沼液過(guò)量還田對(duì)土壤環(huán)境容量及玉米生長(zhǎng)的影響

李金澄，孫吉翠，楊 麗,MUHAMMAD Azeem，張忠蘭，楊守軍

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙臺(tái)研究院，山東 煙臺(tái)264670； 2.卡拉奇大學(xué) 植物系，巴基斯坦 卡拉奇 75270)

沼液是農(nóng)牧業(yè)有機(jī)廢棄物經(jīng)沼氣工程產(chǎn)生能源后的液相殘留物，因其尚未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)而成為限制沼氣工程可持續(xù)發(fā)展的瓶頸[1]。如何有效處理與利用沼液不僅是水環(huán)境保護(hù)亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題，更是構(gòu)建循環(huán)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物“零排放”和“全消納”的關(guān)鍵。目前沼液的處理方式可分為低成本的自然生態(tài)凈化、高成本的工廠化處理、低成本的資源化利用和高附加值的開(kāi)發(fā)利用四大類(lèi)[2]。其中，前2類(lèi)以達(dá)標(biāo)排放為首要目標(biāo)，后2類(lèi)是將沼液作為養(yǎng)分資源進(jìn)行循環(huán)利用。在沼液資源化利用工藝中，沼液還田是沼液處理與利用的最經(jīng)濟(jì)有效的方式。

高職院校應(yīng)該率先拓寬自身的發(fā)展視角，要及時(shí)對(duì)師資市場(chǎng)中的現(xiàn)有狀況進(jìn)行調(diào)查，也無(wú)需特別注意避開(kāi)學(xué)習(xí)本科院校的管理制度。對(duì)于一些具有現(xiàn)代化特征，且具有應(yīng)用價(jià)值的管理制度，高職院校應(yīng)該留其骨架，將自身的教師管理特色和高職院校的運(yùn)行特征融合到該制度中，將其改良為更加適應(yīng)于高職院校的師資管理機(jī)制。除此之外，校方也可以放開(kāi)二級(jí)分校的辦學(xué)權(quán)利，將校內(nèi)資源和資產(chǎn)的管理權(quán)、使用權(quán)也統(tǒng)一開(kāi)放。這樣一來(lái)便能通過(guò)開(kāi)放性手段為教師們提供更加寬廣的發(fā)展空間。當(dāng)校內(nèi)教師可以在開(kāi)放進(jìn)程中提供真實(shí)的發(fā)展意見(jiàn)時(shí)，教師的活力便也能得到極大的提升，繼而間接提升校園內(nèi)部的師資力量“供給”能力。

