沼液在水稻生產(chǎn)上的應用現(xiàn)狀與展望

胡建林 郭 英 董華林 殷得所 王紅波 鄭興飛 查中萍 薛 蓮 徐得澤 劉 凱

（湖北省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所/糧食作物種質(zhì)創(chuàng)新與遺傳改良湖北省重點實驗室 湖北武漢 430064）

沼肥是指在沼氣發(fā)酵時所產(chǎn)生的殘余物， 包含固態(tài)的沼渣與液態(tài)的沼液兩部分。 近年來，隨著我國動物養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴大及沼氣業(yè)的蓬勃發(fā)展，養(yǎng)殖廢棄物處理過程中及沼氣產(chǎn)業(yè)本身產(chǎn)生的沼肥都在日益劇增，沼肥平均排放量每年達到了2 億t[1]，如何高效安全合理地處理沼肥， 已成為限制沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題，亟待解決。 沼渣為固態(tài)，可以深加工為固態(tài)有機肥，易于運輸，便于處理。 相對沼渣，沼液的產(chǎn)能更大， 而且液態(tài)的沼液儲存與運輸?shù)臈l件要求較高，處理不當，極易成為二次污染物，造成環(huán)境污染。 將沼液就地肥料化，施入到稻田中，通過稻田水的稀釋、長時間的高溫消解、水稻的吸收利用等一系列過程， 水稻可將沼液的成分及分解物進行吸收轉(zhuǎn)化，即可降低沼液對環(huán)境帶來的污染，又可減少水稻生產(chǎn)對化肥、農(nóng)藥的使用。

1 沼液的成分組成

目前， 我國每天都會產(chǎn)生大量各種各樣的有機垃圾與廢棄物， 因此沼液的來源非常廣泛， 但目前其主要由農(nóng)作物秸稈、 畜禽養(yǎng)殖糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)酵而產(chǎn)生。 發(fā)酵完成后沼液是一種復雜的混合物， 一般呈現(xiàn)深褐色， pH 為中性或偏堿性。 沼液中的植物營養(yǎng)成分含量較高， 且大都是離子態(tài)形式的速效養(yǎng)分， 非常利于植物的吸收。 不同來源的沼液中含有的營養(yǎng)元素與活性物質(zhì)的組成基本相同， 但其各個組成成分的含量有所差異[2]。 沼液中富含植物所需的大量元素 C、H、O、N、P、K 等，也含有調(diào)節(jié)植物生長作用的微量元素 Ca、Mg、Fe、S、Zn 等， 還含有維生素、 赤霉素、 生物堿和激素等植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)及抑制植物病蟲害的有益微生物等[3-4]。 由此可知，沼液富含植物所需的速效營養(yǎng)與有機質(zhì)， 是優(yōu)質(zhì)的農(nóng)田有機肥料， 可在水稻大田生產(chǎn)上得到有效而廣泛的利用。

2 沼液在水稻生產(chǎn)中的應用技術

2.1 沼液水稻浸種

水稻生產(chǎn)上， 水稻種子在播種之前一般都要進行浸種催芽處理。 沼液水稻浸種就是在水稻種子播種前，將其放在沼液中進行浸泡處理的一項技術。 沼液中含有利于種子萌發(fā)的微量元素與活性物質(zhì)，浸種時可以抑制并殺滅種子外表的有害病菌， 并能促進水稻種子快速發(fā)芽與生長。 這是因為在浸種過程中，種子在吸收水分的同時，也可以吸收沼液中的營養(yǎng)與促進成分，加強細胞內(nèi)酶的活性，加速發(fā)芽過程中的養(yǎng)分運轉(zhuǎn)和新陳代謝[5]。 雖然沼液水稻浸種存在諸多優(yōu)勢， 但是在沼液浸種處理過程中， 對沼液的濃度、 浸種處理時間與處理手段都有一定要求。 王彥杰等[6]的研究表明，在48 h 的浸種與催芽試驗中，沼液濃度低于30%的浸種處理對水稻種子發(fā)芽有顯著促進作用， 其中3%的沼液處理可顯著提高水稻的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)等， 是試驗中最理想的浸種濃度； 當沼液的浸種濃度提高到50%及以上時， 反而抑制了水稻種子發(fā)芽過程中的胚芽和根的伸長。 由此可見， 在沼液水稻浸種時， 要結(jié)合當時的處理溫度、 沼液濃度與成分， 靈活掌握浸種時間， 總時間控制在24～48 h 之間比較合適。也可以采用間歇式浸種處理[7]，種子開始破胸時，沼液浸種階段要及時結(jié)束，將種子用清水清洗干凈后再進行催芽，將沼液浸種與清水催芽分成2 個階段分開處理， 可避免燒芽現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 沼液用作水稻肥料

