灌溉猪场沼液对早稻化肥减量效果的影响

张明来 江丽芳 许长远 孔晓芬 梁永英

摘  要：目的 探討早稻灌溉猪沼液条件下，化肥减量对稻田土壤肥力、水稻产量和经济效益的影响。方法 采用随机区组试验，设置4种施肥处理（A1～A4），以A4常规施肥为对照（CK），A1、A2和A3处理施肥量分别为 CK 施肥量的70%，沼液施用量分别为675 t/hm2、450 t/hm2和225 t/hm2。结果 稻田灌溉沼液A1～A3处理土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量比试验前均略有提高，pH值有较大幅度提高。处理A1后劲足肥力较为持久，略有贪青披叶，熟期比CK推迟3 d。A2产量最高比CK提高2.3%;A3第三比CK减产2.3%;A1最低比CK减产3.2%，经方差分析，A1～A3与对照CK之间产量差异不显著。结论 就该试验条件下，早稻每公顷灌溉225～675 t沼液可适量减少化肥施用量，维持早稻产量不减产，以灌溉沼液450 t/hm2减施化肥30%产量和效益表现最佳;灌溉沼液后若化肥施用量减量不足，反而因过量施肥导致早稻产量减产。

关键词：猪沼液  早稻  化肥减量  效果  产量  经济效益

中图分类号：S3                               文献标识码：A文章编号：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 研究意义

近40年来，随着化肥工业迅速成长，农业生产单纯地依赖化肥，忽视了有机肥的投入，导致化肥用量较大甚至过量，而化肥用量并未與作物的产质量成正比，化肥养分利用率下降，肥料效应总体降低[1]。另一方面，随着农业生产结构向农业和水产养殖业并重倾斜，集约化生产水平不断提高，畜禽粪便成为了农业面源污染的重要源头[2-4]。土壤养分平衡由亏缺逐步转为盈余和农业面源污染的背景下，如何平衡农田养分，科学处置粪污，综合畜禽粪污资源利用化问题对农业可持续发展具有重要意义。2017年中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于创新体制机制推进农业绿色发展的意见》中指出有机肥替代化肥是一项急需大力推广的生产方式，寻找有效的有机肥来源及替代化肥用量是解决化肥过量的重要抓手[5]。

1.2 前人研究进展

猪沼液是猪粪用于沼气生产后的副产物，它含有植物生长所需要的诸多营养物质和大量的水，且水溶性良好，是一种优质的速效有机肥料[6]。前人的研究已对猪沼液成分做出详细的分析鉴定，猪沼液含有氮、磷、钾等大量营养元素以及钙、镁、硫、铜、铁、锌、锰、硼、钼等中微量元素[7-9];含有氨基酸、水解酶、维生素、赤霉酸、生长素、糖类、核酸、抗生素、吲哚乙酸、腐殖质等溶解性物质[10-11]，能提高土壤有机质含量，改善土壤的物理性状和增加土壤肥力，可作为很好的一种有机肥源运用在农业生产上[12-13]。当前，通过沼气工程处理畜禽粪污是资源利用化的主要处理措施，但此过程中产生大量的沼液，需要一个合理的消解途径。沼液回灌农田，一是可以增加土壤有机营养来源，二是可以消解沼液，为土壤环境友好奠定基础。

1.3 该研究切入点及拟解决的关键问题

在南方稻作区域，利用猪沼液回灌水稻田，减少化肥的施用，在很大程度上可实现养分资源合理配置，保持农田养分平衡，提高畜禽粪污资源综合利用，为实现农作物化肥减量增效目标奠定基础。上杭县是生猪养殖和粮食调出大县，2019年出栏73万头猪、水稻种植面积达2.43万 hm2[14]，产生粪污950万t，其中液体粪污760万t，沼液资源量巨大。通过“猪—沼—果、猪—沼—菜、猪—沼—地”消纳和转化沼液，是实现资源化利用的有效途径，但前提是有足够的消纳地资源和农作物播种面积。从上杭县目前的实际来看，利用上述方式处理沼液的总量比例并不大，特别是规模养猪场的沼液污染高度集中，形成了新的环境污染问题。因此，沼液的资源化利用备受关注，该县常年水稻种植面积2.4万hm2以上，通过稻田灌溉沼液不失为最有效的消纳转化方式。试验通过探讨早稻施用熟化沼液减少化肥施用量对土壤以及对水稻生长发育和经济效应影响，探索沼液在水稻上消解技术，旨在今后为消解畜禽粪污资源奠定基础，更好地为沼液在水稻上应用提供依据，实现畜禽粪污资源化利用。