沼液中含有豐富的N、P、K等大量營(yíng)養(yǎng)元素，Ca、Fe、Zn、Cu 等中微量營(yíng)養(yǎng)元素，豐富的氨基酸、維生素、活性酶、激素等微生物代謝產(chǎn)物，以及大量未消化完全的原料碎屑、微生物菌體等，能基本滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)對(duì)肥料的需求，還田后可降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的投資成本，提高農(nóng)民收入[3]。目前，國(guó)內(nèi)沼液還田多是基于沼液供給養(yǎng)分與作物生長(zhǎng)養(yǎng)分需求基準(zhǔn)平衡的原則，確定沼液的還田用量，并研究沼液替代化肥對(duì)作物生長(zhǎng)的效應(yīng)。王思齊等[4]和有婧儀等[5]研究認(rèn)為，在產(chǎn)量不降低的前提下，沼肥替代40%～60%的化肥能促進(jìn)玉米和蘋(píng)果的生長(zhǎng)及品質(zhì)的改善。實(shí)際上，沼液還田不僅是解決農(nóng)作物生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分需求問(wèn)題，更重要的是在作物耐受范圍內(nèi)盡可能多地消納沼液，以減少沼氣工程沼液消解的農(nóng)田配套面積及沼液輸送等成本。在沼液過(guò)量還田的背景下，沼液養(yǎng)分含量超過(guò)作物農(nóng)學(xué)需肥量，有可能會(huì)對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量和地下水安全產(chǎn)生不利的影響。張笑千[6]、高強(qiáng)[7]研究表明，沼液過(guò)量施用會(huì)導(dǎo)致土壤鹽分、重金屬、氮和磷養(yǎng)分的累積，從而對(duì)地表和地下水構(gòu)成污染，但史一鳴[8]利用稻田生態(tài)系統(tǒng)研究沼液消解潛力及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估認(rèn)為，2倍氮養(yǎng)分沼液處理的產(chǎn)量最高，并且不會(huì)對(duì)稻田生態(tài)和環(huán)境產(chǎn)生破壞。由此可見(jiàn)，不同的研究目的和方法產(chǎn)生不同的研究結(jié)果。同樣，沼液過(guò)量還田還有可能造成土壤中抗生素和病原微生物的污染，通過(guò)食物鏈對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。但有關(guān)沼液過(guò)量還田對(duì)抗生素和病原微生物在土壤中累積影響的研究鮮有報(bào)道。因此，以玉米為試材，研究沼液過(guò)量還田對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量安全及玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響，以期確立沼液土壤消解的安全容量，為沼液的安全施用提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)起始于2018年5月中旬，于2018年8月末結(jié)束。試驗(yàn)地點(diǎn)為中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)研究院大田試驗(yàn)基地。土壤類(lèi)型為棕壤，有機(jī)質(zhì)含量為8.8 g/kg，堿解氮含量為131.41 mg/kg，有效磷含量為97.6 mg/kg，速效鉀含量為135.76 mg/kg，pH值為6.079，可溶性鹽含量(EC值)為60.0 μS/cm。土壤中大腸桿菌、蛔蟲(chóng)卵、抗生素均未檢出。玉米品種為登海662。試驗(yàn)所用沼液為山東省某沼液工程的雞糞沼液，其全氮、全磷、全鉀含量分別為0.59%、0.02%、0.37%，大腸桿菌菌群數(shù)為10 000個(gè)/mL，蛔蟲(chóng)卵死亡率>95%，pH值為7.56，EC值為14 780 μS/cm，抗生素未檢出。土壤和沼液中重金屬含量見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理重復(fù)3次，共5個(gè)處理，小區(qū)面積為20 m2。沼液施用量以氮進(jìn)行換算，于土壤翻耕前一次性施入，所缺磷、鉀養(yǎng)分用化肥補(bǔ)齊。施肥情況詳見(jiàn)表2。處理1(CK)：不施用任何肥料(N 0 t/hm2)；處理2(1N)：1倍氮當(dāng)量沼液(N 0.885 t/hm2，所施沼液含氮量與目標(biāo)產(chǎn)量需氮量相等)；處理3(2N)：2倍氮當(dāng)量沼液(N 1.770 t/hm2，所施沼液含氮量是目標(biāo)產(chǎn)量需氮量的2倍)；處理4(3N)：3倍氮當(dāng)量沼液(N 2.655 t/hm2，所施沼液含氮量是目標(biāo)產(chǎn)量需氮量的3倍)；處理5(4N)：4倍氮當(dāng)量沼液(N 3.540 t/hm2，所施沼液含氮量是目標(biāo)產(chǎn)量需氮量的4倍)。玉米行、株距分別為45、35 cm，目標(biāo)產(chǎn)量為7 500 kg/hm2。

本研究結(jié)果表明，沼液還田可提高土壤的pH值和EC值，這與王寅等[21]和張昌愛(ài)等[22]的研究結(jié)果一致。本研究所用沼液中EC值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2005)的要求，因此沼液處理土壤pH值和EC值的升高主要是由于沼液中含有大量的鹽基離子。同時(shí)，沼液過(guò)量還田意味著高氮施肥模式下，土壤的脫鹽效率逐漸降低和土壤養(yǎng)分高度富集，導(dǎo)致土壤溶液中水溶性鹽基離子總量提高[23-24]。

