王桂良，朱凌宇，張家宏，王守紅*，寇祥明，徐 榮，韓光明，吳雷鳴，唐鶴軍，畢建花

（1.江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 揚(yáng)州 225007；2.江蘇省生態(tài)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，江蘇 揚(yáng)州 225008）

沼渣是沼氣工程的副產(chǎn)物，其含有豐富的腐殖質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)以及氮、磷、鉀等大量元素和銅、鋅等微量元素，無法滿足直接排放的要求［1-2］。隨著沼氣工程的快速發(fā)展，沼渣產(chǎn)生量越來越大，如何處理沼渣的問題日益突出。以循環(huán)農(nóng)業(yè)理念為指導(dǎo)，農(nóng)田施用沼渣，一方面可減少或避免沼渣排放帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；另一方面可利用沼渣資源，減少化肥的施用［3-5］。因此，研究沼渣作為有機(jī)肥施用及其施用方法，最大程度消納沼渣，對(duì)促進(jìn)農(nóng)牧結(jié)合的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)村生態(tài)文明建設(shè)具有十分重要的意義。葡萄的經(jīng)濟(jì)效益較高，但是由于大量施用化肥導(dǎo)致葡萄品質(zhì)下降，如何在維持葡萄產(chǎn)量的同時(shí)，減少化肥施用量，提高品質(zhì)，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益，是廣大葡萄生產(chǎn)者關(guān)心的問題［6］。在施用等量化肥基礎(chǔ)上，增施沼渣液肥的研究表明，增施沼液肥可提高葡萄產(chǎn)量和漿果中可溶性固形物含量與果粒硬度，改善葡萄品質(zhì)［7-8］。另外，用沼渣液肥完全替代化肥的研究表明，與常規(guī)施化肥相比，施用沼渣液肥可提高葡萄產(chǎn)量、含糖量和果膠質(zhì)含量［9-10］。然而，由于各沼氣工程產(chǎn)生的沼渣液肥養(yǎng)分的差異性較大［11-12］，等量沼液肥含有的養(yǎng)分含量則不同，因此，以上這些研究無法定量化，并提供可用于廣泛推廣的推薦沼渣液肥的施用量。本研究以氮元素含量為定量指標(biāo)，探討基施沼渣替代化肥氮對(duì)葡萄生長發(fā)育及品質(zhì)的影響，以期為大面積生產(chǎn)上葡萄園基肥施用沼渣技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)于2016～2017年在江蘇省揚(yáng)州市江都區(qū)郭村葡萄園（N32°26.57′，E119°48.93′）進(jìn)行，該地區(qū)屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，季風(fēng)顯著，四季分明，平均海拔5 m。年平均氣溫14.9℃，平均降水量為978.7 mm。年均日照時(shí)數(shù)為2 140 h，年無霜期為220 d。試驗(yàn)地土壤類型為砂壤土，土壤pH為7.0、有機(jī)質(zhì)含量19.1 g/kg、全氮1.3 g/kg、堿解氮95.1 mg/kg、有效磷46.8 mg/kg、速效鉀154.4 mg/kg，重金屬元素含量：Cu 2.571 mg/kg、Zn 5.987 mg/kg、Cd 0.121 mg/kg、Cr 19.319 mg/kg、Pb 1.020 mg/kg、As 13.172 mg/kg。

供試葡萄為6年樹齡，品種為“夏黑”。試驗(yàn)所用沼渣來源于鄰近葡萄園的年出欄約2.5萬頭豬場的沼氣池下層流出的沼渣與沼液的混合液，其在大棚中自然堆放，含水量為78%、pH為7.42、有機(jī)質(zhì)含量為5.5%、全氮為2.7 g/kg、全磷0.4 g/kg、全鉀1.6 g/kg，重金屬元素含量：Cu 29.028 mg/kg、Zn 58.559 mg/kg、Cd 0.042 mg/kg、Cr 0.946 mg/kg、Pb 0.642 mg/kg、As 0.586 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理（表1），包括1個(gè)全施化肥處理和5個(gè)基施沼渣替代化肥氮處理。根據(jù)生產(chǎn)100 kg葡萄果實(shí)所需NPK養(yǎng)分量，計(jì)算目標(biāo)產(chǎn)量為18 750 kg/hm2葡萄整個(gè)生育期施肥量為N 225 kg/hm2、P2O5188 kg/hm2、K2O 338 kg/hm2。 其中60%的氮磷肥和10%的鉀肥用于基肥，基肥養(yǎng)分投入量見表1。5個(gè)基施沼渣替代化肥氮處理（沼渣中氮含量替代30%、50%、70%、100%和150%化肥氮施用，分別標(biāo)記為30%NZ、50%NZ、70%NZ、100%NZ和150%NZ）?；┱釉娲实幚碇辛租涴B(yǎng)分不足的部分，分別用過磷酸鈣和硫酸鉀補(bǔ)充至全施化肥處理量。施用化肥為尿素（N 46.4%）、過磷酸鈣（P2O512%）和硫酸鉀（K2O 50%）。各處理追肥一致，都施用化肥。葡萄株行距為2 m×2.5 m，每行葡萄共24株。每個(gè)處理小區(qū)面積為48 m×2.5 m=120 m2。各處理隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。

