豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥對水稻農(nóng)學(xué)效應(yīng)、安全效應(yīng)及經(jīng)濟(jì)效益影響的綜合評價(jià)

紀(jì)洪亭，周煒，郭智，劉紅江，陳留根，鄭建初，吳田鄉(xiāng)

摘要：通過兩年田間小區(qū)定位試驗(yàn)綜合評估豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥的農(nóng)學(xué)效應(yīng)、安全效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益，為豬糞有機(jī)肥替代化肥在水稻生產(chǎn)中的合理應(yīng)用提供參考。結(jié)果表明，與常規(guī)施氮（CF100）相比，豬糞有機(jī)肥氮替代50%化學(xué)氮肥氮（CF50+PM50）處理對氮、磷徑流流失質(zhì)量濃度，氮、磷徑流流失總量，氮、磷徑流流失率的影響均不顯著，且水稻產(chǎn)量未顯著下降。豬糞有機(jī)肥氮替代100%化學(xué)氮肥氮（PM100）處理氮徑流流失質(zhì)量濃度、氮徑流流失總量、氮徑流流失率影響不顯著，而顯著增加磷徑流流失質(zhì)量濃度、磷徑流流失總量、磷徑流流失率，且兩年水稻產(chǎn)量平均下降4.23%。與CF100處理相比，CF50+PM50、PM100處理提高了灌漿初期和灌漿后期劍葉葉綠素含量，而對灌漿初期和灌漿后期劍葉凈光合速率影響不顯著。CF50+PM50、PM100處理連續(xù)兩年后提高了稻米中銅、鋅健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，但兩者累計(jì)健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于1，對人體健康沒有危害。與CF100處理相比，CF50+PM50、PM100處理明顯增加了肥料投入成本和人工成本，導(dǎo)致總投入成本增加，凈收益顯著下降。綜上，豬糞有機(jī)肥氮替代50%化學(xué)氮肥氮可減少化學(xué)氮肥施用量，穩(wěn)定水稻生產(chǎn)，避免了有機(jī)肥過量使用導(dǎo)致的養(yǎng)分徑流流失，提高稻米銅、鋅微量元素含量，但未增加水稻生產(chǎn)凈經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：豬糞有機(jī)肥;稻田;農(nóng)學(xué)效應(yīng);經(jīng)濟(jì)效益;健康風(fēng)險(xiǎn)評估

中圖分類號：S141文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-4440（2021）06-1451-09

Comprehensive evaluation for the influence of substituting fertilizer by pig manure on agronomic effect， safety effect and economic benefit of rice

JI Hong-ting1，ZHOU Wei2，GUO Zhi2，LIU Hong-jiang2，CHEN Liu-gen2，ZHENG Jian-chu2，WU Tian-xiang3

（1.Nanjing Institute of Agricultural Sciences in Jiangsu Hilly Area， Nanjing? 210046， China;2.Institute of Agricultural Resources and Environment， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing 210014， China;3.Jiangsu Cultivated Land Quality and Agricultural Environmental Protection Station， Nanjing 210036， China）

Abstract：Two-year field plot experiments were conducted to estimate the effects of substituting fertilizer by pig manure on agronomic effect， safety effect and economic benefit of rice， aiming to provide a reference for the application of substituting fertilizer by pig manure in rice production. Results showed that compared with conventional nitrogen fertilizer application （CF100）， the treatment of 50% conventional nitrogen fertilizer with 50% pig manure （CF50+PM50） had no significant effect on the mass concentration of nitrogen and phosphorus in the runoff， the quantity of nitrogen and phosphorus in the runoff， and the loss rate of nitrogen and phosphorus in the runoff， and rice yield did not decrease significantly. The treatment of 100% pig manure （PM100） had no significant effect on the mass concentration of nitrogen in the runoff， the quantity of nitrogen in the runoff， and the loss rate of nitrogen in the runoff， but the mass concentration of phosphorus in the runoff， the quantity of phosphorus in the runoff， and the loss rate of phosphorus in the runoff were significantly increased. In addition， the grain yield of rice under PM100 treatment decreased on average by 4.23% in two years. Compared with CF100 treatment， CF50+PM50 and PM100 treatments increased the chlorophyll content of flag leaves at early and late filling stages， but had no significant effect on the net photosynthetic rate of flag leaves at early and late filling stages. The CF50+PM50 and PM100 treatments for consecutive two years increased the health risk index of copper and zinc， but the cumulative health risk index of copper and zinc was lower than one， indicating that they were not harmful to human health. Compared with CF100 treatment， the CF50+PM50 and PM100 treatments significantly increased fertilizer input cost and labor cost， resulting in an increase in the total input cost and a significant decrease in the net income. Overall， CF50+PM50 treatment can reduce chemical nitrogen input， stabilize rice production， decrease the lass of nutrients in runoff due to excessive organic fertilizer， and enhance copper and zinc contents of grains， but it does not increase net economic benefits.

