灌溉豬場沼液對早稻化肥減量效果的影響

張明來 江麗芳 許長遠 孔曉芬 梁永英

摘 ?要：目的 探討早稻灌溉豬沼液條件下，化肥減量對稻田土壤肥力、水稻產量和經濟效益的影響。方法 采用隨機區組試驗，設置4種施肥處理（A1～A4），以A4常規施肥為對照（CK），A1、A2和A3處理施肥量分別為 CK 施肥量的70%，沼液施用量分別為675 t/hm2、450 t/hm2和225 t/hm2。結果 稻田灌溉沼液A1～A3處理土壤有機質、全氮、全磷、全鉀含量比試驗前均略有提高，pH值有較大幅度提高。處理A1后勁足肥力較為持久，略有貪青披葉，熟期比CK推遲3 d。A2產量最高比CK提高2.3%;A3第三比CK減產2.3%;A1最低比CK減產3.2%，經方差分析，A1～A3與對照CK之間產量差異不顯著。結論 就該試驗條件下，早稻每公頃灌溉225～675 t沼液可適量減少化肥施用量，維持早稻產量不減產，以灌溉沼液450 t/hm2減施化肥30%產量和效益表現最佳;灌溉沼液后若化肥施用量減量不足，反而因過量施肥導致早稻產量減產。

關鍵詞：豬沼液 ?早稻 ?化肥減量 ?效果 ?產量 ?經濟效益

中圖分類號：S3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）04（c）-0011-07

Effect of Biogas Slurry Irrigation on Fertilizer Reduction of Early Rice

ZHANG Minglai1 ? JIANG Lifang2 ?XU Changyuan3 ?KONG Xiaofen4 ?LIANG Yongying5

（1.Soil and Fertilizer Technology Station of Shanghang County， Longyan， Fujian Province， 364200 ?China; 2. Longyan Institute of Agricultural Sciences， Longyan， Fujian Province， 364000 ?China;

3. Bureau of industrial Informatization， Science and Technology of Shanghang County， Longyan，

Fujian Province，364200 China; 4. Agricultural Science and Education Project Management

Station of Shanghang County， Longyan， Fujian Province， 364200 China; 5. Longyan

Tinghang Ecological Agriculture Co.， Ltd.， Longyan， Fujian Province， 364200 ?China）

Abstract： Objective ?To study the effect of chemical fertilizer reduction on soil fertility， rice yield and economic benefit under the condition of early rice irrigation with biogas slurry. Methods ?Four fertilization treatments （A1～A4） were designed and treatment A4 used as control （CK） . The fertilization rates of A1， A2 and A3 treatments were 70% of CK， and the biogas slurry application rates were 675 t/hm2，450 t/hm2and 225 t/hm2 respectively. Results ?The contents of soil organic matter， total nitrogen， total phosphorus and total potassium in A1～A3 treatment were slightly higher than those before the experiment， and the pH value was significantly higher. After treatment， the fertility of A1 foot was longer， the ripening period was 3 days later than that of CK. The highest yield of A2 was 2.3% higher than that of CK， the third yield of A3 was 2.3% lower than that of CK， and the lowest yield of A1 was 3.2% lower than that of CK. Conclusion ?Under the experimental condition， 225 ～ 675 t/hm2 irrigation of Biogas Slurry could reduce the amount of chemical fertilizer applied， and maintain the yield of early rice without reducing the yield. The best performance was 30% reduction of chemical fertilizer applied by 450 t/hm2 irrigation biogas slurry. If the amount of chemical fertilizer application is not enough after irrigation， the yield of early rice will be reduced because of excessive fertilizer application.

