沼肥施用对作物能量和养分利用效率的影响研究

【摘要】目前，能源和环境问题已成为制约社会经济持续发展的主要因素。对广大农村地区来说，发展以沼气池为纽带的生态农业是缓解能源和环境压力的有效措施，但沼气发酵产物能否高效合理利用直接影响到沼气建设的进一步推广。为了促进沼气事业更好地发展，对沼气池产生的沼肥进行作物种植试验研究，以确定能量利用效率和养分利用效率较高的沼肥施用水平和模式显得尤为必要。本论文是在国家公益性行业（农业）科研专项项目“沼气全面替代农户家庭商品用能的组合设备及技术研究”（项目编号：201303099）的资助下完成，采用盆栽法，在4种光温环境和6种施肥水平下，利用沼肥进行了芹菜和生菜种植正交试验，来对比分析不同光温环境、不同施肥水平、不同生长周期芹菜和生菜的能量利用效率和养分利用效率，进而确定能量利用效率和养分利用效率较高，较适宜的芹菜和生菜种植环境、施肥水平及生长周期。同时本文还结合河南省利用亚行贷款农村能源生态建设项目实施情况，选择持续5年以上施用沼肥的土壤进行养分及重金属含量测试，了解长期施用沼肥对土壤质量的影响情况。以期达到沼肥合理有效地利用和更深入推广沼气建设提供理论支持。本文的主要研究成果如下：（1）通过沼肥在芹菜和生菜种植中能量利用效率试验，确定了芹菜和生菜的能值。不同生长环境和施肥水平，芹菜和生菜根、茎、叶能值都有所差异，但差异不是特别明显，芹菜根部能值在12.57～15.66MJ/kg之间，芹菜茎部能值在11.12～13.73MJ/kg之间，芹菜叶部能值在11.23～15.74MJ/kg之间。生菜根部能值在11.78～13.36MJ/kg之间，叶部能值在12.55～14.18MJ/kg之间。（2）通过对不同光温环境、不同施肥水平和不同生长周期的芹菜能量水平、沼肥能利用率、光能利用率、总投能利用率综合比较分析，可得出较适宜的芹菜种植条件为大棚温室环境、施肥水平Ⅳ、生长周期100天；室内阳台环境、施肥水平Ⅲ和Ⅳ、生长周期120天。气候室光照强度低于122w/m2情况下种植芹菜，能量水平和能量利用效率都较低。（3）通过对不同光温环境和不同施肥水平生菜能量水平、沼肥能利用率、光能利用率、总投能利用率综合比较分析，可得出能量水平及能量利用率较高的生菜种植条件是大棚温室环境施肥水平Ⅳ和Ⅴ，室内阳台环境施肥水平Ⅳ。气候室环境种植生菜，能量水平和能量利用效率都较低。（4）不同光温环境、不同生长周期和不同施肥水平，芹菜对沼肥中全氮、有效磷、有效钾、有机质等养分的利用率存在一定差异。光温环境对养分利用率的影响总体呈现出大棚温室环境芹菜对养分利用率最高，其次是室内阳台环境，气候室低光环境最低。生长周期对养分利用率的影响呈现出生长周期越长，养分利用率越高。施肥水平对养分利用率的影响总体呈现出施肥水平越高，养分利用率越低，说明施肥水平低时，施入的沼肥养分已不能满足芹菜正常生长需要，芹菜能量水平较低；施肥水平高时，有一部分沼肥养分未被芹菜利用，而储存到土壤中。（5）通过生菜对沼肥中全氮、有效磷、有效钾、有机质等养分利用率试验，可以判断适宜生菜生长的光温环境和施肥水平。在所试验的4种光温环境中，大棚温室环境最适宜生菜生长，其次是室内阳台环境。从施肥水平来看，施肥水平Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ已不能满足生菜正常生长对养分的需求，施肥水平Ⅳ和Ⅴ相对较适宜生菜生长，但不同光温环境也有差异。这与从生菜能量水平和能量利用效率的判断结果基本一致。（6）对长期施用沼肥影响土壤中养分和重金属含量的情况进行了研究分析。土壤中有机质、氮、磷、钾含量分别与混合沼液中有机质、氮、磷、钾浓度存在一定的正相关关系。土壤中铁、锰、铜、锌、铅、砷含量与混合沼液中这些元素的浓度之间不存在明显的相关性。土壤中汞的含量与混合沼液中汞的浓度之间呈现出负相关关系。（7）与污水综合排放标准相比，除了部分地域混合沼液中铜和铅的浓度超标外，其它重金属浓度基本上都未超标，说明沼肥施入农田是安全的。但与农田灌溉水质标准相比，除了极少部分地域混合沼液中铜和锌的浓度未超标外，其它重金属浓度都超过了标准限值，说明如果长期、频繁施用沼肥对提高土壤中重金属含量会存在一定风险。9个研究地域沼气户土壤中重金属综合污染指数均小于0.7，土壤仍处于清洁状态。（8）土壤中有机质、全氮、有效磷、有效钾含量均呈现出四位一体生态模式>三位一体生态模式>非沼气户,尤其四位一体生态模式大大高于其它两种模式。与土壤养分分级标准对比，非沼气户土壤中有机质含量达到5级，全氮含量达到6级，有效钾含量达到3级，有效磷含量达到2级，土壤养分总体水平较低。而四位一体生态模式土壤中有机质含量达到3级，全氮含量达到5级，有效钾含量达到1级，有效磷含量远远超过1级，土壤养分总体水平较高。说明沼肥施用明显提高了土壤养分等级。（9）土壤中铁、锰、铜、锌4种微量元素含量均在四位一体生态模式土壤中最高，三位一体生态模式和非沼气户高低互现，但差异不是非常明显。土壤中汞、铅、砷3种有毒有害重金属含量在四位一体生态模式、三位一体生态模式和非沼气户中没表现出明显的差异。说明沼肥施用对土壤中汞、铅、砷等有毒有害重金属含量影响较小。
【作者】沈连锋；
【导师】张全国；
【作者基本信息】河南农业大学，农业生物环境与能源工程，2014，博士
【关键词】沼肥；生态农业；芹菜；生菜；能量利用效率；养分利用效率；

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