规模化养猪场处理废水施用对直播稻产量形成和氮素利用的影响

徐田 高威 黄丽芬 庄恒扬

（扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点，江苏扬州225009；*

我国是世界上最大的畜禽养殖国，每年产生大量畜禽粪便和废水。2003年我国畜禽粪便的产生量已经超过工业固体废物，成为环境污染的主要来源[1]。因此，如何处理和利用畜禽粪便资源成为亟待解决的问题[2]。规模化养猪场处理废水不便运输和远距离使用，建立种养结合循环农业系统，实施污水就近农田施用，是处理废水经济有效的途径[2－3]。水稻是长江中下游地区最主要的粮食作物，因此，研究养猪场废水在水稻生产中的施用技术是实施该区域种养结合循环农业的基本需要。从水稻的种植方式来看，直播稻在近年的发展引人关注。2008年，江苏省水稻直播面积为69.3万hm2，接近水稻种植面积的1/3；浙江省水稻直播面积为 37.3万hm2，直播比例达39.7%；安徽省直播稻面积达到了34.5万hm2[4]。关于养殖场废水在水稻上的施用技术已有一些研究[5－9]，但针对直播稻的施用技术尚没有相关的报道。因此，笔者通过田间试验，研究了不同时期施用不同用量养猪场废水对直播稻产量和氮素养分吸收利用的影响，探讨实现直播稻高产高效的养猪场废水施用技术，以为养猪场废水在直播稻生产上的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2013年在江苏省大丰市上海农场进行。该地区属北亚热带季风气候，年均降水量1 040 mm，年平均气温14℃，无霜期213 d，日照2 255.6 h。土壤类型为砂壤土，土壤有机质含量19.37 g/kg、全氮0.996 g/kg、碱解氮 75.23 mg/kg、有效磷 23.48 mg/kg、速效钾216.78 mg/kg。前茬作物为小麦。

试验用处理废水为上海农场规模化养猪场经过充分发酵的废水，处理废水中养分含量为全氮1 000 mg/L、速效氮540 mg/L、速效磷779 mg/L、速效钾515 mg/L。试验共设置11个处理，包括1个不施肥空白处理（CK），1个当地常规施肥处理（CF），9个废水与氮化肥配施处理（具体试验处理见表1）。3次重复，采用随机区组设计。小区长4.5 m，宽3.5 m，面积为15.75 m2。小区的田埂用塑料薄膜围住，以防废水及养分窜流。6月16日施入基肥期处理废水，使土壤充分吸收废水中的营养物质。水稻品种为淮稻5号，撒播，6月19日播种，播量为112.5 kg/hm2。病虫草害防治按当地习惯进行管理。

1.2 测定项目及方法

分别于拔节期、抽穗期、灌浆中期、灌浆后期和成熟期每小区选取代表性的20株水稻，采用SPAD－502型叶绿素仪测定SPAD值，拔节期测定水稻展开叶中部，抽穗后测定水稻剑叶中部，测定30株求平均值。

表1 田间试验设计

表2 不同处理对直播稻干物质积累量的影响

分别于拔节期、抽穗期和成熟期，在每个处理区取10个基本苗作为1个样本，洗净自然晾干，放入烘箱中105℃杀青30 min，80℃烘至恒质量，称其干物质量。成熟期调查3个0.64 m2水稻获取单位面积穗数数据，取样考种，测定每穗总粒数、结实率和千粒重。植株全氮采用H2SO4－H2O2联合消煮－蒸馏法消化，连续流动分析仪测定。

1.3 数据处理

氮素累积吸收量（kg/hm2）=生育期地上部植株含氮率（g/kg）×该时期地上部植株干物质积累量（kg/hm2）/1000；

氮素收获指数=成熟期籽粒氮素积累总量（kg/hm2）/植株氮素积累总量（kg/hm2）；

氮素转移率（%）=[抽穗期茎叶氮素积累量（kg/hm2）－成熟期茎叶氮吸收量（kg/hm2）]/抽穗期茎叶氮素积累量（kg/hm2）×100；

氮素籽粒生产效率=籽粒产量（kg/hm2）/收获期植株（包括籽粒）氮素积累量（kg/hm2）。

采用Excel 2003软件对数据进行处理，SPSS 13.0和DPS软件进行多重比较分析（LSD法，α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 对直播稻产量形成的影响

2.1.1 对直播稻干物质积累的影响

从表2可见，在拔节期，由于穗期废水尚未施用，干物质积累只受基施废水量的影响，表现为干物质积累量随基施废水量增加而增加的趋势，其中A3B2、A3B3处理显著高于CK。不同废水施用处理间以及与CF间无显著差异。抽穗期，废水与化肥配施处理，在基施相同量废水的情况下，干物质积累量有随穗期废水施用量增加而增加的趋势。A2B3、A3B3处理显著高于A1B1处理和CK，显示在基施较高量废水的条件下，增加穗期废水施用量有利于增加抽穗期干物质积累量，为产量增加创造了物质和群体质量基础。成熟期干物质积累的表现趋势与抽穗期相似，以A3B3处理干物质积累量最高，其次为A2B3处理，皆显著高于CK，但与其他处理差异不显著。各个处理的收获指数在0.48～0.53之间，变化较小。

