沼液培肥(休耕)+水稻的種植模式

王康，李稀，束劍峰，戴輝，練梅華，張雨，許玉超

(江蘇蘇港和順生物科技有限公司，江蘇 鹽城 224145)

沼液是一種優質的緩速兼備的液體有機肥，其主要養分是速效養分[1]，但沼液也存在養分含量低、排放量大、運輸困難、經濟價值低等缺點。為此，目前被認為最經濟有效的沼液處理方法是粗放式沼液還田。因沼液成分復雜，應用時存在含有多種植物激素導致施用過多和過遲容易造成植物瘋長倒伏或貪青晚熟等一些問題，使單純施用沼液無法滿足農作物的生長需求，需添加適量化肥才能達到最高產量。黃紅英等[2]認為，沼液氮占全氮含量75%時水稻產量最高，沼液氮占全氮含量50%時小麥產量最高。鄭學博等[3]認為，沼液氮占全氮含量30%時花生的產量最高。

農田沼液消納能力隨著農作物種類、施用的土壤情況、當地的氣候條件變化而變化，而且沼液因其自身鹽度高、氨氮高，故施用時需用大量水稀釋，因此，規模化應用時沼液主要在水稻田上應用，而在旱田上應用較少且用量小。黃繼川等[4]認為，水稻田適宜的沼液消納量為600 t·hm-2；王桂良等[5]認為，水稻田適宜的沼液消納量為278 t·hm-2；宋三多等[6]認為，水稻田適宜的沼液消納量為730 t·hm-2，小麥田為55 t·hm-2；溫國良[7]認為，水稻田適宜的沼液消納量為480 t·hm-2，小麥田為4.5 t·hm-2。鹽城市大豐區水稻田最適宜的雞糞沼液消納量僅為210 t·hm-2[8]，完全滿足不了大中型沼氣工程產生的沼液消納需求。這種現狀導致沼液產生的連續性和沼液還田的季節性矛盾更大，大部分大中型沼氣工程剛到冬季就面臨沼液池存儲壓力，難以等到下一個用肥季節，因此，急需新的沼液處理途徑。

本研究采用“沼液培肥(休耕)+水稻”的種植模式，既培肥了土壤，避免了水稻因沼液用量過大可能造成的瘋長和貪青問題，在水稻穩產高產的基礎上完全替代了化肥，大幅提高了水稻品質，增加了農田消納沼液能力，提供了大中型沼氣工程非用肥季節的沼液消納途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2018-11-01至2019-11-01在鹽城市大豐區大豐港華豐農場內進行。常規水稻苗(品種9108)取自華豐農場。沼液和濃縮10倍沼液取自江蘇蘇港和順生物科技有限公司。沼液為存儲30 d以上的雞糞沼液。

1.2 處理設計

共設3個處理，每處理面積14 hm2。

CK1：實行“稻麥輪作”種植模式。小麥正常按照當地傳統方式種植；水稻種植期間，施用187.5 kg·hm-2磷酸二氫銨做基肥，在分蘗期第一次追肥，施用637.5 kg·hm-2尿素，孕穗期第二次追肥，施用202.5 kg·hm-2尿素。

CK2：實行“稻麥輪作”種植模式。小麥正常按照當地傳統方式種植；水稻種植期間，施用187.5 kg·hm-2磷酸二氫銨做基肥，在水稻分蘗期第一次追肥，施用412.5 kg·hm-2尿素和75 t·hm-2沼液，孕穗期第二次追肥，施用202.5 kg·hm-2尿素。

CL：實行“沼液培肥(休耕)+水稻”的種植模式。不種小麥進行休耕，并用沼液培肥，具體操作：先用450 t·hm-2沼液培肥2個月；再用150 t·hm-2沼液培肥15 d，此步驟重復1次；最后進清水浸泡5 d后，排空田間水，此步驟重復2～3次，確保土壤全鹽量在2‰以內；水稻種植期間，在拔節期、孕穗期和齊穗期分別噴施濃縮10倍沼液1次，用量為7.5 kg·hm-2。

