豬糞沼液替代尿素對秈稻生長性狀、產量和飼用品質的影響

侯福銀 楊智青 陳應江 金崇富 時凱 陳長寬 封功能

摘要：【目的】探討豬糞發酵沼液替代尿素氮肥對秈稻主要農藝性狀、產量和飼用品質的影響，為沼液在飼用秈稻上的合理施用及進一步推進畜禽養殖沼液無害化、資源化利用提供理論參考。【方法】以集約化豬場糞尿發酵后的沼液為肥源，設CO（空白對照，不施氮、磷和鉀肥）、CK（不施氮肥，施磷、鉀肥）、CF（常規施肥，尿素N 375 kg/ha）、T1（沼液N 20%+尿素N 80%）、T2（沼液N 40%+尿素N 60%）、T3（沼液N 60%+尿素N 40%）、T4（沼液N 80%+尿素N 20%）和T5（沼液N 100%）共8個處理，秈稻成熟期測定其株高、有效穗數、千粒重、稻谷產量、生物量及稻谷的蛋白質、直鏈淀粉和水分含量等指標。【結果】各沼液替代尿素氮處理秈稻的生長發育、產量和飼用品質均優于CO和CK;T1～T5處理的秈稻株高與CF處理相比略有下降，T3處理的有效穗數達常規施肥水平。隨著沼液施用量的增加，T1～T3處理秈稻產量逐漸提高，與CF處理相比，T3處理的稻谷產量、生物量和千粒重分別增加15.9%、6.9%和6.5%，但T4和T5處理的產量有所下降。T1處理的稻谷蛋白含量顯著低于CF處理（P<0.05，下同），T2～T5處理的稻谷蛋白含量與CF處理相當;T1～T5處理的稻谷直鏈淀粉含量均略低于CF處理，但差異不顯著（P>0.05）。施用沼液后，秈稻有效穗數、生物量和稻谷產量指標的變異范圍較大，其中有效穗數與生物量呈顯著正相關，蛋白含量與稻谷產量呈極顯著正相關（P<0.01）。【結論】與常規施用化肥相比，秈稻施用沼液有助于提高其生物量和稻谷產量，但沼液過量施用會導致稻谷產量下降。在等氮施肥條件下，從保證秈稻稻谷產量、生物量和蛋白含量等角度綜合考慮，以沼液替代60%尿素氮肥的效果較優。

關鍵詞： 豬糞沼液;尿素;秈稻;生長性狀;產量;飼用品質

中圖分類號： S511.21? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2019）06-1197-07

Abstract：【Objective】In this experiment，effects of biogas slurry substituting for urea nitrogen on growth traits，yield and forage quality of indica rice were discussed in order to provide theoretical references for rational fertilization of biogas slurry on indica rice， and innocuity treatment and resource utilization of biogas slurry produced from livestock manure.【Method】Biogas slurry from intensive pig manure and urine fermentation was used as fertilizer source，and eight different treatments were designed in the paper，CO（blank control， no nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers），CK（only no nitrogen fertilizer， applied phosphorus and potassium fertilizers），CF（conventional fertilizer，urea N 375 kg/ha），T1（biogas slurry N 20%+urea N 80%），T2（biogas slurry N 40%+urea N 60%），T3（biogas slurry N 60%+urea N 40%），T4（biogas slurry N 80%+urea N 20%），T5（biogas slurry N 100%）. At maturity period，the plant height，effective panicle number，thousand seed weight，rice yield，biomass，protein content， amylose content and water content were measured.【Result】The results showed that the growth，yield and forage quality of indica rice in the biogas slurry groups were better than those in the CO and CK groups. The plant height of indica rice in T1-T5 fertilization groups decreased slightly compared with CF，and the effective panicle number of T3 group reached the level of conventional fertilization. Rice yield in the T1-T3 groups of indica rice increased gradually with the increase of applied biogas slurry content. Compared with the CF，the rice yield，biomass and thousand seed weight in T3 group of indica rice increased by 15.9%，6.9% and 6.5%，respectively，but the yield of T4 and T5 groups of indica rice reduced. The protein content in T1 group was significantly lower than that in CF（P<0.05， the same below）. Nevertheless，the protein content in T2-T5 groups was basically equal to that in CF. Amy-lose in T1-T5 groups were slightly lower than that in CF（P>0.05）. Effective panicle number，biomass and yield indicators all had a large range of variation，and the effective panicle number was significantly positively correlated with biomass，while the protein content was extremely positively correlated with rice yield（P<0.01）. 【Conclusion】Compared with CF， the application of biogas slurry in indica rice is helpful to increase the biomass and rice yield， but the excessive application of biogas slurry will lead to the decrease of rice yield. Under the condition of equal nitrogen fertilization， the effects of replacing 60% urea nitrogen fertilizer with biogas slurry is better from the perspective of ensuring rice yield， biomass and protein content of indica rice.

