土壤還原處理的操作成本。

施用發(fā)酵液輸入銨氮為主的水溶氮（54.3 mg·kg-1）與3 d時(shí)土壤銨氮增量（68.4 mg·kg-1）比較接近，但培養(yǎng)結(jié)束時(shí)銨氮含量增加至126.7 mg·kg-1，銨氮增量（58.3 mg·kg-1）高于對(duì)照處理（47.2 mg·kg-1），說(shuō)明還原處理期間發(fā)酵液碳源整體上促進(jìn)土壤有機(jī)氮礦化。不過(guò)，施加發(fā)酵液引起的銨氮增量遠(yuǎn)低于發(fā)酵液削減的硝氮含量，因此發(fā)酵液可以用于削減土壤硝氮盈余。

土壤還原處理過(guò)程中高劑量施用發(fā)酵液碳源的同時(shí)，也輸入較多的水溶態(tài)鉀離子。當(dāng)設(shè)施土壤硝氮含量不很高（如250 mg·kg-1）且有效鉀含量較少時(shí)，比較適合用富鉀的尾菜發(fā)酵液來(lái)進(jìn)行還原處理，還原處理后的土壤用于蔬菜生產(chǎn)可以不施或減施鉀肥。與水溶性鉀相比，發(fā)酵液中水溶態(tài)鈣鎂離子的含量相對(duì)較低，基于鉀的適宜輸入量來(lái)確定發(fā)酵液施用量，不會(huì)導(dǎo)致土壤鈣鎂離子過(guò)量積累。因此，尾菜發(fā)酵液用于土壤還原處理，既實(shí)現(xiàn)土壤生物消毒[6]，又削減硝氮盈余，并循環(huán)利用尾菜中的多種礦質(zhì)養(yǎng)分，避免養(yǎng)分失衡。

圖2 添加白糖和尾菜發(fā)酵液碳源對(duì)還原處理土壤中的銨氮和硝氮的影響Figure2 Effects of carbon source from sucrose and cabbage waste fermentation broth on ammonium and nitrate change in anaerobic soil incubation

圖3 施用尾菜發(fā)酵液對(duì)盆栽低硝土壤無(wú)機(jī)氮和pH的影響Figure3 Effects of cabbage waste fermentation broth on inorganic N and pH in potted low-nitrate soil

2.3 低硝土壤盆栽試驗(yàn)

低硝土壤的硝氮含量較低（49.9 mg·kg-1），碳酸氫銨形式的氮肥施用量（44.3 mg·kg-1）也較低。盆栽生菜收獲后的土壤銨氮和硝氮含量均低于20 mg·kg-1（圖3a），生菜硝氮含量相對(duì)較低（圖4b），稍高于歐洲生食標(biāo)準(zhǔn)（100 mg·kg-1）。在生菜生長(zhǎng)早、中期低劑量添加碳源沒(méi)有給生菜生長(zhǎng)帶來(lái)不利影響，收獲時(shí)兩個(gè)添加發(fā)酵液的處理分別增產(chǎn)4.8%和10.2%（圖4a），但差異不顯著（P＞0.05），硝酸鹽含量均有所降低，其中L2處理硝酸鹽含量顯著降低29.4%（P＜0.05），滿足生食標(biāo)準(zhǔn)（圖4b）。

在生菜收獲時(shí)，與對(duì)照L0處理相比，施用尾菜發(fā)酵液的L1和L2處理的土壤銨氮含量相近，但硝氮含量分別增加5.8 mg·kg-1和3.5 mg·kg-1（圖3a），差異顯著（P＜0.05）。這個(gè)增量與添加發(fā)酵液引入的水溶性氮含量（3.6～7.2 mg·kg-1）接近，只是L2處理收獲時(shí)的硝氮增量低于施用發(fā)酵液引入的水溶性氮含量，說(shuō)明添加較高劑量的發(fā)酵液碳源有利于短時(shí)間促進(jìn)缺氧環(huán)境形成，促進(jìn)反硝化作用的產(chǎn)生，減緩硝氮積累。相反，L1處理土壤硝氮增加量稍高于發(fā)酵液引入的水溶性氮含量，說(shuō)明低劑量碳源不能促進(jìn)反硝化作用，反而可能刺激土壤好氧微生物的活性，加快礦化。

