沼液培肥(休耕)+水稻的種植模式

王康，李稀，束劍峰，戴輝，練梅華，張雨，許玉超

(江蘇蘇港和順生物科技有限公司，江蘇 鹽城 224145)

沼液是一種優(yōu)質(zhì)的緩速兼?zhèn)涞囊后w有機(jī)肥，其主要養(yǎng)分是速效養(yǎng)分[1]，但沼液也存在養(yǎng)分含量低、排放量大、運(yùn)輸困難、經(jīng)濟(jì)價(jià)值低等缺點(diǎn)。為此，目前被認(rèn)為最經(jīng)濟(jì)有效的沼液處理方法是粗放式沼液還田。因沼液成分復(fù)雜，應(yīng)用時(shí)存在含有多種植物激素導(dǎo)致施用過(guò)多和過(guò)遲容易造成植物瘋長(zhǎng)倒伏或貪青晚熟等一些問(wèn)題，使單純施用沼液無(wú)法滿足農(nóng)作物的生長(zhǎng)需求，需添加適量化肥才能達(dá)到最高產(chǎn)量。黃紅英等[2]認(rèn)為，沼液氮占全氮含量75%時(shí)水稻產(chǎn)量最高，沼液氮占全氮含量50%時(shí)小麥產(chǎn)量最高。鄭學(xué)博等[3]認(rèn)為，沼液氮占全氮含量30%時(shí)花生的產(chǎn)量最高。

農(nóng)田沼液消納能力隨著農(nóng)作物種類、施用的土壤情況、當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件變化而變化，而且沼液因其自身鹽度高、氨氮高，故施用時(shí)需用大量水稀釋，因此，規(guī)?；瘧?yīng)用時(shí)沼液主要在水稻田上應(yīng)用，而在旱田上應(yīng)用較少且用量小。黃繼川等[4]認(rèn)為，水稻田適宜的沼液消納量為600 t·hm-2；王桂良等[5]認(rèn)為，水稻田適宜的沼液消納量為278 t·hm-2；宋三多等[6]認(rèn)為，水稻田適宜的沼液消納量為730 t·hm-2，小麥田為55 t·hm-2；溫國(guó)良[7]認(rèn)為，水稻田適宜的沼液消納量為480 t·hm-2，小麥田為4.5 t·hm-2。鹽城市大豐區(qū)水稻田最適宜的雞糞沼液消納量?jī)H為210 t·hm-2[8]，完全滿足不了大中型沼氣工程產(chǎn)生的沼液消納需求。這種現(xiàn)狀導(dǎo)致沼液產(chǎn)生的連續(xù)性和沼液還田的季節(jié)性矛盾更大，大部分大中型沼氣工程剛到冬季就面臨沼液池存儲(chǔ)壓力，難以等到下一個(gè)用肥季節(jié)，因此，急需新的沼液處理途徑。

本研究采用“沼液培肥(休耕)+水稻”的種植模式，既培肥了土壤，避免了水稻因沼液用量過(guò)大可能造成的瘋長(zhǎng)和貪青問(wèn)題，在水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的基礎(chǔ)上完全替代了化肥，大幅提高了水稻品質(zhì)，增加了農(nóng)田消納沼液能力，提供了大中型沼氣工程非用肥季節(jié)的沼液消納途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2018-11-01至2019-11-01在鹽城市大豐區(qū)大豐港華豐農(nóng)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行。常規(guī)水稻苗(品種9108)取自華豐農(nóng)場(chǎng)。沼液和濃縮10倍沼液取自江蘇蘇港和順生物科技有限公司。沼液為存儲(chǔ)30 d以上的雞糞沼液。

1.2 處理設(shè)計(jì)

共設(shè)3個(gè)處理，每處理面積14 hm2。

CK1：實(shí)行“稻麥輪作”種植模式。小麥正常按照當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)方式種植；水稻種植期間，施用187.5 kg·hm-2磷酸二氫銨做基肥，在分蘗期第一次追肥，施用637.5 kg·hm-2尿素，孕穗期第二次追肥，施用202.5 kg·hm-2尿素。

CK2：實(shí)行“稻麥輪作”種植模式。小麥正常按照當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)方式種植；水稻種植期間，施用187.5 kg·hm-2磷酸二氫銨做基肥，在水稻分蘗期第一次追肥，施用412.5 kg·hm-2尿素和75 t·hm-2沼液，孕穗期第二次追肥，施用202.5 kg·hm-2尿素。

CL：實(shí)行“沼液培肥(休耕)+水稻”的種植模式。不種小麥進(jìn)行休耕，并用沼液培肥，具體操作：先用450 t·hm-2沼液培肥2個(gè)月；再用150 t·hm-2沼液培肥15 d，此步驟重復(fù)1次；最后進(jìn)清水浸泡5 d后，排空田間水，此步驟重復(fù)2～3次，確保土壤全鹽量在2‰以內(nèi)；水稻種植期間，在拔節(jié)期、孕穗期和齊穗期分別噴施濃縮10倍沼液1次，用量為7.5 kg·hm-2。

