沼液替代化肥對(duì)水稻W(wǎng)0868產(chǎn)量及土壤的影響

王康，吳家旺，張家宏，施兵，戴輝

(1.江蘇蘇港和順生物有限公司，江蘇 鹽城 224145； 2.江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 揚(yáng)州 225007)

當(dāng)前推廣沼氣化工程處理畜禽糞便取得了顯著成效，但是由此產(chǎn)生的大量沼液處理和利用問題需要解決。據(jù)研究，沼液的養(yǎng)分主要是速效性養(yǎng)分[1]，沼液中不僅含有豐富的氮、磷、鉀等大量營養(yǎng)元素和鈣、銅、鐵、鋅、錳等中微量營養(yǎng)元素，還含有大量有機(jī)質(zhì)、多種氨基酸、植物激素(赤霉素、吲哚乙酸)、對(duì)病蟲害有抑制作用的物質(zhì)等[2]。施用沼液能顯著地改善土壤pH值、增加有機(jī)質(zhì)以及微生物群落[3-5]，同時(shí)又能防治病蟲害[6-8]，促進(jìn)作物增產(chǎn)，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)[9-11]?，F(xiàn)在關(guān)于沼液處理應(yīng)用的研究已經(jīng)有很多，但是多數(shù)研究對(duì)象是以豬糞和牛糞為原料發(fā)酵后的沼液，對(duì)于雞糞沼液研究較少。雞糞沼液中養(yǎng)分含量比其他沼液養(yǎng)分要高，但是含鹽量比其他沼液含鹽量要高很多，直接大面積農(nóng)田大量使用，可能會(huì)導(dǎo)致土壤含鹽量升高，甚至產(chǎn)生鹽害。本研究使用雞糞沼液為研究對(duì)象，探究沼液替代不同程度化肥對(duì)水稻長勢、產(chǎn)量和稻米營養(yǎng)品質(zhì)的影響，為沼液的科學(xué)處理和合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2018年6月15日至10月19日在大豐港華豐農(nóng)場七排內(nèi)進(jìn)行。供試水稻品種為低谷蛋白粳稻W(wǎng)0868。沼液(江蘇蘇港和順生物科技有限公司沼氣站由雞糞發(fā)酵完全的沼液)養(yǎng)分指標(biāo)為總氮3.2 g·kg-1，總磷0.049 g·kg-1，總鉀4.4 g·kg-1，鈣199 mg·L-1，鎂13.3 mg·L-1，13種氨基酸247.8 mg·L-1，有機(jī)質(zhì)210.1 g·kg-1，pH值為8.5，鹽度為10.37 g·L-1。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，包括1個(gè)當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥和3個(gè)沼液+化肥處理，每處理試驗(yàn)面積為40.0 m×58.4 m。沼液施用需要和水混合，控制田塊進(jìn)水口處鹽分在1.8～2.5 g·L-1。機(jī)械插秧，栽插行株距約為30 cm×11 cm，每667 m2帶蘗基本苗為4.75萬。其他栽培管理措施按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)進(jìn)行。

以667 m2為施肥單位，CK為基肥施用12.5 kg磷酸氫二銨，分蘗期第一次施肥時(shí)施用42.5 kg尿素，孕穗期施用13.5 kg尿素，全生育期共施用純氮28.01 kg；CL1為基施12.5 kg磷酸氫二銨，分蘗期第一次施42.5 kg尿素，第二次施9.75 m3沼液，孕穗期施13.5 kg尿素，全生育期共施純氮59.21 kg；CL2為基施12.5 kg磷酸氫二銨，分蘗期第一次施27.5 kg尿素，第二次施2.35 m3沼液，第三次施4.49 m3沼液，孕穗期施13.5 kg尿素，全生育期共施純氮43.00 kg；CL3為基施12.5 kg磷酸氫二銨，分蘗期第一次施27.5 kg尿素，第二次施4.60 m3沼液，第三次施4.94 m3沼液，孕穗期施4.84 m3沼液，全生育期共施純氮59.80 kg。

