沼渣與化肥配施對玉米生長及土壤理化性狀的影響

有婧儀，楊守軍，張忠蘭，張華東

(中國農業大學煙臺研究院，山東 煙臺 264670)

隨著我國畜禽養殖業集約化、規模化的快速發展，在保障肉蛋奶充足供應的同時，又存在畜禽糞污亂排亂放的問題，這一問題成為農業面源污染的新生增長點。為有效遏制和減少農業面源污染，促進農業可持續發展，實施種養結合和有機肥替代化肥方案，推進資源的循環利用和農業的綠色發展。

基于厭氧發酵的沼氣工程綠色新技術，雖然能為畜禽糞污的無害化處理提供合理有效的解決方法，但在環保優先的新形勢下也對沼渣沼液的及時消納提出了新的工藝要求[1-2]。沼渣是沼氣發酵殘余物，因其含有較全面的有機和無機固形物，具有速緩兼備的肥效特點，施用后能明顯的改善土壤質地，促進農作物品質和產量的提升[3]。王家軍等[4]研究表明，常規施肥與沼渣配施對株高、莖粗和產量的增加效果顯著。劉芳等[5]認為沼渣配施100%氮素養分可顯著提高土壤中堿解氮、速效磷和速效鉀的含量。由于沼渣種類不同，施用工藝與頻次各異，因此施用效果也有所不同。本研究以玉米為試材，研究沼渣與化肥不同配施比例對土壤理化性質、玉米產量與品質以及經濟效益的影響，以期實現農業生產系統中購買性資源投入最低化、廢棄資源高效循環化的農業生產模式，為沼渣大田應用提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2017年5月5日至9月15日進行，試驗地點為中國農業大學煙臺研究院試驗基地。試驗土壤為棕壤土，其堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為130.3、66.6和208.8 mg/kg，有機質含量1.66%，pH 值5.5。試驗材料為登海-605玉米(ZeamaysL.)。試驗所用的沼渣為山東某厭氧發酵工程產生的沼渣，其速效氮、有效磷、速效鉀含量分別為2.41%、0.59%和0.61%，有機質含量為46.8%。

1.2 試驗設計

試驗采用完全隨機區組設計，共5個處理，3次重復。處理1：CK，無任何肥料施用；處理2：100%HF，純化肥施用；處理3：40%ZF+60%HF，40%沼渣與60%化肥配施；處理4：60%ZF+40%HF，60%沼渣與40%化肥配施；處理5：80%ZF+20%HF，80%沼渣與20%化肥配施。玉米株行距分別為60和33 cm，目標產量為7 496.25 kg/hm2，肥料總施入量N-P2O5-K2O=651.12-187.85-415.74 kg/hm2。沼渣用量以氮含量進行折算，所缺磷、鉀養分以化肥補齊。基肥、拔節肥、穗肥、花粒肥分別于5月5日、6月1日、6月22日、7月7日施用，施氮量分別占總氮的60%、11%、25%和4%，具體施肥情況見表1～4。

表1 基肥施用情況 (kg/hm2)

表2 拔節肥施用情況 (kg/hm2)

1.3 研究方法及測試

分別在玉米的苗期(05-20)、拔節期(06-05)、抽穗期(06-28)和完熟期(07-20)進行樣品采集。每個處理隨機選取3株長勢相近的玉米，測定其株高和莖粗，并取其穗部葉片用于葉綠素測定。采用5點取樣法，采集0～20 cm的土壤，風干、磨細用于土壤有機質、pH值、堿解氮、有效磷、速效鉀的測定。于玉米收獲期進行產量和玉米品質的檢測。葉綠素測定采用蒽酮浸提法[6]；土壤有機質、pH值、堿解氮、有效磷、速效鉀的測定分別采用重鉻酸鉀外加熱法、水溶-酸度計法、堿解擴散法、鉬銻抗比色法和火焰光度法[7]；籽粒粗蛋白含量、粗淀粉含量和粗脂肪含量分別采用凱氏法、DNS法和索氏提取法[8-10]。

1.4 數據統計分析

數據采用Excel 2003和SPSS 19.0進行統計分析，采用最小顯著差異法(LSD)處理顯著差異性。

2 結果與分析

2.1 沼渣與化肥配施對土壤有機質含量的影響

沼渣的施用明顯提高了土壤有機質含量，40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和80%ZF+20%HF處理土壤有機質含量在玉米苗期分別比對照增加了7.44%、11.3%和15.2%。從表5可以看出，沼渣處理土壤有機質含量在玉米拔節期、抽穗期和完熟期的變化趨勢與玉米苗期相似，其中80%ZF+20%HF處理土壤有機質含量在玉米完熟期分別是對照、40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和100%HF處理的1.25、1.11、1.05和1.23倍。數據統計分析表明，土壤有機質的含量與沼肥施用量呈較好的正相關關系。

表5 沼渣與化肥配施對耕作層土壤有機質含量的影響 (%)

注：不同小寫字母表示處理間在5%水平下差異顯著。下同。

2.2 沼渣與化肥配施對土壤速效養分含量的影響

由圖1得知，100%HF處理土壤堿解氮在玉米播種后苗期、拔節期、抽穗期其含量均最高，其次為40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF、80%ZF+20%HF和對照。至玉米完熟期，40%ZF+60%HF處理土壤的堿解氮含量最高，分別為對照、60%ZF+40%HF、80%ZF+20%HF、100%HF的1.10、1.01、1.05和1.08倍。統計分析表明，在玉米整個生育期內60%ZF+40%HF和80%ZF+20%HF處理間堿解氮含量差異不明顯。沼渣與化肥配施對土壤有效磷和速效鉀含量的影響與堿解氮相似。

