張明來 江麗芳 許長(zhǎng)遠(yuǎn) 孔曉芬 梁永英

摘 ?要：目的 探討早稻灌溉豬沼液條件下，化肥減量對(duì)稻田土壤肥力、水稻產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響。方法 采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，設(shè)置4種施肥處理（A1～A4），以A4常規(guī)施肥為對(duì)照（CK），A1、A2和A3處理施肥量分別為 CK 施肥量的70%，沼液施用量分別為675 t/hm2、450 t/hm2和225 t/hm2。結(jié)果 稻田灌溉沼液A1～A3處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量比試驗(yàn)前均略有提高，pH值有較大幅度提高。處理A1后勁足肥力較為持久，略有貪青披葉，熟期比CK推遲3 d。A2產(chǎn)量最高比CK提高2.3%;A3第三比CK減產(chǎn)2.3%;A1最低比CK減產(chǎn)3.2%，經(jīng)方差分析，A1～A3與對(duì)照CK之間產(chǎn)量差異不顯著。結(jié)論 就該試驗(yàn)條件下，早稻每公頃灌溉225～675 t沼液可適量減少化肥施用量，維持早稻產(chǎn)量不減產(chǎn)，以灌溉沼液450 t/hm2減施化肥30%產(chǎn)量和效益表現(xiàn)最佳;灌溉沼液后若化肥施用量減量不足，反而因過量施肥導(dǎo)致早稻產(chǎn)量減產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：豬沼液 ?早稻 ?化肥減量 ?效果 ?產(chǎn)量 ?經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類號(hào)：S3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）04（c）-0011-07

Effect of Biogas Slurry Irrigation on Fertilizer Reduction of Early Rice

ZHANG Minglai1 ? JIANG Lifang2 ?XU Changyuan3 ?KONG Xiaofen4 ?LIANG Yongying5

（1.Soil and Fertilizer Technology Station of Shanghang County， Longyan， Fujian Province， 364200 ?China; 2. Longyan Institute of Agricultural Sciences， Longyan， Fujian Province， 364000 ?China;

3. Bureau of industrial Informatization， Science and Technology of Shanghang County， Longyan，

Fujian Province，364200 China; 4. Agricultural Science and Education Project Management

Station of Shanghang County， Longyan， Fujian Province， 364200 China; 5. Longyan

Tinghang Ecological Agriculture Co.， Ltd.， Longyan， Fujian Province， 364200 ?China）

Abstract： Objective ?To study the effect of chemical fertilizer reduction on soil fertility， rice yield and economic benefit under the condition of early rice irrigation with biogas slurry. Methods ?Four fertilization treatments （A1～A4） were designed and treatment A4 used as control （CK） . The fertilization rates of A1， A2 and A3 treatments were 70% of CK， and the biogas slurry application rates were 675 t/hm2，450 t/hm2and 225 t/hm2 respectively. Results ?The contents of soil organic matter， total nitrogen， total phosphorus and total potassium in A1～A3 treatment were slightly higher than those before the experiment， and the pH value was significantly higher. After treatment， the fertility of A1 foot was longer， the ripening period was 3 days later than that of CK. The highest yield of A2 was 2.3% higher than that of CK， the third yield of A3 was 2.3% lower than that of CK， and the lowest yield of A1 was 3.2% lower than that of CK. Conclusion ?Under the experimental condition， 225 ～ 675 t/hm2 irrigation of Biogas Slurry could reduce the amount of chemical fertilizer applied， and maintain the yield of early rice without reducing the yield. The best performance was 30% reduction of chemical fertilizer applied by 450 t/hm2 irrigation biogas slurry. If the amount of chemical fertilizer application is not enough after irrigation， the yield of early rice will be reduced because of excessive fertilizer application.