1.3 樣品處理與方法

土壤指標(biāo)為水稻種植前和收獲后0～20 cm深水稻田土壤指標(biāo)。孕穗前每隔15 d用卷尺測量株高，孕穗前后每隔15 d分別統(tǒng)計(jì)分蘗苗數(shù)，每次隨機(jī)選擇3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)選5株。每處理隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)選取9穗，統(tǒng)計(jì)穗粒數(shù)。收割曬干后稱重，統(tǒng)計(jì)實(shí)際產(chǎn)量。

粗蛋白含量。各處理取稻谷1 kg測定蛋白質(zhì)(粗蛋白質(zhì))，采用半微量凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 22.0軟件進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)土壤的影響

由表1所示，種植水稻后，施用化肥處理的CK有機(jī)質(zhì)下降1.11 g·kg-1，而施用沼液處理的有機(jī)質(zhì)上升，且沼液施用量越多，上升越明顯，其中CL3的有機(jī)質(zhì)升高6.4%。

表1 各處理的土壤理化性質(zhì)

種植水稻后，土壤的銨態(tài)氮含量均呈上升趨勢。CL1的銨態(tài)氮含量最高，達(dá)59.4 mg·kg-1；其他處理整體表現(xiàn)為沼液用量越大，土壤銨態(tài)氮含量越多。土壤有效磷含量均有所降低，但施用沼液的有效磷降低較少，且施用量越多，降低越少，但差異不大。相比CK有效磷下降18.5 mg·kg-1，施用沼液的處理只降了8.5～10.5 mg·kg-1，降幅只有CK的1/2。CK的速效鉀含量降低了26 mg·kg-1，而施用沼液處理的速效鉀均有所增加，且施用量越多，增加越多，其中CL3的速效鉀增加了98 mg·kg-1。

土壤中本來水溶性鹽含量較大，種植水稻后上升明顯。CK的水溶性鹽增加0.046百分點(diǎn)，達(dá)0.198%。相比CK，施用少量沼液的CL1和CL2的水溶性鹽增加量反而減少，但沼液用量過大的CL3水溶性鹽增加量超過CK，增加0.223%，這可能會(huì)導(dǎo)致鹽害。

土壤本來偏堿性，pH值為8.12，施用化肥CK的pH值升高0.04，但差異不明顯；施用沼液的處理pH值下降，且施用量越多，下降越多，其中CL3的pH值為7.64，接近中性。

2.2 對(duì)水稻株高的影響

由圖1可知，不同施肥處理對(duì)水稻的株高存在一定影響。施用沼液30 d后的處理株高都顯著高于CK。施用沼液處理之間，30 d前CL1的水稻生長最快，株高最高，達(dá)到49.1 cm，隨后依次為CL3、CL2；30 d后CL1長勢變慢。45 d后水稻生長緩慢，長勢趨于一致。

圖1 各處理不同時(shí)期的株高變化

2.3 對(duì)水稻分蘗數(shù)的影響

由圖2可見，不同的施肥處理對(duì)水稻的分蘗數(shù)存在一定影響。移栽后至(45～60 d)，各處理水稻均快速進(jìn)行分蘗，各處理間差異顯著。CL1分蘗期巔峰(30 d)較其他處理提早約15 d，且分蘗數(shù)最高，每穴24.6個(gè)；CL2和CL3次之，每穴分蘗數(shù)分別為23.2和23.6個(gè)；常規(guī)化肥處理CK 45 d分蘗數(shù)最低，每穴20.3個(gè)。從分蘗末期至水稻采收期，(45～120 d)，各處理水稻分蘗數(shù)均有一定程度減少。其中，CL1分蘗數(shù)減少最多，每穴降至13.0個(gè)，僅比CK高0.2個(gè)；CL3分蘗數(shù)減少最少，有效分蘗最高，每穴達(dá)到15.3個(gè)。