Key Words： Biogas slurry; Early rice; Fertilizer reduction; Effect; Yield; Economic benefit

1 ?研究概述

1.1 研究意義

近40年來，隨著化肥工業迅速成長，農業生產單純地依賴化肥，忽視了有機肥的投入，導致化肥用量較大甚至過量，而化肥用量并未與作物的產質量成正比，化肥養分利用率下降，肥料效應總體降低[1]。另一方面，隨著農業生產結構向農業和水產養殖業并重傾斜，集約化生產水平不斷提高，畜禽糞便成為了農業面源污染的重要源頭[2-4]。土壤養分平衡由虧缺逐步轉為盈余和農業面源污染的背景下，如何平衡農田養分，科學處置糞污，綜合畜禽糞污資源利用化問題對農業可持續發展具有重要意義。2017年中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發的《關于創新體制機制推進農業綠色發展的意見》中指出有機肥替代化肥是一項急需大力推廣的生產方式，尋找有效的有機肥來源及替代化肥用量是解決化肥過量的重要抓手[5]。

1.2 前人研究進展

豬沼液是豬糞用于沼氣生產后的副產物，它含有植物生長所需要的諸多營養物質和大量的水，且水溶性良好，是一種優質的速效有機肥料[6]。前人的研究已對豬沼液成分做出詳細的分析鑒定，豬沼液含有氮、磷、鉀等大量營養元素以及鈣、鎂、硫、銅、鐵、鋅、錳、硼、鉬等中微量元素[7-9];含有氨基酸、水解酶、維生素、赤霉酸、生長素、糖類、核酸、抗生素、吲哚乙酸、腐殖質等溶解性物質[10-11]，能提高土壤有機質含量，改善土壤的物理性狀和增加土壤肥力，可作為很好的一種有機肥源運用在農業生產上[12-13]。當前，通過沼氣工程處理畜禽糞污是資源利用化的主要處理措施，但此過程中產生大量的沼液，需要一個合理的消解途徑。沼液回灌農田，一是可以增加土壤有機營養來源，二是可以消解沼液，為土壤環境友好奠定基礎。

1.3 該研究切入點及擬解決的關鍵問題

在南方稻作區域，利用豬沼液回灌水稻田，減少化肥的施用，在很大程度上可實現養分資源合理配置，保持農田養分平衡，提高畜禽糞污資源綜合利用，為實現農作物化肥減量增效目標奠定基礎。上杭縣是生豬養殖和糧食調出大縣，2019年出欄73萬頭豬、水稻種植面積達2.43萬 hm2[14]，產生糞污950萬t，其中液體糞污760萬t，沼液資源量巨大。通過“豬—沼—果、豬—沼—菜、豬—沼—地”消納和轉化沼液，是實現資源化利用的有效途徑，但前提是有足夠的消納地資源和農作物播種面積。從上杭縣目前的實際來看，利用上述方式處理沼液的總量比例并不大，特別是規模養豬場的沼液污染高度集中，形成了新的環境污染問題。因此，沼液的資源化利用備受關注，該縣常年水稻種植面積2.4萬hm2以上，通過稻田灌溉沼液不失為最有效的消納轉化方式。試驗通過探討早稻施用熟化沼液減少化肥施用量對土壤以及對水稻生長發育和經濟效應影響，探索沼液在水稻上消解技術，旨在今后為消解畜禽糞污資源奠定基礎，更好地為沼液在水稻上應用提供依據，實現畜禽糞污資源化利用。

2 ?材料與方法

2.1 供試材料

供試作物：早稻，品種：佳輻占。試驗用肥為甕福紫金化工股份有限公司生產的水稻配方肥（N∶P2O5∶K2 O=17∶6∶17）。豬沼液由距離試驗地3 km的豬場沼液池通過PE管輸送至儲存桶，腐熟240 d以上循環儲存施用，灌溉前采樣化驗其養分含量見表1，腐熟240 d原沼液中有機質、全氮、全磷、全鉀的含量分別為1 210 mg/kg、689.1 mg/kg、29.78 mg/kg 、123.4 mg/kg，pH值為7.1;腐熟269 d原沼液中有機質、全氮、全磷、全鉀的含量分別為840 mg/kg、564.3 mg/kg 、27.44 mg/kg 、119.4 mg/kg ，pH值為6.8，無明顯刺激性氣味，說明供試沼液中養分含量偏低。

2.2 試驗方法

2.2.1 試驗地概況

試驗地位于上杭縣中都鎮軍聯村聚勝家庭農場雞骨坑段，地勢平坦，形狀規則整齊，溶田均勻一致，排灌方便，試驗田塊面積為800 m2，土壤類型為灰泥田，前作水稻。試驗前采集土樣化驗，有機質25.3 g/kg、堿解氮203.4 mg/kg、有效磷21.5 mg/kg、速效鉀81.4 mg/kg，pH值為4.8。

