徐文娟 劉丹丹 李呂木 沈智 李淼 楊詠

摘要：為探究沼液在豆瓣菜水培中的有效利用及豆瓣菜凈化沼液達(dá)標(biāo)排放的可行性，采用豆瓣菜浮床栽植在不同濃度的沼液中，分析沼液氨氮、TN、TP、TK、COD的含量變化和豆瓣菜植株相關(guān)生長指標(biāo)及營養(yǎng)指標(biāo)。結(jié)果表明，豆瓣菜水培能明顯降低沼液中氨氮、TN、TP、TK、COD含量，對沼液中氨氮、TN、TP、TK和COD去除率最高的處理組分別是D4、D4、D4、D3和D4，去除率依次為42.45%、38.91%、33.41%、28.79%和87.61%，可見在一定范圍內(nèi)豆瓣菜對低濃度沼液中的氨氮、TN、TP、COD去除率更高，尤其對COD有很強(qiáng)的去除效果。D2處理水培豆瓣菜21 d后氨氮達(dá)到我國規(guī)定的集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，是凈化效益最佳處理組。D3有利于豆瓣菜株高和根部生長，在 21 d 時(shí)植株生長最旺盛，42 d時(shí)鮮質(zhì)量達(dá)4.11 kg/m2，和D2差異不顯著。高濃度沼液會降低豆瓣菜中可溶性糖含量;D3中可溶性蛋白含量最高，達(dá)3.97 mg/g，極顯著高于CK1;D2中維生素C含量顯著大于其他沼液處理組，達(dá)到 256.49 mg/kg;各處理組的豆瓣菜硝酸鹽含量和亞硝酸鹽含量都符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：凈化;沼液;豆瓣菜;水培;畜禽養(yǎng)殖;污染物

中圖分類號：X713?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）14-0310-06

現(xiàn)階段畜禽養(yǎng)殖是農(nóng)業(yè)污染的最大來源，也是水體環(huán)境治理的重要方面[1]。畜禽養(yǎng)殖對環(huán)境的污染主要來源于畜禽排泄物，畜禽養(yǎng)殖場中高濃度、未經(jīng)處理的污水和固體糞污以及惡臭氣體對水體、大氣、土壤、人體健康及生態(tài)系統(tǒng)造成了不良影響[2]。國家對集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物制定了排放標(biāo)準(zhǔn)，因此對豬場沼液進(jìn)行凈化處理尤為重要。目前凈化豬場沼液采用的方法包括水生植物水培凈化[3]、絮凝劑凈化[4]、細(xì)菌微藻吸收[5]、水培蔬菜凈化[6]、序列間歇式活性污泥（SBR）處理[7]等，目的都是通過經(jīng)濟(jì)合理的方法凈化豬場廢水。其中在沼液水培蔬菜是將沼液應(yīng)用于蔬菜無土栽培中，解決沼液的后處理和蔬菜生產(chǎn)中農(nóng)業(yè)污染的問題，還可以降低無土栽培中營養(yǎng)液配制的成本。

豆瓣菜為十字花科豆瓣菜屬多年生水生蔬菜，具有食用和藥用價(jià)值[8]，同時(shí)對富營養(yǎng)化水體具有凈化功能[9]。本研究以小型豬場沼液為營養(yǎng)液進(jìn)行豆瓣菜水培試驗(yàn)，分析豆瓣菜對沼液稀釋液中氨氮、全氮（TN）、全磷（TP）、全鉀（TK）含量的影響。試驗(yàn)選擇在大棚中進(jìn)行，獲得的數(shù)據(jù)能直接應(yīng)用于生產(chǎn)，以期為選擇最佳沼液稀釋倍數(shù)及豆瓣菜適宜水培時(shí)間提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試沼液取自安徽省阜陽市臨泉縣泉優(yōu)牧業(yè)有限公司;豆瓣菜種苗由安徽省六安市舒城縣舒豐農(nóng)業(yè)有限公司提供，為廣東豆瓣菜。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

大棚面積為750 m2，共開挖15個(gè)大小相同的水培池，水培池長15 m、寬2.4 m、深0.35 m、面積為36 m2。池底用耐磨毛毯鋪好后再用防水塑料布覆蓋，每個(gè)水池放置26個(gè)浮床，浮床大小為1.0 m×1.0 m，網(wǎng)面孔徑為2.0 cm×2.0 cm，在大棚中配備溫度計(jì)、水管、氧氣泵。

