基于水培技术的沼液净化及生菜品质提升.pdf

摘 要： 以 沼 液 处理后 用 作 农 田 灌溉 用 水 及 低 成 本 生 产高 品 质 生 菜 为 目 标 ，采 用 水 培 生 菜 对 沼 液 进行 深 度 净 化 处理，并 以 水 培 前 后 沼 液 主要 水 质 参 数 及 生 菜 品 质 特性为指 标 ，研究 了 水 培 生 菜 对 沼 液 的 净 化 性 能 和 沼 液 水 培 对生 菜 品 质 的 提 升 效 果 ，并 筛 选 出 了 合 适 的 沼 液 稀 释 倍 数。研究中， 先 对 沼 液 进行 脱 氨 预 处理 ，然 后进行 530倍 稀 释 后 用 于水 培 生 菜 ，并与 化学 营 养液 水 培效 果进行对 比 。结果表明 ， 采 用 脱 氨 沼 液 水 培 生 菜 处理 35d后， 氨 氮 、 COD和 总 磷 含量 分 别 下 降 98.25%99.34%、 83.68%96.04%和 65.94% 80.00%， 脱 氨 沼 液 的水 质 指 标 优 于 农 田 灌溉 用 水 标准 ，且 稀 释 515倍 的 脱 氨 沼 液 水 培 后 可 在 沼 液 净 化 效 果和 节 约 用 水 等方面 获 得 综 合 最 优 。 另 外， 脱 氨 沼 液 可 替 代 营 养液 用 于水 培 生 菜 ，且 生 菜 的 品 质 更 佳 ，尤 其 是 510倍 稀 释 处理。 此 时，与 营 养液 水 培 相 比 ，其 生 菜 相 对生长 量 提 高 60%以 上 ，叶 幅 变 宽 45cm，叶片数 平 均 增 加 2片 ；类 胡萝 卜 素含量 最 高 提 高 20.40%，硝 态 氮 含量 仅 为 化学 营 养液 组 的 2.11%4.02%， 差异 显著 ；还 原 糖 含量 提 高 约 7.79%10.39%， 而 维 生 素 C含量 仅 低 3.60%15.40%，差异 并不明显 。研究表 明， 沼 液 脱 氨 并 适 当 稀 释 后 可 以代 替 化学 营 养液 用 于水 培 生 菜 ，且 水 培 处理后的 沼 液 可 以 用 于 灌溉 农 田。 关键词： 沼 液 ；沼 液 处理 ； 生 菜 水 培 ； 氨 氮 脱 除 中图分类号 ： S216.4 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1672-2043（ 2018） 04-0788-08 doi:10.11654/jaes.2017-1261 Benigntreatmentofbiogasslurryandimprovementinlettucequalityusinghydroponics LIANGFei-hong,CUIQiu-fang,TUTe,YUGe,WANGWen-chao,YANShui-ping * （ CollegeofEngineering,HuazhongAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofAgriculturalEquipmentinMid-lowerYangtzeRiver,Ministry ofAgriculture,Wuhan430070,China） Abstract： Determiningthemosteffectiveandlow-costmethodfortreatingbiogasslurryisoneofthebiggestissuesforlarge-scalebiogas projects.Thisstudyaimedtotreatbiogasslurryforfarmlandirrigationwaterandcultivatelettuceofhighqualityatlowcostusinghydroponic technologytoreducetheconcentrationofpollutants,includingtotalammoniumnitrogen（ TAN） ,chemicaloxygendemand（ COD） ,andtotal phosphorus（ TP） .Effectsofthedilutionratioofwaterontheremovalofpollutantsandlettucequalitywereinvestigated,andtheappropriate