随着我国集约化畜禽养殖业的迅速发展，养殖场畜禽粪便和污水对周边环境的污染日益突出，严重制约了畜牧业的快速发展。2009年全国畜禽粪污产生32.64亿t，为同期工业固体废弃物产生总量的1.6倍^[1]；2010年全国畜禽养殖业排放的化学需氧量和氨氮分别占全国排放总量的45%和25%^[2]。养殖粪污中含有丰富的有机质和氮磷等营养物质，如不经处理直接排放会造成水体的富营养化^[3]。目前，国内外提出了一系列养殖粪污处理工艺技术，包括厌氧发酵处理技术^[4,5,6]、氧化塘处理技术^[7,8]、人工湿地净化技术^[9,10]等，其中厌氧发酵处理结合农田利用是现阶段经济可行的处理方法^[11]。已有研究表明，养殖废水中大量有机态氮、磷，经过固液分离、厌氧消化和灭菌处理后，COD去除率可达85%~90%，经厌氧处理有利于有机态氮、磷转化为植物易吸收利用的NH₄⁺和PO_-4^3[12]。因此，养殖废水经过简单处理后转变为水肥资源循环利用是资源循环利用和控制养殖污染的最佳途径^[13]，不仅可以利用其丰富的营养物质，还可以替代农业对化肥资源的消耗。

目前，国内外已经开展了大量再生水灌溉作物的研究，但多集中在城市污水及工业废水再生^[14,15,16]，也有将养殖污水厌氧消化后的液体用于水稻、玉米等大田作物和蔬菜作物的报道^[17]，但绝大部分研究是针对户用沼气池的沼渣和沼液，将发酵液与沼渣一起作为肥料，以研究对作物生长发育、产量、品质及抗病性等影响为目的，因而对于适宜的猪场厌氧水灌溉浓度范围则知之甚少。本研究从油麦菜生长、产量及品质角度分析了猪场厌氧肥水设施油麦菜灌溉的可行性，提供一条猪场肥水油麦菜安全农田循环利用的技术模式，将对合理利用猪场厌氧水灌溉蔬菜提供重要的理论依据和实践指导。 1 材料与方法 1.1 试验区概况

试验于天津市西青区杨柳青镇益利来养殖场塑料大棚内进行。该区地处华北平原东北部，地势低平，是华北平原典型农区，土壤类型为中壤质潮土，耕层基础肥力全氮0.66 g·kg^-1，铵态氮4.94 mg·kg^-1，硝态氮21.27 mg·kg^-1，全磷0.60 g·kg^-1，速效磷41.05 mg·kg^-1，土壤pH值为7.98。供试品种为纯香油麦菜（Lactuca sativa L.），2013年11月8日定植，株距为10~15 cm，行距为20 cm，12月23日收获，生长期共计45 d。

天津益利来养殖有限公司常年猪出栏约10 000头，每天排放养殖废水20~40 t。水处理工程于2007年建立，一直稳定运行。废水处理系统包括收集预处理组件、厌氧微生物发酵组件、深度处理系统等。猪场废水通过排污沟渠汇集到预处理池过滤和匀浆，在自控系统控制下提升至100 m3高效塞流式厌氧反应器（滞留期5 d，温度25~30 ℃），最后进入稳定贮存及深度净化系统（占地面积360 m2，由布水槽、砂滤池、鹅卵石表曝坡、高效菌藻塘组成），从而转化成蔬菜易于利用的水肥一体化的灌溉肥水。猪场肥水水质见表 1。

表 1 猪场肥水水质 Table 1 Water quality of anaerobic effluent from pig farm

表选项

试验采用框栽畦埂法，边框设计规格为长1.2 m、宽1 m、深0.6 m，框材厚度0.25 cm，材质为不锈钢。定植前施肥整地，0~20 cm表层土壤均匀混施有机肥30 t·hm^-2。试验设6个处理（表 2），每个处理重复3次，随机区组排列。灌溉方式为畦内漫灌，小区灌水定额为150 L，分6次灌溉，每次灌水量根据各生育期需水量而定。6个处理的灌水时间、灌溉频率、单次灌溉量均一致。

表 2 试验处理 Table 2 Experimental design

表选项

取每个小区具有代表性的5株植株，测定其鲜重、株高、叶片数。叶片洗净，剪碎混匀，储存于4 ℃冰箱中备用。植株茎叶中硝酸盐含量采用蒸馏水沸水浴浸提30 min并用水杨酸-硫酸溶液显色后，用紫外分光光度法测定；维生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定；可溶性糖采用蒽酮法测定；丙二醛含量采用硫代巴比妥酸比色法测定^[18]。 1.4 数据分析