圖2 不同處理不同時(shí)期的分蘗數(shù)變化

2.4 對(duì)水稻穗粒數(shù)的影響

由圖3顯示，施用沼液對(duì)水稻的穗粒數(shù)有一定影響。CK的穗粒數(shù)為119.3粒；施用沼液的CL1和CL2的穗粒數(shù)與CK無差異，分別為120.6和119.2粒；CL3的穗粒數(shù)顯著高于其他處理，為124.6粒。

圖3 不同處理的穗粒數(shù)

2.5 對(duì)水稻千粒重的影響

圖4顯示，施用沼液對(duì)水稻的千粒重有一定影響。常規(guī)施肥CK的千粒重為23.51 g，施用沼液的CL1的千粒重為23.31 g，降低0.9%，但無顯著差異；CL2和CL3的千粒重分別為24.48 g和24.03 g，較CK增加了4.1%和2.2%，增加效果顯著。

圖4 不同處理的千粒重

2.6 對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由圖5所示，施用沼液能夠增加水稻的產(chǎn)量。CL3產(chǎn)量最高，667 m2為754.1 kg，與單施化肥的對(duì)照CK相比，增產(chǎn)22.2%。CL2產(chǎn)量次之，667 m2達(dá)675.7 kg，增產(chǎn)9.5%。CL1的產(chǎn)量和CK相近。每667 m2水稻理論產(chǎn)量比實(shí)際產(chǎn)量高一些，在50～80 kg。

圖5 不同處理的水稻產(chǎn)量

2.7 對(duì)水稻品質(zhì)的影響

如圖6所示，施用沼液能夠顯著提高水稻粗蛋白含量。沼液用量越大，粗蛋白含量越高。常規(guī)施肥CK粗蛋白含量只有8.70%，而施用沼液的處理CL1、CL2、CL3粗蛋白含量分別為10.40%、10.32%、10.45%，三者間差異不顯著。

圖6 不同處理的粗蛋白含量

2.8 對(duì)效益的影響

表2表明，總體上施用沼液可以提高效益。在正常施肥基礎(chǔ)上，一次施用大量沼液的CL1也可提高收入；控制每次沼液的施用量，替代部分化肥，可顯著減少生產(chǎn)成本，增加稻谷收入。其中，CL3處理667 m2效益最高，達(dá)2 085.12元，效益提高31.2%；CL2純效益次之，達(dá)1 807.32元，效益提高13.7%。

表2 各處理每667 m2的水稻費(fèi)用收支及效益

注：生產(chǎn)成本中無計(jì)算沼液及還田中配套設(shè)施的損耗折舊成本。

3 討論

本試驗(yàn)表明，施用沼液可有效改善土壤環(huán)境。土壤的有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮和速效鉀含量隨著沼液用量的增多，呈現(xiàn)逐步增加的趨勢，這和李文濤等[12]研究一致。沼液中含有有機(jī)質(zhì)和大量的氮、鉀，可以補(bǔ)充土壤因水稻生長的消耗。其中CL1的銨態(tài)氮含量增加顯著，由于尿素和沼液用量都較多，銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化率較高[13]。土壤的有效磷雖然都出現(xiàn)不同程度降低，但明顯比化肥處理下降幅度小。主要是沼液中含有的磷較少，滿足不了水稻生長對(duì)磷的全部需要，還要從土壤中吸收有效磷，導(dǎo)致土壤中磷的缺失，這和黃繼川等[14-15]研究一致。土壤施用尿素會(huì)導(dǎo)致pH值上升，而施用沼液會(huì)導(dǎo)致pH值下降，并且沼液用量增多，pH值越接近中性，更適合植物的生長及微生物的活動(dòng)。尿素是長效肥料，會(huì)有氨殘留。施用沼液增加了有機(jī)質(zhì)含量，使得土壤的緩沖能力變強(qiáng)；同時(shí)有利于微生物繁殖，產(chǎn)生酶和有機(jī)酸[16]，促進(jìn)硝化反應(yīng)。土壤中的鹽分較高，都出現(xiàn)了增長現(xiàn)象。少量的施用沼液，土壤的水溶性鹽增長速度比化肥要低；但大量施用沼液，水溶性鹽會(huì)急速升高。沼液中含有的鹽大多是植物需要的營養(yǎng)，且較為平衡，能增加水稻對(duì)養(yǎng)分的利用率，使得鹽分增加較少。但超出了水稻吸收量，剩余鹽分會(huì)直接留在土壤中，導(dǎo)致水溶性鹽含量增高。

