连续3年定位施用沼液对水稻产量和品质的影响

毛晓月，伍 钧，孟晓霞，魏 珂，张智慧，田冬梅，鲜 杨

（1.四川农业大学环境学院，四川成都 611130；2.四川省环境保护科学研究院，四川成都 610041；3.泸州市环境监测中心站，四川泸州 646000）

连续3年定位施用沼液对水稻产量和品质的影响

毛晓月1，伍 钧1，孟晓霞2，魏 珂3，张智慧1，田冬梅1，鲜 杨1

（1.四川农业大学环境学院，四川成都 611130；2.四川省环境保护科学研究院，四川成都 610041；3.泸州市环境监测中心站，四川泸州 646000）

为探讨沼液连续长期农用的可行性，研究了连续3年定位施用沼液对水稻产量和品质的影响。以规模化养殖场猪粪尿发酵的沼液作为肥源，在四川省邛崃市固驿镇黑石村黄壤性水稻土上种植水稻，分别设置1个清水处理对照（1#），1个常规施肥处理对照（2#）和10个不同施用量沼液处理（分别为3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#），研究不同量沼液处理对水稻产量和品质的影响。结果表明，适量沼液施用能不同程度地提高水稻产量和品质。在后2年沼液施用量水平高于第1年施用水平的情况下，随着沼液施用量的增加，后2年水稻的产量、蛋白质含量和矿质元素含量呈现明显的变化趋势。沼液处理下，每年最高水稻产量比常规施肥处理的产量分别提高9.9%，87.2%，69.8%；第1年稻米蛋白质含量较后2年高，且随着沼液施用量的增加呈先增加后减少的趋势；随着沼液施用量的增加，后2年稻米中Mg、Fe、Mn、Cu含量均呈先上升后下降的趋势，Zn含量呈上升趋势；而第1年稻米中Cu、Zn含量有明显变化趋势，Mg、Fe、Mn含量变化无明显规律。表明适量的沼液施用比常规化肥处理更有利于水稻产量和品质的提高，当沼液施用量控制在3 200～5 300 kg/hm2时，水稻产量和品质维持在相对较高的水平。

沼液；水稻；产量；品质

近年来沼气事业在国家的高度重视和扶持下蓬勃发展，沼气工程大量应用于畜禽养殖等行业，以沼气工程为纽带的生态农业发展模式也日渐成熟［1-5］。然而，经沼气工程处理的畜禽废水仍然达不到直接排放的要求，由于诸多条件的限制，目前大多数养殖场根本不具备沼液后续处理的能力，使得沼气工程产生的大量沼液成为新的污染源，加剧了周边水体和大气环境的污染，因此，沼液去向给当地养殖业和农业环境带来了新的难题［6-7］。

沼液是一种腐熟水溶性速效肥，不仅含有较多的N、P、K等营养元素，还含有丰富的生长激素、氨基酸、有机质、腐殖酸等营养物质，以及各种微量元素，可以替代化肥农用［8-12］。本研究以田间小区试验，研究连续3年施用沼液对水稻产量及品质的影响，探究沼液用于水稻种植时的最佳施用量，为沼液合理农用提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

水稻：选择当地常规品种，宜香481-籼型水稻。

沼液：四川金利有限公司生猪养殖场已发酵完全的沼液，发酵原料主要是通威饲料饲养的养猪场猪粪尿。3年水稻种植所施沼液的具体成分见表1。

化肥：尿素、钾肥（氯化钾）、磷肥（过磷酸钙）、有机复合肥、硼砂。

表1 施用的沼液基本成分Tab.1 Basic properties of biogas slurry app lied

表2 原始土壤基本理化性质及重金属含量Tab.2 Basic physical and chem ical p roperties and heavy m etal contents of the original soil

1.2 试验地点

试验地点设在四川省邛崃市固驿镇新安乡黑石村3组某农户的责任田，该试验田为浅丘区黄壤性水稻土，地势较为平坦，排灌方便。第1年水稻于2009年5月开始，第2年水稻于2010年5月开始，第3年水稻于2011年5月开始。原始土壤的基本理化性质见表2。