1.3 樣品采集與測(cè)定方法

5.影響不大。公職律師在提供法律服務(wù)時(shí)，很難從行政隸屬關(guān)系中擺脫出來(lái)，律師職業(yè)的獨(dú)立性沒(méi)有保障。對(duì)公職律師沒(méi)有客觀公正的專(zhuān)業(yè)評(píng)價(jià)體系，經(jīng)濟(jì)待遇又無(wú)法提高，公職律師的勞動(dòng)價(jià)值也缺乏衡量的標(biāo)準(zhǔn)，這使得公職律師在稅務(wù)系統(tǒng)還沒(méi)有得到廣泛認(rèn)同。

沼液還田后，所有沼液處理土壤的pH值均不同程度升高，且玉米苗期pH值升高幅度隨沼液還田量的增加而增加(圖1)。與對(duì)照相比，在玉米苗期，1N、2N、3N、4N處理土壤pH值分別升高了12.34%、18.09%、23.36%、26.48%。隨著玉米生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)，各沼液處理土壤pH值下降，至玉米的完熟期，1N、2N、3N、4N處理土壤pH值分別比對(duì)照增加了3.95%、6.41%、9.05%、13.65%。

分別在玉米的苗期、拔節(jié)期、抽穗期和完熟期進(jìn)行土壤耕作層樣品采集，在玉米的收獲期進(jìn)行產(chǎn)量測(cè)定和品質(zhì)檢測(cè)。土壤中大腸桿菌菌群數(shù)的檢測(cè)采用多管發(fā)酵法[9]；土壤中蛔蟲(chóng)卵死亡率的檢測(cè)采用直接鏡檢法[10]；土壤中Cu、Zn、Cd、Cr、Pb、Ni含量的測(cè)定采用原子吸收分光光度法[11]；土壤中As、Hg含量的測(cè)定分別采用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法和氫化物發(fā)生-原子吸收分光光度法[12-13]；土壤中土霉素、四環(huán)素、金霉素、強(qiáng)力霉素含量的檢測(cè)采用高效液相色譜法[14]；土壤中pH值和EC值測(cè)定分別采用酸度計(jì)法和電導(dǎo)法[11]。玉米中粗脂肪、粗蛋白、粗淀粉含量的測(cè)定分別采用索氏提取法、凱氏定氮法和3，5-二硝基水楊酸法[15-16]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)采用Excel 2016和SPSS 24.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著差異法(LSD)分析差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同沼液施用量對(duì)玉米田土壤重金屬含量的影響

土壤樣品中Ni、Cr、Hg、Pb 4種重金屬均未檢出，沼液施用量對(duì)其他重金屬含量的影響如表3所示。與對(duì)照相比，1N、2N、3N、4N處理土壤Cd含量在玉米苗期分別增加了268.97%、255.17%、220.69%和206.90%，但4個(gè)處理Cd含量均未超過(guò)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)所規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)篩選值(0.3 mg/kg)。數(shù)據(jù)分析表明，玉米苗期土壤中Cd含量隨沼液施用量的增加呈下降趨勢(shì)；在玉米拔節(jié)期，沼液處理土壤Cd含量有了一定程度的下降，1N、2N、3N、4N處理土壤Cd含量分別比苗期降低了70.09%、71.84%、69.89%、67.42%；在玉米抽穗期，4個(gè)沼液處理的Cd含量較玉米苗期和拔節(jié)期持續(xù)下降；在玉米完熟期，4個(gè)沼液處理的Cd含量則明顯低于對(duì)照。與Cd不同，1N、2N、3N、4N處理玉米苗期土壤中Cu、Zn含量的增加量隨沼液施用量的增加而增加，分別比對(duì)照提高了220.82%、574.00%、854.74%、1 133.61%和456.61%、476.71%、496.45%、624.34%，其中2N、3N、4N處理土壤中Cu、Zn含量均超風(fēng)險(xiǎn)篩選值(50、200 mg/kg)；在玉米拔節(jié)期和抽穗期，1N、2N、3N、4N處理土壤中Cu、Zn含量較玉米苗期明顯下降，完熟期時(shí)4N處理的Cu、Zn含量超出風(fēng)險(xiǎn)篩選值10.96%、10.36%，其余處理均未超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)篩選值。與其余重金屬不同，沼液處理土壤中的As只有在玉米苗期于4個(gè)處理中全部檢出，其他生育時(shí)期僅有個(gè)別檢出且均遠(yuǎn)低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值(40 mg/kg)。

