沼液在稻田的精確施用及其環(huán)境效應(yīng)研究

楊潤，孫欽平，趙海燕，鄒國元，劉本生，李戀卿*

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境研究所，南京 210095；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100097；3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095）

沼液在稻田的精確施用及其環(huán)境效應(yīng)研究

楊潤1，孫欽平2*，趙海燕3，鄒國元2，劉本生2，李戀卿1*

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境研究所，南京 210095；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100097；3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095）

為探究沼液在稻田中的適宜用量，通過田間試驗(yàn)，研究不同氮素水平的沼液（0、90、157.5、225、292.5、562.5 kg·hm-2）對水稻產(chǎn)量、氮素利用率、田面水無機(jī)氮?jiǎng)討B(tài)變化、土壤殘留無機(jī)氮以及稻田氨揮發(fā)的影響。結(jié)果表明，水稻籽粒產(chǎn)量隨沼液氮素施用量的變化符合線性加平臺模型，沼液在水稻種植中的最佳氮素施用量為213.9 kg·hm-2；施用沼液顯著增加了田面水銨態(tài)氮濃度，施用沼液3 d后，田面水銨態(tài)氮濃度迅速降低，而田面水硝態(tài)氮初始濃度無明顯變化；稻田氨揮發(fā)總量隨沼液氮素施用量的增加而顯著增加，且主要集中在沼液施用后的一周內(nèi)，氨揮發(fā)所引起的氮素?fù)p失占沼液氮素量的14.52%～17.64%；等氮量施用的沼液和化肥相比，水稻產(chǎn)量、氮素利用率、氮素農(nóng)學(xué)生產(chǎn)率和土壤殘留無機(jī)氮均無顯著差異，而單位稻谷產(chǎn)量的氨揮發(fā)量顯著降低22.6%。由此可見，稻田合理施用沼液具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

沼液；水稻；氮素利用率；氨揮發(fā)

近年來，隨著養(yǎng)殖業(yè)的集約化發(fā)展，畜禽糞便等廢棄物的污染已成為影響環(huán)境的突出問題。為實(shí)現(xiàn)糞污無害化處理和能源化利用，畜禽養(yǎng)殖場紛紛建設(shè)沼氣工程，這些工程發(fā)揮了巨大的作用，已成為重要的節(jié)能減排技術(shù)[1]。沼氣工程的發(fā)展產(chǎn)生了大量的沼液[2]，沼液中含有豐富的有機(jī)物質(zhì)和氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素及各種氨基酸、有機(jī)酸等生物活性物質(zhì)[3]。這些物質(zhì)能直接被植物吸收，對于改良土壤，提高土壤養(yǎng)分及農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)都有積極作用[4-6]。日益增長的沼液處理需求對沼液的資源化利用提出了新的挑戰(zhàn)，沼液在儲存過程中會揮發(fā)大量的NH3、CH4、N2O和CO2等[7]氣體，引起大氣污染，同時(shí)不合理施用的沼液在遇強(qiáng)降雨天氣時(shí)，可能隨雨水形成地表徑流，進(jìn)而成為水體富營養(yǎng)化的潛在威脅，推高了農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)。

農(nóng)田消納沼液是目前較易實(shí)施且行之有效的處理辦法。稻田作為人工濕地生態(tài)系統(tǒng)，具備土壤-微生物-植物復(fù)合系統(tǒng)的自我調(diào)控功能以及對污染物的綜合凈化能力[8]，尤其是南方較成熟的水稻產(chǎn)區(qū)，犁底層發(fā)育良好，滲漏風(fēng)險(xiǎn)較小[9]，在農(nóng)田消納沼液中具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。稻田施用沼液，能提高土壤的有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，同時(shí)可以提高土壤的酶活性[10]。就水稻產(chǎn)量和品質(zhì)而言，沼液比常規(guī)施肥有利于提高稻谷產(chǎn)量與稻谷中蛋白質(zhì)和礦質(zhì)元素的積累[11]。但沼液在稻田的施用，也可能引發(fā)新的環(huán)境問題，如氨揮發(fā)是目前稻田消解沼液較難避免的主要環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[12]。國內(nèi)關(guān)于沼液在稻田中施用的適宜用量尚無定論，如何在維持水稻產(chǎn)量和維護(hù)稻田環(huán)境的前提下，獲取沼液施用的適宜用量也是目前研究的熱點(diǎn)之一。本文在江蘇肥料投入量較大的環(huán)太湖地區(qū)，通過田間試驗(yàn)，研究不同沼液施用量下水稻產(chǎn)量、氮素利用率、稻田田面水無機(jī)氮濃度、土壤殘留無機(jī)氮含量以及稻田氨揮發(fā)等環(huán)境效應(yīng)，為探索稻田合理消納沼液提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

