沼液在土壤改良上的應用研究

王 康，許玉超，戴 輝，練梅華，向新躍，宗德富，鞠軍華，束劍峰

（1.江蘇蘇港和順生物科技有限公司，江蘇鹽城 224145；2.江蘇省沿海農業發展有限公司，江蘇南京 210000；3.鹽城市大豐區華豐農業開發有限公司，江蘇鹽城 224145；4.江蘇綠洲米業有限公司，江蘇鹽城 224145）

大中型沼氣工程解決了畜禽糞便處理問題，可實現畜禽糞便的資源化利用，保護環境。沼氣發酵的殘留物沼渣和沼液是農業上的優良有機肥料，其中沼液中的養分含量占發酵殘留物總含量的85%［1］。沼液中的養分主要是速效養分，能夠被植物快速吸收利用，是一種速緩兼備的液體有機肥［2］。現有研究表明，沼液中平均約3/4的氮為生物有效態氮，生物有效態磷含量占全磷含量的85%左右，生物有效態鉀含量占全鉀含量的81%；另外，沼液中還含有大量的有機質、氨基酸和腐殖酸等活性物質和有益微生物群［3］，被認為是一種良好的土壤改良劑。

經過多年研究分析得出，沼液在農業應用上的優點主要有以下幾個方面：（1）有機質含量高，能夠補充土壤的有機質，促進團粒結構的形成，疏松土壤，提高土壤通氣、保水保肥能力；（2）富含氮磷鉀大量元素和鈣鎂硫硼等中微量元素，營養全面，能夠調節土壤中各養分含量的比例，降低土壤板結程度，提高植物對養分的均衡吸收能力，增加植物抗性；（3）含有胡敏酸和富里酸等具有高官能團的物質，能夠提高土壤緩沖酸堿變化的能力，防止土壤酸化［4］，改良鹽堿地［5］；（4）含有多種酶、纖維素、氨基酸、植物激素和腐植酸等活性物質，易于植物吸收，可促進植物生長，增加產量；（5）含有抗生素等生物農藥，對農作物的紅蜘蛛、黃蜘蛛平均防治率達90%以上，可降低農藥使用率；（6）調節微生物種類組成和酶活性，抑制有害病原菌的繁殖，加快被固定養分的活化和釋放；（7）降低化肥的使用量，從而減少農業的面源污染。

江蘇省鹽城市雖然耕地面積多，有7 926 km2，但是主要為4～7級低等土壤（土壤養分含量分級表），單位產量低；另外還有272 km2荒地和4 550 km2灘涂可作為儲備資源［6］，但是土壤肥力低，鹽堿重，需要改良才可以利用。本研究主要探討沼液在沿海土壤改良上的應用，以期為荒地及灘涂的利用問題提供一條解決途徑，為環境保護提供一些幫助。

1 方法與材料

1.1 試驗材料

試驗于2019年3月1日至2019年7月1日在江蘇省鹽城市大豐區臨港產業園內進行。供試沼液為江蘇蘇港和順生物科技有限公司沼氣站由雞糞厭氧發酵得到的沼液，其養分指標為總氮含量3.2 g/kg，總磷含量0.49 g/kg，總鉀含量4.4 g/kg，13種氨基酸含量247.8 mg/L，有機質含量32.6 g/kg，pH值8.5，鹽度10.37 g/L。

1.2 處理設計

試驗設置2個處理。一個為對照處理（CK），全程不施用沼液，面積為1 hm2；一個為沼液處理（CL1），于2019年3月1日施入沼液300 t/hm2，面積為15 hm2；2個處理間間隔20 m寬的道路。

1.3 樣品采集、處理與指標測定方法

2019年6月10日，按照S型取樣方法，確定15個取樣點，分成3組，每組有5個取樣點。用土鉆分別采集0～15 cm和＞15～30 cm深的土壤，將同組同等深度的土壤混合均勻，采用四分法的方式，截取1 kg新鮮土壤，分成2份，其中1份在4℃冰箱中保存，另外1份風干過20目和100目篩后室內保存。

