沼液在玉米和水稻生产上的应用效果及效益评估

谢 宜，罗尊长，董春华，王玲玲，胡柯鑫，方 勇，周 旋

（1湖南大学研究生院隆平分院，长沙410125；2湖南省农业科学院土壤肥料研究所，长沙410125；3湖南农业生物技术研究中心，长沙410125）

随着农业产业结构调整和新农村建设，我国养殖业规模化和集约化的迅猛发展导致大量畜禽养殖废弃物产生，尤其是沼液排放量急剧增加，部分地区已无法承载［1，2］。因此，沼液去向成为养殖废弃物处理中急需解决的重要问题。近年来，我国对生态农业建设高度重视、大力扶持，沼气事业蓬勃发展［3］。由于条件限制，各种大型养殖场尚不具备沼液后续处理的能力，导致经沼气工程处理的废水未达到直接排放标准［4］。而沼气工程产生的沼液被认为是良好的有机肥源，其在农田施用可以形成物质循环利用的生态种养结合模式［5］。

沼液中含有氮、磷、钾、钙、镁等多种植物生长所必需的营养元素以及有机酸、植物生长激素等［6］，是植物生长的优质营养源［7］，而直接排放易导致水体富营养化［8］。沼液因其处理量大、成本低等优点而被农用，成为目前最常用的沼液消减方法［9，10］。我国南方地区如何在保证作物高产优质的前提下最大限度地利用沼肥资源，培肥地力，减少化肥的使用量，降低农业生产成本，减少环境污染，促进农业生态平衡，将成为生产过程中亟待解决的重大课题［1］。因此，为实现沼液的合理利用，进一步探究沼液喷施和还田在玉米和水稻上的应用效果，达到湘南红壤低丘岗地“林果—草—畜—沼”等立体开发生态模式构建的目的，在湘南红壤丘陵区开展沼液在玉米叶面上的喷施对比试验和沼液沼渣在水稻上的还田试验，为实现合理消纳沼液和湘南红壤区“立体生态农业”的开发提供实践基础和理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试地点

试验在永州市祁阳县文富市镇官山坪村进行。供试土壤为四纪红壤，肥力中等均匀，前作为未施过沼液的水田。供试土壤基本理化性质：pH5.6，有机质、全氮、全磷、全钾含量分别为 30.0、1.96、0.61、19.8 g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为180.9、40.6、72.6 mg/kg。

1.2 供试材料

供试玉米品种‘LH308’（超甜玉米），水稻品种‘陆两优996’。玉米试验肥料种类为沼液、尿素、磷酸二氢钾，水稻试验肥料种类为沼液、猪粪肥、猪粪堆沤肥、尿素、碳酸氢铵（含N 17.7%）、过磷酸钙、氯化钾。供试沼液取自本地正常产气使用一年以上沼气池水压间的中层液体，含全氮0.82、全磷0.66、全钾0.83 g/kg。

1.3 试验设计

（1）玉米试验。设置4个处理：1）喷施清水；2）喷施沼液；3）喷施尿素溶液（尿素水溶液浓度为0.1%）；4）喷施磷酸二氢钾溶液（磷酸二氢钾水溶液浓度为0.2%）。随机区组排列，重复3次，共12个小区，小区面积为50 m2（5 m×10 m），四周设保护行。

玉米栽培采用直播方式，株行距为40 cm×50 cm。施肥按当地常规方法，底肥分为厩肥和复合肥，厩肥随土块翻耕时一次性施入，施用量为13 500 kg/hm2，复合肥随播种一次性施入，施用量为825 kg/hm2。分4个时期喷洒，4叶1心第一次喷施，施用量为5 kg/小区，7叶1心第二次喷施，施用量为7 kg/小区，抽雄期第三次喷施，施用量为8 kg/小区，此后隔10 d再喷施8 kg/小区1次。喷施时间均在非下雨天的傍晚进行。3叶1心和6叶1心各中耕除草1次。其他按常规处理进行。

（2）水稻试验。设置8个处理：1）不施肥；2）沼液+化肥；3）猪粪堆肥+化肥；4）猪粪肥+化肥；5）沼液；6）猪粪堆肥；7）猪粪肥；8）化肥。随机区组排列，重复3次，共24个小区，小区面积30 m2（5 m×6 m），四周设保护行。