田間試驗(yàn)位于江蘇省宜興市丁蜀鎮(zhèn)蓮花蕩農(nóng)場（119°52′E，31°15′N），毗鄰太湖。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫在15～17℃，年平均降雨量1100 mm。供試土壤為水稻土，整體肥力較高，農(nóng)作制為稻麥輪作。供試沼液來自周邊豬場沼氣工程。土壤和沼液的基本理化性質(zhì)見表1和表2。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)Table 1 The basic chemical properties of the experimental soil

表2 供試沼液的基本理化性質(zhì)Table 2 The basic chemical properties of the biogas slurry

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)設(shè)6個(gè)不同沼液用量處理以及1個(gè)化肥處理，每個(gè)處理設(shè)4次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。試驗(yàn)小區(qū)面積30 m2（6 m×5 m），小區(qū)四周做埂，并用地膜覆蓋相隔用于防止相鄰小區(qū)間田面水的串水，四周設(shè)置保護(hù)行。以當(dāng)?shù)赝扑]化肥施肥量（氮素225 kg·hm-2）作為沼液氮素100%優(yōu)化用量。處理①為不施肥處理（CK），處理②為沼液氮素優(yōu)化用量的40%（ZY40%），處理③為沼液氮素優(yōu)化用量的70%（ZY70%），處理④為沼液氮素優(yōu)化用量的100%（ZY100%），處理⑤為沼液氮素優(yōu)化用量的130%（ZY130%），處理⑥為沼液氮素優(yōu)化用量的250%（ZY250%），處理⑦為化肥處理（HF100%），其氮素投入與沼液氮素優(yōu)化用量100%的氮投入相同。試驗(yàn)中沼液和化肥氮按常規(guī)水稻氮肥施用時(shí)期分3次施用（苗期、分蘗末期和穗期分別占總量的40%、26.7%和33.3%），各處理磷、鉀肥作為底肥一次性施用，折合P2O5、K2O 45 kg·hm-2。氮、磷、鉀化肥分別用市售尿素、過磷酸鈣及氯化鉀。供試水稻品種為南粳46，于2015年6月15日移栽，11月4日收獲，生產(chǎn)期142 d。各小區(qū)其他田間管理措施均保持一致。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

在每次沼液或肥料施用后，連續(xù)10 d采集田面水（不擾動(dòng)水層，隨機(jī)選取3處，混合水樣），測定其銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度（AA3流動(dòng)分析儀分析法）。氨揮發(fā)采用田間原位測定法[13]（通氣法）：在每次施肥后連續(xù)10 d采集吸附氨海綿塊，用2 mol·L-1KCl溶液提取銨態(tài)氮后測定氨揮發(fā)量并計(jì)算單位面積的氨揮發(fā)量。在水稻收獲期采集植株及土壤（0～15 cm），測水稻地上部氮素吸收量與土壤無機(jī)氮（KCl浸提-AA3流動(dòng)分析儀分析法）。水稻收獲時(shí)每小區(qū)取2 m2脫谷實(shí)測產(chǎn)量。

1.4 計(jì)算公式和數(shù)據(jù)處理

根據(jù)氮素利用率評價(jià)原理和方法，本文中：氮素利用率=（施肥處理地上部吸氮量-不施肥處理地上部吸氮量）/施氮量×100%；氮素農(nóng)學(xué)利用率=（施肥處理稻谷產(chǎn)量-不施肥處理稻谷產(chǎn)量）/施氮量，氨揮發(fā)氮素?fù)p失=（施肥處理氨揮發(fā)累積量-不施肥處理氨揮發(fā)累積量）/施氮量×100%，土壤無機(jī)氮?dú)埩?（土壤銨態(tài)氮含量+土壤硝態(tài)氮含量）×土壤容重×土層深度/10。