dilutionratiosforbiogasslurrywerecalculated.Priortotheexperiments,ammoniumnitrogenwaspartlyremovedfromtherawbiogasslurry usingvacuumdistillation.Thepart-treatedbiogasslurrywasthenCO 2 saturatedtoreducethepHtoabout6.7.Finally,CO 2 -richbiogas slurrywasdilutedusingwaterby530timesasthehydroponicsolutionforcultivation.Lettucecultivatedinthetypicalchemicalnutrient solutionwasusedasthecontrol.Resultsshowedthatafter35dthewaterqualityofthetreatedbiogasslurryfullymettherequirementsof farmlandirrigationstandards,andtheconcentrationsofTAN,COD,andTPwerereducedby98.25%99.34%,83.68%96.04%,and 65.94%80.00%,respectively.Inaddition,515dilutionratiosarerecommendedforhigherpurificationofpollutantsandwatersavingsfor biogasslurry.AfterTANremoval,thetreatedslurrywasusedtoreplacethechemicalnutrientsolutiontocultivatelettuceofhigherquality. 收稿日期 ：2017-09-15 录用日期 ：2017-11-27 作者简介 ：梁 飞 虹 （ 1993）， 男 ， 陕 西 富 平 人 ， 硕 士 研究生， 主要从事农业 废弃 物 综 合 利 用 研究 。 E-mail： lianf2008outlook.com *通信作者 ：晏 水 平 E-mail： yanshpmail.hzau.edu.cn 基金项目 ：国家自然科学基金项目 （ 51376078） ；公 益 性行 业 （ 农业 ） 科 研 专 项 （ 201303099） ；中 央 高 校 基 本 科 研 业 务费 专 项基金 （ 2015PY077） Projectsupported： TheNationalNaturalScienceFoundationofChina （ 51376078） ； TheSpecialScientificResearchFundofAgriculturePublicWelfare ProfessionofChina （ 201303099） ； TheFundamentalResearchFundsfortheCentralUniversities （ 2015PY077） 2018， 37（ 4） :788-795 2018年 4月 农业环境科学学报 J0urnal0fAgr0-Envir0nmentScience 梁 飞 虹 ， 崔 秋 芳 ， 涂 特， 等 .基 于水 培 技 术 的 沼 液 净 化 及 生 菜 品 质提 升 J.农业环境科学学报 ,2018,37（ 4）： 788-795. LIANGFei-hong,CUIQiu-fang,TUTe,YUGe,etal.BenigntreatmentofbiogasslurryandimprovementinlettucequalityusinghydroponicsJ. Journalof Agro -EnvironmentScience ,2018,37（ 4）： 788-795. 