沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻減氮增產(chǎn)的效應(yīng)

劉弘毅 韓笑 張建朋

摘 要：隨著種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，沼液與秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物大量產(chǎn)生，農(nóng)業(yè)廢棄物因營(yíng)養(yǎng)豐富被當(dāng)作有機(jī)肥，又存在循環(huán)利用對(duì)作物安全生產(chǎn)和環(huán)境質(zhì)量的挑戰(zhàn)。目前國(guó)內(nèi)外單獨(dú)施用沼液和秸稈還田的研究較多，而沼液與秸稈耦合還田的研究較少。本文在水稻生產(chǎn)中設(shè)置施用沼液、秸稈和化肥配比處理，對(duì)水稻產(chǎn)量、水稻各器官含氮率、吸氮量進(jìn)行對(duì)比分析，希望能為沼液、秸稈在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)一步有效合理的應(yīng)用提供更多思路。

關(guān)鍵詞：水稻；沼液；秸稈；分蘗期化肥

中圖分類號(hào)：S-3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190430002

1 研究背景

1.1 沼液利用現(xiàn)狀

隨著規(guī)?；B(yǎng)殖的迅速發(fā)展，以畜禽糞便為發(fā)酵原料的沼氣工程數(shù)量不斷增加，截至2011年，全國(guó)戶用沼氣池已有3850萬戶，大中型沼氣工程已有73032處[1]，每年沼液排放量高達(dá)1.3億t[2]。大量沼液沒有經(jīng)過后續(xù)處理直接排放，是我國(guó)自然環(huán)境的主要污染源之一，沼液的有效處理成為環(huán)境保護(hù)中亟需解決的關(guān)鍵問題[3]。合理有效利用畜牧沼液不僅減少農(nóng)業(yè)污染還有利于減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。以循環(huán)農(nóng)業(yè)理論為指導(dǎo)，將養(yǎng)殖場(chǎng)廢水用于稻田灌溉，使養(yǎng)殖場(chǎng)污水資源化、無害化和處理費(fèi)用低廉化，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)兩大產(chǎn)業(yè)的耦合發(fā)展和生態(tài)經(jīng)濟(jì)的雙贏，是我國(guó)未來規(guī)?；B(yǎng)殖的發(fā)展方向，也是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向[4]。目前，對(duì)于單施沼液肥料的報(bào)道已經(jīng)屢見不鮮，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有效的證明施用沼液能夠增加水稻產(chǎn)量、提高水稻品質(zhì)[5]。但就前人關(guān)于沼液稻田利用的研究結(jié)果來看，僅是基于環(huán)境安全角度考慮的稻田沼液消納量存在差異[6]， 缺乏結(jié)合其他栽培措施如秸稈還田、氮肥配施等農(nóng)學(xué)實(shí)踐的系統(tǒng)性研究及安全風(fēng)險(xiǎn)分析。

1.2 秸稈利用現(xiàn)狀

我國(guó)秸稈資源豐富，但秸稈還田率十分低下，秸稈的平均利用率僅有32%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國(guó)68%、英國(guó)73%的秸稈還田量，大量剩余秸稈資源在造成浪費(fèi)的同時(shí)也會(huì)帶來環(huán)境污染問題[7，8]。 前人研究表明：秸稈還田合理配施一定量化肥在增產(chǎn)同時(shí)，還可以調(diào)節(jié)土壤理化性狀，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，培肥地力，是改造中低產(chǎn)田建設(shè)的基本措施之一[9，10]。劉世平等[11]提出，常規(guī)水稻栽培模式下秸稈還田，水稻單位面積的有效穗數(shù)減少，結(jié)實(shí)率和每穗粒數(shù)增加，最終水稻產(chǎn)量得到顯著提高。秸稈還田配施氮肥目前被認(rèn)為是能夠顯著提高氮素利用率和作物產(chǎn)量的有效方法[12]。但由于秸稈還田初期分解緩慢，探索秸稈安全快速促腐仍是秸稈還田的技術(shù)瓶頸。