水稻栽培采用移栽方式，株行距为20.6 cm×16.0 cm。肥料施用量为化肥区基肥施用碳酸氢铵225 kg/hm2，过磷酸钙468.75 kg/hm2，氯化钾187.5 kg/hm2，追肥施用尿素292.5 kg/hm2。猪粪肥区施用猪粪肥22 500 kg/hm2。1500 kg猪粪肥含有氮磷钾总量与666.7 m2田所施化肥氮磷钾总量相当，沼液区和猪粪堆肥区666.7 m2田施肥量由1500 kg猪粪肥用量制成；化肥与有机肥混施，两者氮磷钾用量各自减半。沼肥、猪粪肥和猪粪堆肥均作基肥施用。各有机肥营养成分对比详见表1。其他按常规处理进行。

表1 沼肥与猪粪肥和猪粪堆沤肥的营养成分对比Table 1 Nutrient com position among biogas manure，pig manure and pig manure composting

1.4 样品采集与分析

玉米、水稻成熟时，分小区单收、单晒、称重，计算小区产量。玉米测定千粒重，水稻测定千粒重和有效穗数。

1.5 数据分析

采用Excel 2003和SPSS 17.0软件进行数据处理和分析，处理间差异显著性分析采用邓肯氏新复极差方法。

肥料对作物产量的贡献率（%）=（施肥处理产量—不施肥处理产量）/施肥处理产量×100［11］。

2 结果与分析

2.1 喷施沼液对玉米产量及经济效益的影响

2.1.1 玉米产量

由表2可知，与喷施清水处理相比，喷施沼液、尿素溶液和磷酸二氢钾溶液处理玉米千粒重分别显著提高4.4%、2.6%和3.8%，玉米产量分别显著提高14.7%、5.6%和6.1%。喷施沼液处理玉米千粒重较喷施尿素溶液和磷酸二氢钾溶液处理分别显著增加1.8%、0.6%，玉米产量分别显著提高8.7%、8.1%。喷施肥料处理中以喷施沼液处理对产量贡献率最高，达12.9%。说明沼液中含有丰富的营养物质，能为玉米生长提供充足的养分，且易吸收，喷施沼液对玉米增产效果显著。

表2 各处理的玉米产量及肥料贡献率Table 2 M aize yield and fertilizer contribution rate under different spraying treatments

2.1.2 玉米经济效益

由表3可知，喷施沼液、尿素溶液和磷酸二氢钾溶液处理较喷施清水处理分别增收1906.2、718.2和791.1元/hm2。喷施肥料处理中以喷施沼液处理净增收最高，达1006.2元/hm2，而喷施尿素溶液和磷酸二氢钾溶液处理净增收均为负值。说明玉米喷施尿素溶液和磷酸二氢钾溶液虽能增产，但并不能增收；而沼液作为一种优质的有机肥喷施在玉米上，由于不需肥料成本，在确保增产的基础上还能实现增收。

表3 各处理的玉米经济效益Table 3 Econom ic benefits ofmaize under different spraying treatments

2.2 施用沼液对水稻产量及经济效益的影响

2.2.1 水稻产量

由表4可知，与不施肥处理相比，施肥处理水稻产量和有效穗数分别显著提高39.5%～75.9%和5.3%～25.2%；与猪粪、猪粪堆肥处理相比，沼液处理水稻产量和千粒重平均增加4.3%和5.4%；与化肥、猪粪+化肥、猪粪堆肥+化肥处理相比，沼液+化肥处理水稻产量和千粒重平均增加5.7%和5.7%；沼液+化肥处理水稻产量和千粒重较沼液处理增加18.9%和8.1%。施肥处理中肥料对产量贡献率以沼液+化肥处理最高，达43.1%。说明沼液中含有丰富的营养物质，能为水稻的生长提供充足的养分，且易吸收，施用沼液对水稻的增产效果显著，且以配施化肥效果更好。

表4 不同施肥处理下水稻的产量及其构成因素和肥料贡献率Table 4 Rice Yield and yield com ponents，and fertilizer contribution rate under different fertilization treatments