基 于 水培 技术 的 沼 液 净 化及 生 菜品质提 升 梁 飞 虹，崔 秋芳 ， 涂 特 ， 余 歌 ，王文 超 ， 晏水 平 * （ 华 中 农业 大 学工学院 /农业部 长 江 中下 游 农业 装 备 重 点 实 验 室 ， 武汉 430070） 第 32卷第 1期 2018年 4月 Comparedtothenutrientsolution,therelativegrowthoflettucecultivatedinbiogasslurrywith510dilutionratiosincreasedbymorethan 60%,theleafwidthincreasedby45cm,andtheaveragenumberofleavesincreasedbyabout2.Furthermore,thedifferenceinthe carotenoidandnitratenitrogenconcentrationsbetweenlettucecultivatedinbiogasslurryandthechemicalnutrientsolutionwassignificant. However,thedifferencesinthereducingsugarandvitaminCcontentwerenotsignificant.Morespecifically,whencultivatedinbiogasslur- rywith510dilutionratios,thecarotenoidcontentinlettuceincreasedbyupto20.40%,andtheconcentrationofnitratenitrogenwasonly 2.11%4.02%thatoflettucecultivatedinthechemicalnutrientsolution.Inaddition,thereducingsugarcontentincreasedby7.79% 10.39%,andthevitaminCcontentonlydecreasedby3.60%15.40%. Keywords： biogasslurry;slurrytreatment;lettucehydroponics;ammoniumnitrogenremoval 沼 液 中 含 有 高含量 的 矿 质 元 素 ， 如 果处 置 不当， 极 易 造成 环境 的 二 次 污 染 1 。 因此 ，沼 液 的 低 成 本 无害 化 处理 已 成 为 沼 气 工 程 良 性 发 展 的 关 键 问题 之 一 2 。 同时， 由 于 沼 液 富 含 植 物 生长 所 需 的 微 量 元 素 和植 物 生长 激 素 3 ， 将 其 还 田处理 用 作植 物 的 根 肥 ， 既 可 实 现 营 养 元 素 的 循 环 利 用 ，增 加农 作 物 的 产量 ，还 可 生 产 出 无公害农产 品 ， 具 有 良 好 的 社 会 和 经 济 效 益 4 。 如 以 沼 液 代 替 高 昂 的 无 机 营 养液 来 进行 蔬 菜 栽 培 ，对 提 高 蔬 菜 产量 和 品 质 具 有 重要 意义 3 。同时， 由 于水 培 经 济 作 物 对 污 水中 氨 氮 、磷 和 COD（ 化学 需 氧 量 ） 等 具 有 良 好 的 去 除 效 果 5 ，对 沼 液 进行 蔬 菜 水 培 处理 ，理 论 上 还 能实 现 沼 液 的 深 度 净 化 ， 一 举 多 得 。 但 值 得 注 意 的 是 ， 以 沼 液 作为 营 养液 时， 其 氨 氮 和 磷 含量等 均 有 一 定 的 限 制 ，如 生 菜 水 培 时，生 菜 生长中 氨 氮 含量 一 般 不 宜 超 过 20mg L -1 ， 磷 含量 不 超 过 30mg L -16 。显 然 ，沼 液 自 身 氨 氮 和 磷 含量 远超 过 这 一 指 标 ，而 高 浓 度 的 氨 氮 会 对植 物 生长 造成严 重 的 毒 害 作 用 ，会使 植 物 的生长 发 育 严 重受 阻 7 。 基 于 此 ， 目 前 沼 液 水 培 利 用 前 一 般 都 需 要 进行 高 倍 稀 释 ，从 而 降低 沼 液 中的 氨 氮 含量 ，这 种 方 法 操 作 简 单 ，但 却 存 在水 资源 浪 费 的 潜 在 问题 ，同时， 高 倍 稀 释 还 可 能导致 沼 液 中 促 进植 物 生长的 有 益 成 分 含量 下 降 ，影响 其 水 培 应 用 效 果 8 。 因 此 ，在 沼 液 水 培 利 用 前 将 氨 氮 进行 预 先 脱 除 ，可 在 保 证 沼 液 自 身 较 低 的植 物 生理 毒 害 特性的 基 础 上 将 沼 液 氨 氮 含量降 至 合 适 的水 平 9-11 ， 有 助 于在水 培 应 用 中大 幅 降低 沼 液 的 稀 释 倍 率 。 