1.3 试验方案

本试验共设置12个处理，每个处理设置3次重复。其中包括1个清水对照处理（1#）、1个常规施肥处理（2#）和10个纯沼液处理（分别为3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#）。各小区面积为20 m2（5 m×4 m），各处理之间间隔距离40 cm，各重复之间间隔距离50 cm，小区四周垒土埂，用塑料薄膜包埂，四周设保护行。稻秧苗按常规方法进行培育，每小区定植秧苗288穴，折合为9 600穴/hm2。3年水稻种植的沼液施用量设计如表3所示。

表3 各试验小区每年沼液施用量设计Tab.3 The design of con tent of biogas slurry app lied in treatm ent p lots each year kg/hm2

1.4 样品采集及测定

稻米成熟采收后，按实收计算各小区产量。稻米的蛋白质含量用半微量凯氏法测定，稻米矿质元素用原子吸收分光光度法测定。

1.5 数据处理

由Excel 2007和SPSS 13.0软件完成数据分析，采用单因素方差分析法和LSD法进行数据统计，用Origin 8.0软件完成制图。

2 结果与分析

2.1 连续3年定位施用沼液对水稻产量的影响

连续3年定位施用沼液对水稻产量的影响如图1所示。3年沼液施用量分别为1 250（7#），3 600（8 #），4 600 kg/hm2（8#）时，水稻产量相应达到最大值5 542，8 668，8 208 kg/hm2，分别比每年清水对照处理的产量提高15.5%，145.1%，228.3%，比每年常规化肥处理的产量提高9.9%，87.2%，69.8%。水稻产量各处理方差分析结果表明，第1年（F= 0.542 0，P=0.855 1）处理间差异不显著，第2年（F= 34.974 0，P=0.000 1）和第3年（F=42.594 0，P=0.000 1）处理间差异极显著，说明第1年水稻种植时，由于土壤原始肥力较好，各处理沼液施用量较少，施用沼液对第1年水稻产量的影响较小，而后2年水稻种植时，各处理沼液施用量增加，对水稻产量的影响明显增强。

从图1可知，随着沼液施用量的增加，3年水稻产量均呈先升高后降低的趋势。但清水处理对照中水稻产量逐年降低，表明土壤自身肥力不能够满足农作物正常生长所需的营养成分。其中第2年处理5～12水稻产量为3年中最高，产量最高的处理分别比第1年和第3年高56.4%，5.6%，施用沼液的优势较为突出，说明适量的沼液施用比常规化肥施用更有利于水稻产量增加，沼液用量过高或过低都对水稻增产不利。

以上结果说明，后2年水稻除处理3和4外，其他沼液处理下水稻产量显著高于清水和常规化肥2个对照处理；为了维持水稻较高的产量，应将沼液施用量控制在适宜的范围内，针对试验田当地土壤和沼液特点，当沼液施用量在3 200～5 300 kg/hm2时，水稻的产量可维持在相对较高水平。

2.2 连续3年定位施用沼液对稻米蛋白质含量的影响

根据LSD检验及田间试验结果（图2）可知，沼液施用对稻米中蛋白质含量影响较大。由图2可知，除常规化肥处理外，其他处理第1年稻米中蛋白质含量均高于后2年，其原因可能是由于原始土壤的肥力较好，所含氮素水平高，所以施用沼液对蛋白质的影响效果不明显。而第2，3年沼液处理的稻米中蛋白质含量高于清水处理却低于常规化肥处理，其原因可能是沼液和化肥中都含有氮素，但沼液中氮素含量较化肥低。第1年稻米中蛋白质含量随沼液用量的增加呈先升高后降低的趋势，第2年3#～ 8#处理和9#～12#处理分别在7.0%～8.0%，8.1%～8.9%间波动，而第3年则呈微弱的上升趋势，这和相应年份稻米中Zn含量的变化趋势相同。这是因为Zn是蛋白质合成的辅助因子，Zn的存在促进了蛋白质的合成。

图1 不同沼液施用量对水稻产量的影响Fig.1 E ffects of different am oun ts of biogas slurry on yield of rice