2.2.2 水稻经济效益

由表5可知，与不施肥处理相比，各施肥处理水稻分别增收5850.0～11 232.0元/hm2；与猪粪、猪粪堆肥处理相比，沼液处理水稻净增收平均提高1242.3元/hm2；与化肥、猪粪+化肥、猪粪堆肥+化肥处理相比，沼液+化肥处理水稻净增收平均提高1888.2元/hm2；沼液+化肥处理水稻经济效益较沼液处理增加3372.1元/hm2。说明施用沼液对水稻的增收效果显著，且配施化肥效果更好。

表5 不同施肥处理下的水稻经济效益比较Table 5 Econom ic benefits of rice under different fertilization treatments

2.3 千粒重与籽粒产量的相关性分析

由图1可知，玉米和水稻不同施肥处理下千粒重与籽粒产量均呈线性正相关关系（rN=0.875、rK=0.928**），且籽粒产量随千粒重增加而增加，说明增强籽粒灌浆能力是水稻高产栽培的基础。

图1 玉米和水稻产量与千粒重的关系Fig.1 Relationships among yields and 1000-grain weights ofmaize and rice yields

3 讨论

3.1 沼液在玉米生产上的应用效果

韩小平发现，喷施沼液能促进玉米生长发育，使玉米茎秆粗壮，叶色浓绿，有机养分积累多，从而提高玉米产量［12］。伍均等发现，与清水和常规施肥处理相比较，施用沼液后能促进玉米高产，甚至高出施化肥处理［13］。追施沼液可显著提高土壤中速效氮、磷、钾和有机质含量，满足玉米生长发育对养分的需求，增加灌浆强度，加快籽粒蛋白质和脂肪等物质的积累，进而提高籽粒品质，增加产量，但过量施用沼液会导致植物营养生长旺盛，产量逐渐下降［14］。有研究发现，在不显著降低玉米鲜穗产量的前提下，施用沼液并减少50%化肥用量，能提高玉米鲜穗品质和商品性，从而达到降低化肥用量、节省用肥成本、减少化肥流失对环境污染的效果，但单纯施用沼液处理不能满足玉米生长的需肥要求，化肥和沼液配合施用效果更好［15，16］。本研究中，施用沼液较清水和常规施用化肥处理更能满足玉米生长对养分的需求，并形成较高产量及提高营养品质，但沼液施用量需控制在一定范围内并且连续追施高沼液量才有利于玉米的增产。

吕淑敏等发现，适量追施沼液可促进同化物的积累及向籽粒的输送，促进籽粒灌浆，减少败育，增加穗粒数，提高产量［17］。相关分析表明，不同施肥处理下玉米千粒重均与籽粒产量呈线性正相关。沼液中含有不同矿化能力的无机及有机成分，能够提供作物生长所需的各种养分，且在土壤中的保肥时间较长，对提高作物的营养生长效率和籽粒形成能力具有重要的作用［18］。

喷施沼液能使玉米实现较大幅度的增产，其所含N、P、K营养起着重要作用，但更多体现沼液里中微量元素、氨基酸等非氮磷钾物质的存在及其养分的均衡性，说明在湘南红壤丘陵区对玉米喷施均衡营养液优于喷施氮素或磷钾素。喷施磷酸二氢钾溶液处理玉米千粒重显著高于喷施尿素，说明在湘南红壤丘陵区施用磷钾比施氮重要，也可能反映出红壤中磷素的缺乏和钾素对玉米增产的重要性。本试验沼液施用量下，玉米生长良好，产量相对较高，经济效益较高，有利于沼液在湘南红壤丘陵区推广应用。

3.2 沼液在水稻生产上的应用效果

有研究表明，施用沼液能明显促进水稻分蘖和生长，有效提高水稻籽粒产量和秸秆生物量［1，19］。杨志等发现，沼液处理较化肥处理水稻每667 m2有效穗数和产量增加0.8万和72.0 kg，较不追肥处理增加3.4万和165.8 kg［20］。岑汤校等发现，单季稻施用不同量的沼液能取得不同程度的增产，且效果较明显［21］。本研究中，沼液+化肥处理晚稻产量最高，其次是化肥区，前者实产较后者显著高出4.8%。沼液中除含有大量的速效养分外，还含有各种氨基酸、有机酸、抗菌物质等生物活性物质，可作为能源为土壤微生物利用，激发土壤微生物的活性［22］，从而有利于水稻产量的增加。