将 脱 氨 预 处理的 沼 液 用 于 蔬 菜 水 培 时，理 论 上 还 可 实 现 沼 液 的 低 成 本 高 效 净 化 处理。 基 于 此 ，本 研究对 沼 液 进行 脱 氨 预 处理后 ，将 其 用 于水 培 生 菜 ， 重 点 分析生 菜 水 培 处理对 沼 液 的 净 化 及 生 菜 产量 与 品 质提 升 的 效 果 。 1 材料与方法 1.1试验材料 试验 用 沼 液 来 源 于 华 中 农业 大 学 沼 气发 酵 中试 装 置 ，发 酵 中 以 猪粪 为 主要 原 料 ，配 合 添 加 少 量 的 牛 粪 及 生 活 污 水 ，在 35 下中 温 发 酵 20d。沼 液 取 回 后 在 常 温（ 25 5） 下 密封保 存 至 不 再 产 气 后 ，将 沼 液 在 4000r min -1 下 离 心 分 离 20min（ TSZ5-WS型 低速 多 管架 自 动 平 衡 离 心 机 ，湖 南 湘 仪 离 心 机 仪器 有 限 公 司 ）， 取 上 清 液 进行试验。 离 心 后， 沼 液 的 主要 水 质 参 数 如 表 1所 示 。 供 试植 物 选取 广 泛 应 用 于 无 土 栽 培 行 业 的生 菜 ， 本 研究 所选择 的生 菜 种 子 为 意 大 利 生 菜 种 子 （ 广 西 横 县 子 龙 种 业 有 限 公 司 ，纯 度 95%， 发 芽 率 80%， 净 度 98%）， 用 清 水 育 苗 培 养至 三 叶 龄 后 用 于水 培 试 验。 1.2试验 设 计 1.2.1 沼 液 氨 氮 脱 除 沼 液 氨 氮 脱 除 前， 先 在 沼 液 中 添 加 10g L -1 的 CaO，调 整 pH值 至 12，然 后于 75 、 40kPa条件下在 沼 液 减 压 脱 氨 处理系统中对 沼 液 进行 减 压 脱 氨 处理 1h，减 压 脱 氨 处理系统 及 操 作 流 程 详 见 文 献 12。 氨 氮 脱 除 后 沼 液 的 主要 水 质 参 数 如 表 1所 示 。 从 表 1中 可 知 ，在 沼 液 脱 氨 过程中， COD和 总 磷 质 量 浓 度 分 别 下 降了 约 40.13%和 82.49%， 其 主要 原 因 在于 CaO的 加 入 使 沼 液 pH值 上升 ，导致 磷 被 Ca 2+ 沉淀 10 ，同时 表 1脱氨 预 处理 前 后离 心 沼 液上 清 液 的 主 要水 质参 数 Table1Waterqualityofthesupernatantofbiogasslurrybeforeandafterammoniumnitrogenremoval 项目 氨 氮 质 量 浓 度 /mg L -1 化学 需 氧 量 /mg L -1 pH值 总 磷 质 量 浓 度 /mg L -1 电 导 率 /mS cm -1 硝 态 氮 质 量 浓 度 /mg L -1 脱 氨 前 1168 8.49 3163.45 5.25 7.6 0.07 221.24 0.33 15.36 0.33 3.58 0.06 脱 氨 后 91 1.41 1893.8 30.97 11.8 0.14 38.75 1.18 5.58 0.29 梁 飞 虹 ， 等 ： 基 于水 培 技 术 的 沼 液 净 化 及 生 菜 品 质提 升 789 农业环境科学学报 第 37卷第 4期 CaO本 身 具 有 絮 凝 作 用 ，沼 液 中的 悬浮 颗 粒 被 絮 凝 沉 淀 而 脱 除 13 ， 因此 沼 液 COD下 降 。 1.2.2 脱 氨 沼 液 的 pH值稳定 脱 氨 处理后的 沼 液采 用 CO 2吸收 的 方 式 来 调节 pH值 至 近 中性。 首 先将 脱 氨 后的 沼 液温 度 降低 至 室 温 后， 置 于 经 典 鼓 泡 反应 器 中并通 入 纯 CO 2 气 体 ，不 断 搅拌 ，使 CO 2 与 脱 氨 沼 液 充 分 接 触 并 反应 12 ，同时 测 试 脱 氨 沼 液 的 pH值 ， 当 pH值 降到 约 6.7时， 停 止 CO 2 吸收 （ 约 吸收 30min）。 此 时， 沼 液 即 可用 于生 菜 水 培 。 