1.3 樣品采集、處理和方法

在2018和2019年水稻收獲后，按照S型取樣法，土壤取樣深度為0～30 cm，每12個(gè)點(diǎn)混合成1組樣品，每處理有5組樣品。

土樣檢測(cè)指標(biāo)包括有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH、可溶性鹽和重金屬。有機(jī)質(zhì)含量采用K2Cr2O7-濃H2SO4外加熱法測(cè)得；堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散吸收法測(cè)定；有效磷和速效鉀含量通過(guò)土壤養(yǎng)分速測(cè)儀測(cè)定；pH值通過(guò)pH測(cè)定儀測(cè)定；可溶性鹽含量采用蒸餾法測(cè)定；重金屬含量由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(南京)依GB 15618—2018測(cè)定。

水稻檢測(cè)指標(biāo)包括株高、產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)成分。在收獲前5 d隨機(jī)選擇30個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)選9穴測(cè)定株高。統(tǒng)一采用機(jī)械收割，烘干后(籽粒中水分降為14%)，用地磅稱重，測(cè)定產(chǎn)量。營(yíng)養(yǎng)成分由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(南京)依GB 5009—2016測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植模式對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由表1看出，在試驗(yàn)開(kāi)始前，3塊試驗(yàn)田的原來(lái)指標(biāo)基本一致，肥力情況差異不大。而試驗(yàn)結(jié)束后CL處理的土壤指標(biāo)明顯優(yōu)于CK1和CK2處理。

表1 不同時(shí)期土壤指標(biāo)變化情況

2.2 種植模式對(duì)土壤中重金屬含量的影響

由表2看出，CK1、CK2和CL處理的土壤中重金屬含量遠(yuǎn)低于GB 15618—2018《國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》風(fēng)險(xiǎn)限定值。其中，CL處理土壤中Cr、Cu和Ni含量相比CK1和CK2出現(xiàn)小幅下降，As、Hg、Zn含量小幅上升，Cd、Pb含量穩(wěn)定。

表2 水稻收獲后土壤中重金屬含量

2.3 種植模式對(duì)水稻發(fā)育和產(chǎn)量的影響

圖1顯示，CL處理的水稻生長(zhǎng)旺盛，產(chǎn)量高，明顯優(yōu)于CK2和CK1處理的產(chǎn)量。

圖1 不同處理的水稻株高和產(chǎn)量情況

CL處理會(huì)促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)。CK2處理的水稻株高最高，CL處理的水稻株高次之，兩者間無(wú)顯著差異，但都顯著高于CK1。

CL處理會(huì)增加水稻的產(chǎn)量。CK1和CK2處理的水稻產(chǎn)量分別為9 615和9 585 kg·hm-2，只相差30 kg·hm-2，在誤差允許范圍內(nèi)；而CL處理的水稻產(chǎn)量大幅上升，為10 215 kg·hm-2，比CK1和CK2處理分別增加600和630 kg·hm-2。

2.4 種植模式對(duì)大米品質(zhì)的影響

由表3看出，除了銅含量在采用CK2處理時(shí)出現(xiàn)降低外，施用沼液能夠有效增加大米中脂肪、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分和鐵、鈣、銅、鋅礦質(zhì)元素，鈉含量降低。相比CK1處理，CL處理的大米中脂肪提升66.7%；氨基酸提高243.8%；鐵、鈣和銅等礦質(zhì)元素增加極為明顯，尤其是鈣增加了94.3倍；鈉含量降低84.4%。

表3 100 g大米中營(yíng)養(yǎng)成分含量

3 討論

3.1 種植模式對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

3.2 種植模式對(duì)土壤重金屬的影響

對(duì)照GB15618—2018《國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，CL處理的土壤中8種重金屬含量均遠(yuǎn)低于國(guó)家相關(guān)要求，未造成土壤重金屬污染。采用CL處理方式土壤中Cr、Cu、Ni重金屬含量出現(xiàn)小幅度下降，Pb和Cd保持穩(wěn)定，這與史一鳴等[15-16]的研究結(jié)果不同。有機(jī)質(zhì)能夠螯合大部分重金屬，因而在沼液和沼渣分離時(shí)，大部分重金屬吸附在沼渣中，沼液中重金屬含量原本偏低，所以由沼液帶入土壤中的重金屬總量很少。沼液中含有大量硫酸鹽和磷酸鹽，能夠和多種重金屬形成不溶物固定下來(lái)，而土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，提高了土壤的通透性，加快了重金屬不溶物的淋洗下滲，降低了耕作層土壤中重金屬含量，從而導(dǎo)致土壤中大部分重金屬變化不大，甚至減少。

