連續(xù)3年定位施用沼液對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

毛曉月，伍 鈞，孟曉霞，魏 珂，張智慧，田冬梅，鮮 楊

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，四川成都 611130；2.四川省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，四川成都 610041；3.瀘州市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川瀘州 646000）

連續(xù)3年定位施用沼液對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

毛曉月1，伍 鈞1，孟曉霞2，魏 珂3，張智慧1，田冬梅1，鮮 楊1

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，四川成都 611130；2.四川省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，四川成都 610041；3.瀘州市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川瀘州 646000）

為探討沼液連續(xù)長期農(nóng)用的可行性，研究了連續(xù)3年定位施用沼液對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。以規(guī)?；B(yǎng)殖場豬糞尿發(fā)酵的沼液作為肥源，在四川省邛崍市固驛鎮(zhèn)黑石村黃壤性水稻土上種植水稻，分別設(shè)置1個清水處理對照（1#），1個常規(guī)施肥處理對照（2#）和10個不同施用量沼液處理（分別為3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#），研究不同量沼液處理對水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，適量沼液施用能不同程度地提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。在后2年沼液施用量水平高于第1年施用水平的情況下，隨著沼液施用量的增加，后2年水稻的產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和礦質(zhì)元素含量呈現(xiàn)明顯的變化趨勢。沼液處理下，每年最高水稻產(chǎn)量比常規(guī)施肥處理的產(chǎn)量分別提高9.9%，87.2%，69.8%；第1年稻米蛋白質(zhì)含量較后2年高，且隨著沼液施用量的增加呈先增加后減少的趨勢；隨著沼液施用量的增加，后2年稻米中Mg、Fe、Mn、Cu含量均呈先上升后下降的趨勢，Zn含量呈上升趨勢；而第1年稻米中Cu、Zn含量有明顯變化趨勢，Mg、Fe、Mn含量變化無明顯規(guī)律。表明適量的沼液施用比常規(guī)化肥處理更有利于水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的提高，當(dāng)沼液施用量控制在3 200～5 300 kg/hm2時，水稻產(chǎn)量和品質(zhì)維持在相對較高的水平。

沼液；水稻；產(chǎn)量；品質(zhì)

近年來沼氣事業(yè)在國家的高度重視和扶持下蓬勃發(fā)展，沼氣工程大量應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖等行業(yè)，以沼氣工程為紐帶的生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式也日漸成熟［1-5］。然而，經(jīng)沼氣工程處理的畜禽廢水仍然達(dá)不到直接排放的要求，由于諸多條件的限制，目前大多數(shù)養(yǎng)殖場根本不具備沼液后續(xù)處理的能力，使得沼氣工程產(chǎn)生的大量沼液成為新的污染源，加劇了周邊水體和大氣環(huán)境的污染，因此，沼液去向給當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)業(yè)環(huán)境帶來了新的難題［6-7］。

沼液是一種腐熟水溶性速效肥，不僅含有較多的N、P、K等營養(yǎng)元素，還含有豐富的生長激素、氨基酸、有機質(zhì)、腐殖酸等營養(yǎng)物質(zhì)，以及各種微量元素，可以替代化肥農(nóng)用［8-12］。本研究以田間小區(qū)試驗，研究連續(xù)3年施用沼液對水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，探究沼液用于水稻種植時的最佳施用量，為沼液合理農(nóng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

水稻：選擇當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)品種，宜香481-秈型水稻。

沼液：四川金利有限公司生豬養(yǎng)殖場已發(fā)酵完全的沼液，發(fā)酵原料主要是通威飼料飼養(yǎng)的養(yǎng)豬場豬糞尿。3年水稻種植所施沼液的具體成分見表1。

化肥：尿素、鉀肥（氯化鉀）、磷肥（過磷酸鈣）、有機復(fù)合肥、硼砂。

表1 施用的沼液基本成分Tab.1 Basic properties of biogas slurry app lied

表2 原始土壤基本理化性質(zhì)及重金屬含量Tab.2 Basic physical and chem ical p roperties and heavy m etal contents of the original soil

1.2 試驗地點

試驗地點設(shè)在四川省邛崍市固驛鎮(zhèn)新安鄉(xiāng)黑石村3組某農(nóng)戶的責(zé)任田，該試驗田為淺丘區(qū)黃壤性水稻土，地勢較為平坦，排灌方便。第1年水稻于2009年5月開始，第2年水稻于2010年5月開始，第3年水稻于2011年5月開始。原始土壤的基本理化性質(zhì)見表2。