Key Words： Biogas slurry; Early rice; Fertilizer reduction; Effect; Yield; Economic benefit

1 ?研究概述

1.1 研究意義

近40年來，隨著化肥工業(yè)迅速成長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)單純地依賴化肥，忽視了有機(jī)肥的投入，導(dǎo)致化肥用量較大甚至過量，而化肥用量并未與作物的產(chǎn)質(zhì)量成正比，化肥養(yǎng)分利用率下降，肥料效應(yīng)總體降低[1]。另一方面，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)向農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)并重傾斜，集約化生產(chǎn)水平不斷提高，畜禽糞便成為了農(nóng)業(yè)面源污染的重要源頭[2-4]。土壤養(yǎng)分平衡由虧缺逐步轉(zhuǎn)為盈余和農(nóng)業(yè)面源污染的背景下，如何平衡農(nóng)田養(yǎng)分，科學(xué)處置糞污，綜合畜禽糞污資源利用化問題對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。2017年中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于創(chuàng)新體制機(jī)制推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的意見》中指出有機(jī)肥替代化肥是一項(xiàng)急需大力推廣的生產(chǎn)方式，尋找有效的有機(jī)肥來源及替代化肥用量是解決化肥過量的重要抓手[5]。

1.2 前人研究進(jìn)展

豬沼液是豬糞用于沼氣生產(chǎn)后的副產(chǎn)物，它含有植物生長(zhǎng)所需要的諸多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和大量的水，且水溶性良好，是一種優(yōu)質(zhì)的速效有機(jī)肥料[6]。前人的研究已對(duì)豬沼液成分做出詳細(xì)的分析鑒定，豬沼液含有氮、磷、鉀等大量營(yíng)養(yǎng)元素以及鈣、鎂、硫、銅、鐵、鋅、錳、硼、鉬等中微量元素[7-9];含有氨基酸、水解酶、維生素、赤霉酸、生長(zhǎng)素、糖類、核酸、抗生素、吲哚乙酸、腐殖質(zhì)等溶解性物質(zhì)[10-11]，能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤的物理性狀和增加土壤肥力，可作為很好的一種有機(jī)肥源運(yùn)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上[12-13]。當(dāng)前，通過沼氣工程處理畜禽糞污是資源利用化的主要處理措施，但此過程中產(chǎn)生大量的沼液，需要一個(gè)合理的消解途徑。沼液回灌農(nóng)田，一是可以增加土壤有機(jī)營(yíng)養(yǎng)來源，二是可以消解沼液，為土壤環(huán)境友好奠定基礎(chǔ)。

1.3 該研究切入點(diǎn)及擬解決的關(guān)鍵問題

在南方稻作區(qū)域，利用豬沼液回灌水稻田，減少化肥的施用，在很大程度上可實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分資源合理配置，保持農(nóng)田養(yǎng)分平衡，提高畜禽糞污資源綜合利用，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物化肥減量增效目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。上杭縣是生豬養(yǎng)殖和糧食調(diào)出大縣，2019年出欄73萬頭豬、水稻種植面積達(dá)2.43萬 hm2[14]，產(chǎn)生糞污950萬t，其中液體糞污760萬t，沼液資源量巨大。通過“豬—沼—果、豬—沼—菜、豬—沼—地”消納和轉(zhuǎn)化沼液，是實(shí)現(xiàn)資源化利用的有效途徑，但前提是有足夠的消納地資源和農(nóng)作物播種面積。從上杭縣目前的實(shí)際來看，利用上述方式處理沼液的總量比例并不大，特別是規(guī)模養(yǎng)豬場(chǎng)的沼液污染高度集中，形成了新的環(huán)境污染問題。因此，沼液的資源化利用備受關(guān)注，該縣常年水稻種植面積2.4萬hm2以上，通過稻田灌溉沼液不失為最有效的消納轉(zhuǎn)化方式。試驗(yàn)通過探討早稻施用熟化沼液減少化肥施用量對(duì)土壤以及對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)影響，探索沼液在水稻上消解技術(shù)，旨在今后為消解畜禽糞污資源奠定基礎(chǔ)，更好地為沼液在水稻上應(yīng)用提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)畜禽糞污資源化利用。