本研究表明，每次適量的沼液作為有機(jī)肥施用于水稻生產(chǎn)，替代化肥尿素，可以促進(jìn)水稻的生長。相比常規(guī)施肥，沼液處理前期生長較快，最高分蘗數(shù)和收獲時(shí)株高都顯著增加。沼液中含有赤霉素和植物生長素，可以促進(jìn)水稻細(xì)胞的分裂和伸長，并且在適宜濃度內(nèi)，含量越高效果越明顯；同時(shí)沼液中含有的養(yǎng)分主要為速效養(yǎng)分，可以被水稻直接吸收，比化肥見效快，養(yǎng)分供給越多，水稻生長越快。有效分蘗數(shù)和最高分蘗數(shù)在一定條件下呈正相關(guān)，沼液和尿素分次使用，提供了持續(xù)養(yǎng)分供應(yīng)，并且養(yǎng)分越充分，無效分蘗越少。本試驗(yàn)的結(jié)果與之結(jié)果一致。但是CL1結(jié)果與之不符。這是因?yàn)樵谧罡叻痔Y數(shù)之后，沒有補(bǔ)充分蘗肥，造成后期養(yǎng)分不足；并且分蘗數(shù)太多，造成水稻群體太大，通風(fēng)不暢，葉片光合作用弱，農(nóng)田小氣候惡化，無效分蘗增多。

施用沼液有利于水稻的生殖生長和產(chǎn)量增加。本研究中沼液處理的穗粒數(shù)和千粒重比常規(guī)施肥有所增加。這是由于沼液中含有Si和N、P、K元素，促進(jìn)了穎花的分化，減少穎花的退化；沼液中含有赤霉素，促進(jìn)水稻穗下節(jié)的抽長，減少了包頸情況，促使水稻正常授粉，但是赤霉素含量低，促進(jìn)效果不明顯；沼液中含有的Mg、Fe、B等中微量元素，提高了葉片中葉綠素的含量[17-18]，促進(jìn)了光合作用，增加了干物質(zhì)積累量，使水稻籽粒飽滿，秕谷率低；另外補(bǔ)充了硼、鉀元素，可以促進(jìn)水稻的稻谷增大。施用沼液提高了水稻的有效穗、千粒重、穗粒數(shù)等，從而提高了水稻的產(chǎn)量。何順民等[19]研究顯示，施用沼液的水稻分蘗數(shù)和株高均高于普通化肥處理，稻谷產(chǎn)量比化肥處理增加9.7%。戴德球等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在施用同等量氮素的化肥與沼液相比，沼液的增產(chǎn)幅度達(dá)到了20.4%。姜麗娜等[21]研究表明，稻田使用沼液氮含量在替代化肥的2～4倍是安全環(huán)保的，且可提高產(chǎn)量。本試驗(yàn)的沼液中氮含量是替代掉尿素的3.4倍，與其結(jié)果一致。

施用沼液可以影響水稻稻谷的品質(zhì)。本試驗(yàn)中施用沼液的稻谷粗蛋白含量比化肥處理的稻谷高10%。這是由于沼液中含有的P、K元素，促進(jìn)水稻蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化。

本次試驗(yàn)表明，施用雞糞發(fā)酵的沼液能夠提高稻谷產(chǎn)量。只考慮水稻產(chǎn)量前提下，每667 m2消納沼液總量在14 m3，替代尿素28.5 kg時(shí)，水稻產(chǎn)量最高，每667 m2水稻收益好，投資回報(bào)率高，但是長期施用可能出現(xiàn)鹽害；在保證農(nóng)田環(huán)境安全和水稻產(chǎn)量的情況下，最高每667 m2可以消納沼液總量在9.75 m3，具體能夠替代化肥量還有待進(jìn)一步研究。