堿蓬鮮質量和根長通過天平和直尺測定。容重通過環刀法測定。pH值和電導率（EC值）分別通過pH測定儀和電導率儀測定。氯離子含量通過硝酸銀滴定法測定。有機質含量采用K2Cr2O7-濃H2SO4外加熱法測得。全氮含量采用半微量開氏法測定。有效氮含量采用堿解擴散吸收法測定。有效磷、速效鉀含量通過土壤養分速測儀測定。菌數、芽孢桿菌、放線菌、霉菌含量通過平板涂布法計數測定。

1.4 數據處理

試驗數據采用Excel 2003和SPSS 17.0軟件進行分析、統計和繪圖。

2 結果與分析

2.1 沼液施用對地上植被的影響

從圖1和表1可以看出，施用沼液的地塊，堿蓬和蘆葦等植被生長更茂盛。在蘆葦方面，未施用沼液的蘆葦植株矮小和稀疏，葉片枯黃；施用沼液的蘆葦植株高大、濃密，葉片發綠。在堿蓬方面，未施用沼液的堿蓬植株矮小、稀疏、參差不齊，葉片紅綠相間，并以紅色為主，整株鮮質量只有9.8 g，根長為5.6 cm；施用沼液的堿蓬植株粗壯、茂盛，整體呈深綠色，部分為黃綠色，未見紅色，整株鮮質量達55.2 g，根長達10.2 cm，分別比未施用沼液的堿蓬增加了463.3%和82.1%，差異顯著。

表1 沼液施用堿蓬生長指標的影響

2.2 沼液施用對土壤容重的影響

從圖2可以看出，施用沼液能夠有效降低土壤容重。未施用沼液的表層土壤容重為1.26 g/cm3，土壤偏緊實，而深層土壤容重為1.38 g/cm3，土壤緊實。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤和深層土壤容重分別降為1.17 g/cm3和1.33 g/cm3，降低了7.1%和3.6%。不同處理間表層土壤容重差異顯著，施用沼液后出現了質的變化，達到了適宜種植級別；但不同處理間深層土壤容重差異不大。

2.3 沼液施用對土壤pH值的影響

從圖3可以看出，施用沼液對土壤pH值影響不大。未施用沼液的表層土壤和深層土壤pH值分別為7.97和8.02，屬于堿土。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤和深層土壤pH值分別上升為8.14和8.16，提高了2.1%和1.7%，但是差異不顯著。

2.4 沼液施用對土壤電導率的影響

從圖4可以看出，施用沼液能夠有效降低荒地土壤電導率。未施用沼液的表層土壤和深層土壤EC值分別為7.15 mS/cm和8.32 mS/cm，屬于鹽土。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤和深層土壤EC值分別降為1.58 mS/cm和2.03 mS/cm，分別降低了77.9%和75.6%，基本屬于輕度鹽土，差異顯著。

2.5 沼液施用對土壤氯離子含量的影響

從圖5可以看出，施用沼液能夠有效降低土壤的氯離子含量。未施用沼液的表層土壤和深層土壤氯離子含量分別為14.29 g/kg和11.69 g/kg，含量極高。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤和深層土壤氯離子含量分別降為2.64 g/kg和2.49 g/kg，分別降低了81.5%和78.7%，差異顯著，但氯離子含量還是相對偏高。

2.6 沼液施用對土壤有機質含量的影響

從圖6可以看出，施用沼液能夠提高土壤的有機質含量。未施用沼液的表層土壤和深層土壤有機質含量分別3.33 g/kg和2.32 g/kg，屬于土壤養分含量分級表中的6級土壤。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤和深層土壤有機質含量分別增加為5.44 g/kg和4.01 g/kg，提升了63.4%和72.8%，差異顯著。

2.7 沼液施用對土壤有效氮含量的影響

從圖7可以看出，施用沼液會對土壤的有效氮含量產生影響。未施用沼液的表層土壤和深層土壤有效氮含量分別為58.80 mg/kg和62.24 mg/kg，含量低，基本屬于5級土壤。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤有效氮含量出現了小幅度下降，降為57.99 mg/kg，降低了1.4%，無顯著差異；而深層土壤的有效氮含量出現大幅度上升，增加為75.69 mg/kg，提升了21.6%，差異顯著。

