沼液在土壤改良上的應(yīng)用研究

王 康，許玉超，戴 輝，練梅華，向新躍，宗德富，鞠軍華，束劍峰

（1.江蘇蘇港和順生物科技有限公司，江蘇鹽城 224145；2.江蘇省沿海農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，江蘇南京 210000；3.鹽城市大豐區(qū)華豐農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，江蘇鹽城 224145；4.江蘇綠洲米業(yè)有限公司，江蘇鹽城 224145）

大中型沼氣工程解決了畜禽糞便處理問題，可實現(xiàn)畜禽糞便的資源化利用，保護環(huán)境。沼氣發(fā)酵的殘留物沼渣和沼液是農(nóng)業(yè)上的優(yōu)良有機肥料，其中沼液中的養(yǎng)分含量占發(fā)酵殘留物總含量的85%［1］。沼液中的養(yǎng)分主要是速效養(yǎng)分，能夠被植物快速吸收利用，是一種速緩兼?zhèn)涞囊后w有機肥［2］。現(xiàn)有研究表明，沼液中平均約3/4的氮為生物有效態(tài)氮，生物有效態(tài)磷含量占全磷含量的85%左右，生物有效態(tài)鉀含量占全鉀含量的81%；另外，沼液中還含有大量的有機質(zhì)、氨基酸和腐殖酸等活性物質(zhì)和有益微生物群［3］，被認(rèn)為是一種良好的土壤改良劑。

經(jīng)過多年研究分析得出，沼液在農(nóng)業(yè)應(yīng)用上的優(yōu)點主要有以下幾個方面：（1）有機質(zhì)含量高，能夠補充土壤的有機質(zhì)，促進團粒結(jié)構(gòu)的形成，疏松土壤，提高土壤通氣、保水保肥能力；（2）富含氮磷鉀大量元素和鈣鎂硫硼等中微量元素，營養(yǎng)全面，能夠調(diào)節(jié)土壤中各養(yǎng)分含量的比例，降低土壤板結(jié)程度，提高植物對養(yǎng)分的均衡吸收能力，增加植物抗性；（3）含有胡敏酸和富里酸等具有高官能團的物質(zhì)，能夠提高土壤緩沖酸堿變化的能力，防止土壤酸化［4］，改良鹽堿地［5］；（4）含有多種酶、纖維素、氨基酸、植物激素和腐植酸等活性物質(zhì)，易于植物吸收，可促進植物生長，增加產(chǎn)量；（5）含有抗生素等生物農(nóng)藥，對農(nóng)作物的紅蜘蛛、黃蜘蛛平均防治率達90%以上，可降低農(nóng)藥使用率；（6）調(diào)節(jié)微生物種類組成和酶活性，抑制有害病原菌的繁殖，加快被固定養(yǎng)分的活化和釋放；（7）降低化肥的使用量，從而減少農(nóng)業(yè)的面源污染。

江蘇省鹽城市雖然耕地面積多，有7 926 km2，但是主要為4～7級低等土壤（土壤養(yǎng)分含量分級表），單位產(chǎn)量低；另外還有272 km2荒地和4 550 km2灘涂可作為儲備資源［6］，但是土壤肥力低，鹽堿重，需要改良才可以利用。本研究主要探討沼液在沿海土壤改良上的應(yīng)用，以期為荒地及灘涂的利用問題提供一條解決途徑，為環(huán)境保護提供一些幫助。

1 方法與材料

1.1 試驗材料

試驗于2019年3月1日至2019年7月1日在江蘇省鹽城市大豐區(qū)臨港產(chǎn)業(yè)園內(nèi)進行。供試沼液為江蘇蘇港和順生物科技有限公司沼氣站由雞糞厭氧發(fā)酵得到的沼液，其養(yǎng)分指標(biāo)為總氮含量3.2 g/kg，總磷含量0.49 g/kg，總鉀含量4.4 g/kg，13種氨基酸含量247.8 mg/L，有機質(zhì)含量32.6 g/kg，pH值8.5，鹽度10.37 g/L。

1.2 處理設(shè)計

試驗設(shè)置2個處理。一個為對照處理（CK），全程不施用沼液，面積為1 hm2；一個為沼液處理（CL1），于2019年3月1日施入沼液300 t/hm2，面積為15 hm2；2個處理間間隔20 m寬的道路。

1.3 樣品采集、處理與指標(biāo)測定方法

2019年6月10日，按照S型取樣方法，確定15個取樣點，分成3組，每組有5個取樣點。用土鉆分別采集0～15 cm和＞15～30 cm深的土壤，將同組同等深度的土壤混合均勻，采用四分法的方式，截取1 kg新鮮土壤，分成2份，其中1份在4℃冰箱中保存，另外1份風(fēng)干過20目和100目篩后室內(nèi)保存。