試驗(yàn)用的沼液是豬糞充分厭氧發(fā)酵后，濾去固體殘留物的清液。將沼液原液稀釋成氨氮含量為130、100、70、40 mg/L共4個(gè)濃度進(jìn)行豆瓣菜水培試驗(yàn)，分別標(biāo)記為D1、D2、D3、D4，每處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，各處理氨氮、TP、TK含量如表1所示，每個(gè)水培池中蓄水量為8.0 m3。以清水處理水培豆瓣菜為植株生長指標(biāo)測定對照，標(biāo)記為CK1，以根據(jù)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)葉菜類A配方配制的營養(yǎng)液水培的豆瓣菜為正常植株生長指標(biāo)測定對照，標(biāo)記為CK2;另用空桶存放稀釋后的沼液為沼液凈化指標(biāo)測定對照，分別標(biāo)記為CK-D1、CK-D2、CK-D3、CK-D4。試驗(yàn)期間根據(jù)實(shí)際情況每周加水，以補(bǔ)充因蒸發(fā)等原因失去的水分。

2017年9月上旬開始育苗，2017年10月5日定植，定植密度為50株/m2。定植前將豆瓣菜先在清水中緩苗1 d，使其根系適應(yīng)水環(huán)境，緩苗結(jié)束后定植到不同處理的沼液池中。

1.3 測定項(xiàng)目與分析方法

1.3.1 豆瓣菜生長指標(biāo)測定

每間隔7 d測量1次株高、根長，直至采收，采收時(shí)統(tǒng)計(jì)鮮質(zhì)量。

1.3.2 豆瓣菜營養(yǎng)指標(biāo)測定

在豆瓣菜收獲時(shí)，采用蒽酮比色法[10]測定可溶性糖含量;采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[10]測定可溶性蛋白含量;采用2，6-二氯酚靛酚比色法[10]測定維生素C含量;采用原子吸收分光光度法[11]測定重金屬Cu、Zn、Cd、Cr、Pb含量;采用紫外分光光度法[12]測定硝酸鹽含量;采用鹽酸萘乙二胺比色法[12]測定亞硝酸鹽含量。

1.3.3 沼液指標(biāo)測定

每間隔7 d測量1次沼液指標(biāo)。采用納氏試劑光度法[13]測定沼液氨氮含量;采用鉬銻抗分光光度法[13]測定沼液TN含量;采用鉬酸銨分光光度法[13]測定沼液TP含量;采用火焰原子吸收法[13]測定沼液TK含量;采用快速密閉催化消解法[14]測定沼液COD含量。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理與分析

沼液污染物去除量、去除率及豆瓣菜對污染物去除能力的計(jì)算公式如下：

去除量=對照組含量-處理組含量;

去除率=去除量初始量×100%;

去除能力=去除量×沼液體積總面積×天數(shù)。

運(yùn)用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和制圖，SPSS 23進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 豆瓣菜生長指標(biāo)的變化

2.1.1 豆瓣菜株高變化

如表2所示，前7 d各處理中豆瓣菜生長旺盛，7 d后D1由于高濃度沼液脅迫導(dǎo)致株高降低。D3在前21 d株高持續(xù)增長，21 d后開始下降，但依舊總體顯著高于其他沼液處理組，42 d時(shí)比CK1高出66.15%。在整個(gè)生長周期中的平均株高由高到低是D3>CK2>D2>D4>D1>CK1，分別為19.78、19.61、14.33、13.91、1362、11.27 cm，D3最有利于豆瓣菜株高生長，沼液濃度過高會抑制豆瓣菜株高的生長。

2.1.2 豆瓣菜根長變化

如表3所示，D4中豆瓣菜根部在前21 d持續(xù)生長，而其他各沼液處理組在7 d后均受到高濃度沼液脅迫，根部腐爛導(dǎo)致根長縮短;D3在14 d后適應(yīng)沼液環(huán)境，根部開始伸長;D1和D2由于沼液濃度較高，根部腐爛嚴(yán)重，在7 d后根部長度大體持續(xù)下降。D1在42 d時(shí)根長最短為 4.43 cm，極顯著低于其他處理組，說明高濃度沼液會抑制豆瓣菜根部生長。平均根長由高到低為

2.1.3 不同處理豆瓣菜鮮質(zhì)量比較

如圖1所示，42 d后不同沼液處理組中豆瓣菜鮮質(zhì)量都顯著高于CK1，其中D3鮮質(zhì)量最高，顯著高于D1和D4，和D2、CK2之間差異不顯著，比CK1高出21438%，達(dá)到 4.11 kg/m2，其次D2>D4>D1，分別為3.48、2.80、2.64 kg/m2?？梢奃3處理產(chǎn)量最高，沼液濃度過高會降低豆瓣菜產(chǎn)量。