图2 不同沼液施用量对稻米蛋白质含量的影响Fig.2 The effects of app lying different am oun ts of biogas slurry on content of protein of rice

2.3 连续3年定位施用沼液对稻米矿质元素的影响

由图3-7所示，随着沼液施用量的增加，第2，3年的Mg、Fe、Mn、Cu含量均呈先上升后下降的趋势，Zn含量呈上升趋势；而第1年稻米中Cu和Zn的含量随沼液施用量的增加分别呈上升趋势和先上升后下降的趋势，Mg、Fe、Mn含量变化无明显规律。相对于第1年，沼液处理的后2年稻米Mg含量较高，平均值分别为286.68，293.50 mg/kg，分别比第1年稻米Mg含量（112.89 mg/kg）高出153.94%，159.99%，且第1年处理间Mg含量及与清水处理和常规化肥处理稻米中Mg含量都无明显变化。3年稻米中Fe和Cu含量随沼液施用量增加的变化走势相似，第1年水稻种植施用沼液对稻米Fe和Cu含量变化影响较小，而后2年影响有所增强，而第1年稻米Fe和Cu含量总体高于后2年。由图5，7可知，3年稻米中Mn和Zn含量随沼液施用量增加的变化走势相似，第2，3年各处理间稻米Mn和Zn含量明显低于第1年，其中Mn含量下降程度最大的是12#处理，分别降低了72.65%，38.32%，而后2年沼液处理的稻米Zn含量（第2年平均值：24.33 mg/kg；第3年平均值：25.33 mg/kg）平均比第1年（平均值为39.53 mg/kg）分别下降了38.45%，35.92%。以上结果说明第2，3年种植水稻的土壤中Fe、Cu、Mn、Zn元素有所流失，长期施用适当量的沼液可以使稻米中矿质元素含量增加。

图3 不同处理间稻米中M g含量Fig.3 Contents of M g of rice in each treatm ent

图4 不同处理间稻米中Fe含量Fig.4 Con tents of Fe of rice in each treatm ent

图5 不同处理间稻米中M n含量Fig.5 Con tents of M n of rice in each treatm en t

图6 不同处理间稻米中Cu含量Fig.6 Con tents of Cu of rice in each treatm ent

图7 不同处理间稻米中Zn含量Fig.7 Contents of Zn of rice in each treatm ent

3 结论与讨论

沼液是一种优质的有机液体肥料，含有N、P、K等各种营养元素［13］。施用沼液能有效提高作物的产量和品质［14-15］。本试验结果表明，10个沼液处理随着其施用量的增加，第1年水稻产量无明显变化趋势，且与清水对照和常规对照相比无优势，其原因在于第1年水稻种植时其土壤肥力本身较高，不同沼液量带入的养分未对土壤总养分起到明显的影响；后2年水稻除处理3#和4#外，其他沼液处理后水稻产量显著高于清水和常规化肥2个对照处理，其中第2年水稻产量最高，产量最高的处理（8#）分别比第1，3年高出56.4%，5.6%，这与岑汤校等［16］的研究结果相似，这说明在后2年沼液施用量水平显著高于第1年施用水平的情况下，适量的沼液施用比常规化肥处理更有利于提高水稻产量。

后2年稻米蛋白质含量随着沼液施用量的增加而有所增加，杨泽敏等［17］认为，稻米蛋白质含量随所施养分中含氮量的增加而增加，但不同品种的农作物增加幅度不同。伍钧等［18］认为玉米蛋白质含量随沼液施用量增加而增加的原因在于沼液中铵态氮在厌氧发酵过程中损失较少，从而促进玉米蛋白质的积累。史一鸣［19］研究表明，稻谷中的粗蛋白含量随着沼液施用量增加有显著提高。第1年沼液处理对稻米蛋白质影响效果不明显，其原因是第1年原始土壤的肥力本身较好且沼液施用量较低，所施沼液没有起到完全主导作用。因此，为了既保证水稻产量同时又提高稻米营养品质，必须选择合适的沼液施用量。