3.3 種植模式對(duì)水稻株高和產(chǎn)量的影響

本試驗(yàn)表明，CL處理水稻的產(chǎn)量高于CK1處理和CK2處理，這與何順民等[17]的結(jié)果一致。進(jìn)行沼液培肥后，提高了土壤短期和長(zhǎng)期供肥能力，促進(jìn)水稻的分蘗，減少無(wú)效分蘗；沼液施用和水稻種植時(shí)間分開(kāi)，避免了因秸稈等有機(jī)物質(zhì)腐爛分解導(dǎo)致微生物和水稻爭(zhēng)肥的現(xiàn)象產(chǎn)生，出現(xiàn)水稻脫肥抑制生長(zhǎng)[18]；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，促進(jìn)了光合作用[19]。CL處理水稻的株高小于CK2處理。雖然沼液中含有的赤霉素、植物生長(zhǎng)素等多種植物激素，會(huì)促進(jìn)水稻細(xì)胞的分裂和伸長(zhǎng)，并且沼液用量越多，促進(jìn)越明顯，容易造成水稻瘋長(zhǎng)和貪青的現(xiàn)象，但是沼液在水稻種植前施用，微生物能夠分解部分沼液中赤霉素和植物生長(zhǎng)素，降低沼液對(duì)水稻的促進(jìn)作用。

3.4 種植模式對(duì)大米品質(zhì)的影響

CL處理的大米營(yíng)養(yǎng)成分明顯高于CK1處理和CK2處理。有8種氨基酸是人體必需的，人體不能自行合成，只能靠食物攝取。CL處理的大米中氨基酸含量比CK1和CK2處理高很多，甚至是CK1處理的3.4倍，這和唐薇等[20]結(jié)果一致。CL處理施用了大量沼肥，為土壤引入氮量比其他處理高很多，直接促進(jìn)水稻植株對(duì)氮素的吸收轉(zhuǎn)化利用，導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)到籽粒中的氮增加，從而有利于蛋白質(zhì)的合成[21]。脂肪含量的高低是影響米飯可口性的主要因素[22]，尤其是不飽和脂肪酸和直鏈淀粉一脂肪復(fù)合體含量。研究表明，隨著脂肪含量增多，稻米品種米質(zhì)級(jí)別提高[23]。CL處理的大米中脂肪含量比CK1高66.7%，且大米主要是優(yōu)質(zhì)不飽和脂肪酸和直鏈淀粉一脂肪復(fù)合體。

礦質(zhì)元素是人體正常生理活動(dòng)所必需的，但體內(nèi)無(wú)法合成，必須從食物中攝取，攝入缺乏會(huì)引發(fā)一些疾病。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界40%以上的人口缺乏鐵、鋅、維生素A等微營(yíng)養(yǎng)元素。谷物中礦質(zhì)元素含量很低，而我國(guó)以稻米為主食的居民的大部分礦質(zhì)元素均來(lái)自于水稻，因此稻米的礦質(zhì)元素直接關(guān)系到人們的健康狀況，是一種不可忽視的營(yíng)養(yǎng)成分。CL處理的大米中鐵、鈣、銅、鋅等礦質(zhì)元素很高，能有效補(bǔ)充人體的礦質(zhì)元素。沼液中含有豐富的礦物質(zhì)，直接補(bǔ)充了土壤中礦物質(zhì)豐度，而大米與土壤中的微量元素含量在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)[24]。另外，大量氮肥的施用也會(huì)增加稻米中礦物質(zhì)含量[25]。同時(shí)，由于離子拮抗作用的存在，大米中礦質(zhì)元素增加，會(huì)導(dǎo)致水稻對(duì)其他離子及重金屬的吸收能力降低，本試驗(yàn)中鈉離子降低也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。CL處理的大米中鈣的含量超過(guò)關(guān)于大米的現(xiàn)有文獻(xiàn)記載[26-28]。鈣除了是骨骼發(fā)育的基本原料而直接影響身高外，還具有促進(jìn)體內(nèi)某些酶的活動(dòng)、參與神經(jīng)與肌肉的活動(dòng)和神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、調(diào)節(jié)激素的分泌等其他重要的生理功能。人體需要每日補(bǔ)充鈣，尤其是嬰幼兒、老年人和孕婦，多數(shù)需要額外食用補(bǔ)鈣產(chǎn)品。本試驗(yàn)中CL處理的高鈣大米能從飲食上直接改善人體缺鈣的現(xiàn)象。

4 小結(jié)

采用“沼液培肥(休耕)+水稻”種植模式種植水稻，既能夠培肥土壤，降低土壤出現(xiàn)鹽漬化的風(fēng)險(xiǎn)，沒(méi)有造成土壤重金屬污染的問(wèn)題，又能夠促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育，增加產(chǎn)量，提高大米的營(yíng)養(yǎng)成分和礦物質(zhì)含量，其中礦物質(zhì)Ca含量超過(guò)關(guān)于大米的現(xiàn)有文獻(xiàn)記載，能夠從飲食上直接改善人體缺鈣現(xiàn)象，是一種天然補(bǔ)鈣產(chǎn)品。