1.2.3 沼 液 水 培 生 菜 以 pH值稳定 后的 脱 氨 处理 沼 液 为水 培 溶 液 ，在 瑞 华 HP400GS-C型 智 能 人工 气 候 箱 中进行生 菜 的水 培 试验， 气 候 条件 模 拟 适 宜 生 菜 生长的 最 佳 条件 （ 首 先 在 16.5 、湿 度 60%条件下 黑 暗 处理 12h，再 在光 照 20000lx、 温 度 18 和 湿 度 60%条件下处理 9h， 然 后在光 照 12000lx、 温 度 18 及 湿 度 65%条件下 处理 3h，循 环 此设定 ） 14 ，并 以 生 菜 的 农 艺 学 性 状 （ 根 长、 株高 、生长 量 、叶 幅 、叶片数 ）、生理 学 性 状 （ 维 生 素 C含量 、叶 绿素含量 、还 原 糖 含量 、硝 态 氮 含量 和 根 系 活力 ）和 脱 氨 沼 液 培 养 前后的水 质 参 数 等 为指 标 15 ， 对水 培 后 沼 液 的 污 染 物 脱 除 性 能 及 生 菜 的 品 质 进行 研究 。 试验中， 以 脱 氨 沼 液 的 氨 氮 含量 作为 稀 释 指 标 ， 以 20mg L -1 的 氨 氮 界值 为 基 准 6 ， 将 脱 氨 沼 液 分 别 稀 释 5、 10、 15、 20、 25、 30倍 作为处理 组 ，并 以 化学 营 养 液 （ 由 北 京 绿 东 国创农业科 技 有 限 公 司 生 产 的叶 菜 类 专 用 肥 配 制 而 成 ）和 自 来 水作为对 照 组 ，每 3株 生 菜 供 应 培 养液 2L，每 隔 5d补充 相应 培 养液至 2L。 研究中， 从 生 菜 三 叶 龄 开 始 ， 35d后进行 各 项 指 标 测 定 15 。 1.3测试方法 1.3.1 沼 液 水 质 参 数 测定 沼 液 的 pH值 采 用 FE20型 pH计 （ 梅 特 勒 -托 利 多 国 际 股 份 有 限 公 司 ） 测 试， 电 导 率 （ EC） 采 用 DDS- 307A型 电 导 率 仪 测 试（ 上 海 仪电 科学 仪器 股 份 有 限 公 司 ）， 氨 氮 、 总 磷 （ TP） 含量 以 及 COD通过 Smart- Chem200全 自 动 化学 分析 仪 （ 意 大 利 AMS-Westco公 司 ） 测 试。 测 量 时 随 机 取 样 分析 。 1.3.2 生 菜 农 艺 学 性 状 测定 生长 量 采 用 精 度 为 0.01g的 电 子 天 平 测 量 ，称 量 前 用自 来 水 冲 洗 根 系 上 的 杂 物 ，吸 干 水分后，进行 称 量 。 由 于 供 试生 菜 的 初 始 生 物量 相 差 较 大 ，为 消 除 处 理前的 个 体 差异 ，更 好 地 反 映 植 物 生长 趋 势 ，引 入 相 对生长 量 ，可 采 用 下 式 进行 计 算 16 ： RG= W i -W 0 W 0 100% （ 1） 式 中 ： RG为 相 对生长 量 ； W 0 为处理前生 物量 ， g 株 -1 ； W i 为处理后生 物量 ， g 株 -1 。 生 菜 处于 自然 伸 展 状 态 时 ， 采 用 毫 米 刻 度 尺 测 量 其 根 长、 株高 及 叶 幅 17 。 1.3.3 生 菜 生理 学 性 状 测定 生 菜 的 还 原 糖 含量 和 硝 态 氮 含量 分 别 采 用 3， 5- 二 硝 基 水 杨 酸 法 与 硝 基 水 杨 酸 法 测定 ，根 系 活力 采 用 TTC法 测定 ，叶 绿素 （ 含 叶 绿素 a、叶 绿素 b和 类 胡萝 卜 素 ）与 维 生 素 C 含量 分 别 采 用 95%乙 醇 法 和 滴 定 法 进行 测定 17 。 2 结 果 与 讨论 2.1生 菜 水培对 沼 液 污染 物 脱除 效果 的影响 不同 稀 释 倍 数的 脱 氨 沼 液 用 于生 菜 水 培 35d 后， 其 表 观 浊 度 如 图 1所 示 。 经 过生 菜 水 培 处理后 ，脱 氨 沼 液 的 颜 色变 得 清 澈 ，表明 沼 液 浊 度 大 幅 下 降 ，这 可 能是 由 于在水 培 过程中， 生 菜 根 系分 泌 出 的 根际 物 质 促 进 了 脱 氨 沼 液 中 胶 体的 聚 沉 和 色 素 的 降 解 18 。 值 得 注 意 的 是 ，当 脱 氨 沼 液 稀 释 10倍 以 上用 于生 菜 水 培 时 ， 35d后 培 养 废 液 的 颜 色 接 近 于 清 水 。 