1.3 試驗方案

本試驗共設(shè)置12個處理，每個處理設(shè)置3次重復(fù)。其中包括1個清水對照處理（1#）、1個常規(guī)施肥處理（2#）和10個純沼液處理（分別為3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#）。各小區(qū)面積為20 m2（5 m×4 m），各處理之間間隔距離40 cm，各重復(fù)之間間隔距離50 cm，小區(qū)四周壘土埂，用塑料薄膜包埂，四周設(shè)保護(hù)行。稻秧苗按常規(guī)方法進(jìn)行培育，每小區(qū)定植秧苗288穴，折合為9 600穴/hm2。3年水稻種植的沼液施用量設(shè)計如表3所示。

表3 各試驗小區(qū)每年沼液施用量設(shè)計Tab.3 The design of con tent of biogas slurry app lied in treatm ent p lots each year kg/hm2

1.4 樣品采集及測定

稻米成熟采收后，按實收計算各小區(qū)產(chǎn)量。稻米的蛋白質(zhì)含量用半微量凱氏法測定，稻米礦質(zhì)元素用原子吸收分光光度法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

由Excel 2007和SPSS 13.0軟件完成數(shù)據(jù)分析，采用單因素方差分析法和LSD法進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，用Origin 8.0軟件完成制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 連續(xù)3年定位施用沼液對水稻產(chǎn)量的影響

連續(xù)3年定位施用沼液對水稻產(chǎn)量的影響如圖1所示。3年沼液施用量分別為1 250（7#），3 600（8 #），4 600 kg/hm2（8#）時，水稻產(chǎn)量相應(yīng)達(dá)到最大值5 542，8 668，8 208 kg/hm2，分別比每年清水對照處理的產(chǎn)量提高15.5%，145.1%，228.3%，比每年常規(guī)化肥處理的產(chǎn)量提高9.9%，87.2%，69.8%。水稻產(chǎn)量各處理方差分析結(jié)果表明，第1年（F= 0.542 0，P=0.855 1）處理間差異不顯著，第2年（F= 34.974 0，P=0.000 1）和第3年（F=42.594 0，P=0.000 1）處理間差異極顯著，說明第1年水稻種植時，由于土壤原始肥力較好，各處理沼液施用量較少，施用沼液對第1年水稻產(chǎn)量的影響較小，而后2年水稻種植時，各處理沼液施用量增加，對水稻產(chǎn)量的影響明顯增強。

從圖1可知，隨著沼液施用量的增加，3年水稻產(chǎn)量均呈先升高后降低的趨勢。但清水處理對照中水稻產(chǎn)量逐年降低，表明土壤自身肥力不能夠滿足農(nóng)作物正常生長所需的營養(yǎng)成分。其中第2年處理5～12水稻產(chǎn)量為3年中最高，產(chǎn)量最高的處理分別比第1年和第3年高56.4%，5.6%，施用沼液的優(yōu)勢較為突出，說明適量的沼液施用比常規(guī)化肥施用更有利于水稻產(chǎn)量增加，沼液用量過高或過低都對水稻增產(chǎn)不利。

以上結(jié)果說明，后2年水稻除處理3和4外，其他沼液處理下水稻產(chǎn)量顯著高于清水和常規(guī)化肥2個對照處理；為了維持水稻較高的產(chǎn)量，應(yīng)將沼液施用量控制在適宜的范圍內(nèi)，針對試驗田當(dāng)?shù)赝寥篮驼右禾攸c，當(dāng)沼液施用量在3 200～5 300 kg/hm2時，水稻的產(chǎn)量可維持在相對較高水平。

2.2 連續(xù)3年定位施用沼液對稻米蛋白質(zhì)含量的影響

根據(jù)LSD檢驗及田間試驗結(jié)果（圖2）可知，沼液施用對稻米中蛋白質(zhì)含量影響較大。由圖2可知，除常規(guī)化肥處理外，其他處理第1年稻米中蛋白質(zhì)含量均高于后2年，其原因可能是由于原始土壤的肥力較好，所含氮素水平高，所以施用沼液對蛋白質(zhì)的影響效果不明顯。而第2，3年沼液處理的稻米中蛋白質(zhì)含量高于清水處理卻低于常規(guī)化肥處理，其原因可能是沼液和化肥中都含有氮素，但沼液中氮素含量較化肥低。第1年稻米中蛋白質(zhì)含量隨沼液用量的增加呈先升高后降低的趨勢，第2年3#～ 8#處理和9#～12#處理分別在7.0%～8.0%，8.1%～8.9%間波動，而第3年則呈微弱的上升趨勢，這和相應(yīng)年份稻米中Zn含量的變化趨勢相同。這是因為Zn是蛋白質(zhì)合成的輔助因子，Zn的存在促進(jìn)了蛋白質(zhì)的合成。