本文采用Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析和多重比較（LSD檢驗(yàn)），處理間差異顯著性水平定為P＜0.05。采用線性加平臺模型擬合水稻種植中沼液氮素效應(yīng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼液施用量對水稻產(chǎn)量和土壤殘留無機(jī)氮的影響

如圖1所示，水稻產(chǎn)量隨著沼液施用量的增加先增加后基本保持不變，ZY100%處理水稻產(chǎn)量最高，為10.00 t·hm-2，比CK處理顯著提高25.2%；當(dāng)沼液氮素施用量大于225 kg·hm-2時(shí)，水稻產(chǎn)量呈現(xiàn)平臺反應(yīng)，即隨著沼液氮素施用量的增加水稻產(chǎn)量基本保持不變。水稻產(chǎn)量隨沼液施用量的變化符合線性加平臺模型，將沼液施用量與水稻產(chǎn)量運(yùn)用線性加平臺模型擬合（圖1），由方程計(jì)算得出，沼液氮素最佳施用量為213.9 kg·hm-2，對應(yīng)水稻產(chǎn)量為9.90 t·hm-2。當(dāng)沼液氮素施用量低于213.9 kg·hm-2時(shí)，水稻產(chǎn)量與沼液氮素施用量呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系，每千克沼液氮可增加水稻產(chǎn)量9.05 kg。從圖1還可以看出，土壤殘留無機(jī)氮含量隨沼液氮素施用量的增加持續(xù)增加，比CK處理提高17.40%～52.46%。

圖1 不同沼液氮素施用量下水稻產(chǎn)量與土壤殘留無機(jī)氮含量Figure 1 Rice yield and the soil residual Nminafter harvest of the different biogas slurry application rate

2.2 沼液施用量對水稻氮素利用率的影響

水稻地上部氮素吸收量和氮素利用率的結(jié)果見表3。水稻地上部氮素吸收量隨著施氮量的增加而增加，ZY250%處理水稻地上部氮素吸收量最高，為202.2 kg·hm-2，與CK處理相比顯著增加45.89%。水稻氮素利用率隨著沼液氮素施用量增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在90～225 kg N·hm-2范圍內(nèi)水稻氮素利用率增加，在225～562.5 kg N·hm-2范圍內(nèi)水稻氮素利用率呈現(xiàn)下降趨勢。等氮量的沼液和化肥處理（ZY100% 與HF100%）處理間水稻氮素利用率無顯著差異。

從氮素農(nóng)學(xué)利用率變化來看，ZY250%處理最低，與ZY40%、ZY70%和ZY100%處理相比，其氮素農(nóng)學(xué)利用率顯著降低56.85%～60.13%，而ZY100%與HF100%處理間無顯著差異。

2.3 沼液施用量對稻田田面水無機(jī)氮濃度的影響

由圖2可知，田面水銨態(tài)氮濃度隨沼液施用量的增加而顯著增加。本試驗(yàn)在6月24日、8月5日和8月22日分三次追施沼液和化肥，3次追施沼液后3 d內(nèi)田面水銨態(tài)氮濃度的平均值依次為22.32～57.38、10.17～38.38、7.05～21.30 mg·L-1，與CK相比，分別提高1.0～4.1、6.41～26.9、18.5～57.9倍。與HF100%處理相比，ZY100%處理施沼液后3 d內(nèi)銨態(tài)氮濃度的平均值分別提高0.27、3.76、2.29倍。3 d后田面水銨態(tài)氮濃度迅速降低并趨于穩(wěn)定，與CK相比無顯著差異。

表3 不同沼液用量下水稻氮素吸收量及氮素利用率Table 3 The rice nitrogen uptake and nitrogen use efficiency of the different treatments

施用沼液和化肥對田面水硝態(tài)氮濃度無明顯影響（圖3）。各處理的田面水硝態(tài)氮濃度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在沼液和化肥施用后3～6 d內(nèi)達(dá)到最大值，6 d后逐漸下降并趨于穩(wěn)定。各處理田面水硝態(tài)氮濃度均低于2.0 mg·L-1，處理間無顯著差異。

2.4 沼液施用量對稻田氨揮發(fā)的影響

圖2 不同處理間稻田田面水銨態(tài)氮?jiǎng)討B(tài)變化Figure 2 Dynamic of N-N in surface water of different treatments