2.2 不同處理豆瓣菜營養(yǎng)指標(biāo)比較

如表4所示，D1、D2、D3、D4豆瓣菜可溶性糖含量逐漸增加，D4極顯著高于其他沼液處理組，與CK2之間差異不顯著，D1、D2、D3可溶性糖含量低于CK1，說明高濃度沼液會抑制豆瓣菜中可溶性糖的生成?？扇苄缘鞍缀坑筛叩降蜑镈3>CK2>D1>D2>D4>CK1，說明使用沼液水培能夠提高豆瓣菜中可溶性蛋白含量，且D3效果最佳，達(dá)到 3.97 mg/g，比CK1高出34.12%。沼液處理組維生素C含量由高到低是D2>D1>D3>D4，分別為256.49、198.48、195.99、7862 mg/kg，D2極顯著大于其他沼液處理組，和CK2之間無顯著差異，其中D1和D3之間差異不顯著。

蔬菜是人體硝酸鹽的主要來源，占人體總攝入量的70%～80%[15]，硝酸鹽和亞硝酸鹽會形成有致癌作用的亞硝胺[16]，過量食用會危害人體健康，我國已對無公害蔬菜中的亞硝酸鹽、硝酸鹽含量提出明確的限量標(biāo)準(zhǔn)，亞硝酸鹽含量≤4.0 mg/kg，[JP+1]硝酸鹽含量≤3 000 mg/kg（葉菜類）[17]。如表4所示，不同處理中硝酸鹽、亞硝酸鹽含量都沒有超標(biāo)，符合我國國家標(biāo)準(zhǔn)，且不同濃度沼液處理組中硝酸鹽含量極顯著低于CK1;亞硝酸鹽含量最高的是D2組，為 3.32 mg/kg，在D3組中亞硝酸鹽含量最低。

2.3 沼液凈化效果分析

2.3.1 沼液氨氮含量動(dòng)態(tài)變化

如圖2所示，前21 d中D1氨氮含量持續(xù)快速下降，從130.00 mg/L下降到80.90 mg/L，隨后出現(xiàn)明顯的缺素癥，長勢變?nèi)?，根系及部分葉片有腐爛發(fā)生，導(dǎo)致沼液中的氨氮含量有所上升;如表5所示，在整個(gè)種植周期內(nèi)D1去除量最高，為31.07 mg/L，和D2、D3之間差異不顯著。D4中氨氮去除率最高，達(dá)到42.45%，和D3之間差異不顯著，其次為D3>D2>D1，說明沼液濃度越低，氨氮去除率越高;D1中豆瓣菜對氨氮的去除能力最高，達(dá)227.60 mg/（d·m2），和D2、D3之間差異不顯著，其次為D2>D3>D4，分別為194.90、186.13、124.39 mg/（d·m2）。

我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物中氨氮允許日均最高排放含量為80 mg/L，42 d時(shí)D1中氨氮含量為78.51 mg/L，21 d時(shí)D2中氨氮含量為79.51 mg/L，均達(dá)到氨氮排放標(biāo)準(zhǔn);D3和D4由于沼液濃度較低，試驗(yàn)開始時(shí)就已經(jīng)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.2 沼液TN含量動(dòng)態(tài)變化

如表5、圖3所示，豆瓣菜能明顯降低沼液中的TN含量，其中D3中去除量最高，達(dá)到30.64 mg/L，其次為D1>D4>D2，分別為23.18、20.49、19.20 mg/L，D1、D3之間差異不顯著;D4中的TN去除率最高，達(dá)到3891%，其次為D3>D2>D1，分別為33.24%、14.59%和13.54%;D3中豆瓣菜對TN的去除能力最高，達(dá)224.48 mg/（d·m2），和D1之間差異不顯著，其次為D1>D4>D2，分別為 169.82、150.15、140.69 mg/（d·m2）。

2.3.3 沼液TP含量動(dòng)態(tài)變化

如表5、圖4所示，豆瓣菜在不同濃度的沼液中水培都能明顯降低沼液中的TP含量，前21 d各處理組沼液中TP含量下降較快，21 d后下降速度減慢。D1中去除量最多，達(dá)1.55 mg/L，其次為D2>D3>D4，各處理組之間差異不顯著;D4中的TP去除率最高，為33.41%，其次為D1>D2>D3，各處理組之間差異不顯著;D1中豆瓣菜對TP的去除能力最高，達(dá)11.38 mg/（d·m2），其次為D2>D3>D4，分別為8.73、5.94、3.77 mg/（d·m2），各處理組之間差異不顯著。