Key words：organic fertilizer from pig manure;paddy field;agronomic effect;economic benefit;health risk assessment

中國是世界上主要的產(chǎn)稻國，水稻種植面積和總產(chǎn)量分別占全世界的18.5%和28.1%[1]。中國也是世界第一大化肥消費(fèi)國，氮肥用量占全球氮肥用量的30%[2]，而中國稻田中氮肥的利用率只有30%左右[3]。大量氮肥的投入以及稻田相對較低的氮素利用率，降低水稻經(jīng)濟(jì)效益的同時，也對環(huán)境造成污染，甚至降低生物多樣性[4]。

有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥是穩(wěn)定水稻生產(chǎn)、減少氮肥損失的一個重要的肥料管理措施[1]。前人有關(guān)有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥對水稻生產(chǎn)影響的研究主要集中在水稻產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分吸收、土壤肥力等方面[5-7]。鑒于糧食生產(chǎn)面臨的壓力，大多數(shù)研究者主要關(guān)注有機(jī)肥替代化肥后的產(chǎn)量效應(yīng)，忽視了有機(jī)肥替代后的環(huán)境效應(yīng)[4]。農(nóng)田產(chǎn)生徑流時，氮、磷的流失是水網(wǎng)面源污染的重要來源之一，徑流水含有的高濃度氮、磷是造成水體污染的主要原因[8]，合理施用有機(jī)肥可減少稻田徑流氮、磷流失，而過量有機(jī)肥的施用會增加稻田徑流氮、磷流失[9]。

有機(jī)肥中含有的部分重金屬是水稻生長所需的營養(yǎng)元素，但其在土壤中過度積累會對環(huán)境造成污染，甚至損害人類健康[10]，適量有機(jī)肥和無機(jī)肥配施既可有效控制農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)重金屬污染，也可在一定程度上緩解作物微量元素如銅和鋅的虧缺[11-12]。關(guān)于有機(jī)肥和無機(jī)肥配施對土壤和作物重金屬積累的影響研究較多，而多數(shù)研究未對有機(jī)肥和無機(jī)肥配施條件下稻米重金屬微量元素含量超標(biāo)引起的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估。羅連光等[13]研究了有機(jī)肥替代化肥對雜交稻植株內(nèi)重金屬元素的影響。謝沂希等[14]分析了雙孢菇菌渣還田處理后稻田土壤中Cu、Cd、Pb、Zn含量的變化，并對其造成的污染進(jìn)行評價(jià)。夏文建等[15]分析了長期施用化肥和有機(jī)肥對稻田土壤重金屬累積及有效態(tài)分布特征。周偉等[16]評估了成都平原地區(qū)稻麥主產(chǎn)區(qū)不同比例的豬糞替代化肥對水稻和小麥籽粒含有重金屬的風(fēng)險(xiǎn)。由于種植區(qū)域、有機(jī)肥類型、水稻品種的不同，導(dǎo)致重金屬風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果有所差別[16]。目前，有關(guān)有機(jī)肥和無機(jī)肥配施對稻麥兩熟農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)稻米重金屬微量元素風(fēng)險(xiǎn)評估的研究較少，因此有必要對有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥時稻米重金屬微量元素超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估。對種植戶而言，經(jīng)濟(jì)效益是決定他們是否采用技術(shù)措施的核心指標(biāo)[4]。在實(shí)施有機(jī)肥替代無機(jī)肥時，由于存在有機(jī)肥的價(jià)格相對較高，有機(jī)肥施用不便、耗時耗力以及有機(jī)肥的肥效低等問題[17]，因此有機(jī)肥替代化肥的凈經(jīng)濟(jì)效益有待評估。