Key words： biogas slurry produced from swine manure; urea; indica rice; growth trait; yield; forage quality

0 引言

【研究意義】隨著人們對肉、蛋和奶需求量的增加，養殖業發展迅猛，但同時畜禽糞污排放量劇增（吳根義等，2014;孟繁華等，2018），對生態環境造成嚴重威脅。為踐行綠色發展理念，我國政府大力推廣循環農業模式。利用沼氣工程技術處理糞污的規模化畜禽養殖場越來越多，其發酵產物沼液含有植物生長所需的多種營養元素，是優質的液態肥（沈其林等，2014;李然等，2017），將其作為肥料施用于農田是構建種養結合的有效途徑，既可節省化肥施用量，又可就地消納養殖沼液，還能有效降低養殖廢棄物直接排放引起的環境污染。沼液還田將養殖業和種植業有機結合，是一種生態農業模式，值得進一步探索。【前人研究進展】有研究顯示，在沼液稻田安全消解范圍內，沼液的施用能明顯改善土壤養分，有效調節土壤的生態環境（張無敵，2002;姜麗娜等，2011），且適量畜禽沼液的施用可提高水稻產量和稻米蛋白含量等品質指標（毛曉月等，2016）。沼液按照一定比例合理搭配化肥能促進水稻植株分蘗與生長，顯著降低生產成本并提高稻米的鐵、鋅含量（張進等，2009）。吳華山等（2012）在江蘇六合基地開展試驗，發現夏季沼液施用時氨極易揮發，其揮發量顯著高于化肥，且沼液施用量越大，揮發的氨也越多;并證實50%豬糞沼液代替尿素氮肥可達到常規化肥施用的玉米產量和品質。據報道，豬糞沼液不僅可提高作物的生長速度、產量及改善品質（魏世清等，2013;張璘瑋等，2014;王梅，2018），還可使辣椒發病率明顯降低（曹云等，2013）。但長期施用沼液時，應跟蹤檢測其中殘留的抗生素和重金屬等對土壤可能帶來的影響（Jia et al.，2013;Peng et al.，2017;賴星等，2018;Pu et al.，2018），凸顯了合理施肥的重要性。【本研究切入點】隨著我國南方水稻主產區畜禽養殖業的迅速發展，主要飼料原料玉米短缺問題日趨嚴重，玉米價格上漲。推廣稻谷作為畜禽飼料替代玉米，發揮水稻生產優勢，可緩解南方畜禽原料供需矛盾，提高農戶種糧的積極性，降低養殖成本。上述研究主要集中在粳稻、秈稻等食用稻施用有機肥方面，目前關于沼液在飼用秈稻上的應用研究不多，尚無具體的施肥方法。此外，江蘇沿海地區畜禽養殖企業越來越多，大量廢棄沼液成為急需解決的生態問題。因此，非常有必要開展豬糞發酵沼液不同梯度替代尿素對飼用秈稻施用效果的評估研究。【擬解決的關鍵問題】選擇江蘇沿海地區大麥—秈稻兩熟制農田開展試驗，探討豬糞發酵沼液替代尿素氮肥對秈稻主要農藝性狀、產量和飼用品質的影響，為沼液在飼用秈稻上的合理施用及進一步推進畜禽養殖沼液無害化、資源化利用提供參考。

1 材料與方法

1. 1 試驗地點及材料

試驗在江蘇沿海鹽堿地（東經120°26′22″，北緯33°32′44″）開展，種植區域為水稻制種田塊，原始土壤pH 8.2、鹽分1‰、有機質3.10%、全氮0.12%。水稻田前茬作物為大麥。與試驗周邊新洋農業試驗站秈稻制種工作協同，試驗田水稻品種為C-兩優華占。沼液為江蘇沿海某集約化大型豬場通過沼氣工程技術得到的發酵產物，其理化性質為：電導率2.1 ms/cm，pH 7.5，鹽分0.20%，有機質0.25%，腐殖酸0.23%，總氮0.12%，總鉀0.04%，總磷0.01%，氨態氮0.96‰。