2.3.4 沼液TK含量動(dòng)態(tài)變化

如表5所示，D3中TK去除量最大，為20.50 mg/L，極顯著大于其他沼液處理組，其次為D4>D2>D1，分別為10.21、697、5.46 mg/L;D3的TK去除率最高，為2879%，和D4之間差異不顯著;D3中豆瓣菜對TK的去除能力最高，達(dá)150.19 mg/（d·m2），極顯著高于其他處理，其次為D4>D2>D1，分別為74.81、50.03、39.96 mg/（d·m2）。

2.3.5 沼液COD含量

如表5、圖5所示，D2對COD的去除量最高，為113.27 mg/L，極顯著高于其他沼液處理組;D4去除率最高為87.61%，極顯著高于其他沼液處理組，其次為D3>D2>D1，分別為52.73%、48.58%和24.54%;D2中豆瓣菜對COD的去除能力最強(qiáng)，為 829.78 mg/（d·m2），極顯著高于其他處理組，其次為D3>D4>D1，分別為63045、598.49、544.78 mg/（d·m2）。我國制定的《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定了可排放COD含量標(biāo)準(zhǔn)為400 mg/L，所有處理均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論與討論

3.1 豬場沼液對水培豆瓣菜的生長及營養(yǎng)品質(zhì)的影響

豆瓣菜植株在清水中緩苗結(jié)束后定植于沼液池中，前期根系未受到傷害，能夠正常吸收養(yǎng)分，定植后的前 7 d 各處理組豆瓣菜生長旺盛， 7 d后 D1中低溶氧量等因素導(dǎo)致根部腐爛，D4中較少的養(yǎng)分不足以維持植株后期的持續(xù)生長;D3中豆瓣菜在整個(gè)生長周期內(nèi)地上部分和根系生長良好，42 d后鮮質(zhì)量可達(dá)到 4.11 kg/m2，但與D2、CK2的鮮質(zhì)量無顯著差異，D3是適宜水培豆瓣菜的濃度配比。高濃度沼液會降低豆瓣菜中可溶性糖含量;D3中可溶性蛋白含量最高，達(dá)3.97 mg/g，極顯著高于CK1;D2中維生素C含量極顯著大于其他沼液處理組，達(dá)256.49 mg/kg;各處理組豆瓣菜硝酸鹽、亞硝酸鹽含量都在安全范圍內(nèi)。

3.2 水培豆瓣菜對豬場沼液的凈化作用

浮床水培豆瓣菜有助于硝化菌和反硝化菌的生長，微生物通過硝化和反硝化作用將沼液中高濃度的氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的形式，從而被植物吸收，這是對氮的主要去除機(jī)制[18];氮磷之間的協(xié)同作用會促進(jìn)相互吸收，水生植物根系微生物也能去除部分氮磷;鉀可以促進(jìn)葉片葉綠素的合成，提高葉綠素含量，加強(qiáng)光能利用效率，促進(jìn)植株生長，進(jìn)而促進(jìn)對氮、磷、鉀的吸收;蔬菜根系附近的微生物可對有機(jī)物進(jìn)行降解，另外根系的吸附作用以及有機(jī)物的物理沉降作用也會使水體中COD含量下降。水培豆瓣菜對豬場沼液中氨氮、TN、TP、TK、COD都有一定的去除效果，對沼液中氨氮、TN、TP、TK和COD去除率最高的處理組分別是D4、D4、D4、D3和D4，去除率依次為42.45%、38.91%、33.41%、28.79%和87.61%，由此可見，在一定范圍內(nèi)豆瓣菜對低濃度沼液中的氨氮、TN、TP、COD去除率更高，尤其對COD有很強(qiáng)的去除效果。試驗(yàn)前，D2的氨氮、TP、COD含量分別為100.00 mg/L、3.86 mg/L和 233.13 mg/L，而在處理21 d時(shí)下降到79.51 mg/L、1.85 mg/L 和163.25 mg/L，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)水污染物中氨氮、TP和COD的排放標(biāo)準(zhǔn)，是凈化效益最佳處理組。

在種植期間由于水體富含氮磷，水面易生長出水綿，使得水體氮磷含量下降[19]，在未種植任何蔬菜的空白對照水池中也有下降，在種植前應(yīng)徹底清掃池底，從源頭上杜絕水綿的出現(xiàn)。

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收稿日期：2019-07-28

基金項(xiàng)目：安徽省科技攻關(guān)項(xiàng)目（編號：1804g07020169）;安徽省蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目（編號：11250076）。

作者簡介：徐文娟（1966—），女，安徽安慶人，碩士，副教授，主要從事蔬菜品質(zhì)與安全研究。E-mail：976478297@qq.com。