数据采用SPSS V17.0进行差异显著性分析，用Duncan新复极差法在0.05水平上检测。 2 结果与分析 2.1 猪场肥水灌溉对设施油麦菜生长的影响

不同稀释比例猪场肥水灌溉对设施油麦菜生长的影响见表 3。结果表明，油麦菜鲜重和株高均呈现T3、T2、T1、CK、T4>T5的趋势。与CK相比，T3处理株鲜重和株高分别增加了17.67%和12.5%，虽然T3与CK施氮量相当，但猪场肥水氮磷存在形态更利于植物吸收，从而使一体化的水肥耦合效应提高了养分的利用率^[17,19]。T1处理导致油麦菜存活率仅为78%。T5处理可能因为养分投入严重缺乏^[20]，导致油麦菜鲜重、株高和叶片数均最小，且株高和叶片数与其他处理相比差异均达到5%显著水平。

表 3 不同处理对油麦菜生长的影响 Table 3 Effects of different treatments on growth of leafy lettuce

表选项

硝酸盐含量是评价蔬菜安全品质的重要指标之一，蔬菜中硝酸盐含量较高时会对人体产生毒害作用，直接影响人体健康^[21]。本试验中油麦菜硝酸盐含量呈现T1>T2>T3、T4、CK>T5的趋势（图 1），表明随灌溉猪场肥水浓度增加导致输入的氮量增加，由此引起油麦菜硝酸盐含量显著增加。T3和T4处理和CK相比无显著差异，其他各处理间均达到5%显著差异水平。T1处理油麦菜硝酸盐含量高达3 148.62 mg·kg^-1，是CK处理硝酸盐含量的1.71倍，高于《农产品安全质量无公害蔬菜安全要求》（GB 18406.1—2001）中对叶菜类蔬菜硝酸盐含量限值3000 mg·kg^{-1 [22]}，其余处理均未超过该限值。

图 1 不同处理下油麦菜硝酸盐含量 Figure 1 Nitrate content of leafy lettuce in different treatments

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维生素C是蔬菜营养品质的一个重要指标，蔬菜维生素C含量的高低和人类健康有着极为密切的关系。猪场肥水灌溉油麦菜维生素C含量以T2、T3和CK处理较高（图 2），均在28 mg·100 g^-1左右，且处理间差异不显著，表明适当浓度的猪场肥水有利于维持较高的油麦菜维生素C含量。T1、T4、T5处理与CK相比维生素C含量均显著降低，T1处理与对照相比下降55%，表明过高浓度或过低浓度的猪场肥水灌溉可显著降低油麦菜维生素C含量。

图 2 不同处理下油麦菜维生素 C 含量 Figure 2 Ascorbic acid content of leafy lettuce in different treatments

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可溶性糖是植物光合的主要产物，也是碳水化合物代谢和暂时贮藏的主要形式^[23]。由图 3可知，油麦菜可溶性糖含量随猪场肥水稀释比例的增加而降低，呈现CK、T1、T2>T3、T4、T5的趋势。与CK处理相比，除T1和T2处理可溶性糖含量无显著差异外，其他处理均显著降低，T5处理含量最小，比CK处理降低了36.36%，说明较低浓度的猪场肥水灌溉不利于油麦菜可溶性糖的积累。这可能与P、K等元素的缺乏使糖分在体内的运输和转化受阻有关^[24]，其机理还有待进一步研究。

图 3 不同处理下油麦菜可溶性糖含量 Figure 3 Soluble sugar content of leafy lettuce in different treatments

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从图 4看出，猪场肥水灌溉的油麦菜，叶片中MDA含量与空白对照相比均呈现降低趋势，降幅在27.06%~38.38%范围内，且肥水稀释灌溉处理（T2~T5）显著低于CK，但肥水稀释灌溉处理间不存在显著性差异；未稀释肥水灌溉（T1）与CK相比有所降低，但差异不显著，表明适宜浓度猪场肥水能有效降低油麦菜叶片MDA含量，抑制膜脂过氧化作用，从而保护蔬菜体免受氧自由基的侵害。

图 4 不同处理下油麦菜丙二醛含量 Figure 3 Content of MDA in leafy lettuce in different treatments

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铜锌是养殖饲料主要添加剂，有助于畜禽生长，但大部分重金属元素会随着动物粪便排出^[25]，所以铜锌成为养殖肥水灌溉研究的重要测定指标^[13,26]。猪场肥水灌溉对油麦菜铜锌含量的影响如图 5，结果表明不同处理下油麦菜铜的含量不存在显著性差异，说明猪场肥水灌溉对油麦菜铜含量影响不大。和CK相比，T1、T2、T3和T4灌溉处理下油麦菜锌含量略有降低，但没有达到显著性差异，T5处理油麦菜锌含量显著下降，比CK处理降低7.83%。说明猪场肥水灌溉不会对油麦菜的铜锌含量造成显著的影响。

图 5 不同处理下油麦菜铜锌含量 Figure 3 Content of Cu and Zn in leafy lettuce in different treatments