2.2.2 試驗設計

試驗共設4個處理（A1～A4），以僅施用配方肥的A4為對照（CK）。其中A4為常規施肥，每公頃施用水稻配方肥825 kg;A1～A3處理為配方肥577.5 kg（分別為CK施肥量的70%）+不同用量豬沼液（分別為45 t、30 t、15 t）。化肥分基肥和追肥各占50%。沼液施用前測定其養分含量，沼液灌溉分溶田和第二次中耕各50%，沼液灌溉時期與當次沼液養分實測值見表1，A1～A3處理所施沼液折算總養分見表2。按隨機區組排列，小區面積為20 m2，小區間筑小田埂，并用農膜包裹。各處理3次重復，共12個小區。

2020年3月8日播種，秧盤育秧，3月30日旋耕溶田，4月1日筑小田埂，重復間留0.5 m寬農事操作溝，灌溉第一次沼液。4月7日施基肥插秧，叢插5粒谷，插植密度每小區18×23叢（1.38萬叢/畝），各小區種植規模和基本苗一致，由同一人栽插保證了栽植深度一致。4月28日追肥及施第二次沼液。田間管理遵循“最適”和“一致”原則，除施肥措施外，各項農事操作一致并符合大田生產要求。7月15日考查各小區農藝性狀，7月16日收獲時小區產量單收單計。除施肥措施外，各項農事操作一致，田間水分管理參照一般生產田。

2.2.3 測定項目及方法

電位法測定土樣pH值，重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定土壤中有機質含量，堿解氮的測定采用堿解擴散法，全磷為氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用乙酸氫鈉浸提-火焰光度計法[15]。每批次沼液施肥前采集200 mL化驗，采用全項目土壤肥料速測儀JN-QXM測定。

2.3 統計與分析

采用Microsoft Excel 2013和DPSS軟件進行數據處理與分析。

3 ?結果與分析

3.1 稻田灌溉沼液對土壤理化性狀的影響

施用沼液前采樣化驗，其養分含量結果見表1。以各處理施用量折算灌溉沼液補充養分為，處理A1當季灌溉沼液675 t/hm2，相當于補充有機質922.5 kg/hm2、全氮564 kg/hm2、全磷25.8 kg/hm2、全鉀109.2 kg/hm2;A2灌溉沼液450 t/hm2、A3灌溉沼液225 t/hm2，相當于分別補充有機質615.0 kg/hm2、307.5 kg/hm2，全氮375.5 kg/hm2、189.0 kg/hm2、全磷17.25 kg/hm2、8.7 kg/hm2、全鉀72.75 kg/hm2、36.55 kg/hm2，具體見表2。經過一個生長季土壤膠體吸附緩沖，早稻收獲后采集各小區土樣化驗，具體見表3數據，其結果表明，3個灌溉沼液處理土壤有機質、全氮、全磷、全鉀含量比試驗前A0均略有提高，A1～A4處理pH值有較大幅度提高，除處理A3的有效磷和速效鉀低于CK外，3個灌溉沼液處理的所有檢測項目比CK有不同程度提高。試驗期間田間觀察，A1返青最快且苗架表現為后勁足，成熟期落黃較CK慢。

3.2 試驗處理對早稻農藝性狀的影響

從表4數據可以看出，處理A3的有效穗最高達333.3萬穗/hm2，3個沼液處理均明顯高于對照CK;穗粒數表現依次為處理CK、A1、A3、A2;結實率次序為處理A2、A1、A3、CK，3個沼液處理間差異不明顯但均高于CK;處理A3的理論產量最高，為5 432.0 kg/hm2，A1次之，A2第三，CK最低。從田間長相長勢看，處理A1、A2和CK前期發苗及封行早于處理A3;處理A1后勁足肥力較為持久，處理A3后期表現早衰現象，A1和CK后期略有貪青披葉;從熟期看，A1比CK熟期推遲3 d，其他3個處理青枝蠟桿，后期轉色均勻，熟期一致。