2 ?材料與方法

2.1 供試材料

供試作物：早稻，品種：佳輻占。試驗(yàn)用肥為甕福紫金化工股份有限公司生產(chǎn)的水稻配方肥（N∶P2O5∶K2 O=17∶6∶17）。豬沼液由距離試驗(yàn)地3 km的豬場(chǎng)沼液池通過PE管輸送至儲(chǔ)存桶，腐熟240 d以上循環(huán)儲(chǔ)存施用，灌溉前采樣化驗(yàn)其養(yǎng)分含量見表1，腐熟240 d原沼液中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀的含量分別為1 210 mg/kg、689.1 mg/kg、29.78 mg/kg 、123.4 mg/kg，pH值為7.1;腐熟269 d原沼液中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀的含量分別為840 mg/kg、564.3 mg/kg 、27.44 mg/kg 、119.4 mg/kg ，pH值為6.8，無明顯刺激性氣味，說明供試沼液中養(yǎng)分含量偏低。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于上杭縣中都鎮(zhèn)軍聯(lián)村聚勝家庭農(nóng)場(chǎng)雞骨坑段，地勢(shì)平坦，形狀規(guī)則整齊，溶田均勻一致，排灌方便，試驗(yàn)田塊面積為800 m2，土壤類型為灰泥田，前作水稻。試驗(yàn)前采集土樣化驗(yàn)，有機(jī)質(zhì)25.3 g/kg、堿解氮203.4 mg/kg、有效磷21.5 mg/kg、速效鉀81.4 mg/kg，pH值為4.8。

2.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理（A1～A4），以僅施用配方肥的A4為對(duì)照（CK）。其中A4為常規(guī)施肥，每公頃施用水稻配方肥825 kg;A1～A3處理為配方肥577.5 kg（分別為CK施肥量的70%）+不同用量豬沼液（分別為45 t、30 t、15 t）?；史只屎妥贩矢髡?0%。沼液施用前測(cè)定其養(yǎng)分含量，沼液灌溉分溶田和第二次中耕各50%，沼液灌溉時(shí)期與當(dāng)次沼液養(yǎng)分實(shí)測(cè)值見表1，A1～A3處理所施沼液折算總養(yǎng)分見表2。按隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為20 m2，小區(qū)間筑小田埂，并用農(nóng)膜包裹。各處理3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)。

2020年3月8日播種，秧盤育秧，3月30日旋耕溶田，4月1日筑小田埂，重復(fù)間留0.5 m寬農(nóng)事操作溝，灌溉第一次沼液。4月7日施基肥插秧，叢插5粒谷，插植密度每小區(qū)18×23叢（1.38萬叢/畝），各小區(qū)種植規(guī)模和基本苗一致，由同一人栽插保證了栽植深度一致。4月28日追肥及施第二次沼液。田間管理遵循“最適”和“一致”原則，除施肥措施外，各項(xiàng)農(nóng)事操作一致并符合大田生產(chǎn)要求。7月15日考查各小區(qū)農(nóng)藝性狀，7月16日收獲時(shí)小區(qū)產(chǎn)量單收單計(jì)。除施肥措施外，各項(xiàng)農(nóng)事操作一致，田間水分管理參照一般生產(chǎn)田。

2.2.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

電位法測(cè)定土樣pH值，重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)含量，堿解氮的測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法，全磷為氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用乙酸氫鈉浸提-火焰光度計(jì)法[15]。每批次沼液施肥前采集200 mL化驗(yàn)，采用全項(xiàng)目土壤肥料速測(cè)儀JN-QXM測(cè)定。

2.3 統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2013和DPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