于2016年12月18日施用基肥，用小型開溝機(jī)械，在葡萄株行兩側(cè)，距離株距70 cm處挖20 cm深，30 cm寬溝，施肥入溝后隨即覆土。

表1 各處理基施沼渣、化肥及氮磷鉀養(yǎng)分投入量

1.3 樣品采集與測定方法

葡萄采收時(shí)，每小區(qū)每株取大穗1個(gè)，小穗1個(gè)，中穗1個(gè)，計(jì)算平均單穗重。統(tǒng)計(jì)每株穗數(shù)，計(jì)算單株產(chǎn)量和單位面積產(chǎn)量；同時(shí)統(tǒng)計(jì)每穗果粒數(shù)，單穗上摘取果粒測定百粒重，計(jì)算平均單粒重。在葡萄成熟期用卷尺測量新梢各節(jié)間長度，用游標(biāo)卡尺測量新梢基部第一節(jié)粗度。按照5點(diǎn)取樣法選擇小區(qū)長勢均勻5株，選每株基部3～4節(jié)位5片葉，量葉長寬，用方格法測葉面積；同時(shí)用SPAD儀測定SPAD值，并采取測定百葉鮮重。于采果日，每處理隨機(jī)選取果穗上中下部位共18個(gè)果粒測定葡萄品質(zhì)。果粒的氨基酸用茚三酮顯色—分光光度法測定，可溶性固形物含量用WYT-4型手持糖量測定儀進(jìn)行測定，有機(jī)酸用酸堿中和滴定法測定，Vc用2，6-二氯靛酚滴定法測定［13］。葡萄果粒的Cu、Zn、Cd、Cr、Pb、As含量用Agilent 7500a 型電感耦合等離子體質(zhì)譜（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer，ICP-MS，美國）測定［14］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并繪制圖表，采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)間多重比較（LSD法）和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 基施沼渣替代化肥氮對(duì)葡萄產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

等氮量條件下（CK、30%NZ、50%NZ、70%NZ、100%NZ），隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，葡萄產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢（表2）。70%NZ處理產(chǎn)量最高，為19 684.0 kg/hm2，比CK處理增產(chǎn)27.2%；100%NZ處理產(chǎn)量比CK處理高22.3%。沼渣替代化肥氮比例繼續(xù)增加至150%（150%NZ），葡萄產(chǎn)量呈現(xiàn)繼續(xù)下降的趨勢。由于按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行疏花序和果穗整形，各處理的穗粒數(shù)和株穗數(shù)差異不顯著。而粒重和穗重隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，都以70%NZ處理最高。

表2 各處理葡萄產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

2.2 基施沼渣替代化肥氮對(duì)葡萄生長發(fā)育的影響

各處理葡萄萌芽至成熟天數(shù)平均為143 d（表3）。隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，從葡萄萌芽至成熟天數(shù)呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，其中70%NZ處理天數(shù)最少，為141 d，150%NZ處理天數(shù)最多，為146 d?？梢?，基施沼渣替代適量化肥氮可促進(jìn)葡萄早熟，而過量施肥會(huì)導(dǎo)致葡萄晚熟。

表3 各處理葡萄生育期進(jìn)程

葡萄于成熟期葉片SPAD值最高，平均為46.2（圖1）。隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，各生育期葡萄葉片SPAD值都呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。葡萄采收后葉片SPAD值有所下降，平均從成熟期的46.2下降至42.6；CK處理葉片SPAD值下降5.8，基施沼渣替代化肥氮處理平均下降3.2，其中150%NZ處理下降最小，為1.1。