圖1 不同沼液施用量對水稻產(chǎn)量的影響Fig.1 E ffects of different am oun ts of biogas slurry on yield of rice

圖2 不同沼液施用量對稻米蛋白質(zhì)含量的影響Fig.2 The effects of app lying different am oun ts of biogas slurry on content of protein of rice

2.3 連續(xù)3年定位施用沼液對稻米礦質(zhì)元素的影響

由圖3-7所示，隨著沼液施用量的增加，第2，3年的Mg、Fe、Mn、Cu含量均呈先上升后下降的趨勢，Zn含量呈上升趨勢；而第1年稻米中Cu和Zn的含量隨沼液施用量的增加分別呈上升趨勢和先上升后下降的趨勢，Mg、Fe、Mn含量變化無明顯規(guī)律。相對于第1年，沼液處理的后2年稻米Mg含量較高，平均值分別為286.68，293.50 mg/kg，分別比第1年稻米Mg含量（112.89 mg/kg）高出153.94%，159.99%，且第1年處理間Mg含量及與清水處理和常規(guī)化肥處理稻米中Mg含量都無明顯變化。3年稻米中Fe和Cu含量隨沼液施用量增加的變化走勢相似，第1年水稻種植施用沼液對稻米Fe和Cu含量變化影響較小，而后2年影響有所增強，而第1年稻米Fe和Cu含量總體高于后2年。由圖5，7可知，3年稻米中Mn和Zn含量隨沼液施用量增加的變化走勢相似，第2，3年各處理間稻米Mn和Zn含量明顯低于第1年，其中Mn含量下降程度最大的是12#處理，分別降低了72.65%，38.32%，而后2年沼液處理的稻米Zn含量（第2年平均值：24.33 mg/kg；第3年平均值：25.33 mg/kg）平均比第1年（平均值為39.53 mg/kg）分別下降了38.45%，35.92%。以上結(jié)果說明第2，3年種植水稻的土壤中Fe、Cu、Mn、Zn元素有所流失，長期施用適當(dāng)量的沼液可以使稻米中礦質(zhì)元素含量增加。

圖3 不同處理間稻米中M g含量Fig.3 Contents of M g of rice in each treatm ent

圖4 不同處理間稻米中Fe含量Fig.4 Con tents of Fe of rice in each treatm ent

圖5 不同處理間稻米中M n含量Fig.5 Con tents of M n of rice in each treatm en t

圖6 不同處理間稻米中Cu含量Fig.6 Con tents of Cu of rice in each treatm ent

圖7 不同處理間稻米中Zn含量Fig.7 Contents of Zn of rice in each treatm ent

3 結(jié)論與討論

沼液是一種優(yōu)質(zhì)的有機液體肥料，含有N、P、K等各種營養(yǎng)元素［13］。施用沼液能有效提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)［14-15］。本試驗結(jié)果表明，10個沼液處理隨著其施用量的增加，第1年水稻產(chǎn)量無明顯變化趨勢，且與清水對照和常規(guī)對照相比無優(yōu)勢，其原因在于第1年水稻種植時其土壤肥力本身較高，不同沼液量帶入的養(yǎng)分未對土壤總養(yǎng)分起到明顯的影響；后2年水稻除處理3#和4#外，其他沼液處理后水稻產(chǎn)量顯著高于清水和常規(guī)化肥2個對照處理，其中第2年水稻產(chǎn)量最高，產(chǎn)量最高的處理（8#）分別比第1，3年高出56.4%，5.6%，這與岑湯校等［16］的研究結(jié)果相似，這說明在后2年沼液施用量水平顯著高于第1年施用水平的情況下，適量的沼液施用比常規(guī)化肥處理更有利于提高水稻產(chǎn)量。

后2年稻米蛋白質(zhì)含量隨著沼液施用量的增加而有所增加，楊澤敏等［17］認(rèn)為，稻米蛋白質(zhì)含量隨所施養(yǎng)分中含氮量的增加而增加，但不同品種的農(nóng)作物增加幅度不同。伍鈞等［18］認(rèn)為玉米蛋白質(zhì)含量隨沼液施用量增加而增加的原因在于沼液中銨態(tài)氮在厭氧發(fā)酵過程中損失較少，從而促進(jìn)玉米蛋白質(zhì)的積累。史一鳴［19］研究表明，稻谷中的粗蛋白含量隨著沼液施用量增加有顯著提高。第1年沼液處理對稻米蛋白質(zhì)影響效果不明顯，其原因是第1年原始土壤的肥力本身較好且沼液施用量較低，所施沼液沒有起到完全主導(dǎo)作用。因此，為了既保證水稻產(chǎn)量同時又提高稻米營養(yǎng)品質(zhì)，必須選擇合適的沼液施用量。

