沼液替代化肥對水稻生長的影響

董晶晶+應曉成+徐軍++沈新平++費玉葉+施昊倫+馬玉婷+沈濤+黃潔+姜多

摘 要：隨著稻米的市場定位和人民生活質(zhì)量的提高，對其品質(zhì)的要求也越來越高。沼液富含氮、磷、有機物、微量元素、多種水解酶等，對于稻米品質(zhì)及產(chǎn)量提高的效果明顯，因此，探究優(yōu)質(zhì)水稻種植過程中沼液對其生長的影響具有重要意義。該研究設(shè)置全沼液添加量、50%沼液添加量和0沼液添加量（全化肥）3個處理，經(jīng)不同濃度的沼液灌溉，分析了沼液替代化肥對水稻分蘗、拔節(jié)孕穗期以及成熟期生物量、SPAD值和產(chǎn)量的影響。研究結(jié)果表明：沼液對水稻分蘗有促進作用；施用沼液可增加水稻產(chǎn)量，與全化肥處理相比，全沼液處理增產(chǎn)幅度達20.53%。

關(guān)鍵字：沼液；化肥；水稻

中圖分類號 S511 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）04-0039-04

Effect of Chemical Fertilizers Substitution by Biogas Slurry on the Growth of Rice

Dong Jingjing1 et al.

（1Yangzhou University，Yangzhou 225000，China）

Abstract：With the market orientation of rice and improvement of people living standards，the requisition for rice quality is stricter and stricter.The biogas slurry is rich in nitrogen，phosphorus，organicmatter，trace elements，hydrolases and so on.The biogas slurry can improve the quality and yield of rice effectively.Therefore，exploring the effects of biogas slurry is significant to the growth of rice.In this experiment，there are three treatments，100% biogas slurry，50% biogas slurry and 0 biogas slurry（100% chemical fertilizer）.This experiment analyzed the effect on biomass，SPAD and yield during tillering stage，jointing-heading stage and harvest through irrigating different concentration of biogas slurry.The results showed that the biogas slurry can promote the tillering and increase the yield.The yield of 100% biogas slurry treatment increased by 20.53%，compared with the 100% chemical fertilizer treatment.

Key words：Biogas slurry；Chemical fertilizer；Rice

沼液是有機物經(jīng)沼氣池制取沼氣的液體殘留物，它含有作物生長所必需的氮、磷、鉀等大量元素以及微量元素、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)，是一種速效性肥料[1-2]，具有促進作物生長和抑制病害發(fā)生的作用。其中，總氮（TN）的含量占0.78%～1.61%，總磷（TP）的含量占0.4%～0.6%，總鉀（TK）的含量占0.61%～1.30%，營養(yǎng)成分中有機質(zhì)所占的比例最大，通常有機質(zhì)的含量占36.0%～49.9%[3-4]。將沼液作為有機肥料連續(xù)施用，能夠改善土壤的理化性質(zhì)，不僅可以補充土壤的營養(yǎng)還可以增加種植層深度[5]，有利于土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成[6-7]，從而為土壤耕作和農(nóng)作物生長創(chuàng)造良好的土壤條件，提高土壤氮、磷、鉀和有機質(zhì)的含量[8-9]。然而，無論國內(nèi)還是國外[10]，隨著沼氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，沼氣產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的副產(chǎn)物沼液和沼渣越來越多，環(huán)境污染問題的壓力越來越大[11]。如何處理沼液和沼渣的問題是目前急需解決的問題。稻田是一個人工濕地系統(tǒng)，利用沼液灌溉既能滿足水稻生長對水分以及大量養(yǎng)分元素的需求，也能夠凈化稻田水體環(huán)境，實現(xiàn)沼液的后續(xù)無害化處理及資源化利用[12]。為此，本研究設(shè)置3個不同施肥處理，探究不同濃度的沼液灌溉對水稻生長及產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 試驗于2016年在蘇州常熟羅敦村現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范基地進行，實驗材料為南粳5055，分為3個不同處理，分別為整個生育期化肥；基肥沼液+追肥化肥（即50%沼液）；整個生育期沼液。