綜上所述，盡管前人關(guān)于豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥的產(chǎn)量效應(yīng)、稻田氮磷徑流流失、稻谷重金屬安全性及經(jīng)濟(jì)效益方面均有涉及，但有關(guān)綜合評價(jià)豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥的產(chǎn)量效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)及經(jīng)濟(jì)效益的研究較少。因此，本研究通過研究豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥對水稻產(chǎn)量，氮肥偏生產(chǎn)力，光合特性，稻田氮、磷流失，稻谷重金屬微量元素安全性及經(jīng)濟(jì)效益的影響，綜合評估運(yùn)用豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥后的農(nóng)學(xué)效應(yīng)及安全效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效益，為豬糞有機(jī)肥在水稻生產(chǎn)上的合理施用提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料及試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)于2014-2015年在江蘇省溧水區(qū)白馬試驗(yàn)基地（31°36′N， 119°11′E）進(jìn)行。試驗(yàn)田土壤屬黃棕壤，土壤基礎(chǔ)肥力如下：pH 6.21，有機(jī)質(zhì)16.62 g/kg，全氮0.87 g/kg，全磷0.24 g/kg，速效氮35.16 mg/kg，速效磷11.84 mg/kg，速效鉀89.23 mg/kg。試驗(yàn)品種為南粳9108，栽插行距為30 cm，株距為13 cm，每穴2～3株，試驗(yàn)期間水稻移栽、收獲與施肥時間見表1。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以常規(guī)化學(xué)氮肥處理（CF100）為對照，設(shè)置2個有機(jī)肥替代處理：有機(jī)肥氮替代50%化學(xué)氮肥氮（CF50+PM50）與有機(jī)肥氮全部替代化學(xué)氮肥氮（PM100），各處理均設(shè)3次重復(fù)，共9個小區(qū)。每個小區(qū)面積為30 m2（長×寬=7.5 m×4.0 m），試驗(yàn)小區(qū)與徑流池設(shè)置詳見郭智等[8]的方法。CF100處理的氮肥（N）、磷肥（P2O5）、鉀肥（K2O）施用量分別為270 kg/hm2，67.5 kg/hm2和135 kg/hm2，氮肥施用按基蘗肥∶穗肥=6∶4，磷肥全作基肥，鉀肥施用按基肥∶促花肥=5∶5。氮肥用尿素（含氮量46%），磷肥用復(fù)合肥（含氮量、含磷量、含鉀量分別為15%、15%、15%），鉀肥用氯化鉀（含鉀量60%）;CF50+PM50處理有機(jī)肥全作基肥，氮肥（有機(jī)肥N+尿素N）施用按基蘗肥∶穗肥=6∶4，PM100處理有機(jī)肥按基肥∶分蘗肥∶穗肥=2∶1∶1分3次施用。不同處理的肥料施用量見表2。豬糞有機(jī)肥（含水量為23.8%）由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合動物科學(xué)基地生產(chǎn)，養(yǎng)分含量（干基）分別為，總氮為1.34%、總磷為1.21%、總鉀為1.96%，總鋅為235.00 mg/kg、總銅為722.00 mg/kg。

1.3測試指標(biāo)與方法

1.3.1水稻產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力測定人工收獲水稻，測定小區(qū)實(shí)際產(chǎn)量。根據(jù)水稻產(chǎn)量及稻田總施氮量計(jì)算氮肥偏生產(chǎn)力（氮肥偏生產(chǎn)力=水稻產(chǎn)量/總施氮量）[18]。

1.3.2光合速率及葉綠素含量測定于水稻灌漿初期（抽穗后15 d）和灌漿后期（抽穗后35 d），運(yùn)用LI-6400XT光合儀于當(dāng)日上午9時至11時測定水稻劍葉光合速率，每處理測定至少4張葉片。同時，取不同處理的水稻旗葉，每個處理采集10片以上，冷藏保存至實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用浸提法測定葉綠素含量。葉綠素含量具體計(jì)算方法參考郭智等[19]的方法。

1.3.3糙米中銅（Cu）、鋅（Zn）含量及健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)將糙米磨成粉狀，并用HNO3-H2O2微波消解，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（iCAP-Q， Thermo Scientific， 美國）測定溶液中Cu和Zn含量。

健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是指定量評價(jià)各類物質(zhì)對人體健康的影響[20-21]。本研究采用健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)法評價(jià)稻米中重金屬微量元素Cu、Zn的健康風(fēng)險(xiǎn)[16，22]。其評價(jià)公式如下：