堿蓬鮮質(zhì)量和根長通過天平和直尺測定。容重通過環(huán)刀法測定。pH值和電導(dǎo)率（EC值）分別通過pH測定儀和電導(dǎo)率儀測定。氯離子含量通過硝酸銀滴定法測定。有機質(zhì)含量采用K2Cr2O7-濃H2SO4外加熱法測得。全氮含量采用半微量開氏法測定。有效氮含量采用堿解擴散吸收法測定。有效磷、速效鉀含量通過土壤養(yǎng)分速測儀測定。菌數(shù)、芽孢桿菌、放線菌、霉菌含量通過平板涂布法計數(shù)測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 17.0軟件進行分析、統(tǒng)計和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼液施用對地上植被的影響

從圖1和表1可以看出，施用沼液的地塊，堿蓬和蘆葦?shù)戎脖簧L更茂盛。在蘆葦方面，未施用沼液的蘆葦植株矮小和稀疏，葉片枯黃；施用沼液的蘆葦植株高大、濃密，葉片發(fā)綠。在堿蓬方面，未施用沼液的堿蓬植株矮小、稀疏、參差不齊，葉片紅綠相間，并以紅色為主，整株鮮質(zhì)量只有9.8 g，根長為5.6 cm；施用沼液的堿蓬植株粗壯、茂盛，整體呈深綠色，部分為黃綠色，未見紅色，整株鮮質(zhì)量達55.2 g，根長達10.2 cm，分別比未施用沼液的堿蓬增加了463.3%和82.1%，差異顯著。

表1 沼液施用堿蓬生長指標(biāo)的影響

2.2 沼液施用對土壤容重的影響

從圖2可以看出，施用沼液能夠有效降低土壤容重。未施用沼液的表層土壤容重為1.26 g/cm3，土壤偏緊實，而深層土壤容重為1.38 g/cm3，土壤緊實。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤和深層土壤容重分別降為1.17 g/cm3和1.33 g/cm3，降低了7.1%和3.6%。不同處理間表層土壤容重差異顯著，施用沼液后出現(xiàn)了質(zhì)的變化，達到了適宜種植級別；但不同處理間深層土壤容重差異不大。

2.3 沼液施用對土壤pH值的影響

從圖3可以看出，施用沼液對土壤pH值影響不大。未施用沼液的表層土壤和深層土壤pH值分別為7.97和8.02，屬于堿土。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤和深層土壤pH值分別上升為8.14和8.16，提高了2.1%和1.7%，但是差異不顯著。

2.4 沼液施用對土壤電導(dǎo)率的影響

從圖4可以看出，施用沼液能夠有效降低荒地土壤電導(dǎo)率。未施用沼液的表層土壤和深層土壤EC值分別為7.15 mS/cm和8.32 mS/cm，屬于鹽土。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤和深層土壤EC值分別降為1.58 mS/cm和2.03 mS/cm，分別降低了77.9%和75.6%，基本屬于輕度鹽土，差異顯著。

2.5 沼液施用對土壤氯離子含量的影響

從圖5可以看出，施用沼液能夠有效降低土壤的氯離子含量。未施用沼液的表層土壤和深層土壤氯離子含量分別為14.29 g/kg和11.69 g/kg，含量極高。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤和深層土壤氯離子含量分別降為2.64 g/kg和2.49 g/kg，分別降低了81.5%和78.7%，差異顯著，但氯離子含量還是相對偏高。

2.6 沼液施用對土壤有機質(zhì)含量的影響

從圖6可以看出，施用沼液能夠提高土壤的有機質(zhì)含量。未施用沼液的表層土壤和深層土壤有機質(zhì)含量分別3.33 g/kg和2.32 g/kg，屬于土壤養(yǎng)分含量分級表中的6級土壤。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤和深層土壤有機質(zhì)含量分別增加為5.44 g/kg和4.01 g/kg，提升了63.4%和72.8%，差異顯著。

2.7 沼液施用對土壤有效氮含量的影響

從圖7可以看出，施用沼液會對土壤的有效氮含量產(chǎn)生影響。未施用沼液的表層土壤和深層土壤有效氮含量分別為58.80 mg/kg和62.24 mg/kg，含量低，基本屬于5級土壤。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤有效氮含量出現(xiàn)了小幅度下降，降為57.99 mg/kg，降低了1.4%，無顯著差異；而深層土壤的有效氮含量出現(xiàn)大幅度上升，增加為75.69 mg/kg，提升了21.6%，差異顯著。