1.2 試驗設(shè)計 試驗設(shè)計3個重復。水稻整個生育期施氮量為純N270kg/hm2，分為基肥、分蘗肥和穗肥施入，施肥比例為5∶3∶2，具體施肥方案（按1hm2單位面積計算）為：全化肥處理-基肥（復合肥202.5kg），分蘗肥（復合肥121.5kg），穗肥（復合肥81kg）；50%沼液處理-基肥（沼液180m3），分蘗肥（復合肥121.5kg），穗肥（復合肥81kg）；全沼液處理-基肥（沼液180m3），分蘗肥（沼液108m3），穗肥（沼液72m3）。各小區(qū)利用田埂包膜隔斷，小區(qū)規(guī)格為15m×10m；田埂寬度：0.5m；排灌溝寬度：0.5m。田間定期進行除草、除蟲處理。供試土樣理化性質(zhì)如下：有機質(zhì)19.8g/kg、全氮1.82g/kg、堿解氮84.2mg/kg、全磷1.25g/kg、速效磷28.9mg/kg、速效鉀112.3mg/kg，pH7.1。供試沼液理化性質(zhì)如下：全氮749mg/kg、全磷356mg/kg、全鉀484mg/kg，pH7.3。

1.3 統(tǒng)計分析 整地包膜做小區(qū)，按要求施入基肥，每個小區(qū)按株行距21cm×24cm進行插秧。秧苗活棵后，測量并計算水稻穴數(shù)，每小區(qū)選取具有代表性的連續(xù)10穴插稈定點，每隔7d記錄10穴水稻分蘗數(shù)，至水稻抽穗期結(jié)束，計算水稻分蘗數(shù)。從水稻抽穗期開始，每隔7d測定每個小區(qū)水稻頂葉SPAD值。至水稻成熟期，對每小區(qū)水稻進行測產(chǎn)，隨機取30穴水稻，計算其平均穗數(shù)，以其平均穗數(shù)每小區(qū)取3穴水稻，將每穴水稻以穗子、莖干和葉片分離，測定計算每個部位生物量。令每小區(qū)隨機取3穴穗子，測定產(chǎn)量三要素（穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重），計算產(chǎn)量。土樣以H2SO4消煮后，凱氏法測氮，比色法測磷，火焰光度法測鉀；沼液以堿性過硫酸鉀消煮后，紫外分光光度計測氮，比色法測磷，火焰光度法測鉀[13]。采用Excel 2013和SPSS19.0進行數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對南粳5055分蘗的影響 由圖1可知，在水稻分蘗期，各處理水稻分蘗數(shù)在這個期間增長迅速，全沼液處理和50%沼液處理的增長速率明顯高于全化肥處理，全沼液分蘗發(fā)生速率（2.04）>全化肥分蘗發(fā)生速率（1.73）>50%沼液分蘗發(fā)生速率（1.64）。在整個生育期，全沼液處理的水稻分蘗數(shù)普遍高于另外2種處理的分蘗數(shù)，3種不同施肥處理的水稻在第5周時均達到最高分蘗期，其大小依次為：全沼液（641.85萬/hm2）>50%沼液（632.1萬/hm2）>全化肥（603.15萬/hm2），全沼液處理和50%沼液處理較全化肥處理分蘗數(shù)高6.42%和4.80%，可見，運用沼液灌溉水稻可以增加水稻的分蘗數(shù)。最高分蘗期過后，水稻植株的分蘗數(shù)開始明顯下降，這主要是由于人為擱田措施使得水稻分蘗受阻和無效分蘗開始死亡導致的。由于無效分蘗的死亡，3種處理的水稻分蘗數(shù)均趨于穩(wěn)定水平，3種處理的水稻分蘗數(shù)表現(xiàn)為：全沼液>50%沼液>全化肥。

2.2 不同施肥處理對南粳5055的SPAD值的影響 水稻生長發(fā)育是體內(nèi)有機物質(zhì)的不斷積累的結(jié)果，有機物實際上是作物光合作用產(chǎn)生的，植株葉片葉綠素含量可以反應單位葉面積的光合單位數(shù)和之主體內(nèi)含氮水平，它不僅可以衡量水稻光合作用強度，也能反應水稻葉片的衰老程度[14]。由圖2和圖3可知，3種不同處理水稻葉綠素（SPAD）衰減速率由大到小分別為全沼液>全化肥>50%沼液，但添50%沼液和全化肥衰減速率相近。在拔節(jié)至抽穗初期，全沼液處理的SPAD值最高，而到了成熟期，全化肥處理的SPAD值最高，高于全沼液處理和50%沼液處理。在拔節(jié)至成熟期，50%沼液處理的SPAD值較另2個處理始終最低。