1.3 沼液秸稈耦合還田

目前國(guó)內(nèi)外單獨(dú)施用沼液和秸稈還田的研究較多，而沼液與秸稈耦合還田的研究較少。本研究在水稻生產(chǎn)中設(shè)置施用沼液、秸稈和化肥配比處理，探索沼液秸稈耦合還田-化學(xué)氮肥減量模式下氮素吸收利用再分配與產(chǎn)量形成的協(xié)同機(jī)制，預(yù)防稻田同時(shí)消納沼液與秸稈的潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。本實(shí)驗(yàn)有望為明確沼液與秸稈還田的交互作用機(jī)制提供參考，也將為農(nóng)牧結(jié)合循環(huán)低碳農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)沼液來自于江蘇省高郵市興牧豬場(chǎng)沼氣發(fā)酵設(shè)備，發(fā)酵原料為豬糞尿及沖圈水。經(jīng)充分發(fā)酵過的沼液于試驗(yàn)開始前一次性取出，置于沼液運(yùn)輸車內(nèi)貯存，養(yǎng)分含量為全氮1012mg/L、速效氮551mg/L、速效磷753mg/L，pH為7.76。水稻實(shí)驗(yàn)在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田示范區(qū)高郵市蘇中大地農(nóng)業(yè)科技公司進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)中，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性，選擇同等地力條件的地塊進(jìn)行試驗(yàn)。每個(gè)小區(qū)面積為20m2，隨機(jī)排列，重復(fù)2次，每個(gè)小區(qū)間筑埂隔離，保證單獨(dú)排灌。水稻于6月20日移栽，移栽行株距為30.0cm×12.5cm，栽插密度為26.67萬穴/hm2。試驗(yàn)設(shè)置6種處理方式：第1種為空白處理（CK）秸稈不還田，不施用肥料；第2種常規(guī)處理（CS）是秸稈全量還田，同生產(chǎn)上施肥處理模式：基肥施用復(fù)合肥525kg/hm2，栽后7～10d施尿素211.5kg/hm2，栽后14～21d施尿素130.5kg/hm2，穂肥施尿素64.5kg/hm2；第3種為純沼液處理（B）：基肥施用沼液120t/hm2，穂肥施用沼液120t/hm2，秸稈不還田；第4種為沼液+分蘗期化肥處理（BTF）：基肥施用沼液120t/hm2，分蘗期施用尿素211.5 kg/hm2，穂肥施用沼液120t/hm2，秸稈不還田；第5種為沼液+秸稈處理（BS）：基肥施用沼液120t/hm2，穂肥施用沼液120t/hm2，秸稈全量還田；第4種為沼液+分蘗期化肥+秸稈處理（BTFS）：基肥施用沼液120t/hm2，分蘗期施用尿素211.5kg/hm2，穂肥施用沼液120t/hm2，秸稈不還田。實(shí)驗(yàn)基地排灌管理方便、地力均衡，實(shí)行稻-麥輪作。育秧方式為機(jī)插塑盤，水稻采用人工模擬機(jī)插，秧齡一般掌握在18～20d，移栽行株距為29.7cm×11.6cm，每穴3苗，每667m2栽1.89萬穴。試驗(yàn)水稻品種選取當(dāng)?shù)刂髟云贩N水稻品種南粳9108，試驗(yàn)地前茬為小麥，栽插密度和田間管理同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)生產(chǎn)管理方式。

3 結(jié)果與分析

3.1 沼液與分蘗期化肥配施對(duì)水稻產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響 沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響如表1所示。各處理產(chǎn)量表現(xiàn)為BTF>BTFS>CS>B>BS>CK。BTF處理產(chǎn)量最高，為9.86t/hm2，CK產(chǎn)量最低為7.06t/hm2。秸稈還田條件下各處理產(chǎn)量表現(xiàn)為BTFS>CS>BS，CS處理下穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、產(chǎn)量與BS存在顯著差異。BTFS處理的產(chǎn)量較CS高出2.52%，CS處理的產(chǎn)量較BS高出9.29%。秸稈未還田處理下，各處理產(chǎn)量表現(xiàn)為BTF>B>CK，差異顯著。沼液與分蘗期化肥配施較僅施用沼液更有利于提高水稻產(chǎn)量。