图选项

猪场肥水中含有丰富的氮磷等元素，且经过厌氧处理后，大多以有效态形式存在，有利于植物的吸收。本研究结果显示，与CK处理相比，T3处理植株鲜重和株高分别增加了17.67%和12.5%，说明适宜浓度的养殖肥水灌溉会提高油麦菜产量，但是较低浓度猪场肥水因养分含量较少而不利于油麦菜生长，过高浓度肥水也会产生抑制作用，甚至降低存活率。这可能是因为高浓度的猪场肥水灌溉造成土壤溶液浓度过高，影响根系内外的水势，不利于营养元素扩散，根系不能充分吸收，从而影响养分向地上部运输，影响植株的生长发育^[27]。此外，肥水带入的高浓度氨可能会引起膜脂过氧化而形成毒害作用^[28]。

养殖肥水中的氮素含量很高，虽然经过厌氧处理，且以铵态氮为主要形态存在，但灌溉后进入土壤的氮素，在适宜条件下仍需1～2 周才完全硝化^[29]，所以肥水灌溉所引起的蔬菜硝酸盐累积风险仍需要重点关注。本研究中油麦菜硝酸盐含量随着灌溉肥水量的增加而增加，肥水量越大施入的氮量越多，T1处理油麦菜硝酸盐含量高达3 148.62 mg·kg^-1，是CK处理硝酸盐含量的1.71倍。这主要是因为植物积累硝酸盐的根本在于其吸收量超过还原同化的量。随着灌溉肥水量的增加，蔬菜从土壤中吸收的硝态氮也增加，而硝态氮还原的速度赶不上吸收的速度，从而造成硝酸盐的大量积累^[30]。马英等^[26]研究了猪场厌氧水灌溉对番茄的影响，结果表明污水灌溉和混水灌溉条件下番茄的硝酸盐、亚硝酸盐含量均有增加趋势，但都低于蔬菜硝酸盐、亚硝酸盐含量标准值，与本研究结果相似。但长期养殖肥水灌溉下土壤硝酸盐积累以及硝酸盐淋溶情况还有待于进一步研究。

本研究表明适宜浓度的猪场肥水（T3）灌溉油麦菜有利于维持较高的维生素C含量，章明奎等^[13]利用养殖污水灌溉蔬菜时也发现能够显著增加维生素C含量。孙广辉^[31]也发现厌氧养殖肥水比单施化肥更有助于提高甘蓝维生素C含量，但厌氧肥水灌溉量增大到一定程度反而对甘蓝维生素C含量有降低作用。T3处理下油麦菜可溶性糖含量与对照处理相比下降了18.3%，而T1、T2处理下可溶性糖含量较高，因为与正常施肥对照相比，T3处理虽氮量施入相当，但磷钾的施入量不足。有研究表明钾肥在提高作物可溶性糖含量的效果要大于氮磷肥^[32]，所以如果将适当浓度肥水灌溉应用于生产实践，应配施一定量的磷钾肥，才可以确保获得更优的蔬菜品质。植物器官在逆境下遭受伤害会发生膜脂过氧化作用，MDA是膜脂过氧化的最终分解产物，常被用来表征植物在逆境时生物膜是否受到伤害以及受伤害的程度^[33]。MDA的积累可能对膜和细胞造成一定的伤害，并且可与蛋白质、核酸和氨基酸等活性物质交联，形成不溶性的化合物，从而干扰细胞的正常生命活动。本试验中适宜浓度的养殖肥水灌溉能有效抑制油麦菜MDA水平，有人在水培小白菜和萝卜的试验中发现了相同的结论，可能因为再生肥水激活了植物体内抗氧化因子，提高植物清除体内自由基的能力，进而促进其生长^[34]。 4 结论

（1）适宜浓度的猪场肥水灌溉有利于促进油麦菜生长、提高鲜重，维持较高的维生素C含量，显著抑制油麦菜叶片中的MDA含量，但同等浓度下油麦菜可溶性糖含量较低，建议使用猪场肥水灌溉时应配施一定量的磷钾肥。猪场肥水灌溉不会显著影响油麦菜的铜锌含量。

（2）油麦菜硝酸盐含量随着灌溉厌氧水氮浓度的增加而增加，稀释灌溉都未超出《农产品安全质量无公害蔬菜安全要求》（GB 18406.1—2001）中对叶菜类蔬菜硝酸盐含量限值，说明适宜浓度猪场厌氧水灌溉不会存在硝酸盐积累的风险，但是本试验开展时间较短，对于长期灌溉的影响还有待进一步研究。

（3）综合考虑油麦菜产量、品质指标，猪场厌氧肥水与清水1∶2稀释灌溉模式较好，按照该模式进行油麦菜连茬种植，万头猪场年产生的肥水需要配套4.34 hm2油麦菜设施大棚才能够完全消纳。但猪场肥水长期灌溉土壤营养元素均衡问题、土壤质量和地下水污染风险问题还需要进一步考虑。