2.8 沼液施用對土壤有效磷含量的影響

從圖8可以看出，施用沼液會對土壤的有效磷含量產(chǎn)生影響。未施用沼液的表層土壤和深層土壤有效磷含量分別為9.09 mg/kg和10.02 mg/kg，基本都屬于4級土壤。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤有效磷含量出現(xiàn)小幅度下降，降為7.63 mg/kg，降低了16.1%，差異顯著；而深層土壤的有效磷出現(xiàn)小幅度上升，增加為11.31 mg/kg，提升了12.9%，差異不顯著。

2.9 沼液施用對土壤速效鉀含量的影響

從圖9可以看出，施用沼液會對土壤的速效鉀含量產(chǎn)生影響。未施用沼液的表層土壤和深層土壤速效鉀含量分別為276 mg/kg和445 mg/kg，屬于1級土壤。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤速效鉀含量出現(xiàn)小幅度下降，降為261 mg/kg，降低了5.4%，差異不顯著；而深層土壤的有速效鉀含量出現(xiàn)大幅度上升，增加為584 mg/kg，增加了31.2%，差異顯著。

2.10 沼液施用對土壤微生物的影響

從表2可以看出，施用沼液能夠增加表層土壤中微生物數(shù)量和種類，其中對芽孢桿菌的影響最大。施用沼液表層土壤的總活菌數(shù)和芽孢桿菌含量比未施用沼液的表層土壤分別提升了1個數(shù)量級，增加了40倍左右；霉菌數(shù)增加了3倍。在未施用沼液的表層土壤中沒有放線菌，說明放線菌數(shù)量極小或者沒有；而施用沼液的表層土壤中放線菌含量達到了2.0×105CFU/g，與未施用沼液的處理相比數(shù)量明顯增加。

表2 0～15 cm土壤中微生物的含量

3 討論

植被茂盛代表土壤環(huán)境更適合植物生長，養(yǎng)分供應(yīng)充足，是土壤向良性方向發(fā)展的標(biāo)志。本試驗中施用沼液的土壤植被整體生長茂盛，覆蓋度廣，生物量大。這與柴彥軍等得出的施用沼液可以增加毛竹的胸徑和生物量結(jié)論［7］一致。堿蓬是鹽堿地指示性植物。土壤含鹽量為0.4%～1.0%時，堿蓬呈黃綠、翠綠或深綠色，植株高大茂盛，葉片細長；含鹽量為1.0%～1.6%時，堿蓬葉片呈淺紅色、赤紅色到紫紅色，植株矮小；含鹽量為1.6%～2.0%時，堿蓬顏色變得枯黃，慢慢死亡；含鹽量＞2%時，堿蓬會短期內(nèi)枯死［8］。本試驗中施用沼液的堿蓬植株粗壯，根系發(fā)達，整體呈黃綠色到深綠色，而未施用沼液的堿蓬植株纖細，根小，葉片紅綠相間，甚至紫紅，一定程度上反映了施用沼液降低了土壤鹽分［9］。

土壤容重反映了土壤的松散情況，耕作適宜程度。本試驗中施用沼液使表層和深層土壤容重分別降低了7.1%和3.6%，表層土壤達到了適宜種植級別，調(diào)節(jié)了土壤的保水、透水和通氣能力，這王建東等研究結(jié)果［10］相同。沼液中的有機質(zhì)和腐殖質(zhì)可促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成；植被根系發(fā)達，對土壤的擾動增強，從而形成大小多級孔隙，使總孔隙數(shù)增多。在垂直水平上，土壤容重隨著深度的增加而增加［11］。降水的沖刷和淋洗作用導(dǎo)致表層土壤中細小顆粒被帶走或者深入下層。

電導(dǎo)率在一定程度上反映土壤中可溶性鹽含量。增施外源有機質(zhì)，可以有效降低土壤的可溶性鹽含量和電導(dǎo)率［12］。溫國良發(fā)現(xiàn)，在濱海稻麥輪作的鹽堿地施用沼液降低了81.5% 的含鹽量［13］。本研究中施用沼液后，土壤電導(dǎo)率和氯離子含量降幅均較大，再次證明了這一結(jié)論。有機質(zhì)含量增加能夠疏松土壤［14］，增強導(dǎo)水性能［11］，促進土壤脫鹽，抑制土壤返鹽；高分子腐殖酸等具有官能團的物質(zhì)，能夠絡(luò)合部分金屬陽離子，使得水溶性金屬陽離子含量降低；堿蓬、蘆葦?shù)塞}生作物生長茂盛，密度高，能夠吸收大量的Na+、K+、Cl-等鹽分儲存在鹽泡中［15-16］，從而降低土壤可溶性鹽含量。