表3 不同处理对直播稻产量及构成的影响

表4 不同处理对直播稻叶片SPAD值的影响

图1 养猪场废水施用量与直播稻产量的关系

2.1.2 不同处理对直播稻产量的影响

从表3可见，除A1B1处理外，其他废水配施化肥的处理稻谷理论产量都显著高于CK，A3B3处理显著高于CF及多数废水处理。除A2B2处理外，基施相同废水量处理的产量随穗期废水施用量增加而增加；而在相同穗期废水施用量下产量则随基施废水量增加而增加。可见，产量随着废水施用总量的增加而增加（图1）。不同施肥量其产量构成表现出一定的差异，穗数、穗粒数、结实率有随废水施用量增加而增加的趋势，除CK外，不同处理间千粒重差异不大。A3B3处理各产量构成因素都处于最高或较高水平，因而获得了最高产量，与CF相比，在减少300 kg/hm2尿素的情况下，理论单产增加10.2%，实际产量增加6.6%。废水总施用量达到210 m3/hm2以上的处理都可以达到常规施肥的产量。

2.2 对直播稻氮素利用的影响

2.2.1 对直播稻SPAD值的影响

从表4可见，在拔节期，以CF处理SPAD值最高，显著高于基施低量废水的处理，但与基施高量废水的处理差异不显著；在抽穗期，剑叶SPAD值随穗期废水施用量的增加而增加，以A3B3处理最高，显著高于低中量基施与低中量穗期施用的组合处理；在灌浆中、后期，剑叶SPAD变化趋势与抽穗期相似，皆以A3B3处理最高；在成熟期，剑叶SPAD值随穗期废水施用量增加而增加的趋势最为明显，穗期施用高量废水的处理SPAD值都比较高，A3B3、A2B3、A3B2处理显著高于其他施用废水的处理（A1B3除外），显示穗期废水处理有较强的后期氮素供应能力。

2.2.2 对直播稻植株含氮率的影响

表5 不同处理对直播稻含氮率的影响 （g/kg）

表6 不同处理对直播稻各生育期累积吸氮量与利用的影响 （kg/hm2）

图2 直播稻植株含氮率与废水施用量的关系

从表5可以看出，基肥和穗肥施入不同量废水对水稻植株及籽粒中含氮率有显著的影响。拔节期水稻的含氮率在11.58～18.99 g/kg之间，抽穗期水稻含氮率在9.15～13.91 g/kg之间，成熟期水稻植株的含氮率在4.94～8.63 g/kg之间，籽粒的含氮率在9.58～12.16 g/kg之间。CK在各生育期均最低，A3B3处理在各时期均最高。抽穗期植株氮素水平是之前氮素施用综合影响的结果，对抽穗灌浆期光合生产有重要影响。在基施相同量废水时，植株含氮率随穗期废水施用量增加而增加，而在穗期废水施用量相同时，则随基施废水量增加而增加，总体上与废水施用总量呈显著的线性相关关系，抽穗期植株含氮率（SLNCH）、成熟期茎叶含氮率（SLNCM）、籽粒含氮率（GNCM）与废水施用总量的相关分析结果如图2。在穗肥施用高量废水下抽穗期植株含氮率都达到或超过了CF处理，表明在减施化肥的情况下，穗期施用适量的废水，可以保证直播稻灌浆期的氮素养分供应。成熟期秸秆和籽粒含氮率变化趋势与抽穗期相似，但是秸秆对废水施用量变化较敏感。

2.2.3 对直播稻氮素积累和利用的影响

与植株含氮率相似，各生育阶段累积吸氮量基本上以CK最低，A3B3处理最高，总体随废水施用量增加而增加（表 6）。在抽穗期，A3B2、A2B3、A3B3处理的吸氮量超过了CF处理，表明在减少化肥施用的情况下，废水和化肥配施可以有效地满足灌浆期氮素养分的需要。成熟期籽粒的吸氮量表明了蛋白质的生产能力，该阶段A3B2、A2B3、A3B3处理的吸氮量超过了CF处理。氮素运转率与氮素分配指数除CK外，各处理间差异不大，而籽粒生产效率有随废水施用总量增加而下降的趋势。

3 结论

本试验结果表明，施用养猪场的处理废水能有效提供氮素养分，适量的废水施用可以满足直播稻对养分的需要。基施废水120 m3/hm2与穗肥施120 m3/hm2的组合加分蘖期配施尿素225 kg/hm2，与常规施肥相比，在减少300 kg/hm2尿素和免施磷、钾化肥的情况下，理论产量增加10.2%，实际产量增加6.6%。废水总施用量达到210 m3/hm2以上的处理都可以达到常规施肥的产量。

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