2.2 不同沼液施用量對(duì)玉米田土壤pH值的影響

不知是有意還是無(wú)意，圣誕節(jié)前的一天，方勛梅突然沒(méi)有開(kāi)車(chē)來(lái)，下班后站在廠區(qū)外面等出租車(chē)回家。程曉終于鼓足勇氣，把車(chē)開(kāi)到她身邊，打開(kāi)車(chē)門(mén)，在眾人的瞠目結(jié)舌中把方勛梅拉上了車(chē)，說(shuō)：“以后就別開(kāi)車(chē)了，由我接送你好嗎？”“憑什么?。肯纫纯茨愕谋憩F(xiàn)！”方勛梅說(shuō)著，臉上不禁泛上一層紅暈。方勛梅的態(tài)度讓程曉內(nèi)心無(wú)比激動(dòng)，很快把車(chē)飚出了城，在高速公路上，他一路加速，好多名車(chē)都被遠(yuǎn)遠(yuǎn)地甩在了后面，他們像坐在一片平緩浮動(dòng)的浮云上一樣……第二天，方勛梅接受了程曉送上的玫瑰花。

2.3 不同沼液施用量對(duì)玉米田土壤EC值的影響

黑龍江省位于我國(guó)東北部，處于高寒地帶，具有得天獨(dú)厚的冰雪資源，為黑龍江省冰雪旅游的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和完善，旅游越來(lái)越受到人們的喜愛(ài)和追捧，成為人們休閑娛樂(lè)的良好方式之一，同時(shí)也為經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入了新的動(dòng)力。冰雪旅游作為一種新興的旅游方式，由于季節(jié)性和區(qū)域性的限制，東北地區(qū)的冰雪旅游越來(lái)越受到廣大群眾的歡迎。

2.4 不同沼液施用量對(duì)玉米田土壤衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)的影響

檢測(cè)結(jié)果表明，在玉米整個(gè)生育期內(nèi)所有處理土壤的蛔蟲(chóng)卵死亡率均為100%，不同處理土壤的大腸桿菌菌群數(shù)如表4所示。在玉米整個(gè)生育期內(nèi)，1N、2N處理與對(duì)照土壤均未檢測(cè)到大腸桿菌。與1N、2N處理不同，3N、4N處理土壤在玉米整個(gè)生育期內(nèi)均檢出大腸桿菌，且大腸桿菌菌群數(shù)隨沼液施用量的增加而升高。隨著玉米生育期的延長(zhǎng)，土壤中大腸桿菌菌群數(shù)下降，至玉米完熟期，3N、4N處理土壤的大腸桿菌菌群數(shù)分別比苗期降低了95.35%、94.00%。

沼液還田對(duì)土壤EC值的影響與pH值的變化趨勢(shì)相似(圖2)。與對(duì)照相比，玉米苗期的1N、2N、3N、4N 4個(gè)處理土壤EC值分別增加了276.50%、360.67%、476.00%、538.50%。在玉米拔節(jié)期，沼液處理土壤EC值下降迅速，1N、2N、3N、4N處理分別比苗期下降了33.02%、35.49%、41.20%、42.52%。至玉米完熟期，1N、2N、3N、4N處理土壤EC值仍比對(duì)照增加了30.59%、52.16%、72.35%、108.63%。

表4 沼液過(guò)量還田對(duì)玉米不同生育時(shí)期土壤中大腸桿菌菌群數(shù)的影響Tab.4 Effect of excessive return of biogas slurry on the amount of Escherichia coli in corn field soil at different growth stage

2.5 不同沼液施用量對(duì)玉米品質(zhì)與產(chǎn)量的影響

表5 沼液過(guò)量還田對(duì)玉米品質(zhì)與產(chǎn)量的影響Tab.5 Effect of excessive return of biogas slurry on maize quality and yield