pH值反映了土壤的酸堿程度，影響著土壤中各物質(zhì)的有效性，尤其是對陽離子的影響較大。現(xiàn)有研究中沼液對土壤pH值的影響結(jié)果不一。王宗壽則發(fā)現(xiàn)，在施用沼液后，表層土壤的pH值可以上升0.23～1.03［17］。這與本試驗結(jié)果一致。林少華等在弱堿性紫甘藍田塊上發(fā)現(xiàn)，施用沼液后土壤pH值出現(xiàn)了小幅度下降［18］。而蔡茂等于海口市美蘭區(qū)三江鎮(zhèn)采土樣研究發(fā)現(xiàn)沼液排放前后土壤酸堿度變化不大［19］。不同研究結(jié)果不一致的主要原因是土壤膠體不同，土壤膠體吸附鉀、鈣、鎂等離子，它們與土壤溶液中離子處于動態(tài)平衡狀態(tài)，而它們彼此代換會影響土壤的酸堿度。

有機質(zhì)、有效養(yǎng)分含量是土壤肥力的重要指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，沼液施入土壤后，土壤中有機質(zhì)、有效氮、有效鉀、有效磷含量都會有所增加［20-24］。本研究結(jié)果與其有些不同。在本研究中，施用沼液田塊，同層級土壤中有機質(zhì)含量都得到大幅度增加，并且表層土壤比深層土壤有機質(zhì)含量要高；在有效氮、有效磷，速效鉀含量方面，深層土壤有所提升，甚至出現(xiàn)了大幅度提升，但是表層土壤出現(xiàn)了小幅度的下降。表層土壤受干擾程度遠高于深層土壤。表層土壤容易發(fā)生淋洗和地表徑流，有效養(yǎng)分多為可溶性鹽，容易流失掉。堿蓬等鹽生作物一般都屬于淺根作物，根系主要分布在土壤表層，導(dǎo)致表層土壤中的速效氮和速效鉀消耗量巨大。沼液與土壤呈現(xiàn)堿性，且沼液中70%以上氮以銨態(tài)氮形式存在［25］，易形成氨大量揮發(fā)；可溶性有機碳能夠顯著抑制硝化反應(yīng)，維持土壤中較高的銨態(tài)氮含量；有機碳可促進反硝化作用，促進N2O的排放。雖然堿蓬等植被對磷的需求較少，但是沼液磷含量本身較少，且容易被土壤中Ca、Fe和Al等氧化物固定，導(dǎo)致表層土壤有效磷含量出現(xiàn)小幅度降低，這和羅偉等研究結(jié)果［26］一致。

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組分，在土壤氧化、硝化、氨化、固氮、硫化以及有機質(zhì)的分解和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等過程中起重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，沼液可以增加土壤細菌、酵母菌、真菌、放線菌等數(shù)量，也有利于提高土壤微生物的多樣性［27］。這與本研究結(jié)果一致。沼液中含有大量的微生物，可以增加土壤的微生物種類和數(shù)量。沼液中大量的有機質(zhì)改良了土壤理化環(huán)境，為微生物提供了良好的微域環(huán)境，同時大量的葡萄糖、氨基酸、纖維素等為土壤微生物提供了營養(yǎng)來源，能夠有效地促進微生物的代謝和繁育。而微生物數(shù)量的增加，能夠加快植物殘體的分解，促進土壤有機質(zhì)的形成，同時可加快土壤有機質(zhì)的礦化和腐殖化，促進土壤養(yǎng)分的釋放，使得土壤中養(yǎng)分循環(huán)加快。另外，土壤微生物也是很多土壤動物的食物，微生物數(shù)量的增加會增加土壤動物的數(shù)量和多樣性，導(dǎo)致表層土壤受到的干擾程度和強度增加，加快土壤的改良。

4 結(jié)論

在鹽堿地上施用300 t/hm2的雞糞沼液，能夠增加土壤的有機質(zhì)含量，促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，疏松土壤，調(diào)節(jié)土壤的水、肥、氣、熱，大幅度降低土壤的鹽度和氯離子含量，降低土壤鹽害和氯害發(fā)生程度，而土壤的pH值變化不大。表層土壤的有效養(yǎng)分含量會出現(xiàn)小幅度下降，而深層土壤的有效養(yǎng)分含量增加。表層土壤中總活菌數(shù)以及真菌、放線菌、芽孢桿菌數(shù)量增多，生物活性增強。

施用沼液促進堿蓬和蘆葦?shù)戎参锷L，增加生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，能夠加快土壤改良的進程，縮短改良所需的時間，降低改良土壤的成本。