總體來(lái)說(shuō)，兩種低劑量下施用發(fā)酵液碳源對(duì)土壤硝氮的調(diào)控作用偏小，但發(fā)酵液中的小分子有機(jī)碳和活性礦質(zhì)養(yǎng)分利于蔬菜根系生長(zhǎng)發(fā)育，提高蔬菜產(chǎn)量，也利于硝酸鹽在蔬菜體內(nèi)還原[17]，降低了生菜的硝酸鹽含量（圖4）。另外，發(fā)酵液中有機(jī)酸鹽礦化后釋放堿度，促進(jìn)pH小幅上升（圖3b）。鑒于設(shè)施土壤pH一般偏酸，施用發(fā)酵液有利于緩解設(shè)施土壤酸化。

圖4 施用尾菜發(fā)酵液對(duì)低硝土壤盆栽生菜產(chǎn)量和硝氮含量的影響Figure4 Effects of cabbage waste fermentation broth on lettuce yield and nitrate level in potted low-nitrate soil

圖5 施用尾菜發(fā)酵液對(duì)盆栽中硝土壤無(wú)機(jī)氮和pH的影響Figure5 Effects of cabbage waste fermentation broth application on inorganic N and pH in potted moderate-nitrate soil

2.4 中硝土壤盆栽試驗(yàn)

中硝土壤肥力較高，生菜生長(zhǎng)過(guò)程中沒(méi)有施用化肥。盆栽生菜生長(zhǎng)30 d收獲后，土壤硝氮含量從164.3 mg·kg-1降至52.6 mg·kg-1（圖5a），但生菜硝氮含量偏高（圖6b），不符合生食標(biāo)準(zhǔn)。高劑量添加發(fā)酵液碳源對(duì)土壤硝氮積累和pH的調(diào)控作用明顯（圖5）。生菜收獲后，與對(duì)照M0處理相比，添加尾菜發(fā)酵液的M1和M2處理土壤銨氮含量稍低，硝氮含量顯著減少了14.6%和33.3%，pH小幅上升（圖5）?？紤]到M1和M2施發(fā)酵液引入銨氮為主的水溶性氮含量達(dá)到14.4 mg·kg-1和28.8 mg·kg-1，發(fā)酵液碳源調(diào)控土壤銨氮轉(zhuǎn)化和硝氮積累的作用更大。在碳源充足的情況下，土壤微生物優(yōu)先固持銨氮，固持硝氮的能力很弱[18]。高劑量施用發(fā)酵液碳源可能促進(jìn)部分土壤銨氮固持，但更可能在土壤濕度適宜的情況下促進(jìn)土壤硝氮的反硝化轉(zhuǎn)化[19-20]，M1和M2處理真實(shí)削減硝氮含量應(yīng)分別超過(guò)20 mg·kg-1和 40 mg·kg-1。不過(guò)，考慮到M1和M2處理COD添加總量（720 mg·kg-1和1440 mg·kg-1），發(fā)酵液碳源用于土壤硝氮反硝化的比例不超過(guò)10%，其余大部分被土壤好氧菌所利用，生菜根系也可能吸收利用少量小分子有機(jī)碳源[21]。

土壤水分短時(shí)間內(nèi)基本飽和的情況下，盆栽土壤中引入超過(guò)300 mg·kg-1的COD有利于土壤缺氧環(huán)境的形成，促進(jìn)反硝化作用，但卻也可能因?yàn)槿毖鹾彤a(chǎn)生有害物質(zhì)而對(duì)生菜的根系產(chǎn)生負(fù)面影響[22]。圖6顯示，與對(duì)照M0處理相比，M1與M2處理均提高了產(chǎn)量，降低了硝酸鹽含量，其中M1處理的效果顯著，生菜產(chǎn)量提高14.1%，硝氮含量減少33.2%，完全滿足生食標(biāo)準(zhǔn)。M2處理土壤硝氮含量低于M1處理，而蔬菜硝酸鹽含量卻高于M1處理，說(shuō)明M2處理?xiàng)l件下根際缺氧狀況更利于促進(jìn)土壤硝氮轉(zhuǎn)化，但也對(duì)生菜根系產(chǎn)生更強(qiáng)的脅迫效應(yīng)，進(jìn)而對(duì)生菜生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)化利用硝氮產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，不過(guò)，相對(duì)于對(duì)照M0處理，這種負(fù)面效應(yīng)小于其正面效應(yīng)，總體效果仍然是提高了生菜產(chǎn)量并減少其硝酸鹽含量。