1. 2 試驗方法

試驗共設8個處理，分別為：CO（空白對照，不施氮、磷和鉀肥）、CK（不施氮肥，施磷肥和鉀肥）、CF（常規施肥，施用尿素N 375 kg/ha）、T1（沼液N 20%+尿素N 80%，沼液N 20%即施用沼液氮含量達常規施肥的20%，其余同理）、T2（沼液N 40%+尿素N 60%）、T3（沼液N 60%+尿素N 40%）、T4（沼液N 80%+尿素N 20%）和T5（沼液N 100%，無尿素），按照等氮條件下沼液與尿素不同比例配施。試驗采用隨機區組設計，重復3次，共24個小區，每小區面積12 m2，行距25 cm，株距15 cm。水稻于2017年5月26日播種，6月18日移栽，每穴插栽2株，9月19日成熟。CF處理的氮磷鉀施用比例為N∶P2O5∶K2O=20∶5∶5，尿素施用量為782.2 g;CK、CF、T1、T2、T3、T4和T5處理的磷、鉀肥均作基肥一次性撒施，每小區硫酸鉀施用量為166.6 g，過磷酸鈣施用量為750.2 g，沼液按基肥40%和追肥60%（T1處理沼液N占施氮量的20%，而這部分沼液N是40%作基肥、60%作追肥）的施用量分別施入，水稻試驗區內病蟲害和雜草等均按當地常規方式管理。水稻田施用沼液的具體方案見表1。

1. 3 測定項目及方法

1. 3. 1 水稻生長性狀 秈稻收獲期，植株刈割時留茬5 cm，使用0.01 cm精度的直尺測量從留茬莖端到穗端的株高，并記錄每株有效穗數。

1. 3. 2 水稻產量 植株留茬5 cm收割后，稱取所有地上部分的生物量，使用脫粒機現場將秈稻穗脫粒，隨后測定各小區每行的稻谷鮮重，折算每公頃稻谷產量;將每小區稻谷分裝入小沙袋中，自然晾曬至恒重測定秈稻的千粒重。

1. 3. 3 稻米品質測定 使用近紅外谷物品質分析儀（型號：Foss Infratec 1241）測定稻米品質。每小區稱取適量的稻谷放到進樣卡槽中，各重復3次，記錄蛋白、直鏈淀粉和水分含量數據。

1. 4 統計分析

試驗數據采用SPSS 20.0進行方差分析、Duncan’s多重比較和Bivariate Correlate相關性分析，使用GraphPad Prism 5.0制圖。

2 結果與分析

2. 1 沼液替代尿素施用對秈稻生長性狀的影響

由表2可知，從株高、有效穗數兩個生長性狀來看，沼液替代尿素施肥處理和常規施肥處理秈稻的長勢均優于CO和CK。與常規施肥（CF）相比，沼液施肥處理（T1～T5）的水稻株高呈不同程度的降低趨勢，其中T2和T4處理分別顯著降低4.6%和5.0%（P<0.05，下同）。T3處理的有效穗數與CF處理相當，其他施肥處理的有效穗數變化不明顯。

2. 2 沼液替代尿素施用對秈稻生物量、產量和千粒重的影響

由圖1、圖2和圖3可看出，CO、CK的秈稻稻谷產量、生物量和千粒重均低于沼液替代尿素施肥處理（T1～T5）。與常規施肥（CF）相比，T3處理的秈稻稻谷產量、生物量和千粒重分別增加15.9%、6.9%和6.5%，其中千粒重的差異達顯著水平。隨著沼液施用量的增加，T1～T3處理的秈稻產量呈升高趨勢，但T4和T5處理的秈稻產量出現不同程度的下降趨勢。說明本研究條件下，沼液60%替代尿素氮施用的效果較好。由表3和表4可知，在沼液替代尿素氮肥模式下，秈稻有效穗數和生物量指標變異范圍較大，且有效穗數與生物量呈顯著正相關;株高的穩定性較高，株高與生物量呈正相關，但未達顯著水平（P>0.05，下同）。

2. 3 沼液替代尿素施用對秈稻飼用品質的影響

由圖4可看出，CO和CK處理的秈稻蛋白含量均顯著低于常規施肥（CF）和各沼液施肥處理（T1～T5）。T1處理的蛋白含量顯著低于CF處理，但T2～T5處理的蛋白含量與CF相比無顯著差異，且T1～T5處理秈稻的蛋白含量隨沼液施用量的增加略有上升。與CF處理相比，沼液替代尿素施肥處理的秈稻直鏈淀粉含量略有下降，但變化不顯著（圖5）。CF和T1～T5處理的秈稻水分含量均低于CO和CK處理，沼液替代尿素施肥處理與CF處理的秈稻水分含量基本一致（圖6）。從飼用質量來看，豬糞沼液40%～100%替代常規化肥中的尿素氮，基本能保證秈稻糙米中的蛋白、直鏈淀粉和水分含量。此外，由表5和表6可知，沼液替代尿素氮肥模式下，秈稻稻谷產量變異范圍較大，蛋白、直鏈淀粉、水分等指標穩定性較高;蛋白與稻谷產量呈極顯著正相關（P<0.01，下同），與水分含量呈極顯著負相關;直鏈淀粉含量與水分含量也呈極顯著負相關;直鏈淀粉、水分含量與稻谷產量呈負相關，千粒重與稻谷產量呈正相關，但相關性均未達顯著水平。