相同施肥條件下，BTF與BTFS處理水稻產(chǎn)量無顯著差異，B與BS處理水稻產(chǎn)量無顯著差異，說明相同施肥背景下，沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻產(chǎn)量的影響與僅施用沼液相比無顯著差異。

3.2 沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻各器官含氮率的影響

3.2.1 沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻莖含氮率的影響

沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻莖含氮率的影響如圖2所示。分蘗期至抽穗期各處理的莖含氮率均為BS最小，成熟期CK最小。拔節(jié)期至成熟期各處理的莖含氮率均為BTF最大。秸稈未還田處理下，各時(shí)期莖含氮率均表現(xiàn)為BTF>B>CK，成熟期B莖含氮率較CK高出34.09%，差異顯著。

秸稈還田量相同條件下，各時(shí)期莖含氮率均表現(xiàn)為CS>BTFS>BS，分蘗期至抽穗期CS莖含氮率顯著高于BS，抽穗期至成熟期CS莖含氮率與BTFS差異不顯著。沼液還田處理下，各時(shí)期B處理莖含氮率較BS高出10.93%、12.80%、10.69%、27.22%。沼液還田配施分蘗期化肥處理下，拔節(jié)期、抽穗期、成熟期BTF處理莖含氮率較BTFS高出20.38%、5.45%、12.98%。拔節(jié)期、抽穗期、成熟期莖含氮率均為BTF>BTFS、B>BS，秸稈還田對(duì)拔節(jié)期莖含氮率有顯著性影響，秸稈還田對(duì)抽穗期、成熟期莖含氮率影響不顯著。

3.2.2 沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻葉片含氮率的影響

沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻葉片含氮率的影響如圖3所示。各時(shí)期葉片的含氮率均為CK最小。拔節(jié)期、抽穗期、成熟期葉片的含氮率均為BTF最大。秸稈未還田處理下，拔節(jié)期、抽穗期、成熟期葉片含氮率均表現(xiàn)為BTF>B>CK，成熟期B較CK高出27.45%，BTF較CK高出27.86%。

秸稈還田條件下，分蘗期葉片含氮率表現(xiàn)為BTFS>CS>BS，無顯著差異；拔節(jié)期、抽穗期、成熟期葉片含氮率均表現(xiàn)為CS>BTFS>BS，CS與BS抽穗期、成熟期葉片含氮率有顯著性差異，CS與BTFS差異不顯著。各時(shí)期葉片含氮率CS較BS分別高出4.31%、5.97%、20.9%、5.81%，拔節(jié)期、抽穗期、成熟期葉片含氮率CS較BTFS分別高出3.39%、0.31%、3.76%。常規(guī)施肥抽穗期、成熟期葉片含氮率與僅施用沼液有顯著差異，常規(guī)施肥與沼液配施分蘗期化肥差異不顯著。沼液與分蘗期化肥配施較單施沼液處理更有利于水稻抽穗期至成熟期葉片含氮率的提高。

沼液還田下，各時(shí)期B處理葉片的含氮率較BS高出4.45%、3.65%、15.74%、17.06%。沼液還田增施分蘗期化肥處理下，拔節(jié)期、抽穗期、成熟期BTF處理莖含氮率較BTFS高出8.64%、5.61%、15.15%。拔節(jié)期、抽穗期、成熟期葉片含氮率均為BTF>BTFS、B>BS，秸稈還田對(duì)拔節(jié)期葉片含氮率有顯著影響，對(duì)抽穗期、成熟期葉片含氮率影響不顯著。