近年來，為了追求高產(chǎn)，農(nóng)民往往在水稻種植過程中施用過量的化肥與農(nóng)藥， 嚴重影響了生態(tài)環(huán)境與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[8]。 當前，沼液主要利用與處理方式就是肥料化還田。 沼液作為一種優(yōu)質(zhì)的有機肥，含有水稻生長所需的多種營養(yǎng)成分，將沼液作為稻田肥料，不但可以保證水稻產(chǎn)量，同時也能夠提高水稻的品質(zhì)與抗逆性[1,9]。 研究表明，沼液可以在水稻生產(chǎn)的各個不同階段施用，可用作稻田前期基肥、生長期的追肥及葉面肥等，只要在施用中處理得當，都能對水稻的產(chǎn)量與品質(zhì)起到一定的提升作用[10-12]。

2.2.1 沼液作稻田基肥 在水稻播種前的休耕時節(jié)往稻田中灌施沼液， 利用休閑階段先提前對沼液進行消解，一方面可以提前改良土壤的理化性質(zhì)[13]，增強土壤保水、保肥能力，另一方面可以提前對沼液中的有機質(zhì)進行分解， 利于后期水稻的吸收。 姜麗娜等[10]的研究表明，休耕時節(jié)往稻田中灌施沼液后，后季種植的水稻可以在不施加額外的氮肥與鉀肥的條件下， 與施用全化肥的對照處理的稻谷產(chǎn)量相近或者略高，而且灌施沼液后的土壤肥力有明顯改良，土壤中的有機質(zhì)、氮、磷、鉀、鉀都明顯高于對照處理，也沒有出現(xiàn)養(yǎng)分過度累積導致的富營養(yǎng)化， 有害重金屬也沒有增加。 葉巧麗等[14]的研究表明，每畝稻田施用8 t 沼液作為基肥的水稻實收畝產(chǎn)量顯著高于施用化肥的水稻。 王康等[15]的研究表明，在休耕期施用沼液配肥的水稻產(chǎn)量達到了10 215 kg/hm2， 比施用化肥的水稻產(chǎn)量提高了6.6%， 稻米的品質(zhì)也有了明顯的提升。 以上研究表明，將沼液用作稻田基肥，水稻的產(chǎn)量與品質(zhì)都可以達到或者超過施用化肥的表現(xiàn)，土壤肥力也能得到一定的改良。

2.2.2 沼液作水稻追肥 岑湯校[26]等的研究表明，將沼液用作單季稻的分蘗期追肥（75 t/hm2），產(chǎn)量比單施化肥的對照組有所提高； 對施用沼液后的土壤進行了養(yǎng)分測定顯示，土壤有機質(zhì)、氮、磷、鉀、有機碳、腐殖酸碳、 胡敏酸碳等營養(yǎng)元素的含量都有不同程度的提高，對地力提升效果明顯。 王文博等[16]的研究表明，沼液作追肥的N2 處理（純 N 396 kg/hm2）時，能促進水稻分蘗數(shù)的增加，同時提高產(chǎn)量，還能增加土壤中N 與P 的含量及其利用率； 將沼液用作追肥時，施用量不是越多越好，沼液作追肥的N3 處理（純N 594 kg/hm2）雖然比N2 處理提高了施用量，但較高比例的沼液會引起土壤中的微生物與水稻爭氮， 反而影響了水稻的氮素供應， 最終造成產(chǎn)量降低。 也有研究表明， 沼液替代200%化肥氮處理， 會引起水稻基部節(jié)間長度顯著增長， 造成貪青晚熟， 最終影響產(chǎn)量[17-19]。 因此，沼液的施用量要在合理的范圍之內(nèi)才能發(fā)揮最佳性能[20]。 還有研究表明，沼液用作基肥（187.5 t/hm2）與追肥（75.0 t/hm2）配合施用（總量262.5 t/hm2），可以達到極顯著的增產(chǎn)效果[26]。