ADIi=Ci×IR×EF×EDBW×AT

ED=EA-AA

HQi=ADIiRfDi

HIa=∑n1HQai

式中：ADIi為單位體質(zhì)量i重金屬微量元素的日均攝取量，mg/（kg·d）;Ci為糙米中重金屬元素i的實(shí)測含量，mg/kg;IR為日均稻米攝入量，kg/d;EF為攝入頻率，d/a;ED為攝入年限;EA為預(yù)期年限（成人以平均預(yù)期壽命為準(zhǔn)，幼兒以6歲為準(zhǔn)）[23];AA為調(diào)查對象的平均年齡;BW為平均體質(zhì)量，kg;AT為總平均攝入時間，d;RfDi為日均i重金屬元素參考劑量，依據(jù)US EPA 2010 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，Cu、Zn分別為0.04 mg/（kg·d）、0.30 mg/（kg·d）[20]。HQi為i重金屬元素的高危值，HIa為a食物高危指數(shù)，即a食物中n種重金屬元素的高危值之和，可分為3個等級。若HIa≤1，說明該食物中的重金屬含量對人體健康不具有顯著威脅;若1<HIa≤10，說明此食物中的重金屬含量會對人體健康產(chǎn)生一定的重金屬威脅;若HIa>10，說明食物中的重金屬能夠?qū)θ梭w產(chǎn)生慢性毒性作用[16，22-23]。其他相關(guān)參數(shù)詳見表3。

1.3.4氮、磷徑流損失測定參考郭智等[25]的方法采集和分析稻田徑流水樣，具體方法如下：降雨時測量并記錄降雨量和稻田排水量，并采集樣品。分別于采集樣品前記錄徑流水的深度，以便得出徑流水總量，然后攪拌使得徑流池中徑流水的氮、磷濃度均勻，各徑流池中采集300 ml徑流水，采用荷蘭SKALAR公司生產(chǎn)的San++型流動分析儀測定水樣的總氮質(zhì)量濃度、總磷質(zhì)量濃度[25]，進(jìn)而計(jì)算地表徑流氮、磷流失量，氮、磷養(yǎng)分徑流流失率，養(yǎng)分徑流偏流失率，計(jì)算公式如下：

（1）地表徑流氮、磷流失量計(jì)算公式如下：

Q=∑ni=1Ci×Vi×10-3

式中，Q為不同處理?xiàng)l件下稻田地表徑流氮或磷流失總量（kg/hm2）;Ci為第i次徑流過程中徑流水氮或磷質(zhì)量濃度（mg/L）;Vi為第i次徑流過程中徑流水體積（m3/hm2）。

（2）氮、磷養(yǎng)分徑流流失率。在計(jì)算農(nóng)田養(yǎng)分徑流流失率時，本研究中只計(jì)算稻田肥料氮、磷投入量，未考慮降雨、田間灌溉用水和種子含有的氮、磷。氮、磷養(yǎng)分徑流流失率（Pi）計(jì)算公式如下：

Pi=QQn×100%

式中，Pi為各處理稻田中氮、磷養(yǎng)分地表徑流流失率，Q為各處理稻田中氮、磷養(yǎng)分地表徑流流失量（kg/hm2），Qn為各處理稻田中氮、磷養(yǎng)分投入量（kg/hm2）。

（3）氮、磷養(yǎng)分徑流偏流失率計(jì)算公式如下：

Pn=QY×1 000

式中，Pn為各處理稻田中氮、磷養(yǎng)分徑流偏流失率（mg/kg）;Q為各處理稻田中氮、磷養(yǎng)分地表徑流流失量（kg/hm2）;Y為各處理的水稻產(chǎn)量（kg/hm2）。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 20.0對本研究數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，采用Excel和Origin軟件進(jìn)行作圖。

2結(jié)果與分析

2.1豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥對水稻產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力的影響

由圖1A可知，CF50+PM50處理的水稻產(chǎn)量與CF100對照的差異不顯著;在2014年，PM100處理的水稻產(chǎn)量較CF100對照和CF50+PM50處理顯著降低。由圖1B可知，2014年P(guān)M100處理的水稻氮肥偏生產(chǎn)力較CF100對照顯著降低。CF50+PM50處理的水稻氮肥偏生產(chǎn)力與CF100對照差異不顯著。