3 ?結(jié)果與分析

3.1 稻田灌溉沼液對(duì)土壤理化性狀的影響

施用沼液前采樣化驗(yàn)，其養(yǎng)分含量結(jié)果見表1。以各處理施用量折算灌溉沼液補(bǔ)充養(yǎng)分為，處理A1當(dāng)季灌溉沼液675 t/hm2，相當(dāng)于補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)922.5 kg/hm2、全氮564 kg/hm2、全磷25.8 kg/hm2、全鉀109.2 kg/hm2;A2灌溉沼液450 t/hm2、A3灌溉沼液225 t/hm2，相當(dāng)于分別補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)615.0 kg/hm2、307.5 kg/hm2，全氮375.5 kg/hm2、189.0 kg/hm2、全磷17.25 kg/hm2、8.7 kg/hm2、全鉀72.75 kg/hm2、36.55 kg/hm2，具體見表2。經(jīng)過一個(gè)生長(zhǎng)季土壤膠體吸附緩沖，早稻收獲后采集各小區(qū)土樣化驗(yàn)，具體見表3數(shù)據(jù)，其結(jié)果表明，3個(gè)灌溉沼液處理土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量比試驗(yàn)前A0均略有提高，A1～A4處理pH值有較大幅度提高，除處理A3的有效磷和速效鉀低于CK外，3個(gè)灌溉沼液處理的所有檢測(cè)項(xiàng)目比CK有不同程度提高。試驗(yàn)期間田間觀察，A1返青最快且苗架表現(xiàn)為后勁足，成熟期落黃較CK慢。

3.2 試驗(yàn)處理對(duì)早稻農(nóng)藝性狀的影響

從表4數(shù)據(jù)可以看出，處理A3的有效穗最高達(dá)333.3萬穗/hm2，3個(gè)沼液處理均明顯高于對(duì)照CK;穗粒數(shù)表現(xiàn)依次為處理CK、A1、A3、A2;結(jié)實(shí)率次序?yàn)樘幚鞟2、A1、A3、CK，3個(gè)沼液處理間差異不明顯但均高于CK;處理A3的理論產(chǎn)量最高，為5 432.0 kg/hm2，A1次之，A2第三，CK最低。從田間長(zhǎng)相長(zhǎng)勢(shì)看，處理A1、A2和CK前期發(fā)苗及封行早于處理A3;處理A1后勁足肥力較為持久，處理A3后期表現(xiàn)早衰現(xiàn)象，A1和CK后期略有貪青披葉;從熟期看，A1比CK熟期推遲3 d，其他3個(gè)處理青枝蠟桿，后期轉(zhuǎn)色均勻，熟期一致。

3.3 試驗(yàn)處理對(duì)早稻產(chǎn)量的影響

從圖1結(jié)果可以看出，處理A2產(chǎn)量最高，達(dá)6 236.45 kg/hm2，比CK增產(chǎn)140.07 kg/hm2，提高2.3%;CK次之，產(chǎn)量為6 096.38 kg/hm2。處理A3第三，為5 956.31 kg/hm2，A3僅比CK每公頃減產(chǎn)2.3%。處理A1最低，為5 902.95 kg/hm2，比CK減產(chǎn)3.2%，與后期貪青陰蔽病蟲害較重有關(guān)。

經(jīng)方差分析和新復(fù)極差測(cè)驗(yàn)結(jié)果顯示（見圖1），處理A1～A3與對(duì)照CK之間產(chǎn)量無差異。就該試驗(yàn)條件下，早稻灌溉225～675 t/hm2沼液可適量減少化肥施用量，維持早稻產(chǎn)量不減產(chǎn);但是，灌溉沼液后若化肥施用量減量不足如A1，反而因過量施肥導(dǎo)致早稻產(chǎn)量減產(chǎn)， 且熟期推遲3 d，與邵文奇等研究者[16]的研究結(jié)果一致。

3.4 試驗(yàn)處理對(duì)早稻經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表5結(jié)果顯示，灌溉沼液減少30%化肥處理A1和A3比對(duì)照早季水稻產(chǎn)值有一定程度的下降，但肥料成本降低544.5元/hm2，其收益每公頃僅分別比CK減少209.9元和1.8元;處理A2在灌溉沼液減化肥30%情況下仍比CK產(chǎn)值增加546.27元/hm2，效益提高1 090.8元/hm2。說明早稻適量灌溉沼液，以該試驗(yàn)為例，沼液灌溉量450 t/hm2較為合理，能保證產(chǎn)量的同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)收益。