不同沼液施用量下稻田氨揮發(fā)的動(dòng)態(tài)變化見圖4。稻田氨揮發(fā)速率一般在沼液追施后顯著提高。氨揮發(fā)速率在第一次施用沼液后10 d內(nèi)均較高，在后兩次追施中施入沼液后的一周內(nèi)揮發(fā)速率較高，隨后逐漸降低并趨于穩(wěn)定。各沼液處理氨揮發(fā)的峰值分別出現(xiàn)在沼液施用后的第8 d、第1 d和第7 d，分別達(dá)到6.72～10.34、2.31～11.02、2.20～12.07 kg·hm-2·d-1。化肥處理氨揮發(fā)的峰值分別出現(xiàn)在施肥后的第2 d、第1 d和第7 d，分別達(dá)到7.63、4.63、3.81 kg·hm-2·d-1。

氨揮發(fā)量隨著沼液施用量的增加而提高，與CK相比，各沼液處理氨揮發(fā)累積量增加0.57～3.35倍，單位產(chǎn)量的氨揮發(fā)累積量顯著增加0.67～2.84倍（表4）。與相同施氮量的化肥處理相比，ZY100%處理氨揮發(fā)累積量無明顯差異，但單位產(chǎn)量的氨揮發(fā)量顯著降低22.6%。水稻整個(gè)生育期內(nèi)的氨揮發(fā)量占沼液氮素施用量的14.52%～17.64%，占化肥施氮量的19.22%，各處理間氨揮發(fā)引起的氮素?fù)p失率無顯著差異。

3 討論

圖3 不同處理間稻田田面水硝態(tài)氮?jiǎng)討B(tài)變化Figure 3 Dynamic of N-N in surface water of different treatments

圖4 不同處理間氨揮發(fā)速率的動(dòng)態(tài)變化Figure 4 The dynamic of ammonia volatilization rate of different treatments

表4 不同沼液用量對稻田氨揮發(fā)累積量及氮素?fù)p失率的影響Table 4 Effects of different biogas slurry treatments on ammonia volatilization and nitrogen loss rate in paddy field

本研究結(jié)果表明，水稻產(chǎn)量隨著沼液氮素施用量的增加而增加，當(dāng)施沼液氮素量超過213.9 kg·hm-2，水稻產(chǎn)量基本保持穩(wěn)定，不再提高。岑湯校等[14]研究表明，單季稻施用不同用量沼液能夠取得不同程度的增產(chǎn)，且效果較明顯。這可能是由于沼液中除含有大量的速效養(yǎng)分外，還含有各種氨基酸、有機(jī)酸、抗菌物質(zhì)等生物活性物質(zhì)，可作為能源為土壤微生物利用，激發(fā)土壤微生物的活性[15]，從而有利于水稻產(chǎn)量的增加。然而水稻產(chǎn)量的增加是在一定的施氮范圍內(nèi)，侯云鵬等[16]研究也表明，施氮量在60～180 kg·hm-2范圍內(nèi)水稻產(chǎn)量隨氮肥用量的增加而顯著增加，當(dāng)超過180 kg·hm-2時(shí)水稻產(chǎn)量不會繼續(xù)增加。這可能是由于氮素過量，引起水稻徒長，產(chǎn)量不僅沒有增加，反而可能有所降低。本研究中，氮素利用率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在沼液施用量達(dá)到225 kg N·hm-2時(shí)，氮素利用率達(dá)到最高。楊紹聰?shù)萚17]和楊梢娜等[18]研究也表明，水稻氮素利用率有相似的變化趨勢，分別在施用化肥255 kg N·hm-2和210 kg N·hm-2時(shí)達(dá)到最高。這可能是由于當(dāng)?shù)亻L期過量施用氮肥，導(dǎo)致土壤中氮素含量較高。在沼液施用量較低時(shí)水稻地上部氮素吸收量較不施肥處理無明顯增加，從而呈現(xiàn)較低的氮素利用率；當(dāng)沼液施用量過高時(shí)，供應(yīng)的氮超過水稻的農(nóng)學(xué)需氮量，水稻對氮素的吸收增加不顯著，而且水稻產(chǎn)量也無明顯增加，從而造成氮素利用率和氮素農(nóng)學(xué)利用率降低。因此，沼液在稻田中的適宜用量應(yīng)使氮素投入量符合水稻的農(nóng)學(xué)需氮量。