2.2豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥對水稻灌漿期劍葉光合速率及葉綠素含量的影響

由圖2可知，2015年，CF50+PM50和PM100處理的灌漿初期和灌漿后期劍葉凈光合速率與CF100對照的無顯著差異。2014年，PM100處理灌漿初期劍葉凈光合速率比CF100對照顯著降低，CF50+PM50、PM100處理灌漿后期劍葉凈光合速率與CF100對照差異不顯著。與CF100對照相比，CF50+PM50和PM100處理均提高了灌漿初期和灌漿后期水稻劍葉葉綠素a含量、葉綠素b含量和葉綠素a+b含量，且CF50+PM50處理的水稻劍葉葉綠素含量的增幅均高于PM100處理（圖3）。

圖A和圖B分別是2014年灌漿初期和灌漿后期劍葉葉綠素含量，圖C和圖D分別是2015年灌漿初期和灌漿后期劍葉葉綠素含量。

2.3豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥對稻田養(yǎng)分徑流損失的影響

由圖4可知，與CF100對照相比，CF50+PM50處理對氮、磷徑流流失質(zhì)量濃度，氮、磷徑流流失總量，氮、磷徑流流失率的影響均不顯著，PM100處理對氮徑流流失質(zhì)量濃度、氮徑流流失總量、氮徑流流失率影響不顯著，而顯著增加磷徑流流失質(zhì)量濃度、磷徑流流失總量和磷徑流流失率。與CF100對照相比，CF50+PM50處理對氮徑流偏流失率的影響不顯著，而顯著增加磷徑流偏流失率。PM100處理較CF100對照均顯著提高了氮徑流偏流失率和磷徑流偏流失率。

2.4豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥對稻米中重金屬微量元素健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的影響

雖然重金屬微量元素銅和鋅是植物和人體所必需的元素，但過多的攝入將危害人體健康，因此有必要對豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥條件下稻米中銅、鋅帶來的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)。由圖5可知，隨著豬糞有機(jī)肥替代比例的增加，稻米中銅、鋅健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈增加趨勢，但銅、鋅健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及兩者累計(jì)健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于1，表明連續(xù)兩年豬糞有機(jī)肥替代50%和100%氮肥處理的稻米中銅、鋅微量元素對人體健康沒有危害，豬糞有機(jī)肥施用較常規(guī)施肥可在一定程度上滿足人體對銅、鋅微量元素需求。對不同人群來說，豬糞有機(jī)肥施用條件下銅、鋅健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)表現(xiàn)為幼兒男顯著高于幼兒女、成人男、成人女，表明幼兒男更易受豬糞有機(jī)肥施用下銅、鋅重金屬微量元素的影響。

2.5豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥的經(jīng)濟(jì)效益分析

由表4可知，不同處理下肥料和用工成本的差異是導(dǎo)致稻田投入差異的主要因素。與CF100對照相比，CF50+PM50和PM100處理1 hm2肥料投入成本分別增加4 908元和10 942元，1 hm2人工成本分別增加1 200元和2 400元，導(dǎo)致1 hm2總投入成本分別增加6 108元和13 342元，肥料投入成本占總投入成本的比例分別為39%和52%。經(jīng)濟(jì)效益分析中，稻谷價(jià)格參照當(dāng)年國家稻谷（粳稻）收購指導(dǎo)價(jià)，未考慮各處理對米質(zhì)影響而對稻谷價(jià)格的影響，也未考慮土地租金。從表4可知，隨著豬糞有機(jī)肥替代比例的提高，凈收益急劇下降。CF100對照1 hm2凈收益達(dá)9 967元，凈收益/總投入為0.81，而CF50+PM50和PM100處理的1 hm2凈收益分別下降至3 910元和-5 464元，凈收益/總投入分別為0.21和-0.21（表4）。

3討論

3.1豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥的產(chǎn)量效應(yīng)