3 結(jié)論與討論

從表5可以看出，與對(duì)照相比，1N、2N、3N、4N處理玉米籽粒中的粗蛋白含量分別提高了16.75%、18.80%、19.82%、19.69%，粗脂肪含量分別提高了67.89%、74.93%、89.01%、86.20%，粗淀粉含量分別提高了5.35%、6.94%、11.31%、7.11%。沼液施用量從1N處理增加到3N處理時(shí)，玉米品質(zhì)隨沼液施用量的增加而提升。當(dāng)沼液施用量增加到4N處理時(shí)，玉米品質(zhì)呈下降趨勢(shì)，其中粗脂肪、粗淀粉含量下降顯著。就玉米產(chǎn)量而言，1N、2N、3N、4N處理分別是對(duì)照的1.99、2.05、2.08、2.03倍。

小學(xué)生所獲得的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)基本上都是通過(guò)學(xué)校教育與生活實(shí)踐得到的，而小學(xué)數(shù)學(xué)教師優(yōu)化課堂提問(wèn)的基本手段便是從小學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活入手。提出生活化的數(shù)學(xué)問(wèn)題，讓小學(xué)生借助自己的生活經(jīng)驗(yàn)分析問(wèn)題，確定數(shù)學(xué)問(wèn)題的解題模型，然后再通過(guò)一系列數(shù)學(xué)探究與知識(shí)闡述提煉出生活中的數(shù)學(xué)規(guī)律，保證小學(xué)生的思維狀態(tài)一直都是積極的、主動(dòng)的、發(fā)散的。

MARK等[25]研究表明，糞便大腸桿菌在土壤中存活時(shí)間超過(guò)45 d，且能通過(guò)根部侵染生菜食用部分。沼液還田量3N、4N處理，土壤中檢測(cè)到大腸桿菌，但在玉米完熟期含量?jī)H為20～30個(gè)/g，沒(méi)有對(duì)玉米生產(chǎn)產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。本研究結(jié)果顯示，土壤未檢出抗生素，且檢出的蛔蟲(chóng)卵死亡率均為100%，因此現(xiàn)階段沼液還田過(guò)程中蛔蟲(chóng)卵和抗生素在土壤中存活或殘留所引起的安全風(fēng)險(xiǎn)可能性較小。

沼液中富含多種作物生長(zhǎng)所需的水溶性養(yǎng)分，含有大量氨基酸、多種維生素、微量元素等物質(zhì)，可以產(chǎn)生增產(chǎn)、提質(zhì)效果[26]。本研究結(jié)果表明，沼液還田量在3N處理時(shí)，玉米產(chǎn)量和品質(zhì)最佳。可能由于沼液中含有一定量的有機(jī)養(yǎng)分，需要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的礦化過(guò)程才能轉(zhuǎn)化為作物吸收的無(wú)機(jī)養(yǎng)分，因此3N處理保證了玉米對(duì)養(yǎng)分的需求。當(dāng)養(yǎng)分增加到4N處理時(shí)，過(guò)多的氮養(yǎng)分降低籽粒中可溶性糖的含量，及Cu、Zn元素的過(guò)度富集使玉米的代謝受阻，對(duì)生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)作用造成品質(zhì)和產(chǎn)量的降低[27-28]。

綜上，沼液還田可以改善土壤質(zhì)量環(huán)境，具有單施化肥不具備的優(yōu)點(diǎn)。以玉米產(chǎn)量最大和品質(zhì)最優(yōu)為優(yōu)先目標(biāo)時(shí)，3倍氮養(yǎng)分沼液施用量為最優(yōu)，但土壤存在Cu、Zn和大腸桿菌污染的風(fēng)險(xiǎn)；以土壤環(huán)境安全最大承載量為優(yōu)先目標(biāo)時(shí)，1倍氮養(yǎng)分沼液施用量為最優(yōu)。本研究?jī)H為1 a的試驗(yàn)結(jié)果，多年施用沼液對(duì)土壤環(huán)境容量及玉米生產(chǎn)的影響有待進(jìn)一步研究。