實(shí)際生產(chǎn)中，灌溉水中添加速效碳源用于安全削減土壤硝氮盈余和蔬菜硝酸鹽含量，還需要綜合考慮蔬菜品種、蔬菜生長(zhǎng)時(shí)期、添加碳源類型以及土壤質(zhì)地等的影響。對(duì)于根系較耐缺氧環(huán)境的蔬菜品種，添加速效碳源調(diào)控土壤硝氮盈余的風(fēng)險(xiǎn)較小。蔬菜不同生長(zhǎng)期內(nèi)，中期施用碳源的綜合效果最好，這是因?yàn)樯L(zhǎng)早期的蔬菜根系發(fā)育不夠完善，不易確定安全的碳源施用劑量，生長(zhǎng)后期施用碳源對(duì)削減蔬菜硝酸鹽含量作用不大。不同類型的碳源降解速率可能差別較大，進(jìn)入土壤后的影響也有所不同。已有研究發(fā)現(xiàn)，受沼液難降解水溶性大分子有機(jī)物的影響，過(guò)量或過(guò)頻施用沼液會(huì)對(duì)土壤通透性和蔬菜生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響[23]。相對(duì)于沼液，尾菜發(fā)酵液中難降解大分子所占的比例要小很多，應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)很小。土壤質(zhì)地通過(guò)影響土壤保水時(shí)間來(lái)影響碳源調(diào)控土壤硝氮轉(zhuǎn)化的效率。因此，施用尾菜發(fā)酵液調(diào)控土壤硝氮積累和減少蔬菜硝酸鹽含量，需要綜合考慮上述因素，適時(shí)適量添加發(fā)酵液，降低蔬菜減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 施用尾菜發(fā)酵液對(duì)中硝土壤盆栽生菜產(chǎn)量和硝氮含量的影響Figure6 Effects of cabbage waste fermentation broth application on lettuce yield and nitrate level in potted moderate-nitrate soil

3 結(jié)論

（1）厭氧發(fā)酵處理尾菜，可以得到SOC含量豐富、礦質(zhì)養(yǎng)分元素活化、C/N很高（＞40）的發(fā)酵液。厭氧發(fā)酵中途用氧化鎂適度提高厭氧發(fā)酵的pH可以進(jìn)一步提高SOC的含量。與沼液和有機(jī)肥浸提液相比，發(fā)酵液的SOC濃度很高，適合用于休閑期盈余硝氮削減與蔬菜生長(zhǎng)期設(shè)施土壤積累和蔬菜生長(zhǎng)調(diào)控。

（2）高劑量下，發(fā)酵液適合作為復(fù)合碳源用于高硝設(shè)施土壤還原處理，削減硝氮盈余，并平衡補(bǔ)充多種礦質(zhì)養(yǎng)分。實(shí)際應(yīng)用中，需要依據(jù)待處理土壤的硝氮含量和有效鉀含量確定適宜的發(fā)酵液施用量。

（3）中低劑量下，發(fā)酵液適合作為綜合調(diào)理劑，調(diào)控蔬菜生長(zhǎng)期土壤硝氮積累和蔬菜生長(zhǎng)。在生菜生長(zhǎng)的早期和中期，土壤水分短時(shí)間飽和情況下各添加1次發(fā)酵液，低劑量添加發(fā)酵液SOC促進(jìn)低硝土壤硝氮累積少量增加，中劑量添加發(fā)酵液SOC顯著削減中硝土壤硝氮積累，但均促進(jìn)蔬菜增產(chǎn)，降低其硝氮含量。