2.8 沼液施用對土壤有效磷含量的影響

從圖8可以看出，施用沼液會對土壤的有效磷含量產生影響。未施用沼液的表層土壤和深層土壤有效磷含量分別為9.09 mg/kg和10.02 mg/kg，基本都屬于4級土壤。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤有效磷含量出現小幅度下降，降為7.63 mg/kg，降低了16.1%，差異顯著；而深層土壤的有效磷出現小幅度上升，增加為11.31 mg/kg，提升了12.9%，差異不顯著。

2.9 沼液施用對土壤速效鉀含量的影響

從圖9可以看出，施用沼液會對土壤的速效鉀含量產生影響。未施用沼液的表層土壤和深層土壤速效鉀含量分別為276 mg/kg和445 mg/kg，屬于1級土壤。相比未施用沼液土壤，施用沼液的表層土壤速效鉀含量出現小幅度下降，降為261 mg/kg，降低了5.4%，差異不顯著；而深層土壤的有速效鉀含量出現大幅度上升，增加為584 mg/kg，增加了31.2%，差異顯著。

2.10 沼液施用對土壤微生物的影響

從表2可以看出，施用沼液能夠增加表層土壤中微生物數量和種類，其中對芽孢桿菌的影響最大。施用沼液表層土壤的總活菌數和芽孢桿菌含量比未施用沼液的表層土壤分別提升了1個數量級，增加了40倍左右；霉菌數增加了3倍。在未施用沼液的表層土壤中沒有放線菌，說明放線菌數量極小或者沒有；而施用沼液的表層土壤中放線菌含量達到了2.0×105CFU/g，與未施用沼液的處理相比數量明顯增加。

表2 0～15 cm土壤中微生物的含量

3 討論

植被茂盛代表土壤環境更適合植物生長，養分供應充足，是土壤向良性方向發展的標志。本試驗中施用沼液的土壤植被整體生長茂盛，覆蓋度廣，生物量大。這與柴彥軍等得出的施用沼液可以增加毛竹的胸徑和生物量結論［7］一致。堿蓬是鹽堿地指示性植物。土壤含鹽量為0.4%～1.0%時，堿蓬呈黃綠、翠綠或深綠色，植株高大茂盛，葉片細長；含鹽量為1.0%～1.6%時，堿蓬葉片呈淺紅色、赤紅色到紫紅色，植株矮小；含鹽量為1.6%～2.0%時，堿蓬顏色變得枯黃，慢慢死亡；含鹽量＞2%時，堿蓬會短期內枯死［8］。本試驗中施用沼液的堿蓬植株粗壯，根系發達，整體呈黃綠色到深綠色，而未施用沼液的堿蓬植株纖細，根小，葉片紅綠相間，甚至紫紅，一定程度上反映了施用沼液降低了土壤鹽分［9］。

土壤容重反映了土壤的松散情況，耕作適宜程度。本試驗中施用沼液使表層和深層土壤容重分別降低了7.1%和3.6%，表層土壤達到了適宜種植級別，調節了土壤的保水、透水和通氣能力，這王建東等研究結果［10］相同。沼液中的有機質和腐殖質可促進土壤團粒結構的形成；植被根系發達，對土壤的擾動增強，從而形成大小多級孔隙，使總孔隙數增多。在垂直水平上，土壤容重隨著深度的增加而增加［11］。降水的沖刷和淋洗作用導致表層土壤中細小顆粒被帶走或者深入下層。

電導率在一定程度上反映土壤中可溶性鹽含量。增施外源有機質，可以有效降低土壤的可溶性鹽含量和電導率［12］。溫國良發現，在濱海稻麥輪作的鹽堿地施用沼液降低了81.5% 的含鹽量［13］。本研究中施用沼液后，土壤電導率和氯離子含量降幅均較大，再次證明了這一結論。有機質含量增加能夠疏松土壤［14］，增強導水性能［11］，促進土壤脫鹽，抑制土壤返鹽；高分子腐殖酸等具有官能團的物質，能夠絡合部分金屬陽離子，使得水溶性金屬陽離子含量降低；堿蓬、蘆葦等鹽生作物生長茂盛，密度高，能夠吸收大量的Na+、K+、Cl-等鹽分儲存在鹽泡中［15-16］，從而降低土壤可溶性鹽含量。