适量沼液施用能不同程度地提高水稻产量和品质［2，4］。张进等发现，基肥用沼液代替化学肥料与当地习惯施肥（基肥和追肥施复合肥）相比，稻谷产量未有明显差异，但显著降低水稻生产成本［1］。黄红英等发现，在等量氮素施用量下，沼液氮替代25%～100%化肥氮素，水稻产量无显著差异；各沼液替代比例处理间穗数、穗粒数、千粒重也无显著差异；在50%氮素化肥替代下，沼液作基肥一次性施入不如分为基肥、分蘖肥、穗肥3次施入效果好［23］。姜丽娜等连续3年定位试验表明，每年水稻生长季灌施沼液在50%或100%沼液氮替代化肥氮的情况下，水稻产量与全化肥区无显著差异；单独施用废水一般难以满足机插水稻分蘖期对氮素的要求，导致分蘖数和穗数不足而影响产量［24］。单独使用沼液处理结果不及化肥，可能是由于沼液中的氮磷钾养分更多的是速效养分，由于未追施，致使后继肥力不足所致［1］。杨志等认为，产量虽然较常规施肥无显著性差异，但因利用沼液生产的水稻价格偏高，仍能获得较高的经济效益［20］。本研究中，沼液+化肥处理和猪粪堆沤肥+化肥处理下晚稻产量分别高出猪粪肥+化肥处理6.9%和1.3%，这可能是因为三者与化肥配施后，化肥是速效养分，沼液既具速效又具缓效，与化肥配施，能互补长短，发挥肥力持续的优势，适应水稻全生育期不断需肥的要求［25］。猪粪堆沤肥和猪粪肥的养分释放依次推迟，致使前期养分供应不足，后期养分盈余而影响产量，致使两者与化肥配施后的效果不及沼液化肥处理，尤其是猪粪肥施用的效果在同类处理中最低。

当季水稻的增产，补充肥源是重要因素之一。猪粪肥、猪粪堆沤肥、沼液的发酵程度依次增强，速效养分含量依次增加，猪粪肥和猪粪堆沤肥施入后将在水稻生育期内继续发酵分解，且两者在晚稻整个生育期内可能未完全分解，致使养分利用不完全而影响产量，因此3个处理晚稻实产依次增加。猪粪堆沤肥+化肥和猪粪肥+化肥处理的产量也低于化肥处理，这与董春华等［26］长期定位试验初期结果一致。

代宇等发现，喷施沼液不仅能使水稻秧苗生产旺盛、粗壮、早分蘖，增加有效穗、穗粒数，从而提高产量，还可减轻农田肥料等残留物的污染、节省生产成本、增产增收［27］。沼液配施化肥处理较单施沼液处理晚稻实产增加18.9%。说明单施沼液和沼液+化肥配施均能提高土壤肥力和土壤有机质含量，而沼液+化肥配施能更好地提供晚稻生长所需的养分，有利于晚稻增产，这与毛晓月等［4］研究一致。沼液代替化肥施用促进养殖业发展，节约能源，还推动农业的发展，在促进玉米和水稻增收的同时，降低化肥成本，实现增长方式的转变和生态系统的良性循环和经济、社会、生态等效益的统一［28］。

4 结论

本试验结果表明，喷施沼液处理玉米产量较喷施尿素溶液和磷酸二氢钾溶液处理分别显著提高8.7%和8.1%，净增收达1006.2元/hm2；沼液+化肥处理水稻产量较化肥、猪粪肥、猪粪堆肥、沼液、猪粪+化肥、猪粪堆肥+化肥处理分别提高4.8%、26.0%、22.0%、18.9%、6.8%和5.4%，较不施肥处理净增收达10 462.3元/hm2。合理利用沼液不仅可以减少化肥、农药等化学品的使用，降低农业生产成本，提高作物产量和品质，还可以减少化学品及沼液直接排放对环境和生态系统的破坏，满足人们对绿色、环保、健康、无公害产品的追求，提高人们的生活品质。同时，也会促进“立体农业”生态模式的推广应用，这对湘南红壤丘陵区的农业可持续发展有着重要作用。