1.3 樣品采集、處理和方法

在2018和2019年水稻收獲后，按照S型取樣法，土壤取樣深度為0～30 cm，每12個點混合成1組樣品，每處理有5組樣品。

土樣檢測指標包括有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH、可溶性鹽和重金屬。有機質含量采用K2Cr2O7-濃H2SO4外加熱法測得；堿解氮含量采用堿解擴散吸收法測定；有效磷和速效鉀含量通過土壤養分速測儀測定；pH值通過pH測定儀測定；可溶性鹽含量采用蒸餾法測定；重金屬含量由農業農村部農產品加工監督檢驗測試中心(南京)依GB 15618—2018測定。

水稻檢測指標包括株高、產量和營養成分。在收獲前5 d隨機選擇30個點，每點選9穴測定株高。統一采用機械收割，烘干后(籽粒中水分降為14%)，用地磅稱重，測定產量。營養成分由農業農村部農產品加工監督檢驗測試中心(南京)依GB 5009—2016測定。

1.4 數據處理

采用Excel 2003和SPSS 17.0軟件進行統計分析和繪圖。

2 結果與分析

2.1 種植模式對土壤理化性質的影響

由表1看出，在試驗開始前，3塊試驗田的原來指標基本一致，肥力情況差異不大。而試驗結束后CL處理的土壤指標明顯優于CK1和CK2處理。

表1 不同時期土壤指標變化情況

2.2 種植模式對土壤中重金屬含量的影響

由表2看出，CK1、CK2和CL處理的土壤中重金屬含量遠低于GB 15618—2018《國家土壤環境質量標準》風險限定值。其中，CL處理土壤中Cr、Cu和Ni含量相比CK1和CK2出現小幅下降，As、Hg、Zn含量小幅上升，Cd、Pb含量穩定。

表2 水稻收獲后土壤中重金屬含量

2.3 種植模式對水稻發育和產量的影響

圖1顯示，CL處理的水稻生長旺盛，產量高，明顯優于CK2和CK1處理的產量。

圖1 不同處理的水稻株高和產量情況

CL處理會促進水稻的生長。CK2處理的水稻株高最高，CL處理的水稻株高次之，兩者間無顯著差異，但都顯著高于CK1。

CL處理會增加水稻的產量。CK1和CK2處理的水稻產量分別為9 615和9 585 kg·hm-2，只相差30 kg·hm-2，在誤差允許范圍內；而CL處理的水稻產量大幅上升，為10 215 kg·hm-2，比CK1和CK2處理分別增加600和630 kg·hm-2。

2.4 種植模式對大米品質的影響

由表3看出，除了銅含量在采用CK2處理時出現降低外，施用沼液能夠有效增加大米中脂肪、氨基酸等營養成分和鐵、鈣、銅、鋅礦質元素，鈉含量降低。相比CK1處理，CL處理的大米中脂肪提升66.7%；氨基酸提高243.8%；鐵、鈣和銅等礦質元素增加極為明顯，尤其是鈣增加了94.3倍；鈉含量降低84.4%。

表3 100 g大米中營養成分含量

3 討論

3.1 種植模式對土壤理化性質的影響

3.2 種植模式對土壤重金屬的影響

對照GB15618—2018《國家土壤環境質量標準》，CL處理的土壤中8種重金屬含量均遠低于國家相關要求，未造成土壤重金屬污染。采用CL處理方式土壤中Cr、Cu、Ni重金屬含量出現小幅度下降，Pb和Cd保持穩定，這與史一鳴等[15-16]的研究結果不同。有機質能夠螯合大部分重金屬，因而在沼液和沼渣分離時，大部分重金屬吸附在沼渣中，沼液中重金屬含量原本偏低，所以由沼液帶入土壤中的重金屬總量很少。沼液中含有大量硫酸鹽和磷酸鹽，能夠和多種重金屬形成不溶物固定下來，而土壤有機質含量增加，提高了土壤的通透性，加快了重金屬不溶物的淋洗下滲，降低了耕作層土壤中重金屬含量，從而導致土壤中大部分重金屬變化不大，甚至減少。

