沼渣與化肥配施對玉米生長及土壤理化性狀的影響

有婧儀，楊守軍，張忠蘭，張華東

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院，山東 煙臺 264670)

隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)集約化、規(guī)?；目焖侔l(fā)展，在保障肉蛋奶充足供應(yīng)的同時(shí)，又存在畜禽糞污亂排亂放的問題，這一問題成為農(nóng)業(yè)面源污染的新生增長點(diǎn)。為有效遏制和減少農(nóng)業(yè)面源污染，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)施種養(yǎng)結(jié)合和有機(jī)肥替代化肥方案，推進(jìn)資源的循環(huán)利用和農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展。

基于厭氧發(fā)酵的沼氣工程綠色新技術(shù)，雖然能為畜禽糞污的無害化處理提供合理有效的解決方法，但在環(huán)保優(yōu)先的新形勢下也對沼渣沼液的及時(shí)消納提出了新的工藝要求[1-2]。沼渣是沼氣發(fā)酵殘余物，因其含有較全面的有機(jī)和無機(jī)固形物，具有速緩兼?zhèn)涞姆市攸c(diǎn)，施用后能明顯的改善土壤質(zhì)地，促進(jìn)農(nóng)作物品質(zhì)和產(chǎn)量的提升[3]。王家軍等[4]研究表明，常規(guī)施肥與沼渣配施對株高、莖粗和產(chǎn)量的增加效果顯著。劉芳等[5]認(rèn)為沼渣配施100%氮素養(yǎng)分可顯著提高土壤中堿解氮、速效磷和速效鉀的含量。由于沼渣種類不同，施用工藝與頻次各異，因此施用效果也有所不同。本研究以玉米為試材，研究沼渣與化肥不同配施比例對土壤理化性質(zhì)、玉米產(chǎn)量與品質(zhì)以及經(jīng)濟(jì)效益的影響，以期實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中購買性資源投入最低化、廢棄資源高效循環(huán)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，為沼渣大田應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)于2017年5月5日至9月15日進(jìn)行，試驗(yàn)地點(diǎn)為中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院試驗(yàn)基地。試驗(yàn)土壤為棕壤土，其堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為130.3、66.6和208.8 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量1.66%，pH 值5.5。試驗(yàn)材料為登海-605玉米(ZeamaysL.)。試驗(yàn)所用的沼渣為山東某厭氧發(fā)酵工程產(chǎn)生的沼渣，其速效氮、有效磷、速效鉀含量分別為2.41%、0.59%和0.61%，有機(jī)質(zhì)含量為46.8%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共5個處理，3次重復(fù)。處理1：CK，無任何肥料施用；處理2：100%HF，純化肥施用；處理3：40%ZF+60%HF，40%沼渣與60%化肥配施；處理4：60%ZF+40%HF，60%沼渣與40%化肥配施；處理5：80%ZF+20%HF，80%沼渣與20%化肥配施。玉米株行距分別為60和33 cm，目標(biāo)產(chǎn)量為7 496.25 kg/hm2，肥料總施入量N-P2O5-K2O=651.12-187.85-415.74 kg/hm2。沼渣用量以氮含量進(jìn)行折算，所缺磷、鉀養(yǎng)分以化肥補(bǔ)齊。基肥、拔節(jié)肥、穗肥、花粒肥分別于5月5日、6月1日、6月22日、7月7日施用，施氮量分別占總氮的60%、11%、25%和4%，具體施肥情況見表1～4。

表1 基肥施用情況 (kg/hm2)

表2 拔節(jié)肥施用情況 (kg/hm2)

1.3 研究方法及測試

分別在玉米的苗期(05-20)、拔節(jié)期(06-05)、抽穗期(06-28)和完熟期(07-20)進(jìn)行樣品采集。每個處理隨機(jī)選取3株長勢相近的玉米，測定其株高和莖粗，并取其穗部葉片用于葉綠素測定。采用5點(diǎn)取樣法，采集0～20 cm的土壤，風(fēng)干、磨細(xì)用于土壤有機(jī)質(zhì)、pH值、堿解氮、有效磷、速效鉀的測定。于玉米收獲期進(jìn)行產(chǎn)量和玉米品質(zhì)的檢測。葉綠素測定采用蒽酮浸提法[6]；土壤有機(jī)質(zhì)、pH值、堿解氮、有效磷、速效鉀的測定分別采用重鉻酸鉀外加熱法、水溶-酸度計(jì)法、堿解擴(kuò)散法、鉬銻抗比色法和火焰光度法[7]；籽粒粗蛋白含量、粗淀粉含量和粗脂肪含量分別采用凱氏法、DNS法和索氏提取法[8-10]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著差異法(LSD)處理顯著差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼渣與化肥配施對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