2  材料与方法

2.1 供试材料

供试作物：早稻，品种：佳辐占。试验用肥为瓮福紫金化工股份有限公司生产的水稻配方肥（N∶P2O5∶K2 O=17∶6∶17）。猪沼液由距离试验地3 km的猪场沼液池通过PE管输送至储存桶，腐熟240 d以上循环储存施用，灌溉前采样化验其养分含量见表1，腐熟240 d原沼液中有机质、全氮、全磷、全钾的含量分别为1 210 mg/kg、689.1 mg/kg、29.78 mg/kg 、123.4 mg/kg，pH值为7.1;腐熟269 d原沼液中有机质、全氮、全磷、全钾的含量分别为840 mg/kg、564.3 mg/kg 、27.44 mg/kg 、119.4 mg/kg ，pH值为6.8，无明显刺激性气味，说明供试沼液中养分含量偏低。

2.2 试验方法

2.2.1 试验地概况

试验地位于上杭县中都镇军联村聚胜家庭农场鸡骨坑段，地势平坦，形状规则整齐，溶田均匀一致，排灌方便，试验田块面积为800 m2，土壤类型为灰泥田，前作水稻。试验前采集土样化验，有机质25.3 g/kg、碱解氮203.4 mg/kg、有效磷21.5 mg/kg、速效钾81.4 mg/kg，pH值为4.8。

2.2.2 试验设计

试验共设4个处理（A1～A4），以仅施用配方肥的A4为对照（CK）。其中A4为常规施肥，每公顷施用水稻配方肥825 kg;A1～A3处理为配方肥577.5 kg（分别为CK施肥量的70%）+不同用量猪沼液（分别为45 t、30 t、15 t）。化肥分基肥和追肥各占50%。沼液施用前测定其养分含量，沼液灌溉分溶田和第二次中耕各50%，沼液灌溉时期与当次沼液养分实测值见表1，A1～A3处理所施沼液折算总养分见表2。按随机区组排列，小区面积为20 m2，小区间筑小田埂，并用农膜包裹。各处理3次重复，共12个小区。

2020年3月8日播种，秧盘育秧，3月30日旋耕溶田，4月1日筑小田埂，重复间留0.5 m宽农事操作沟，灌溉第一次沼液。4月7日施基肥插秧，丛插5粒谷，插植密度每小区18×23丛（1.38万丛/亩），各小区种植规模和基本苗一致，由同一人栽插保证了栽植深度一致。4月28日追肥及施第二次沼液。田间管理遵循“最适”和“一致”原则，除施肥措施外，各项农事操作一致并符合大田生产要求。7月15日考查各小区农艺性状，7月16日收获时小区产量单收单计。除施肥措施外，各项农事操作一致，田间水分管理参照一般生产田。

2.2.3 测定项目及方法

电位法测定土样pH值，重铬酸钾容量法-外加热法测定土壤中有机质含量，碱解氮的测定采用碱解扩散法，全磷为氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用乙酸氢钠浸提-火焰光度计法[15]。每批次沼液施肥前采集200 mL化验，采用全项目土壤肥料速测仪JN-QXM测定。

2.3 统计与分析

采用Microsoft Excel 2013和DPSS软件进行数据处理与分析。

3  结果与分析

3.1 稻田灌溉沼液对土壤理化性状的影响

施用沼液前采样化验，其养分含量结果见表1。以各处理施用量折算灌溉沼液补充养分为，处理A1当季灌溉沼液675 t/hm2，相当于补充有机質922.5 kg/hm2、全氮564 kg/hm2、全磷25.8 kg/hm2、全钾109.2 kg/hm2;A2灌溉沼液450 t/hm2、A3灌溉沼液225 t/hm2，相当于分别补充有机质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、全钾72.75 kg/hm2、36.55 kg/hm2，具体见表2。经过一个生长季土壤胶体吸附缓冲，早稻收获后采集各小区土样化验，具体见表3数据，其结果表明，3个灌溉沼液处理土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量比试验前A0均略有提高，A1～A4处理pH值有较大幅度提高，除处理A3的有效磷和速效钾低于CK外，3个灌溉沼液处理的所有检测项目比CK有不同程度提高。试验期间田间观察，A1返青最快且苗架表现为后劲足，成熟期落黄较CK慢。

3.2 试验处理对早稻农艺性状的影响

从表4数据可以看出，处理A3的有效穗最高达333.3万穗/hm2，3个沼液处理均明显高于对照CK;穗粒数表现依次为处理CK、A1、A3、A2;结实率次序为处理A2、A1、A3、CK，3个沼液处理间差异不明显但均高于CK;处理A3的理论产量最高，为5 432.0 kg/hm2，A1次之，A2第三，CK最低。从田间长相长势看，处理A1、A2和CK前期发苗及封行早于处理A3;处理A1后劲足肥力较为持久，处理A3后期表现早衰现象，A1和CK后期略有贪青披叶;从熟期看，A1比CK熟期推迟3 d，其他3个处理青枝蜡杆，后期转色均匀，熟期一致。