3.3 種植模式對水稻株高和產量的影響

本試驗表明，CL處理水稻的產量高于CK1處理和CK2處理，這與何順民等[17]的結果一致。進行沼液培肥后，提高了土壤短期和長期供肥能力，促進水稻的分蘗，減少無效分蘗；沼液施用和水稻種植時間分開，避免了因秸稈等有機物質腐爛分解導致微生物和水稻爭肥的現象產生，出現水稻脫肥抑制生長[18]；沼液中含有的Mg、Fe、B等中微量元素，提高了葉片中葉綠素的含量，促進了光合作用[19]。CL處理水稻的株高小于CK2處理。雖然沼液中含有的赤霉素、植物生長素等多種植物激素，會促進水稻細胞的分裂和伸長，并且沼液用量越多，促進越明顯，容易造成水稻瘋長和貪青的現象，但是沼液在水稻種植前施用，微生物能夠分解部分沼液中赤霉素和植物生長素，降低沼液對水稻的促進作用。

3.4 種植模式對大米品質的影響

CL處理的大米營養成分明顯高于CK1處理和CK2處理。有8種氨基酸是人體必需的，人體不能自行合成，只能靠食物攝取。CL處理的大米中氨基酸含量比CK1和CK2處理高很多，甚至是CK1處理的3.4倍，這和唐薇等[20]結果一致。CL處理施用了大量沼肥，為土壤引入氮量比其他處理高很多，直接促進水稻植株對氮素的吸收轉化利用，導致運轉到籽粒中的氮增加，從而有利于蛋白質的合成[21]。脂肪含量的高低是影響米飯可口性的主要因素[22]，尤其是不飽和脂肪酸和直鏈淀粉一脂肪復合體含量。研究表明，隨著脂肪含量增多，稻米品種米質級別提高[23]。CL處理的大米中脂肪含量比CK1高66.7%，且大米主要是優質不飽和脂肪酸和直鏈淀粉一脂肪復合體。

礦質元素是人體正常生理活動所必需的，但體內無法合成，必須從食物中攝取，攝入缺乏會引發一些疾病。據不完全統計，世界40%以上的人口缺乏鐵、鋅、維生素A等微營養元素。谷物中礦質元素含量很低，而我國以稻米為主食的居民的大部分礦質元素均來自于水稻，因此稻米的礦質元素直接關系到人們的健康狀況，是一種不可忽視的營養成分。CL處理的大米中鐵、鈣、銅、鋅等礦質元素很高，能有效補充人體的礦質元素。沼液中含有豐富的礦物質，直接補充了土壤中礦物質豐度，而大米與土壤中的微量元素含量在一定范圍內呈正相關[24]。另外，大量氮肥的施用也會增加稻米中礦物質含量[25]。同時，由于離子拮抗作用的存在，大米中礦質元素增加，會導致水稻對其他離子及重金屬的吸收能力降低，本試驗中鈉離子降低也驗證了這一點。CL處理的大米中鈣的含量超過關于大米的現有文獻記載[26-28]。鈣除了是骨骼發育的基本原料而直接影響身高外，還具有促進體內某些酶的活動、參與神經與肌肉的活動和神經遞質的釋放、調節激素的分泌等其他重要的生理功能。人體需要每日補充鈣，尤其是嬰幼兒、老年人和孕婦，多數需要額外食用補鈣產品。本試驗中CL處理的高鈣大米能從飲食上直接改善人體缺鈣的現象。

4 小結

采用“沼液培肥(休耕)+水稻”種植模式種植水稻，既能夠培肥土壤，降低土壤出現鹽漬化的風險，沒有造成土壤重金屬污染的問題，又能夠促進水稻的生長發育，增加產量，提高大米的營養成分和礦物質含量，其中礦物質Ca含量超過關于大米的現有文獻記載，能夠從飲食上直接改善人體缺鈣現象，是一種天然補鈣產品。