沼渣的施用明顯提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和80%ZF+20%HF處理土壤有機(jī)質(zhì)含量在玉米苗期分別比對照增加了7.44%、11.3%和15.2%。從表5可以看出，沼渣處理土壤有機(jī)質(zhì)含量在玉米拔節(jié)期、抽穗期和完熟期的變化趨勢與玉米苗期相似，其中80%ZF+20%HF處理土壤有機(jī)質(zhì)含量在玉米完熟期分別是對照、40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和100%HF處理的1.25、1.11、1.05和1.23倍。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明，土壤有機(jī)質(zhì)的含量與沼肥施用量呈較好的正相關(guān)關(guān)系。

表5 沼渣與化肥配施對耕作層土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響 (%)

注：不同小寫字母表示處理間在5%水平下差異顯著。下同。

2.2 沼渣與化肥配施對土壤速效養(yǎng)分含量的影響

由圖1得知，100%HF處理土壤堿解氮在玉米播種后苗期、拔節(jié)期、抽穗期其含量均最高，其次為40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF、80%ZF+20%HF和對照。至玉米完熟期，40%ZF+60%HF處理土壤的堿解氮含量最高，分別為對照、60%ZF+40%HF、80%ZF+20%HF、100%HF的1.10、1.01、1.05和1.08倍。統(tǒng)計(jì)分析表明，在玉米整個生育期內(nèi)60%ZF+40%HF和80%ZF+20%HF處理間堿解氮含量差異不明顯。沼渣與化肥配施對土壤有效磷和速效鉀含量的影響與堿解氮相似。

圖1 沼渣與化肥配施對耕作層土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量的影響

2.3 沼渣與化肥配施對土壤pH值的影響

沼渣與化肥配施對土壤pH值的影響如圖2所示。沼渣處理的土壤pH值隨玉米生長期的延長逐漸升高，而對照和100%HF處理土壤pH值則呈下降趨勢。在玉米苗期、拔節(jié)期，80%ZF+20%HF與60%ZF+40%HF處理、60%ZF+40%HF和40%ZF+60%HF處理以及40%ZF+60%HF與對照和100%HF處理間土壤pH值無顯著差異；至玉米完熟期，各處理的土壤pH值差異明顯，80%ZF+20%HF處理土壤pH值分別比對照、40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和100%HF處理增加了5.3%、2.5%、0.8%和6.1%。

圖2 沼渣與化肥配施對耕作層土壤pH值的影響

2.4 沼渣與化肥配施對玉米生長發(fā)育特性的影響

苗期葉片葉綠素含量以100%HF處理最高，分別比對照、40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和80%ZF+20%HF增加了70.1%、11.4%、27.8%和28.2% 。數(shù)據(jù)表明，葉片葉綠素含量與化肥施用量呈正相關(guān)關(guān)系。與100%HF處理相比，對照處理葉片葉綠素含量在玉米整個生育期呈下降趨勢，而沼渣處理葉片葉綠素含量在玉米拔節(jié)期、抽穗期與100%HF處理間差異逐漸縮小。至玉米完熟期，40%ZF+60%HF處理葉片葉綠素含量最高，但與60%ZF+40%HF處理差異不明顯(表6)。

表6 沼渣與化肥配施對葉片葉綠素含量的影響 (mg/g，F(xiàn)W)

2.5 沼渣與化肥配施對玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表7可知，與對照相比，沼渣處理和100%HF處理玉米粗蛋白含量明顯升高，以80%ZF+20%HF為最高，分別比對照、40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和100%HF處理增加了35.4%、41%、39.3%、11.9%。與玉米粗蛋白含量不同，沼渣處理粗脂肪、粗淀粉含量雖明顯高于對照和100%HF處理，且統(tǒng)計(jì)分析表明處理間有顯著差異。各處理中粗淀粉含量的變化情況與粗蛋白含量相似。與對照相比，玉米產(chǎn)量以40%ZF+60%HF處理最高，分別比對照、60%ZF+40%HF、80%ZF+20%HF和100%HF處理增加了29.9%、2.4%、5.4%、4.8%。