豬糞有機(jī)肥替代部分化學(xué)氮肥是在穩(wěn)產(chǎn)的同時實(shí)現(xiàn)化學(xué)氮肥減量的一個有效技術(shù)[4]。本研究結(jié)果表明，豬糞有機(jī)肥氮50%替代化學(xué)氮肥氮與單施化學(xué)氮肥相比兩年產(chǎn)量無顯著差異。豬糞有機(jī)肥養(yǎng)分釋放速度慢，肥效遲緩，豬糞有機(jī)肥氮100%替代化學(xué)氮肥氮不能滿足水稻生育前期對氮的需求，從而導(dǎo)致水稻減產(chǎn)[26-27]。本研究中，2014年豬糞有機(jī)肥氮100%替代化學(xué)氮肥氮導(dǎo)致水稻產(chǎn)量顯著降低，而2015年豬糞有機(jī)肥氮100%替代化學(xué)氮肥氮水稻產(chǎn)量與只施用化學(xué)氮肥處理無顯著差異。這可能是由于連續(xù)兩年施用豬糞有機(jī)肥增強(qiáng)了土壤供氮能力，提高了土壤微生物群落，豐富了細(xì)菌的多樣性，提高了土壤生產(chǎn)力[4]。

3.2豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥的環(huán)境效應(yīng)

本研究發(fā)現(xiàn)，豬糞有機(jī)肥氮50%和100%替代化學(xué)氮肥氮的條件下，稻田氮徑流流失質(zhì)量濃度、氮徑流流失量和氮徑流流失率均無顯著差異，這與郭智等[8]的研究結(jié)果基本一致。劉紅江等[26]研究認(rèn)為，豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥可以減少稻田氮素流失，隨著有機(jī)肥替代比例的增加，稻田氮素流失不斷減少。馬凡凡等[9]研究認(rèn)為，當(dāng)有機(jī)肥氮替代比例逐漸增加時，總氮流失量和流失率不斷減少，替代比例為50%和100%時，降低稻田氮素徑流損失的效果明顯。本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果存在差異，這可能與肥料種類、肥料用量、施肥時期和施肥方式等有關(guān)[26]。豬糞有機(jī)肥氮替代50%化學(xué)氮肥氮對磷徑流流失質(zhì)量濃度、徑流流失量和徑流流失率影響不顯著，而全部用豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥明顯增加了磷徑流流失質(zhì)量濃度、徑流流失量和徑流流失率。其原因可能是本研究豬糞有機(jī)肥中總磷含量為1.21%，在等氮替代條件下，豬糞有機(jī)肥氮全部替代化學(xué)氮肥氮條件下稻田磷素投入量為243.81 kg/hm2，較單獨(dú)施用化肥稻田磷素投入量顯著增加176.31 kg/hm2，同時豬糞有機(jī)肥的施用導(dǎo)致土壤有效磷含量急劇增加，從而導(dǎo)致磷徑流流失量和流失率顯著增加[8，26]。因此，在將有機(jī)肥用于水稻生產(chǎn)時，合理控制總磷投入量對減少稻田磷徑流流失至關(guān)重要。

3.3豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥的稻米中重金屬微量元素安全性評價(jià)

有機(jī)肥是植物微量營養(yǎng)元素的主要來源之一，但過量施用有機(jī)肥會導(dǎo)致土壤重金屬的過量積累，從而提高籽粒重金屬含量，進(jìn)而對人體健康產(chǎn)生危害[10]。本研究施用的豬糞有機(jī)肥總鋅、總銅含量分別為235 mg/kg和722 mg/kg，豬糞有機(jī)肥的施用是否導(dǎo)致稻米中銅和鋅重金屬污染不得而知，有必要對其安全性進(jìn)行評估。本研究結(jié)果表明，隨著豬糞有機(jī)肥替代比例的增加，稻米中銅、鋅健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)盡管呈增加趨勢，但銅、鋅健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及兩者累計(jì)健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于1，表明連續(xù)兩年50%～100%豬糞有機(jī)肥氮替代化學(xué)氮肥氮處理的稻米中銅、鋅含量對人體健康沒有危害，豬糞有機(jī)肥的施用較化學(xué)氮肥可在一定程度上滿足人體對銅、鋅營養(yǎng)元素的需求。由于不同豬糞有機(jī)肥中重金屬含量不同，并且不同水稻品種富集重金屬的效果存在差異，導(dǎo)致水稻對重金屬的吸收不同，因此在對不同地區(qū)施用豬糞有機(jī)肥后造成的影響進(jìn)行評估時，應(yīng)視具體情況通過長期試驗(yàn)來評估[16]。

3.4豬糞有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥的經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益是評價(jià)有機(jī)肥替代化肥的重要指標(biāo)之一[4]。本研究結(jié)果表明，豬糞有機(jī)肥氮50%和100%替代化學(xué)氮肥氮處理每1 hm2總投入成本明顯增加，這主要是由于肥料投入成本和人工成本增加導(dǎo)致?？偼度氤杀镜脑黾咏档土藘羰找妫i糞有機(jī)肥氮50%和100%替代化學(xué)氮肥氮的凈收益每1 hm2分別下降至3 909元和-5 464元，凈收益/總投入分別為0.21和-0.21。