圖3 不同施肥處理南粳5055的SPAD值趨勢變化

2.3 不同施肥處理對南粳5055拔節(jié)抽穗期生物量的影響 從表1可以看出，拔節(jié)抽穗期，全沼液處理和50%沼液處理的水稻莖稈、葉片和整株的生物量顯著高于全化肥處理的莖稈、葉片和整株的生物量，全沼液處理與50%處理未達到顯著差異。然而，3個處理的葉片生物量無顯著差異。運用沼液代替?zhèn)鹘y(tǒng)化肥種植水稻，其整株，莖稈以及穗的生物量均有所增加。其中，各器官生物量上，全沼液處理的生物量最大，50%沼液處理次之，全化肥處理最低。

2.4 不同施肥處理對南粳5055成熟期生物量的影響 從表2可以看出，在成熟期，運用沼液替代傳統(tǒng)化肥種植水稻，其各器官的生物量均顯著或極顯著高于全化肥處理的生物量，且都呈現(xiàn)出全沼液>50%沼液>全化肥的趨勢。全沼液與全化肥處理的穗部生物量比較，全沼液處理穗部生物量達50.54kg/hm2，是全化肥處理的1.4倍。

2.5 不同施肥處理對南粳5055產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

2.5.1 每穗粒數(shù) 由表3可知，全沼液處理的每穗粒數(shù)顯著高于50%沼液處理和全化肥處理，全沼液處理的每穗粒數(shù)最高，50%沼液處理次之，全化肥處理最低，其中全沼液處理水稻每穗粒數(shù)較50%沼液處理和全化肥處理高了10.94%和6.22%，并且全沼液處理與50%沼液處理的每穗粒數(shù)達到極顯著差異，50%沼液處理與全化肥處理達到顯著差異。

2.5.2 結(jié)實率 不同施肥處理的結(jié)實率以50%沼液處理最高，為91.67%，這可能是由于50%沼液處理的每穗粒數(shù)少，從而導致穗部干物質(zhì)積累較多，谷粒灌漿較好，減少了空癟粒，增加了結(jié)實率，但各處理之間結(jié)實率無顯著差異。

2.5.3 千粒重 千粒重以50%沼液處理為最高，達26.76g，顯著高于全沼液處理，但與全化肥處理無顯著差異。全沼液處理的千粒重小于全化肥處理的千粒重，但兩者之間不存在顯著差異，而全沼液處理的每穴穗數(shù)顯著高于全化肥處理，這說明可能是全沼液處理穗數(shù)及每穗粒數(shù)的增加導致了千粒重降低。50%沼液處理的每穴穗數(shù)與其他兩處理均不存在顯著差異。

2.5.4 產(chǎn)量 全沼液處理的理論產(chǎn)量最高，為12 280.35kg/hm2，顯著高于50%沼液處理（11 063.1kg/hm2）和全化肥處理（10 188.6kg/hm2），且差異達到極顯著。50%沼液處理與全化肥處理的理論產(chǎn)量達到顯著差異，未達到極顯著。其中，全沼液處理和50%沼液處理較全化肥處理分別增產(chǎn)20.53%和8.58%。由此可見，運用沼液灌溉稻田技術(shù)可以增加水稻產(chǎn)量。

3 結(jié)論與討論

沼液作為優(yōu)質(zhì)的有機肥源之一，噴施灌溉后經(jīng)硝化細菌和反硝化細菌的作用，在一段時間內(nèi)存在硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的動態(tài)平衡，相對于施用化肥處理能延緩肥效，對作物生長具有促進作用[15-16]。

由本次試驗可知，隨著水稻生育期的推進，3種處理的水稻葉片SPAD值不斷降低，其下降速率大小為全沼液>全化肥>50%沼液，至成熟期，全化肥處理的水稻葉片SPAD值最高。全沼液處理的葉片功能期長，制造的光合產(chǎn)物多，根系傷流量大，生理活性強，有利于促進水稻根系生長和延緩其衰老，植株干重大，從而為奪取高產(chǎn)奠定了較好的物質(zhì)基礎(chǔ)[17]。

本試驗研究結(jié)果還表明，沼液能提高分蘗期水稻分蘗的增長速度；添加沼液在整個生育期內(nèi)能增加水稻的分蘗數(shù)；最高分蘗期過后，水稻植株的分蘗數(shù)開始明顯下降，至水稻分蘗末期，全沼液處理的分蘗數(shù)明顯高于其他處理。陸新苗等[18]通過沼液不同施用量對水稻產(chǎn)量及土壤環(huán)境的影響研究發(fā)現(xiàn)，沼液在水稻上施用能有效地增加穗數(shù)，提高成穗率和千粒重，從而增加產(chǎn)量，其產(chǎn)量隨著施用量的增加而遞增。本實驗中，全沼液處理的每穗粒數(shù)和每穴穗數(shù)均高于其他處理，說明沼液替代化肥處理在優(yōu)質(zhì)水稻種植上具有增產(chǎn)效果。Kotchakorn等[19]將沼液應用于甜玉米、西紅柿及草莓，也得出了同樣的結(jié)果，并且土壤肥力得到了明顯改善。葉志誠等[20]通過沼液浸種試驗，提高了水稻產(chǎn)量。朱自芬等[21]通過比較試驗發(fā)現(xiàn)，沼液浸種比藥劑浸種產(chǎn)量增加約190.88kg/hm2。