矿质元素Mg、Fe、Mn、Cu、Zn对水稻生长具有重要作用，其含量对水稻的生长发育、品质等有不同程度的影响。本试验中，随着沼液施用量增加，大部分处理中稻米的Mg、Fe、Mn、Cu含量呈先上升后下降的趋势，Zn含量呈上升趋势，这说明施用适量沼液对水稻吸收矿质元素有一定促进作用，这与唐微等［20］研究结果相似。

由于本试验是对所种植区域连续3年定位施用沼液，所以对水稻种植区域施用了大量沼液，赵凤莲等［21］研究指出，长期施用沼液的土壤氮素残留较高，且氮淋洗损失也会增加，李剑睿等［22］研究表明，沼液的大量施用会增加氨挥发损失。因此，不仅要考虑沼液带来的经济效益，还要考虑其对环境的影响，所以要选择合理控制沼液施用量及正确的田间管理方式，以提高沼液中营养成分的利用率。

沼液作为优质的液体肥料，不但能为农作物提供生长所需的各种养分，且比常规化肥更有利于水稻产量及品质的提高；但是需要将沼液施用量控制在一定范围内，且连续合理施用才有利于水稻增产。综合考虑3年水稻生长情况，当沼液施用量控制在3 200～5 300 kg/hm2时，水稻产量较高，稻米品质维持在相对较高的水平，且有利于沼液长期农用。

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Effects of Three-year Continuous App lication of Digested Biogas Slurry on Yield and Quality of Rice

MAO Xiaoyue1，WU Jun1，MENG Xiaoxia2，WEIKe3，ZHANG Zhihui1，TIAN Dongmei1，XIAN Yang1
（1.College of Environment，Sichuan Agricultural University，Chengdu 611130，China；2.Sichuan Research Institute of Environmental Protection，Chengdu 610041，China；3.Luzhou Central Station of Environmental Monitoring，Luzhou 646000，China）

Study on the effects of three-year continuous application of digested biogas slurry on yield and quality of rice，in order to exp lore the feasibility of long-term and continuous application of digested biogas slurry in agriculture.Biogas slurry which were fermented with large-scale farms pig manure as fertilizer source，grow rice at yellow-brown paddy soil in Heishi Village，Guyi Town，Qionglai City，Sichuan Province.The study set a control group（1#）thatwas fertilized by water，a control group（2#）that was fertilized by chemical fertilizer and 10 experimental groups（3#，4#，5#，6#，7#，8#，9#，10#，11#，12#）were fertilized by different amount of biogas slurry，study the effect on different amount of biogas slurry application on rice yield and quality.The results showed that a suitable amount application of biogas slurry could increase rice yield and quality in different degrees.The biogas slurry application level of later two years was higher than that of the first year，in this case，with the application content of biogas slurry increased，the yield，protein content and mineral elements content of rice in the later two years changed obviously.Each year the highest rice yield of biogas slurry treatmentwas increased by 9.9%，87.2%，69.8%than that of conventional fertilization treatment.The protein content of first year rice wasmore than that of the later twoyears and firstly increased and then decreased with the application content of biogas slurry increased.Mg，Fe，Mn，Cu content of the later two years firstly increased and then decreased and Zn content gradually increased with the application content of biogas slurry increased；Cu，Zn content of the first year changed obviously but Mg，Fe，Mn content not.The results indicated that the right amount of biogas slurry application wasmore beneficial than conventional fertilizer treatment to the improvement of rice yield and quality，the yield and quality of rice wasmaintained at a relatively high level when the biogas slurry application rate was controlled in the range of 3 200 to 5 300 kg/ha.

Biogas slurry；Rice；Yield；Quality

X712；S141 文献标识码：A 文章编号：1000-7091（2016）03-0218-07

10.7668/hbnxb.2016.03.032

2016-03-17

四川省科技支撑项目（2014NZ0045）；国家科技支撑计划项目（2008BADC4B0X-4）

毛晓月（1991-），女，四川仁寿人，在读硕士，主要从事污染环境生物修复研究。

伍 钧（1962-），男，四川中江人，教授，博士，主要从事环境污染化学与生态修复研究。