有機(jī)肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用現(xiàn)狀并不樂觀，有數(shù)據(jù)顯示，施用有機(jī)肥的農(nóng)戶比例只占15%～35%[17，28-29]，有機(jī)肥使用成本相對較高、費(fèi)時費(fèi)力、經(jīng)濟(jì)效益不高等問題可能是導(dǎo)致農(nóng)戶采用有機(jī)無機(jī)配施技術(shù)意愿下降的一個原因[17，30-31]。為提高農(nóng)民應(yīng)用有機(jī)肥替代技術(shù)的積極性，促進(jìn)有機(jī)肥替代在水稻生產(chǎn)上的應(yīng)用，保障農(nóng)民水稻生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，首先要注重宣傳有機(jī)肥使用技術(shù)，建議采用適當(dāng)?shù)谋壤M(jìn)行替代[32]。二是政府應(yīng)協(xié)同有關(guān)機(jī)構(gòu)解決有機(jī)肥替代過程中存在的，包括有機(jī)肥相對較高的價(jià)格、農(nóng)家肥施用耗時耗力、有機(jī)肥肥效相對較低等問題[17]。三是政府應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)政策扶持，完善現(xiàn)有的補(bǔ)貼政策，如根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、農(nóng)民收入水平、應(yīng)用有機(jī)肥替代化肥的水稻種植面積提供補(bǔ)貼[4，17]。

參考文獻(xiàn)：

[1]YANG G Y，JI H T，LIU H J，et al. Assessment of productivity，nutrient uptake and economic benefits of rice under different nitrogen management strategies [J]. Peer J，2020. DOI 10.7717/peerj.9596.

[2]HUANG M，ZOU Y B. Reducing environmental risk of nitrogen by popularizing mechanically dense transplanting for rice production in China [J]. Journal of Integrative Agriculture，2020，19（9）：2362-2366.

[3]于飛，施衛(wèi)明. 近10年中國大陸主要糧食作物氮肥利用率分析[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2015，52（6）：1311-1324.

[4]李永華，武雪萍，何剛，等. 我國麥田有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥的產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)環(huán)境效應(yīng)[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，53（23）：4879-4890.

[5]孟琳，張小莉，蔣小芳，等. 有機(jī)肥料氮替代部分化肥氮對稻谷產(chǎn)量的影響及替代率[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，42（2）：532-542.

[6]呂真真，吳向東，侯紅乾，等. 有機(jī)-無機(jī)肥配施比例對雙季稻田土壤質(zhì)量的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2017，23（4）：904-913.

[7]石鑫蕊，任彬彬，江琳琳，等. 有機(jī)肥替代部分化肥對水稻光合速率、氮素利用率和產(chǎn)量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2021，32（1）：154-162.

[8]郭智，周煒，陳留根，等. 施用豬糞有機(jī)肥對稻麥兩熟農(nóng)田稻季養(yǎng)分徑流流失的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2013，27（6）：21-25，61.

[9]馬凡凡，邢素林，甘曼琴，等. 有機(jī)肥替代化肥對水稻產(chǎn)量、土壤肥力及農(nóng)田氮磷流失的影響[J]. 作物雜志，2019（5）：89-96.

[10]吳榮，劉善江，孫昊，等. 長期化肥配施不同有機(jī)肥對土壤和玉米中重金屬累積的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2020，26（11）：2010-2019.

[11]孔文杰，倪吾鐘. 有機(jī)無機(jī)肥配合施用對土壤-水稻系統(tǒng)重金屬平衡和稻米重金屬含量的影響[J]. 中國水稻科學(xué)，2006，20（5）：517-523.

[12]魯洪娟，孔文杰，張曉玲，等. 有機(jī)無機(jī)肥配施對稻-油系統(tǒng)中重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的影響[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2009，35（1）：111-118.

[13]羅連光，崔新衛(wèi)，楊勇，等. 有機(jī)無機(jī)肥配施對超級雜交稻產(chǎn)量構(gòu)成及植株重金屬含量的影響[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，28（1）：67-71.