因此，施用沼液對于提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)、促進植物種子萌發(fā)、防治病蟲害、提高土壤養(yǎng)分含量具有積極作用，不僅節(jié)省了對化肥的需求，減少了農(nóng)民生產(chǎn)成本，而且為沼氣工程處理沼液提供了科學指導。

參考文獻

[1]劉浩榮，宋海星，劉代平，等.油菜莖葉可溶性糖與游離氨基酸含量的動態(tài)變化[J].西北農(nóng)業(yè)學報，2007，16（1）：123-126.

[2]高女英，段曉蓮，劉改順.沼液、沼渣在蔬菜生產(chǎn)中的利用[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2009（05）：93.

[3]靳紅梅，常志州，葉小梅，等.江蘇省大型沼氣工程沼液理化特性分析[[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2011，27（1）：291-296.

[4]D.P.Chynoweth，A.C.Wilkie，J.M.Owens.Anaerobic treatment of piggery slurry-review[J].Asian Austral，J.Anim.，1999，12 C4）：607-628.

[5]G·F.Parkin，W.F·Owen.Fundamentals of anaerobic digestion of waste water sludges[J].J.Environ.Eng.ASCE，1986，112：867-920.

[6]M.A.Pereira，D.Z.Sousa，M.Mota，et al.Mineralization of LCFA associated with anaerobic sludge： kinetics，enhancement ofmethanogenic activity and effect of VFA[J].Biotechnol.2004，88： 502-511.

[7]孫廣輝.沼液灌溉對蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)以及土壤質(zhì)量影響的研究[D].杭州：浙江大學，2006.

[8]尹芳，張無敵，宋洪川，等.沼液對某些植物病原菌抑制作用的研究[J].可再生能源，2005，2： 9-11，36.

[9]李軼，呂緒鳳，劉慶玉，等.沼肥對設(shè)施土壤性質(zhì)的影響[J].農(nóng)機化研究，2009，10：140-142

[10]王日照，吳青華.水稻施用沼液效果試驗[J].浙江農(nóng)業(yè)科學，2011，03：555-558.

[11]Zhao K J，Ma Fm，Jiang F C，et al.Effect on amount of soilmicrobe with different level of nitrogen applied in sugar beet fields and fallow fields[J].China Sugarbeet，1995，3：21-25.

[12]王子臣，管永祥，盛婧，等.水稻分蘗期沼液施灌對農(nóng)田水體氮素的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2015，23（12）：1544-1551.

[13]中國土壤學會農(nóng)業(yè)化學委員會.土壤農(nóng)業(yè)化學常規(guī)分析方法[M].北京：科學出版社，1989.

[14]譚長樂，張洪熙，戴正元，等.優(yōu)質(zhì)秈稻揚稻6號庫、源、流特性研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學，2003，36（1）：26-30.

[15]周孟津.沼氣實用技術(shù).北京：化學工業(yè)出版社，2004：56-70.

[16]李松林.大量施灌沼液稻田氮素動態(tài)特征及其對環(huán)境的影響[J].杭州：浙江大學，2011：45-50.

[17]周歡，原保忠，柯傳勇，等.灌溉水量對水稻生長和產(chǎn)量的影響[J].灌溉排水學報，2010，02：99-101.

[18]陸新苗，王衛(wèi)平，魏章煥，等.沼液不同施用量對水稻產(chǎn)量及土壤環(huán)境的影響[J].安徽農(nóng)學通報（上半月刊），2010，17：76-77.

[19]KONGAEW K，KANAJAREONPONG A，KONAKAEW T.Using of slurry and sludge from biogas digestion pool as bio-fertilizer [M].Thailand：The Joint Interntion Conference on Sustainable Energy and Environment，2004：350-352.

[20]葉志誠.沼液浸種實效顯著[J].中國沼氣，1990，8（3）：41.

[21]朱自芬，周美蘭，李仕華，等.水稻施用沼液效果研究[J].云南農(nóng)業(yè)科技，2009（4）：36-41.