圖1 沼渣與化肥配施對耕作層土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量的影響

2.3 沼渣與化肥配施對土壤pH值的影響

沼渣與化肥配施對土壤pH值的影響如圖2所示。沼渣處理的土壤pH值隨玉米生長期的延長逐漸升高，而對照和100%HF處理土壤pH值則呈下降趨勢。在玉米苗期、拔節期，80%ZF+20%HF與60%ZF+40%HF處理、60%ZF+40%HF和40%ZF+60%HF處理以及40%ZF+60%HF與對照和100%HF處理間土壤pH值無顯著差異；至玉米完熟期，各處理的土壤pH值差異明顯，80%ZF+20%HF處理土壤pH值分別比對照、40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和100%HF處理增加了5.3%、2.5%、0.8%和6.1%。

圖2 沼渣與化肥配施對耕作層土壤pH值的影響

2.4 沼渣與化肥配施對玉米生長發育特性的影響

苗期葉片葉綠素含量以100%HF處理最高，分別比對照、40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和80%ZF+20%HF增加了70.1%、11.4%、27.8%和28.2% 。數據表明，葉片葉綠素含量與化肥施用量呈正相關關系。與100%HF處理相比，對照處理葉片葉綠素含量在玉米整個生育期呈下降趨勢，而沼渣處理葉片葉綠素含量在玉米拔節期、抽穗期與100%HF處理間差異逐漸縮小。至玉米完熟期，40%ZF+60%HF處理葉片葉綠素含量最高，但與60%ZF+40%HF處理差異不明顯(表6)。

表6 沼渣與化肥配施對葉片葉綠素含量的影響 (mg/g，FW)

2.5 沼渣與化肥配施對玉米產量和品質的影響

由表7可知，與對照相比，沼渣處理和100%HF處理玉米粗蛋白含量明顯升高，以80%ZF+20%HF為最高，分別比對照、40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF和100%HF處理增加了35.4%、41%、39.3%、11.9%。與玉米粗蛋白含量不同，沼渣處理粗脂肪、粗淀粉含量雖明顯高于對照和100%HF處理，且統計分析表明處理間有顯著差異。各處理中粗淀粉含量的變化情況與粗蛋白含量相似。與對照相比，玉米產量以40%ZF+60%HF處理最高，分別比對照、60%ZF+40%HF、80%ZF+20%HF和100%HF處理增加了29.9%、2.4%、5.4%、4.8%。

表7 沼渣與化肥配施對玉米籽粒品質和產量的影響

3 討論

土壤有機質具有改良土壤理化性質和提高土壤保肥、供肥的能力，從而使土壤肥力得到改善[11]。本研究發現，與對照相比較，40%ZF+60%HF、60%ZF+40%HF、80%ZF+20%HF的土壤有機質含量均明顯提高，且與沼肥施用量呈較好的正相關關系。這與沈連鋒[12]研究結果“沼渣中含有纖維素、半纖維素以及木質素等難以降解的有機物質施入土壤后，在眾多微生物作用下，最終轉變為土壤有機質”相一致。

土壤理化性質一直被用來作為表征土壤肥力質量的指標，直接影響植物的生長[13]。在玉米的苗期、拔節期和抽穗期，100%HF處理土壤的速效養分含量始終高于其它處理，但在玉米的完熟期40%ZF+60%HF處理土壤的速效養分含量卻最高。這可能是因為化肥中養分屬于速效養分，而沼渣中養分具有速緩兼備的特性，有機養分需要經過礦化作用才能釋放，同時在有機物礦化過程中產生有機酸，又對土壤中難溶性養分起到整合增溶的作用，共同導致土壤中的速效養分在玉米生育后期的升高[14-16]。畜禽廢棄物經厭氧處理所形成的沼渣含有一定量的腐殖酸，沼渣施入可以增加土壤中腐殖酸的含量，促進土壤團聚體的形成，進而提高土壤的pH值[17]。

葉片葉綠素含量在玉米的苗期、拔節期和抽穗期以100%HF處理為最高，但在玉米完熟期以40%ZF+60%HF處理為最高。數據表明，玉米葉片葉綠素含量與土壤堿解氮含量呈較好的正相關關系，這與邵云等[18]研究結果“氮肥可提高玉米葉片葉綠素含量”相一致。葉片葉綠素含量的升高可能是因為土壤堿解氮含量的增加，促進葉片中與葉綠體有關的光合碳同化酶類活性[19]。

玉米的品質不僅與其農藝性狀有關，而且還取決于當地的生產管理水平，尤其是施肥模式是否科學。沼渣與化肥配施處理玉米品質明顯優于100%HF處理，主要是因為沼渣與化肥配施能滿足玉米生長對養分吸收的速緩兼備的需求，不僅能消除高氮對玉米蛋白質的抑制作用，又能體現磷鉀元素對玉米脂肪代謝和淀粉積累的促進作用[20-21]。

沼渣含有豐富的有機質，能更新土壤腐殖質組成，培肥土壤，提高土壤的保墑和保肥能力，形成良好的土壤環境，為玉米生長奠定堅實基礎。40%沼渣與60%化肥配施處理玉米產量最高，可能是因為沼渣與化肥配施保障玉米生長所需養分的供應，提高葉片葉綠素含量和光合性能，促進產量的顯著增加。

4 結論

沼渣與化肥配施提高了土壤有機質含量，改善了土壤生態環境，具有單施化肥所不具有的優點。40%沼渣與60%化肥配施顯著增加土壤的速效養分含量，提高葉片葉綠素含量，改善籽粒品質，增產效果顯著。綜合分析認為，40%沼渣與60%化肥配施是沼渣資源化利用較為科學的施用模式。