2.2.3 沼液作水稻葉面肥 沼液富含作物所需的多種水溶性營養(yǎng)成分，也是一種速效葉面肥，葉面噴施沼液能增加水稻葉片的厚度， 提高葉片的光合作用的速率與強度， 為實現(xiàn)水稻高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)目標建立條件基礎；另外，水稻葉面噴施沼液可以為水稻補充生長調(diào)節(jié)劑，促進水稻的生長平衡。 王康等[11]的研究表明， 噴施適量葉面肥能有效促進水稻生長、提高產(chǎn)量和效益，其中噴施濃度處理CL2（分蘗期、孕穗期和灌漿期分別噴施 7.5 kg/hm2、7.5 kg/hm2和3.75 kg/hm2） 的效果最佳， 產(chǎn)量和效益分別提高15.4%和4 331.4 元/hm2。沼液也是一種“生物農(nóng)藥”噴劑，其中含有豐富的微生物與植物生長調(diào)節(jié)劑等，對水稻的病蟲害（紋枯病、稻瘟病和螟蟲等）有顯著的抑制作用[21]。 防治的機理可能是，沼液中的微生物群落可以改變植株表面的微生態(tài)平衡， 抑制病原微生物在植株上的寄生和發(fā)病[22]。

3 沼肥在水稻生產(chǎn)應用中存在的問題與展望

目前， 沼液的主要處理與利用方式就是肥料化還田利用。 在前期，人們對沼液在水稻生產(chǎn)上的應用做了大量研究，在水稻生產(chǎn)的各個階段施用沼液，大多數(shù)都能發(fā)揮良好的肥料效果， 提高稻米的產(chǎn)量與品質(zhì)。 但是，由于水稻自身的需肥特性及不同來源沼液的復雜性， 要用沼液完全替代傳統(tǒng)化肥在稻田中施用，仍需要探索更多合理而精準的施用方法。 在前期研究中，若沼液的用法用量不當，將極易對水稻的產(chǎn)量與品質(zhì)造成不良影響[17-20]。 同時，沼液中含有的重金屬、亞硝酸鹽及有害病原菌等有害物質(zhì)，也可能對水稻、土壤與水體生態(tài)造成污染，甚至間接威脅到人類的健康[23]。 研究還發(fā)現(xiàn)，畜禽等排泄物發(fā)酵產(chǎn)生的沼液中可檢測到較高含量的四環(huán)素類抗生素和喹乙醇激素等，人們擔心此種沼液施用于稻田，很有可能會威脅稻米的食用安全， 施用過的土壤還會產(chǎn)生類似抗生素污染的風險[24]。

針對沼液在稻田利用中存在的問題， 在今后的研究中， 首先亟需對不同沼液還田利用的環(huán)境效益進行長期的、徹底的評價與機理研究，逐步明晰沼液中哪些成分會對環(huán)境造成污染與破壞， 采取相應的措施來消除其有害成分， 進而消除人們對沼液施用的擔心與疑慮。 其次，要抓緊制定并健全沼液資源化利用的相關標準流程和技術規(guī)范措施， 從而可以做到從源頭上對沼液的質(zhì)量進行把控，實現(xiàn)達標排放。另外， 目前研究人員也在積極探索對沼液進行濃縮及復配功能性物質(zhì)， 不僅可以減少沼液的儲存和運輸成本，同時可實現(xiàn)沼液施用的規(guī)范化與增值化，非常值得進行更深層次的探究[25]。