pH值反映了土壤的酸堿程度，影響著土壤中各物質的有效性，尤其是對陽離子的影響較大。現有研究中沼液對土壤pH值的影響結果不一。王宗壽則發現，在施用沼液后，表層土壤的pH值可以上升0.23～1.03［17］。這與本試驗結果一致。林少華等在弱堿性紫甘藍田塊上發現，施用沼液后土壤pH值出現了小幅度下降［18］。而蔡茂等于海口市美蘭區三江鎮采土樣研究發現沼液排放前后土壤酸堿度變化不大［19］。不同研究結果不一致的主要原因是土壤膠體不同，土壤膠體吸附鉀、鈣、鎂等離子，它們與土壤溶液中離子處于動態平衡狀態，而它們彼此代換會影響土壤的酸堿度。

有機質、有效養分含量是土壤肥力的重要指標。研究發現，沼液施入土壤后，土壤中有機質、有效氮、有效鉀、有效磷含量都會有所增加［20-24］。本研究結果與其有些不同。在本研究中，施用沼液田塊，同層級土壤中有機質含量都得到大幅度增加，并且表層土壤比深層土壤有機質含量要高；在有效氮、有效磷，速效鉀含量方面，深層土壤有所提升，甚至出現了大幅度提升，但是表層土壤出現了小幅度的下降。表層土壤受干擾程度遠高于深層土壤。表層土壤容易發生淋洗和地表徑流，有效養分多為可溶性鹽，容易流失掉。堿蓬等鹽生作物一般都屬于淺根作物，根系主要分布在土壤表層，導致表層土壤中的速效氮和速效鉀消耗量巨大。沼液與土壤呈現堿性，且沼液中70%以上氮以銨態氮形式存在［25］，易形成氨大量揮發；可溶性有機碳能夠顯著抑制硝化反應，維持土壤中較高的銨態氮含量；有機碳可促進反硝化作用，促進N2O的排放。雖然堿蓬等植被對磷的需求較少，但是沼液磷含量本身較少，且容易被土壤中Ca、Fe和Al等氧化物固定，導致表層土壤有效磷含量出現小幅度降低，這和羅偉等研究結果［26］一致。

土壤微生物是土壤生態系統的重要組分，在土壤氧化、硝化、氨化、固氮、硫化以及有機質的分解和養分轉化等過程中起重要作用。研究發現，沼液可以增加土壤細菌、酵母菌、真菌、放線菌等數量，也有利于提高土壤微生物的多樣性［27］。這與本研究結果一致。沼液中含有大量的微生物，可以增加土壤的微生物種類和數量。沼液中大量的有機質改良了土壤理化環境，為微生物提供了良好的微域環境，同時大量的葡萄糖、氨基酸、纖維素等為土壤微生物提供了營養來源，能夠有效地促進微生物的代謝和繁育。而微生物數量的增加，能夠加快植物殘體的分解，促進土壤有機質的形成，同時可加快土壤有機質的礦化和腐殖化，促進土壤養分的釋放，使得土壤中養分循環加快。另外，土壤微生物也是很多土壤動物的食物，微生物數量的增加會增加土壤動物的數量和多樣性，導致表層土壤受到的干擾程度和強度增加，加快土壤的改良。

4 結論

在鹽堿地上施用300 t/hm2的雞糞沼液，能夠增加土壤的有機質含量，促進土壤團粒結構的形成，疏松土壤，調節土壤的水、肥、氣、熱，大幅度降低土壤的鹽度和氯離子含量，降低土壤鹽害和氯害發生程度，而土壤的pH值變化不大。表層土壤的有效養分含量會出現小幅度下降，而深層土壤的有效養分含量增加。表層土壤中總活菌數以及真菌、放線菌、芽孢桿菌數量增多，生物活性增強。

施用沼液促進堿蓬和蘆葦等植物生長，增加生態系統的多樣性，能夠加快土壤改良的進程，縮短改良所需的時間，降低改良土壤的成本。