表7 沼渣與化肥配施對玉米籽粒品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

3 討論

土壤有機(jī)質(zhì)具有改良土壤理化性質(zhì)和提高土壤保肥、供肥的能力，從而使土壤肥力得到改善[11]。本研究發(fā)現(xiàn)，與對照相比較，40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF、80%ZF+20%HF的土壤有機(jī)質(zhì)含量均明顯提高，且與沼肥施用量呈較好的正相關(guān)關(guān)系。這與沈連鋒[12]研究結(jié)果“沼渣中含有纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素等難以降解的有機(jī)物質(zhì)施入土壤后，在眾多微生物作用下，最終轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥烙袡C(jī)質(zhì)”相一致。

土壤理化性質(zhì)一直被用來作為表征土壤肥力質(zhì)量的指標(biāo)，直接影響植物的生長[13]。在玉米的苗期、拔節(jié)期和抽穗期，100%HF處理土壤的速效養(yǎng)分含量始終高于其它處理，但在玉米的完熟期40%ZF+60%HF處理土壤的速效養(yǎng)分含量卻最高。這可能是因?yàn)榛手叙B(yǎng)分屬于速效養(yǎng)分，而沼渣中養(yǎng)分具有速緩兼?zhèn)涞奶匦?，有機(jī)養(yǎng)分需要經(jīng)過礦化作用才能釋放，同時(shí)在有機(jī)物礦化過程中產(chǎn)生有機(jī)酸，又對土壤中難溶性養(yǎng)分起到整合增溶的作用，共同導(dǎo)致土壤中的速效養(yǎng)分在玉米生育后期的升高[14-16]。畜禽廢棄物經(jīng)厭氧處理所形成的沼渣含有一定量的腐殖酸，沼渣施入可以增加土壤中腐殖酸的含量，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，進(jìn)而提高土壤的pH值[17]。

葉片葉綠素含量在玉米的苗期、拔節(jié)期和抽穗期以100%HF處理為最高，但在玉米完熟期以40%ZF+60%HF處理為最高。數(shù)據(jù)表明，玉米葉片葉綠素含量與土壤堿解氮含量呈較好的正相關(guān)關(guān)系，這與邵云等[18]研究結(jié)果“氮肥可提高玉米葉片葉綠素含量”相一致。葉片葉綠素含量的升高可能是因?yàn)橥寥缐A解氮含量的增加，促進(jìn)葉片中與葉綠體有關(guān)的光合碳同化酶類活性[19]。

玉米的品質(zhì)不僅與其農(nóng)藝性狀有關(guān)，而且還取決于當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)管理水平，尤其是施肥模式是否科學(xué)。沼渣與化肥配施處理玉米品質(zhì)明顯優(yōu)于100%HF處理，主要是因?yàn)檎釉c化肥配施能滿足玉米生長對養(yǎng)分吸收的速緩兼?zhèn)涞男枨?，不僅能消除高氮對玉米蛋白質(zhì)的抑制作用，又能體現(xiàn)磷鉀元素對玉米脂肪代謝和淀粉積累的促進(jìn)作用[20-21]。

沼渣含有豐富的有機(jī)質(zhì)，能更新土壤腐殖質(zhì)組成，培肥土壤，提高土壤的保墑和保肥能力，形成良好的土壤環(huán)境，為玉米生長奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。40%沼渣與60%化肥配施處理玉米產(chǎn)量最高，可能是因?yàn)檎釉c化肥配施保障玉米生長所需養(yǎng)分的供應(yīng)，提高葉片葉綠素含量和光合性能，促進(jìn)產(chǎn)量的顯著增加。

4 結(jié)論

沼渣與化肥配施提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善了土壤生態(tài)環(huán)境，具有單施化肥所不具有的優(yōu)點(diǎn)。40%沼渣與60%化肥配施顯著增加土壤的速效養(yǎng)分含量，提高葉片葉綠素含量，改善籽粒品質(zhì)，增產(chǎn)效果顯著。綜合分析認(rèn)為，40%沼渣與60%化肥配施是沼渣資源化利用較為科學(xué)的施用模式。