本研究顯示，沼液施用后的3 d內(nèi)田面水的銨態(tài)氮濃度顯著增加，隨后迅速降低，而沼液施用對田面水硝態(tài)氮初始濃度無明顯影響，田面水硝態(tài)氮濃度呈現(xiàn)先上升后下降并趨于穩(wěn)定的趨勢。這可能是由于沼液中氮素主要以銨態(tài)氮形式存在，一般情況下沼液中銨態(tài)氮占總氮量的70%以上[19]，本試驗(yàn)所用沼液中銨態(tài)氮占總氮量的74.8%。沼液中大量的銨態(tài)氮屬于速效養(yǎng)分，水稻對銨態(tài)氮的吸收以及田面水下滲使得其中的銨態(tài)氮被土壤吸附，同時(shí)還伴隨著氨揮發(fā)以及部分銨態(tài)氮通過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，多方面作用使得田面水中的銨態(tài)氮濃度迅速降低。田面水硝態(tài)氮濃度升高可能是沼液施灌初期較強(qiáng)的硝化作用所致，而后隨著水稻的吸收或硝態(tài)氮的淋失作用，田面水硝態(tài)氮濃度降低。王子臣等[20]和李喜喜等[21]的研究也表明，田面水無機(jī)氮濃度有相似的變化趨勢，本研究與大多研究結(jié)果基本一致。由于沼液施灌后的3 d內(nèi)田面水銨態(tài)氮濃度較高，此時(shí)若產(chǎn)生地面徑流，將推高周邊水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)。因此，施用沼液后的3 d內(nèi)是控制稻田產(chǎn)生地表徑流、降低水體富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵時(shí)期，施用沼液前應(yīng)密切注意天氣情況，避免在施用后的3 d內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣。本研究還顯示，等氮量的沼液處理田面水銨態(tài)氮濃度顯著高于化肥處理，可能與尿素的水解速率有關(guān)，尿素水解產(chǎn)生銨態(tài)氮需要一定的時(shí)間。因此，尿素施用后3 d內(nèi)田面水銨態(tài)氮的含量顯著低于沼液處理。

一般情況下，氨揮發(fā)損失占稻田氮素?fù)p失的42.2%～72.0%[22]，是氮素?fù)p失的重要途徑。本研究結(jié)果表明，氨揮發(fā)量隨著沼液施用量的增加而顯著增加，并且主要發(fā)生在沼液施用后的7～10 d。水稻不同生育期施用沼液氨揮發(fā)峰值的出現(xiàn)時(shí)間不同，可能與當(dāng)時(shí)的天氣情況以及水稻對養(yǎng)分的吸收能力強(qiáng)弱有關(guān)。苗期施用沼液時(shí)，在施用后的3～7 d，連續(xù)陰雨，并且苗期植株根系不發(fā)達(dá)，對養(yǎng)分的吸收能力較弱，隨著天氣的好轉(zhuǎn)，氨揮發(fā)速率明顯加快；分蘗末期施用沼液時(shí)，正處于三伏天氣，溫度高，地面蒸發(fā)強(qiáng)烈，同時(shí)水稻對養(yǎng)分的吸收能力較強(qiáng)，因此水稻在該生育期氨揮發(fā)峰值出現(xiàn)時(shí)間較早；穗期施用沼液時(shí)，天氣情況與苗期類似。鄧歐平等[23]研究表明，沼液施用后的前7 d是稻田氨揮發(fā)的關(guān)鍵時(shí)期，唐良梁等[24]研究表明，稻田氨揮發(fā)主要發(fā)生在施肥后的7 d內(nèi)。這可能是由于施用沼液顯著提高了田面水的銨態(tài)氮濃度，而田面水銨態(tài)氮濃度是影響稻田氨揮發(fā)的主要因素之一[25]。因此，如何在施肥后一周內(nèi)減少氨揮發(fā)引起的氮素?fù)p失是未來研究的重要內(nèi)容之一。