[14]謝沂希，謝尚春，劉慧，等. 雙孢蘑菇菌渣還田下水稻土Cu、Cd、Pb、Zn相關(guān)性分析及污染評價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2018，35（6）：518-526.

[15]夏文建，張麗芳，劉增兵，等. 長期施用化肥和有機(jī)肥對稻田土壤重金屬及其有效性的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)，2021，42（5）：2469-2479.

[16]周偉，鄧良基，賈凡凡，等. 菌渣豬糞還田下麥稻重金屬富集特征及風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2017，36（2）：230-240.

[17]朱利群，王玨，王春杰，等. 有機(jī)肥和化肥配施技術(shù)農(nóng)戶采納意愿影響因素分析——基于蘇、浙、皖三省農(nóng)戶調(diào)查[J]. 長江流域資源與環(huán)境，2018，27（3）：671-679.

[18]YANG L，ZHOU X，LIAO Y L，et al. Co-incorporation of rice straw and green manure benefits rice yield and nutrient uptake[J]. Crop Science，2019（59）：1-11.

[19]郭智，劉紅江，張?jiān)婪迹? 氮磷減施對水稻劍葉光合特征、產(chǎn)量及氮素利用率的影響[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017，30（10）：2263-2269.

[20]沈體忠，朱明祥，肖杰. 天門市土壤-水稻系統(tǒng)重金屬遷移積累特征及其健康風(fēng)險(xiǎn)評估[J]. 土壤通報(bào)，2014，45（1）：221-226.

[21]吳洋，楊軍，周小勇，等. 都安縣玉米籽粒重金屬累積特征與健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，34（11）：2048-2054.

[22]RIVERA M B，GIRLDEZ M I，F(xiàn)ERNNDEZ-CALIANI J C. Assessing the environmental availability of heavy metals in geogenically contaminated soils of the Sierra de Aracena Natural Park （SW Spain）. Is there a health risk？ [J]. Science of the Total Environment，2016，560/561：254-265.

[23]張海鋒，李曉玲，羅玉紅，等. 宜昌近郊污水灌溉區(qū)水芹重金屬污染狀況及健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，34（8）：1470-1477.

[24]朱謙讓，戴月，謝瑋，等. 江蘇省居民膳食結(jié)構(gòu)與營養(yǎng)素?cái)z入狀況評價(jià)[J]. 江蘇預(yù)防醫(yī)學(xué)，2017，28（3）：259-265.

[25]郭智，劉紅江，陳留根，等. 太湖流域典型桃園土壤氮素徑流流失特征[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2017，31（4）：1-5.

[26]劉紅江，陳虞雯，孫國峰，等. 有機(jī)肥-無機(jī)肥不同配施比例對水稻產(chǎn)量和農(nóng)田養(yǎng)分流失的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2017，36（2）：405-412.

[27]TIMSINA J. Can organic sources of nutrients increase crop yields to meet global food demand？ [J]. Agronomy，2018，8：214.

[28]高瑛，王娜，李向菲，等. 農(nóng)戶生態(tài)友好型農(nóng)田土壤管理技術(shù)采納決策分析——以山東省為例[J]. 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)問題，2017，38（1）：38-47，110-111.

[29]鐘太洋，黃賢金，王柏源. 非農(nóng)業(yè)就業(yè)對農(nóng)戶施用有機(jī)肥的影響[J]. 中國土地科學(xué)，2011，25（11）：67-73.

[30]蘇天明，何江萍，曾成城，等.甘蔗濾泥生物有機(jī)肥對茄子的施用效果[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2019，50（1）：53-58.

[31]張宇，樊小雪，徐剛，等. 不同氮肥與有機(jī)肥配施對蒜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（5）：114-117.

[32]黃炎忠，羅小鋒，劉迪，等.農(nóng)戶有機(jī)肥替代化肥技術(shù)采納的影響因素——對高意愿低行為的現(xiàn)象解釋[J]. 長江流域資源與環(huán)境，2019，28（3）：632-641.

（責(zé)任編輯：陳海霞）

收稿日期：2021-05-24

基金項(xiàng)目：江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（現(xiàn)代農(nóng)業(yè)）項(xiàng)目（BE2020319-12）

作者簡介：紀(jì)洪亭（1987-），男，山東青州人，博士，助理研究員，主要從事作物生理生態(tài)研究。（E-mail）jihongting2010@126.com

通訊作者：吳田鄉(xiāng)，（E-mail）504572972@qq.com