3.2.3 沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻穗含氮率的影響

沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻穗含氮率的影響如圖3所示。各時(shí)期的穗含氮率均為CK最小，CS最大。秸稈還田條件下，抽穗期、成熟期穗含氮率均表現(xiàn)為CS>BTFS>BS，抽穗期、成熟期CS穗含氮率與BS差異顯著，CS較BS分別高出10.03%、6.37%，成熟期BS穗含氮率與BTFS差異顯著。沼液還田處理下，抽穗期、成熟期穗含氮率均為BTFS>BTF、BS>B，成熟期BTFS穗含氮率顯著高于BTF，各時(shí)期BS穗含氮率與B差異不顯著。沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻穗含氮率影響與單施沼液相比差異不顯著。

3.3 沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻吸氮量的影響

3.3.1 沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻莖吸氮量的影響

沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻莖吸氮量的影響如圖1所示，各時(shí)期莖的吸氮量均為BTF最大，成熟期莖吸氮量最高為38.19kg/hm2。秸稈未還田處理下，各時(shí)期莖吸氮量均表現(xiàn)為BTF>B>CK，成熟期B較CK高出68.89%，差異顯著，BTF較CK高出95.31%，差異顯著。

秸稈還田條件下，各處理分蘗期莖吸氮量表現(xiàn)為BTFS>CS>BS，各處理拔節(jié)期、抽穗期莖吸氮量表現(xiàn)為CS>BS>BTFS，各處理成熟期莖吸氮量表現(xiàn)為BS>CS>BTFS。沼液還田下，BTFS處理各時(shí)期莖吸氮量均小于BTF，BS處理分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期莖吸氮量均小于B，成熟期BS莖吸氮量為35.57kg/hm2較B高出7.72%，差異顯著。

3.3.2 沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻葉片吸氮量的影響

沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻葉片吸氮量的影響如圖2所示，分蘗期BTFS葉片的吸氮量最高，為33.88kg/hm2；拔節(jié)期、抽穗期BTF葉片吸氮量最高分別為76.35kg/hm2、107.15kg/hm2，成熟期BS葉片吸氮量最高為46.74kg/hm2，各時(shí)期葉片吸氮量均為CK最小。秸稈未還田處理下，各時(shí)期葉片吸氮量均表現(xiàn)為BTF>B>CK，成熟期B葉片吸氮量較CK高出24.62%，差異顯著， 成熟期BTF葉片吸氮量較CK高出29.73%，差異顯著。沼液還田處理下，分蘗期、成熟期BTFS處理葉片吸氮量均大于BTF，分別高出12.56%、6.85%。分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期BS處理葉片吸氮量均小于B，BS成熟期葉片吸氮量較B高出35.99%。

3.3.3 沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻穗吸氮量的影響

沼液秸稈耦合還田對(duì)水稻穗吸氮量的影響如圖3所示，秸稈未還田處理下，各時(shí)期穗吸氮量均表現(xiàn)為BTF>B>CK，成熟期B與BTF穗吸氮量均顯著高于CK，B較CK高出71.12%，BTF較CK高出84.94%。秸稈還田條件下，各處理抽穗期穗吸氮量表現(xiàn)為CS>BS>BTFS，成熟期各處理穗吸氮量表現(xiàn)為BS>BTFS>CS。各時(shí)期BS穗吸氮量均顯著大于BTFS，沼液配施分蘗期化肥較單施沼液更有利于提高水稻穗吸氮量。

4 小結(jié)與討論

沼液與分蘗期化肥配施與僅施用沼液相比更利于提高水稻產(chǎn)量，沼液秸稈耦合還田處理較單施用沼液處理水稻產(chǎn)量無顯著差異。沼液秸稈耦合還田配施分蘗期化肥與常規(guī)施肥在水稻生育后期莖葉片穗含氮率無顯著差異，沼液秸稈耦合還田降低了水稻拔節(jié)期至成熟期莖葉片含氮率，但有利于提高抽穗至成熟期水稻穗含氮率。常規(guī)栽培下成熟期水稻植株吸氮量顯著小于沼液秸稈耦合還田處理，沼液秸稈耦合還田供氮量可達(dá)到常規(guī)栽培生產(chǎn)中所提供的氮量。

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