b.水 培 后 a.水 培 前 图 1生 菜 水培 前 后 不同 稀释 倍 数 沼 液 的 浊 度表 观 图 Figure1Turbiditydiagramofbiogasslurrieswithdifferentdilution ratiosbeforeandafterlettucehydroponics 原 沼 液 脱 氨 沼 液 5 倍 稀 释 10 倍 稀 释 15 倍 稀 释 20 倍 稀 释 25 倍 稀 释 30 倍 稀 释 营 养 液 清 水 脱 氨 沼 液 5 倍 稀 释 10 倍 稀 释 15 倍 稀 释 20 倍 稀 释 25 倍 稀 释 30 倍 稀 释 清 水 790 第 32卷第 1期 2018年 4月 表 2 生 菜 水培 前 后 沼 液 的水 质指 标 变 化 Table2Waterqualityofbiogasslurrieswithdifferentdilutionratiosbeforeandafterlettucehydroponics 不同 稀 释 倍 数的 脱 氨 沼 液 水 培 后的 主要 水 质 参 数 如 表 2所 示 。 从 表 2可 看 出 ，脱 氨 沼 液 用 于水 培 生 菜 后， 沼 液 的 COD和 氨 氮 、 TP含量 大 幅 下 降 ， 其 中， 氨 氮 脱 除 率可 达 98.25%99.34%、 COD脱 除 率 为 83.68%96.04%、 TP脱 除 率 为 65.94%80.00%， 这 可 能是 由 于生 菜 吸收 了 脱 氨 沼 液 中的 营 养 物 质 ，而 氮 、磷 等 元 素 属 于生 菜 生长 所 必 需 的大 量 元 素 ，因此 水 培 生 菜 后 沼 液 中 氮 、磷 等物 质 含量 大 幅 下 降 。 值 得 注 意 的 是 ， 氨 氮 和 TP的 脱 除 率 随 着 稀 释 倍 数的增大 而 升 高 ，且 在 30倍 稀 释 情 形 下 达 到 最 大 值 ， 但 COD脱 除 率 随 着 稀 释 倍 数的增 加 而 降低 。 另 外， 从 20倍 稀 释 沼 液 开 始 ， 随 着 稀 释 倍 数的增 加 ，水 培 生 菜 后的 沼 液 中 COD和 氨 氮 、 TP含量 的 变 化 并不明显 。 因此 ， 如 从 沼 液 中 污 染 物 脱 除 性 能 角 度出发 ， 可 将 脱 氨 沼 液 稀 释 1520倍 后进行水 培 生 菜 。 如 从 节 约 稀 释 用 水 角 度来 综 合 考 虑 ，建 议 沼 液 稀 释 515倍 。 从农 田 灌溉 用 水 角 度 考 虑 ，用 水的 COD、 总 氮 和 总 磷 质 量 浓 度应 分 别 低 于 300、 30mg L -1 和 10mg L -1 ， 全 盐 量 应 低 于 1000mg L -1 （ 即 EC值 不 超 过 1333 S cm -1 ）， 且 pH值 不 高 于 8.5 19 。 从 表 1可 知 ， 原 沼 液 本 身 硝 态 氮 含量 仅 为 3.58mg L -1 ， 因此 ，水 培 后 ，水 培 废 液 中的 总 氮 含量 远 低 于 农 田 灌溉 用 水的 总 氮 标准 （表 2）。同时 ，从 表 2还 可 知 ，不 论 何 种 稀 释 倍 数 ， 脱 氨 沼 液 用 于生 菜 水 培 处理后 ，相 关 水 质 指 标均 优 于 农业 灌溉 用 水 标准 。 由 于 沼 液 中的 重金 属 含量 比 较 低 20 ， 因此 ，生 菜 水 培 能 够 有 效 净 化 脱 氨 沼 液 ， 且培 养 后的 废 液 可 以 直 接 排放 到农 田中 。 因此 ，从 净 化 后 沼 液 的表 观 浊 度 、污 染 物 脱 除 效 果、 稀 释 用 水 量 及培 养 后 沼 液 是 否 可用 于 农 田 灌溉 用 水 等 综 合 考 虑 ， 稀 释 515倍 是 值 得 考 虑 的 脱 氨 沼 液 稀 释 倍 数 。 2.2沼 液 水培对生 菜品质 的影响 一 般 而 言 ， 蔬 菜 的 品 质 分为外 观 品 质 、营 养 品 质 和 卫 生 品 质 ，其 中 营 养 品 质 可 采 用 维 生 素 C、还 原 糖 、 叶 绿素含量等 来反 映 ， 卫 生 品 质 主要 包括 农 药 残 留 、 污 染 物 残 留 以 及 硝 态 氮 含量等 3 。 