3.3 试验处理对早稻产量的影响

从图1结果可以看出，处理A2产量最高，达6 236.45 kg/hm2，比CK增产140.07 kg/hm2，提高2.3%;CK次之，产量为6 096.38 kg/hm2。处理A3第三，为5 956.31 kg/hm2，A3仅比CK每公顷减产2.3%。处理A1最低，为5 902.95 kg/hm2，比CK减产3.2%，与后期贪青阴蔽病虫害较重有关。

经方差分析和新复极差测验结果显示（见图1），处理A1～A3与对照CK之间产量无差异。就该试验条件下，早稻灌溉225～675 t/hm2沼液可适量减少化肥施用量，维持早稻产量不减产;但是，灌溉沼液后若化肥施用量减量不足如A1，反而因过量施肥导致早稻产量减产， 且熟期推迟3 d，与邵文奇等研究者[16]的研究结果一致。

3.4 试验处理对早稻经济效益的影响

由表5结果显示，灌溉沼液减少30%化肥处理A1和A3比对照早季水稻产值有一定程度的下降，但肥料成本降低544.5元/hm2，其收益每公顷仅分别比CK减少209.9元和1.8元;处理A2在灌溉沼液减化肥30%情况下仍比CK产值增加546.27元/hm2，效益提高1 090.8元/hm2。说明早稻适量灌溉沼液，以该试验为例，沼液灌溉量450 t/hm2较为合理，能保证产量的同时提高经济收益。

4  小结与讨论

该研究表明，猪沼液中总氮、全磷、全钾、有机质分别达到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，具有非常高的资源利用价值。通过沼液回灌稻田，对土壤化验，以处理A1为例，早季灌溉沼液为675 t/hm2，每公顷土壤养分累积增加有机质922.5 kg、全氮564.0 kg、全磷25.8 kg、全钾109.2 kg，pH提高0.6个单位，说明沼液稻田灌溉对培养肥地的效果明显，这与Xu等研究者[17]通过连续3年对稻—油菜轮作生态系统施加沼液处理的试验中沼液能够有效地改良土壤肥力结果保持一致。与全化肥相比，沼液回灌稻田提高土壤有机质含量、碱解氮和土壤pH值的效果更优。上杭水稻田大多为典型的赤红壤[18]，土壤pH呈酸性、微酸性，养分较贫瘠，长期单一使用大量化肥容易降低土壤pH，土壤酸化程度容易加深，有机质含量极低，而沼液呈弱碱性，具有良好的缓冲性，可改善土壤生态环境，同时可以科学消纳沼液，在很大程度上替代了化肥作为养分来源。受发酵原料和处理工艺影响，沼液成分特征差异较大[19-20]，可见，生产上应根据土壤肥料状况、不同猪场沼液腐熟程度、养分含量等差异，化肥减量时要区别对待。

5  结论

试验结果发现，就该试验沼液而言，处理A2灌溉沼液450 t/hm2早稻化肥施用量为CK的70%产量和效益表现最佳，而处理A1和CK后期出现贪青披叶、熟期推迟、病虫为害较重的状况;处理A3长相长势和产量均表现施肥量不足和早衰。合理的沼液、复合肥用量对早稻生长发育具有重要意义，就该试验供试沼液而言，每公顷灌溉沼液450～675 t时（小幅调整）早稻应减少化肥施用量20%～30%。总之，土壤养分平衡由亏缺逐步转为盈余和农业面源污染的背景下，如何平衡农田养分，科学处置粪污，综合畜禽粪污资源利用化问题对农业可持续发展具有重要意义。沼液回灌稻田，方法简单，绿色环保，在稳产的基础上，能消解畜禽粪污资源，变废为宝，化害为利，减少化肥的投入量、成本，提高土壤肥力，改善早稻土壤生态环境，减少环境的污染，可作为今后复制推广的一种施肥模式。由于该次试验只跟踪一年，研究时间较短，为更进一步探究沼液和复合肥的为早稻产提质增效的优点，后续应对全生长季施用沼液频次、沼液浓度等进一步试验，生产上由于不同养殖场沼液成分差异，施用时应分别检测施用。

参考文献

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[12] 楊可.养殖场沼液高效及安全利用技术的研究[D].

①基金项目：龙岩市科技计划项目（项目编号：2019LYF9011）。

通信作者：张明来（1966—），男，本科，高级农艺师，主要从事土壤肥料与植物营养技术研究，E-mail：shtf3841 023@163.com。