3 討論

本研究按照等量施氮的方法，在江蘇沿海地區將豬糞發酵沼液按照不同水平替代尿素氮肥，分析其對雜交飼用秈稻的效應，結果發現秈稻整個生長期總體長勢良好。與常規施肥相比，沼液施肥的秈稻株高有所降低，其中40%和80%替代尿素氮處理的秈稻顯著變矮，推測施用沼液可提高秈稻的抗倒伏能力;此外，沼液60%替代尿素氮肥處理的秈稻有效穗數基本與常規施肥相當。本研究結果與王桂良等（2018）研究的沼液最佳施用比例、施用量等均略有不同，即在等氮施肥條件下，隨著豬糞沼液替代尿素氮比例增加，水稻的株高、有效穗數、基部節間長度和地上部干物質累積量均呈先增后減的變化趨勢，并指出沼液按照70%替代化肥氮效果最佳。究其原因可能與水稻品種、沼液含氮量和土壤養分等存在差異有關。

農作物施用沼液應控制在合理范圍內，才能發揮及時消納沼液和提質增產的良好作用（Gericke et al.，2012;黃繼川等，2016）。楊潤等（2017）研究表明，豬糞沼液施用于水稻時的最佳氮素施肥量為213.9 kg/ha，低于此值時氮素施肥量與水稻產量呈極顯著的正相關，并指出沼液合理施用水稻擁有良好的環境效益和經濟效益。本研究發現，在沼液替代尿素60%比例范圍內，隨著沼液施用量的增加水稻產量也逐漸增加，但超量替代施用后水稻稻谷產量、生物量和千粒重均有一定程度的降低，表明沼液完全替代化肥對水稻的生長和產量會造成不良影響，與張進等（2009）的研究結果相似。但何旭華等（2018）研究顯示沼液按照50%和100%的比例替代化學氮施用水稻均可提高產量，施用量至200%替代水平時水稻才出現減產。其試驗稻田土壤pH（5.05）和有機質含量（26 g/kg）均低于本研究，沼液氨態氮含量（1800 mg/L）高于本研究，另外水稻品種和小區種植面積也不同，可能是導致二者研究結果存在差異的原因。黃紅英等（2013）開展了豬糞沼液等氮條件下施用稻麥的田間試驗，結果顯示50%～75%沼液分3次施入后獲得的產量與常規化肥相當。本研究中沼液也是分基肥和追肥依次施入，結果顯示秈稻增產效果較好，可能是由于沼液中的氮主要以速效的銨態氮為主，如在植物生育前期施入過多沼液，可能導致植株生長旺盛，后期易出現貪青晚熟的現象，產量隨之降低。

有研究表明，施用沼液可提高西紅柿（Yu et al.，2010）和飼用玉米（Islam et al.，2010）的品質。在本研究的沼液替代尿素氮肥模式下，稻谷蛋白含量隨沼液施肥量的增加而增大，其中沼液20%替代尿素氮處理的蛋白含量較常規化肥處理顯著降低，沼液60%～100%替代尿素氮處理的蛋白含量與常規化肥處理相當，提示減少化肥施用的同時，適量沼液替代氮肥能保證水稻蛋白含量。各沼液處理的直鏈淀粉含量和水分含量略有降低，但變化不明顯，與本課題組前期分析的純沼液（N 20%～200%）施用雜交秈稻對蛋白和直鏈淀粉含量的影響有相似之處（侯福銀等，2018）。有研究顯示水稻食味品質與水分含量關系不明顯，但一定范圍內降低直鏈淀粉含量可改善稻米的食味品質（劉凱等，2016）。可見，沼液施用有提高秈稻品質的潛力，有助于其作為畜禽飼料開發應用。唐薇等（2010）設置10個不同純沼液施用梯度，結果顯示與常規化肥處理相比，沼液施用明顯提高了水稻產量和稻米蛋白含量，且蛋白含量在各沼液施肥組中存在極顯著差異，呈先增后減的變化趨勢。另外，根據本研究中對秈稻有效穗數、生物量、稻谷產量和蛋白含量等指標的變異程度和相關性分析結果，表明沼液部分替代尿素氮肥施用于飼用秈稻種植具有較好的開發價值。在今后的研究中應繼續跟蹤并結合沼液施用過程中氨揮發、土壤養分變化等因素，進一步探索沼液提升秈稻飼用價值的潛力。

4 結論

與常規施用化肥相比，秈稻施用沼液有助于提高生物量和稻谷產量，但沼液過量施用會導致稻谷產量下降。在等氮施肥條件下，從保證秈稻稻谷產量、生物量和蛋白含量等角度綜合考慮，以沼液替代60%尿素氮肥的效果較優。

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（責任編輯 王 暉）