4 ?小結(jié)與討論

該研究表明，豬沼液中總氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)分別達(dá)到564.2～689.1 mg/kg、27.44～29.78.1 mg/kg、119.4～123.4.1 mg/kg、0.84～1.21 mg/kg，具有非常高的資源利用價(jià)值。通過沼液回灌稻田，對(duì)土壤化驗(yàn)，以處理A1為例，早季灌溉沼液為675 t/hm2，每公頃土壤養(yǎng)分累積增加有機(jī)質(zhì)922.5 kg、全氮564.0 kg、全磷25.8 kg、全鉀109.2 kg，pH提高0.6個(gè)單位，說明沼液稻田灌溉對(duì)培養(yǎng)肥地的效果明顯，這與Xu等研究者[17]通過連續(xù)3年對(duì)稻—油菜輪作生態(tài)系統(tǒng)施加沼液處理的試驗(yàn)中沼液能夠有效地改良土壤肥力結(jié)果保持一致。與全化肥相比，沼液回灌稻田提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮和土壤pH值的效果更優(yōu)。上杭水稻田大多為典型的赤紅壤[18]，土壤pH呈酸性、微酸性，養(yǎng)分較貧瘠，長(zhǎng)期單一使用大量化肥容易降低土壤pH，土壤酸化程度容易加深，有機(jī)質(zhì)含量極低，而沼液呈弱堿性，具有良好的緩沖性，可改善土壤生態(tài)環(huán)境，同時(shí)可以科學(xué)消納沼液，在很大程度上替代了化肥作為養(yǎng)分來源。受發(fā)酵原料和處理工藝影響，沼液成分特征差異較大[19-20]，可見，生產(chǎn)上應(yīng)根據(jù)土壤肥料狀況、不同豬場(chǎng)沼液腐熟程度、養(yǎng)分含量等差異，化肥減量時(shí)要區(qū)別對(duì)待。

5 ?結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，就該試驗(yàn)沼液而言，處理A2灌溉沼液450 t/hm2早稻化肥施用量為CK的70%產(chǎn)量和效益表現(xiàn)最佳，而處理A1和CK后期出現(xiàn)貪青披葉、熟期推遲、病蟲為害較重的狀況;處理A3長(zhǎng)相長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量均表現(xiàn)施肥量不足和早衰。合理的沼液、復(fù)合肥用量對(duì)早稻生長(zhǎng)發(fā)育具有重要意義，就該試驗(yàn)供試沼液而言，每公頃灌溉沼液450～675 t時(shí)（小幅調(diào)整）早稻應(yīng)減少化肥施用量20%～30%。總之，土壤養(yǎng)分平衡由虧缺逐步轉(zhuǎn)為盈余和農(nóng)業(yè)面源污染的背景下，如何平衡農(nóng)田養(yǎng)分，科學(xué)處置糞污，綜合畜禽糞污資源利用化問題對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。沼液回灌稻田，方法簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保，在穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)上，能消解畜禽糞污資源，變廢為寶，化害為利，減少化肥的投入量、成本，提高土壤肥力，改善早稻土壤生態(tài)環(huán)境，減少環(huán)境的污染，可作為今后復(fù)制推廣的一種施肥模式。由于該次試驗(yàn)只跟蹤一年，研究時(shí)間較短，為更進(jìn)一步探究沼液和復(fù)合肥的為早稻產(chǎn)提質(zhì)增效的優(yōu)點(diǎn)，后續(xù)應(yīng)對(duì)全生長(zhǎng)季施用沼液頻次、沼液濃度等進(jìn)一步試驗(yàn)，生產(chǎn)上由于不同養(yǎng)殖場(chǎng)沼液成分差異，施用時(shí)應(yīng)分別檢測(cè)施用。

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①基金項(xiàng)目：龍巖市科技計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2019LYF9011）。

通信作者：張明來（1966—），男，本科，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事土壤肥料與植物營(yíng)養(yǎng)技術(shù)研究，E-mail：shtf3841 023@163.com。