由 于水 培 中 未 添 加 任 何 的 农 药 ，因 而 在 此仅 采 用 硝 态 氮 含量 来 说 明生 菜 的 卫 生 品 质 。 2.2.1 生 菜 的外 观 表 现及 相 对生长 量 分析 不同 稀 释 倍 数的 脱 氨 沼 液 水 培 生 菜 35d后， 生 菜 的外 观 表 现 型 如 图 2所 示 。水 培 中， 生 菜 的生长分 为地 上部 和地下 部 两 部 分， 当水 培 液 中 营 养 不 足 时， 生 菜 将 会 优 先 满 足 地下 部 的生长 ， 以使 根 系 更 发 达 而 获 得更 多 的 营 养 。 从 图 2可 知 ， 515倍 稀 释 的 脱 氨 沼 液 水 培 时，生 菜 地 上部 的外 观 表 现 与 营 养液 基 本一 致 ， 其 根 系长 度 与 营 养液 水 培 之 间 的 差异 并不显著 ， 但 根 系 更 短 （ 图 3a）， 说 明 515倍 稀 释 时， 脱 氨 沼 液 富 含 的 粗 纤维 、氮 、磷 、钾 、微 量 元 素等 生 菜 生长 所 需 的 营 养 物 质 浓 度 可 有 效 满 足 生 菜 的 营 养 需 求 21 ， 因 而 水 培 中生 菜 的地 上部 将 会 优 先 生长 。同时， 由 于 沼 液 中 还 含 有 氨 基 酸 、活 性 酶 、植 物 生长 激 素等物 质 22 ， 可 促 进生 菜 的生长 发 育 ，并 提 高 生 菜 的光合 能力 23 。 因 此 ，与 营 养液 水 培 情 形 相 比 ， 515倍 稀 释 沼 液 水 培 时，生 菜 的地 上部 更 发 达 ，外 观 品 质 更 佳 ， 总 体表 现 为 叶片数增 加 （ 图 3b）、叶 幅 变 宽 （ 图 3c）。 整 体 而 言 ， 稀 释 沼 液 水 培 生 菜 的叶片数和叶 幅 指 标 与 营 养液 组 差 异 并不显著 ， 仅 10倍 稀 释 沼 液 水 培 的生 菜 在叶片数 上 与 营 养液 组相 比 差异 显著 （ 图 3b）。 随 着 沼 液 稀 释 水 培 时 间 /d 营 养液 脱 氨 沼 液 稀 释 倍 数 5倍 10倍 15倍 20倍 25倍 30倍 0 6.11 0.06 6.76 0.03 6.69 0.08 6.81 0.01 6.80 0.04 6.90 0.03 7.03 0.02 35 6.78 0.02 8.50 0.07 8.36 0.03 8.45 0.11 8.34 0.03 8.54 0.24 8.38 0.13 0 17.00 1.41 378.82 2.70 189.41 4.00 126.26 2.64 94.70 5.44 75.76 2.99 63.13 2.74 35 2.00 0.49 15.00 0.21 20.7 0.50 11.6 0.42 14.7 0.49 12.3 0.50 10.3 0.49 0 1830 49.00 3417 59.00 1984 11.31 1549 20.51 1099 40.31 853 4.95 502 1.41 35 501 1.00 498 1.41 370 3.54 311 2.12 234 7.78 251 1.41 122 7.78 0 7.75 0.18 3.90 0.21 2.58 0.08 1.90 0.14 1.55 0.11 1.29 0.21 35 2.64 0.10 0.87 0.02 0.59 0.04 0.43 0.04 0.31 0.06 0.29 0.03 0 9.06 0.04 18.5 0.35 9.4 0.42 6.3 0.21 4.7 0.49 3.7 0.21 3.03 0.23 35 0.76 0.090 0.24 0.020 0.13 0.010 0.11 0.007 0.05 0.004 0.04 0.006 0.02 0.001 水 质 指 标 pH值 COD/mg L -1 EC/ S cm -1 TP/mg L -1 氨 氮 /mg L -1 梁 飞 虹 ， 等 ： 基 于水 培 技 术 的 沼 液 净 化 及 生 菜 品 质提 升 791 农业环境科学学报 第 37卷第 4期 倍 数的增 加 ，沼 液 中 富 含 的 营 养 元 素含量 过 低 ，已 无 法 满 足 生 菜 的 正 常 生长，进 而 使 生 菜 发 生 畸 形 生长 ， 失 去 了 生 产 优势 生 菜 的 价 值 ，如 图 2所 示 ，具 体表 现 为 根 长大 幅 增 加 、 株高 变 矮 （ 图 3a）， 其 中 根 长与 营 养 液 组 之 间 的 差异 显著 。 