礦質(zhì)元素Mg、Fe、Mn、Cu、Zn對水稻生長具有重要作用，其含量對水稻的生長發(fā)育、品質(zhì)等有不同程度的影響。本試驗中，隨著沼液施用量增加，大部分處理中稻米的Mg、Fe、Mn、Cu含量呈先上升后下降的趨勢，Zn含量呈上升趨勢，這說明施用適量沼液對水稻吸收礦質(zhì)元素有一定促進(jìn)作用，這與唐微等［20］研究結(jié)果相似。

由于本試驗是對所種植區(qū)域連續(xù)3年定位施用沼液，所以對水稻種植區(qū)域施用了大量沼液，趙鳳蓮等［21］研究指出，長期施用沼液的土壤氮素殘留較高，且氮淋洗損失也會增加，李劍睿等［22］研究表明，沼液的大量施用會增加氨揮發(fā)損失。因此，不僅要考慮沼液帶來的經(jīng)濟(jì)效益，還要考慮其對環(huán)境的影響，所以要選擇合理控制沼液施用量及正確的田間管理方式，以提高沼液中營養(yǎng)成分的利用率。

沼液作為優(yōu)質(zhì)的液體肥料，不但能為農(nóng)作物提供生長所需的各種養(yǎng)分，且比常規(guī)化肥更有利于水稻產(chǎn)量及品質(zhì)的提高；但是需要將沼液施用量控制在一定范圍內(nèi)，且連續(xù)合理施用才有利于水稻增產(chǎn)。綜合考慮3年水稻生長情況，當(dāng)沼液施用量控制在3 200～5 300 kg/hm2時，水稻產(chǎn)量較高，稻米品質(zhì)維持在相對較高的水平，且有利于沼液長期農(nóng)用。

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Effects of Three-year Continuous App lication of Digested Biogas Slurry on Yield and Quality of Rice

MAO Xiaoyue1，WU Jun1，MENG Xiaoxia2，WEIKe3，ZHANG Zhihui1，TIAN Dongmei1，XIAN Yang1
（1.College of Environment，Sichuan Agricultural University，Chengdu 611130，China；2.Sichuan Research Institute of Environmental Protection，Chengdu 610041，China；3.Luzhou Central Station of Environmental Monitoring，Luzhou 646000，China）

Study on the effects of three-year continuous application of digested biogas slurry on yield and quality of rice，in order to exp lore the feasibility of long-term and continuous application of digested biogas slurry in agriculture.Biogas slurry which were fermented with large-scale farms pig manure as fertilizer source，grow rice at yellow-brown paddy soil in Heishi Village，Guyi Town，Qionglai City，Sichuan Province.The study set a control group（1#）thatwas fertilized by water，a control group（2#）that was fertilized by chemical fertilizer and 10 experimental groups（3#，4#，5#，6#，7#，8#，9#，10#，11#，12#）were fertilized by different amount of biogas slurry，study the effect on different amount of biogas slurry application on rice yield and quality.The results showed that a suitable amount application of biogas slurry could increase rice yield and quality in different degrees.The biogas slurry application level of later two years was higher than that of the first year，in this case，with the application content of biogas slurry increased，the yield，protein content and mineral elements content of rice in the later two years changed obviously.Each year the highest rice yield of biogas slurry treatmentwas increased by 9.9%，87.2%，69.8%than that of conventional fertilization treatment.The protein content of first year rice wasmore than that of the later twoyears and firstly increased and then decreased with the application content of biogas slurry increased.Mg，F(xiàn)e，Mn，Cu content of the later two years firstly increased and then decreased and Zn content gradually increased with the application content of biogas slurry increased；Cu，Zn content of the first year changed obviously but Mg，F(xiàn)e，Mn content not.The results indicated that the right amount of biogas slurry application wasmore beneficial than conventional fertilizer treatment to the improvement of rice yield and quality，the yield and quality of rice wasmaintained at a relatively high level when the biogas slurry application rate was controlled in the range of 3 200 to 5 300 kg/ha.

Biogas slurry；Rice；Yield；Quality

X712；S141 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-7091（2016）03-0218-07

10.7668/hbnxb.2016.03.032

2016-03-17

四川省科技支撐項目（2014NZ0045）；國家科技支撐計劃項目（2008BADC4B0X-4）

毛曉月（1991-），女，四川仁壽人，在讀碩士，主要從事污染環(huán)境生物修復(fù)研究。

伍 鈞（1962-），男，四川中江人，教授，博士，主要從事環(huán)境污染化學(xué)與生態(tài)修復(fù)研究。