葡萄成熟期新梢節(jié)間長、粗度、百葉鮮重及單葉面積平均分別為13.6 cm、11.8 mm、1 235.2 g和419.3 cm2（表4）。隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，葡萄新梢節(jié)間長、粗度、百葉鮮重及單葉面積都呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，其中以150%NZ處理最高，分別比CK處理增加13.7%、6.3%、19.9%和6.4%。

圖1 各處理葡萄葉片SPAD值動(dòng)態(tài)變化

表4 各處理葡萄新梢節(jié)間長、粗度、百葉鮮重及單葉面積

2.3 基施沼渣替代化肥氮對(duì)葡萄果粒品質(zhì)及重金屬含量的影響

基施沼渣替代化肥氮可改善葡萄果粒品質(zhì)（表5）。與CK處理相比，基施沼渣替代化肥氮處理的氨基酸含量平均增加22.3%?？扇苄怨绦挝铩c和固酸比，隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢；其中，可溶性固形物以70%NZ處理最高，為15.5%，Vc以50%NZ處理最高，為45.95 μg/g，固酸比以50%NZ處理最高，為36.94。隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，有機(jī)酸含量呈現(xiàn)先下降后增加的趨勢，以50%NZ處理最低，為0.40%。

由表6可見，隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，葡萄果粒Cu、Zn、Cd、Pb和As含量都呈現(xiàn)遞增的趨勢，各處理中，以150%NZ處理含量最高，分別為2.331、0.817、0.004、0.052、0.012 mg/kg。而葡萄果粒Cr含量，則隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加呈現(xiàn)遞減趨勢，各處理中，以150%NZ處理含量最低，為0.030 mg/kg。

表5 各處理葡萄果粒品質(zhì)

表6 各處理葡萄果粒重金屬含量 （mg/kg）

3 討論

本研究表明，基施沼渣替代70%化肥氮處理，葡萄產(chǎn)量最高（表2），70%的替代率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前人研究認(rèn)為的固體有機(jī)肥替代30%～50%化肥氮的適宜比例［15-17］。其主要原因是，沼渣除含有大量的速效氮、磷、鉀等養(yǎng)分外，還含有豐富的有機(jī)質(zhì)和腐殖酸，是遲效速效兼?zhèn)涞臒o公害肥料［18-19］，而固體堆漚有機(jī)肥的養(yǎng)分釋放緩慢，當(dāng)季只能替代少部分化肥。隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，葡萄產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢（表2）。當(dāng)基施沼渣替代化肥氮比例超過70%時(shí)，可能導(dǎo)致葡萄后期養(yǎng)分供應(yīng)充足，植株生長過旺，葉片SPAD值、新梢節(jié)間長、粗度、百葉鮮重及單葉面積等生長指標(biāo)都顯著增加（圖1，表4），使葡萄成熟期延遲，影響產(chǎn)量（表3）。這與周敏等［20］研究的過量施用不同有機(jī)肥對(duì)葡萄產(chǎn)量影響的結(jié)論相似。

相關(guān)研究表明施用有機(jī)肥能夠提高葡萄產(chǎn)量，改善葡萄品質(zhì)，但是有機(jī)肥施用量不同，對(duì)葡萄品質(zhì)的影響也有所差異［21-23］。本研究表明，當(dāng)基施沼渣替代化肥氮比例超過70%時(shí)，果?？扇苄怨绦挝铩c和固酸比等品質(zhì)指標(biāo)都呈現(xiàn)下降的趨勢。這可能由于，100%NZ和150%NZ處理沼渣用量較多，養(yǎng)分釋放較慢，葡萄生長后期養(yǎng)分供應(yīng)充足，從而導(dǎo)致葡萄植株生長過旺（圖1，表4），生育期延遲（表3），果實(shí)的成熟度下降，從而降低果實(shí)品質(zhì)；同樣，由于果實(shí)的成熟度下降，導(dǎo)致有機(jī)酸含量增加（表5）。另外，本研究中，除了不同形態(tài)氮投入比例，P、K和沼渣中其他有益物質(zhì)，也是影響葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的原因。在等氮量條件下，50%NZ、70%NZ和100%NZ處理的K2O投入量大于CK（表1）；沼渣中還有中、微量元素、豐富的有機(jī)物質(zhì)和微生物，這些都是CK處理所無法補(bǔ)充的［1-2］。因此，基施沼渣替代化肥氮促使葡萄增產(chǎn)提質(zhì)的作用機(jī)理，還需從P、K、微量元素、有機(jī)物質(zhì)和微生物等方面進(jìn)一步深入探討。當(dāng)前，由于過量施用化肥引起環(huán)境污染，增加有機(jī)肥，減少化肥施用符合當(dāng)前生產(chǎn)實(shí)際，本試驗(yàn)提出葡萄基施沼渣替代70%化肥氮可供推廣應(yīng)用。

隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，葡萄果粒Cu、Zn、Cd、Pb和As含量都有所增加（表6）。其主要原因可能是沼渣施入量增加，為植株吸收這些元素提供了更多來源［3］。施用沼渣后，葡萄果粒Cr含量則有下降趨勢，這與秦文弟等［24］研究結(jié)果相似，可能是沼渣中大量有機(jī)質(zhì)官能團(tuán)強(qiáng)力吸附重金屬Cr離子，和腐殖質(zhì)分解形成的腐殖酸與土壤中Cr離子形成絡(luò)合物，從而降低植株對(duì)重金屬Cr的吸收。

各處理中葡萄果粒重金屬含量均低于相應(yīng)的污染物限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2005）［25］。相關(guān)研究表明，連續(xù)多年施用沼渣不會(huì)造成重金屬在土壤的大量積累而引起土壤中重金屬含量的超標(biāo)［26-27］。但表層土壤中Cu、Zn和Pb等重金屬含量有增加的趨勢，依然存在超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)［28-29］。為了確保農(nóng)田長期施用沼液的安全性，避免二次污染，一方面應(yīng)考慮從源頭科學(xué)控制畜禽養(yǎng)殖配合飼料中重金屬元素含量，從而減少沼氣工程發(fā)酵原料中重金屬元素含量；另一方面要長期定位監(jiān)測土壤重金屬含量，評(píng)估重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，以此調(diào)整農(nóng)田施用沼渣量，確保沼渣的安全使用。

通過農(nóng)田系統(tǒng)消納沼渣是目前最簡單有效的處理沼渣的方法之一［3-5］。目前，從沼氣池下層流出的沼渣與沼液混合液，經(jīng)自然沉降降低含水量至70%～80%，被沼氣工程臨近的農(nóng)戶直接拖運(yùn)至田頭施入土壤中的模式最為廣泛。然而，隨著大型沼氣工程的建設(shè)和運(yùn)行，通常周邊并沒有配套足夠面積的農(nóng)田，用于消納沼渣。而且，經(jīng)自然沉降的沼渣含水量較大，使其運(yùn)輸和施用過程極為不便。沼渣脫水后制作成顆粒有機(jī)肥將大大有利于沼渣肥的運(yùn)輸和施用。然而，目前沼氣工程中基本上還沒有采用成熟的沼渣制肥技術(shù)的范例［27］，這主要是受固液分離、渣滓干化、經(jīng)濟(jì)效益不確定等因素的制約。因此，在推廣農(nóng)田消納沼渣循環(huán)農(nóng)業(yè)模式過程中，除了要制定科學(xué)的田間施用技術(shù)，還要進(jìn)一步完善沼渣制肥技術(shù)，以促進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物的無害化處理，并使這一有機(jī)肥料資源得以充分利用。

4 結(jié)論

隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，葡萄產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，以70%NZ處理最高；而萌芽至成熟天數(shù)、葉片SPAD值、新梢節(jié)間長、粗度、百葉鮮重及單葉面積等生長指標(biāo)都呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢；過量施用沼渣，表現(xiàn)出成熟期延遲，貪青晚熟，影響產(chǎn)量。基施沼渣替代化肥氮可改善葡萄果粒品質(zhì)，以50%NZ和70%NZ處理較好。隨著基施沼渣替代化肥氮比例的增加，葡萄果粒重金屬Cu、Zn、Cd、Pb和As含量都有所增加，Cr含量則有所下降，但均低于相應(yīng)的污染物限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2005）。綜合葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)，沼渣替代70%化肥氮可作為葡萄園定量化基施沼渣的參考。