等氮量替代原則下沼液部分替代化肥技術方案

張昌愛， 劉銀秀， 單勝道， 姚 利， 辛淑榮， 張柏松

(1.浙江科技學院， 杭州 310023； 2.農業農村部廢棄物基質化利用重點實驗室， 濟南 250100； 3.浙江省農業生態與能源辦公室， 杭州 310020; 4.山東省農業科學院 農業資源與環境研究所， 濟南 250100)

近年來我國的畜牧業持續高速發展，在經濟效益提升的同時，畜禽糞便的有效利用及污染問題日漸突出，已成為制約我國畜禽養殖業可持續綠色發展的重要因素[1]。針對畜禽糞污資源化利用問題，2017年國務院出臺了“關于加強推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見”，指出畜禽糞便的資源化利用應符合“一減兩控三基本”的要求，從技術和機制層面上進行創新，切實推進畜禽糞便資源化的綠色發展[2]。在農業生產實際中長期化肥的過量使用，不但增加了生產成本，還引起土壤理化性狀劣化、土壤質量下降等問題[3]，因此農業生產中開展有機肥替代化肥行動緊迫而重要。

沼氣工程是處理畜禽糞便的重要方式之一[4]，而沼液是沼氣工程產生的廢棄物。沼液的無害化消納是沼氣工程連續運轉的基礎[5]。由于沼液中富含氮、磷、鉀和作物生長所需的微量元素，同時含有豐富的氨基酸、B族維生素、各種水解酶、生長素等[6-7]，所以沼液肥用是目前比較可行的資源化利用方式[8]。大量試驗研究證明，施用沼肥不僅能有效改善作物的品質和產量，在改善土壤環境和提高土壤肥力方面也具有良好的效果[9-10]，同時利用沼液在休閑期漫灌還能有效抑制大棚土壤連作障礙的發生，新鮮的沼液對土壤線蟲病害有比較明確的抑制效果[11]。因此在土壤基肥施用翻耕前，采用沼液漫灌對于土壤質量的提高具有積極意義。

結合這種沼液的施用方式，擬定沼液替代化肥的技術方案可為沼液的資源化利用及化肥使用的減量化提供一種可行的技術，從而有效緩解沼液的消納困境[12]、間接促進畜禽糞便的資源化利用。

1 沼液替代化肥技術方案擬定的方法闡述

化肥具備便于工業化生產、有效成分含量高、供肥時間短、見效快、運輸施用方便等優點，極大地促進了農業的增產和持續發展，因而在現代農業中，尤其規模化生產的農業中占據了極大的優勢，因此有機肥完全替代化肥是不現實的。當前化肥替代方面的研究多是圍繞氮素這種營養元素來考慮的，主要分為全氮量替代、等氮量部分替代、減氮條件下部分替代和增氮條件下部分替代這4種方式。“等氮量條件下的部分替代”是目前采用較多的有機肥替代方式之一，該方式是在有機肥替代化肥技術中，保持向土壤中提供的氮素總量不變的條件下，使得一部分化肥氮被有機肥氮所替代。

利用新鮮沼液在施用基肥之前漫灌，由于沼液帶入了部分氮磷鉀，因此在化肥施用時可以減去相應的量，這是沼液替代化肥技術方案擬定的基礎。所以，化肥的替代量計算進行之前，首先需要明確當地種植戶常規使用肥料情況，根據專家意見或實際情況擬定化肥的替代比例；其次需要明確所用的沼液中單質養分的含量，尤其氮素的含量。根據需要替代的氮素量算出需要沼液的施用量。

沼液中的氮素包含有機氮和速效氮，而沼液在漫灌時，其中的速效氮(主要是銨態氮)大部分會散失，最終只有約30%被利用，而有機氮在計算時還應考慮其當年的礦化率，計算時應注意這兩點。之后依據沼液的添加量計算出磷素及鉀素的帶入量。由沼液帶入的氮、磷、鉀量即為化肥替代量。具體的化肥替代量計算方法如下：

(1)確定所用沼液中全氮、有效磷、有效鉀含量，測定方法參照《農化分析》提供的常規方法；將其有效氮、有效磷、有效鉀含量分別標記為&N，&P，&K,單位均為%。

(2)了解當地施肥習慣，提出化肥施用的優化方案，明確當前方案中每畝土地的各類有機肥以及氮肥、磷肥、鉀肥的施用量。其中由化肥帶入的純氮、純磷、純鉀分別用GN，GP，GK表示。

(3)擬定化肥中氮肥的替代比例,用ωN表示,單位為%。

(4)計算沼液的施用量，計算公式為下。

式中：WOM，GN，ωN，&N分別為沼液施用量、原純氮施加量、氮肥替代比例和沼液中的有效氮含量。

(5)由沼液帶入的純氮、純磷、純鉀的量分別為：

TN=GN×ωN=WOM×&N

TP=WOM×&P，TK=WOM×&K

則還需補充氮磷鉀分別為GN-TN，GP-TN，GK-TN，根據所選化肥計算出各種化肥的用量。

2 應用實例

以山東省肥城市某蔬菜基地為例，對沼液替代化肥方案進行詳細說明。表1為該蔬菜基地每畝地的現行施肥現狀,根據專家意見，計劃該蔬菜基地化肥中氮素用量的40%由沼液中的氮來替代。所選沼液來自肥城市天蓬府豬業有限責任公司旗下養豬場產生的沼液，其中沼液的營養成分含量見表2。