从 生 菜 相 对生长 量 角 度来 看 ，与 营 养液 水 培 情 形 相 比 ， 脱 氨 沼 液 水 培 的生 菜 相 对生长 量 更 高 ，尤 其 是 510倍 稀 释 时，生 菜 相 对生长 量 增 加 超 过 60%， 两 者 与 营 养液 组 之 间 的 差异 显著 （ 图 3d）。 其 原 因 可 能 在 于 两 者 之 间 根 系 吸收 与 物 质 同 化 能力 不同 。 图 4反 映 了 不同水 培 液 培 养 后生 菜 的 根 系 活力 。 根 系 活力是以 脱 氢 酶活 性（ 以 四 氮 唑 还 原 强 度 表 示 ）为指 标 ，酶活 性 的 高低 与 底 物 浓 度相 关 。 如 图 4所 示 ，与 化学 营 养液 水 培 相 比 ， 稀 释 5倍 和 10倍 的 脱 氨 沼 液 水 培 的生 菜 根 系 活力 略 有 降低 ，但差异 并不显著 ，这 说 明 此 时 沼 液 中的 营 养 元 素 与 矿 物 质 浓 度 较 高 ， 能 完 全 满 足 生 菜 根 系 吸收 及 自 身需 求 6， 24 ， 因 而 脱 氢 酶酶 促 反应 可 达 到 过 饱 和 状 态 （处于 0级 反应 阶 段 ）， 故 其 根 系 活力 只 图 2脱氨沼 液 栽 培 35d后 的生 菜表 现 型 Figure2Phenotypeoflettucecultivatedbybiogasslurrywith differentdilutionratiosfor35days 图 3 不同 水培 液 培养 后 的生 菜 农 艺 学特 征 Figure3Agronomiccharacteristicsoflettucecultivatedindifferenthydroponicsolutions 稀 释 5 倍 稀 释 10 倍 稀 释 15 倍 稀 释 20 倍 稀 释 25 倍 稀 释 30 倍 营 养 液 清 水 400 300 200 100 0 营 养液 * 株高 根 长 * * 10倍 清 水 20倍 25倍 30倍 5倍 15倍 50 45 40 35 30 营 养液 10倍 清 水 20倍 25倍 30倍 5倍 15倍 *：以 营 养液 为 参 比 ， =0.1。下同 *： Comparedwiththechemicalnutrientsolution， =0.1.Thesamebelow 200 160 120 80 40 0 营 养液 * * * 10倍 清 水 20倍 25倍 30倍 5倍 15倍 d.生 菜 相 对生长 量 a.生 菜 根 长与 株高 c.生 菜 叶 幅 13 11 9 7 5 营 养液 * * 10倍 清 水 20倍 25倍 30倍 5倍 15倍 b.生 菜 叶片数 80 70 60 50 40 30 20 10 0 营 养液 * * * 10倍 清 水 20倍 25倍 30倍 5倍 15倍 图 4不同 水培 液 培养 后 生 菜 的 根系 活 力 Figure4Rootactivityoflettucecultivatedindifferent hydroponicsolutions 792 第 32卷第 1期 2018年 4月 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 营 养液 10倍 清 水 20倍 25倍 30倍 5倍 15倍 需 发 挥 到 适 量 时，生 菜 即 能 正 常 生长 。当 脱 氨 沼 液 稀 释 15倍 时，生 菜 的 根 系 活力 大 幅 提 升 至 最 大 值 ，与 营 养液 组相 比 差异 显著， 说 明 此 时 测 试 沼 液 中的 营 养 元 素 与 矿 物 质 含量可 能 刚 好 满 足 生 菜 的生长 ，因 而 脱 氢 酶酶 促 反应 处于 1级 反应 阶 段 ，酶活 性 最 高 ，故 根 系 活力 较 高 。 但 随 着 沼 液 稀 释 倍 数的 继 续 增 加 ， 营 养 元 素 与 矿 物 质 含量 继 续 下 降 ， 根 系 无 法 吸收 到 充 分的 营 养 ，脱 氢 酶 没 有