本試驗(yàn)還表明，等氮量沼液處理與化肥處理相比，水稻產(chǎn)量和氮素利用率均無明顯差異，單位產(chǎn)量的氨揮發(fā)累積量顯著降低。張進(jìn)等[26]研究表明，與常規(guī)施肥相比，沼液處理的稻谷產(chǎn)量沒有顯著提高，但是明顯降低了水稻的生產(chǎn)成本。這說明稻田施用沼液在保障水稻產(chǎn)量平穩(wěn)的前提下，還緩解了沼液帶來的環(huán)境壓力。但本研究顯示，在2.5倍沼液氮素施用條件下，其殘留的土壤無機(jī)氮和氨揮發(fā)累積量大幅增加，田面水中的無機(jī)氮也最高，而水稻產(chǎn)量沒有顯著增加，并且其氮素利用率和氮素農(nóng)學(xué)利用率顯著降低。這說明稻田施用沼液需要確定適宜用量，通過不同沼液施用量數(shù)據(jù)擬合得出農(nóng)田合理消納沼液的最佳施用量，以達(dá)到在保障水稻較高產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，降低其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的目的。

4 結(jié)論

（1）水稻產(chǎn)量隨著沼液施用量的變化符合線性加平臺模型。根據(jù)線性加平臺模型擬合得出，本試驗(yàn)條件下，最佳的沼液氮素施用量是213.9 kg·hm-2，最佳氮素施用量下的產(chǎn)量達(dá)到9.90 t·hm-2。

（2）沼液處理顯著增加了稻田田面水的銨態(tài)氮濃度，對田面水硝態(tài)氮濃度無明顯影響，并顯著增加了稻田氨揮發(fā)累積量。沼液施用后的1～3 d內(nèi)，銨態(tài)氮濃度降幅達(dá)到56.40%～92.58%；氨揮發(fā)主要發(fā)生在沼液施用后的一周內(nèi)，且引起的氮素?fù)p失占沼液氮素量的14.52%～17.64%。

[1]李淑蘭,鄧良偉.2007年我國畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理的宏觀政策及技術(shù)進(jìn)展[J].豬業(yè)科學(xué),2008（1）：70-72.

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Precision application of biogas slurry and its environmental effects in paddy fields

YANG Run1,SUN Qin-ping2*,ZHAO Hai-yan3,ZOU Guo-yuan2,LIU Ben-sheng2,LI Lian-qing1*
（1.Institute of Resources,Ecosystem and Environment for Agriculture,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China;2.Institute of Plant Nutrition and Resources,Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences,Beijing 100097,China;3.College of Resources and Environmental Sciences Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China）

A field experiment was conducted to study the effects of biogas slurry application on rice yield,nitrogen（N）use efficiency,surface water mineral nitrogen（Nmin）dynamics,soil Nmin,and ammonia volatilization.The results showed that rice yield had a positive linear relationship with the applied biogas slurry sourced N rate when it was less than 213.9 kg·hm-2,and rice yield could be increased by 9.05 kg per 1 kg biogas slurry sourced N applied.However,rice yield was not increased further when the biogas slurry sourced N input was higher than 213.9 kg·hm-2.Given this,it was indicated that 213.9 kg·hm-2may be the reasonable application rate for this paddy field.The soil mineral N residue increased linearly with the increase of N application rate after harvest.After the slurry application,the NH+4-N concentration in the surface water was reduced rapidly,and then gradually become stable,whereas slurry application had no significant effect on NO-3-N concentration in the surface water.Ammonia volatilization mainly happened in the first week after fertilizer application,and the N loss caused by ammonia volatilization accounted for 14.52%～17.64%of the biogas slurry sourced N application rate.Compared to chemical fertilizer application,the rice grain yield,nitrogen use efficiency,and soil Nminwere similar under biogas slurry application with the same amount of N,whereas the ammonia volatilization intensity（kg NH3per kg rice yield）was significantly reduced by 22.6%.According to the results of this study,the rational use of biogas slurry in paddy fields could have good economic and environmental benefits.

biogas slurry;rice;nitrogen use efficiency;ammonia volatilization

X703

A

1672-2043（2017）08-1566-07

10.11654/jaes.2016-1617

2016-12-16

楊潤（1992—），男，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)面源污染防控研究。E-mail：yangrun92@163.com

*通信作者：孫欽平E-mail：sunqp@126.com；李戀卿E-mail：lqli@niau.edu.cn

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201303089-2）

Project supported：Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest（201303089-2）

楊潤，孫欽平，趙海燕，等.沼液在稻田的精確施用及其環(huán)境效應(yīng)研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36（8）：1566-1572.

YANG Run,SUN Qin-ping,ZHAO Hai-yan,et al.Precision application of biogas slurry and its environmental effects in paddy fields[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（8）：1566-1572.