表1 蔬菜基地肥施用現狀

表2 沼液的營養成分含量

具體的計算過程如下：

2.1 當前施肥化肥帶入的純氮量

當前施肥中由化肥所帶入的純氮用量為：

GN=50×15%+20×18%=11.1 kg

2.2 沼液用量

替代比例ωN=40%，則需要替代的純氮肥量為：

11.1×40%=4.44 kg

沼液中銨態氮的有效率按30%計算，有機氮的有效率按60%的當年礦化率進行估算，則沼液中有效氮的含量為：

(1.1-0.9)×60%+0.9×30%=0.39%

因而，沼液的用量為：

WOM=4.44 kg÷0.39%=1138 kg

2.3 沼液帶入的磷肥和鉀肥量

由沼液帶入的純磷和純鉀分別為：

GP=WOM×&P=1138×0.36%=4.09 kg

GK=WOM×&K=1138×0.48%=5.46 kg

即施用1138 kg沼液可替代氮肥、磷肥、鉀肥分別為4.44 kg，4.09 kg，5.46 kg。

2.4 新的施肥方案中化肥中所需氮、磷、鉀的量

從原來化肥氮、磷、鉀總量中將沼液帶入的氮、磷、鉀含量去除，即為新的施肥方案中化肥中所需氮、磷、鉀的量。因而，

氮量：WN=GN×(1-40%)=11.1×0.6=6.66 kg

磷量：WP=GP-TP=50×15%+20×46%-4.09=12.61 kg

鉀量：WK=GK-TK=50×15%-5.46=2.04 kg

2.5 新施肥方案的擬定

根據以上的計算可知，采用沼液替代化肥后，在等氮替代的原則下，還需補充純氮6.66 kg，磷12.61 kg，鉀2.04 kg。在化肥的選擇時，推薦肥料以硫酸鉀、尿素和磷酸二銨為主，則各肥料的用量如下：

硫酸鉀用量(50%)=2.04÷50%=4.08 kg

磷酸二銨用量(46%)=12.61÷0.46=27.41 kg

尿素用量(46%)=(6.66-27.41×18%)÷0.46=3.76 kg

故沼液施用后的施肥方案見表3。

表3 替代后蔬菜基地肥施用情況狀

3 應用效果分析

3.1 化肥替代效果

通過沼液替代化肥技術方案的實施，單位面積(每畝)化肥氮、化肥磷及化肥鉀的替代量分別為4.44 kg，4.09 kg，5.46 kg，若分別以尿素、重鈣和硫酸鉀來計量，則每畝蔬菜尿素、重鈣和硫酸鉀的用量可以依次減少9.65 kg，22.72 kg，10.92 kg。若依推廣1萬畝計算，則可減少尿素用量96.5 t，減少重鈣用量用量227.2 t，減少硫酸鉀用量109.2 t。

3.2 蔬菜產量

為對比技術方案的增產效果，將大棚劃分為兩塊，一塊常規處理(對照組)，一塊使用本技術方案的方法處理(應用組)。種植栽培中其他施肥、澆水等管理措施嚴格一致，按照標準方法測定所需要的指標。應用技術方案后蔬菜增產情況如表4所示。

表4 黃瓜生長狀況

由表4看出，本技術實施后與現有的施肥措施相比可增加產量7.92%，黃瓜植株的發病率驟減43.65%，且植株生長旺盛，表現為黃瓜的根系活力增加了23.19%，黃瓜的平均單株生物量增加了13.51%。因此，本技術對于黃瓜收獲期的產量及植株長勢具有顯著作用。

3.3 對蔬菜品質的影響

技術實施后，黃瓜的品質也有了顯著提高：采摘后黃瓜的感官指數提高了44.07%，維生素C含量增加了20%，硝酸鹽含量下降了9.33%，而總糖含量提高了26.27%，黃瓜的商品性及口感都有顯著提升。

表5 黃瓜品質狀況

3.4 經濟效益

通過對本技術的經濟分析看出(見表6)，單季種植效益的增加0.6萬元，而沼液沖施對土壤的保護作用更優于單純沖施化肥，經濟效益極為可觀

表6 不同處理組畝產經濟效益分析

注：黃瓜的銷售單價按為每kg 3元計算，不考慮品質提升帶來的潛在利潤。

4 小結與展望

該方案闡述了蔬菜栽培中沼液漫灌替代化肥技術的實施方法，各地區應根據自己的當地實際靈活掌握，其替代比例以及有機氮的礦化率的選擇應根據當地實際情況及專家意見進行選取；擬定沼液漫灌替代化肥的施肥方案時應根據專家建議及種植戶的意愿雙向選擇，以不造成農戶減產減收、農戶反對為原則；沼液應盡量選用新鮮沼液，如儲備后施用可考慮采用密封設施以防其與空氣接觸，這是因為沼液在較低氧化還原電位時具備生理奪氧、運動去脂的作用，會更有利于抑制土壤的連作障礙。

本文從沼液的利用和化肥用過量等問題為切入點，制定了該化肥替代技術方案，不僅為沼液的有效消納提供了可行的方向，同時也實現了化肥的減量化使用。之前提到，沼液的有效消納問題已成為沼氣工程發展的瓶頸，沼液得到有效消納，便解決了沼氣工程的連續運轉及繼續發展問題，而沼氣工程是當前處理畜禽糞便的主要方式，這也間接地實現了畜禽糞便的資源化利用。同時，文章所制定的化肥替代方法思路，也可應用于其他有機肥替代化肥的方案制定中。我國有機肥資源較為豐富，而實際利用率卻不足40%，因此該方案的可開發利用潛力較為巨大。通過方案的實施與優化，逐步實現“一減兩提三帶動”目標，消除養殖廢棄物的環境威脅，促進種養循環的良性發展。