3.3 試驗處理對早稻產量的影響

從圖1結果可以看出，處理A2產量最高，達6 236.45 kg/hm2，比CK增產140.07 kg/hm2，提高2.3%;CK次之，產量為6 096.38 kg/hm2。處理A3第三，為5 956.31 kg/hm2，A3僅比CK每公頃減產2.3%。處理A1最低，為5 902.95 kg/hm2，比CK減產3.2%，與后期貪青陰蔽病蟲害較重有關。

經方差分析和新復極差測驗結果顯示（見圖1），處理A1～A3與對照CK之間產量無差異。就該試驗條件下，早稻灌溉225～675 t/hm2沼液可適量減少化肥施用量，維持早稻產量不減產;但是，灌溉沼液后若化肥施用量減量不足如A1，反而因過量施肥導致早稻產量減產， 且熟期推遲3 d，與邵文奇等研究者[16]的研究結果一致。

3.4 試驗處理對早稻經濟效益的影響

由表5結果顯示，灌溉沼液減少30%化肥處理A1和A3比對照早季水稻產值有一定程度的下降，但肥料成本降低544.5元/hm2，其收益每公頃僅分別比CK減少209.9元和1.8元;處理A2在灌溉沼液減化肥30%情況下仍比CK產值增加546.27元/hm2，效益提高1 090.8元/hm2。說明早稻適量灌溉沼液，以該試驗為例，沼液灌溉量450 t/hm2較為合理，能保證產量的同時提高經濟收益。

4 ?小結與討論

該研究表明，豬沼液中總氮、全磷、全鉀、有機質分別達到564.2～689.1 mg/kg、27.44～29.78.1 mg/kg、119.4～123.4.1 mg/kg、0.84～1.21 mg/kg，具有非常高的資源利用價值。通過沼液回灌稻田，對土壤化驗，以處理A1為例，早季灌溉沼液為675 t/hm2，每公頃土壤養分累積增加有機質922.5 kg、全氮564.0 kg、全磷25.8 kg、全鉀109.2 kg，pH提高0.6個單位，說明沼液稻田灌溉對培養肥地的效果明顯，這與Xu等研究者[17]通過連續3年對稻—油菜輪作生態系統施加沼液處理的試驗中沼液能夠有效地改良土壤肥力結果保持一致。與全化肥相比，沼液回灌稻田提高土壤有機質含量、堿解氮和土壤pH值的效果更優。上杭水稻田大多為典型的赤紅壤[18]，土壤pH呈酸性、微酸性，養分較貧瘠，長期單一使用大量化肥容易降低土壤pH，土壤酸化程度容易加深，有機質含量極低，而沼液呈弱堿性，具有良好的緩沖性，可改善土壤生態環境，同時可以科學消納沼液，在很大程度上替代了化肥作為養分來源。受發酵原料和處理工藝影響，沼液成分特征差異較大[19-20]，可見，生產上應根據土壤肥料狀況、不同豬場沼液腐熟程度、養分含量等差異，化肥減量時要區別對待。

5 ?結論

試驗結果發現，就該試驗沼液而言，處理A2灌溉沼液450 t/hm2早稻化肥施用量為CK的70%產量和效益表現最佳，而處理A1和CK后期出現貪青披葉、熟期推遲、病蟲為害較重的狀況;處理A3長相長勢和產量均表現施肥量不足和早衰。合理的沼液、復合肥用量對早稻生長發育具有重要意義，就該試驗供試沼液而言，每公頃灌溉沼液450～675 t時（小幅調整）早稻應減少化肥施用量20%～30%。總之，土壤養分平衡由虧缺逐步轉為盈余和農業面源污染的背景下，如何平衡農田養分，科學處置糞污，綜合畜禽糞污資源利用化問題對農業可持續發展具有重要意義。沼液回灌稻田，方法簡單，綠色環保，在穩產的基礎上，能消解畜禽糞污資源，變廢為寶，化害為利，減少化肥的投入量、成本，提高土壤肥力，改善早稻土壤生態環境，減少環境的污染，可作為今后復制推廣的一種施肥模式。由于該次試驗只跟蹤一年，研究時間較短，為更進一步探究沼液和復合肥的為早稻產提質增效的優點，后續應對全生長季施用沼液頻次、沼液濃度等進一步試驗，生產上由于不同養殖場沼液成分差異，施用時應分別檢測施用。

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①基金項目：龍巖市科技計劃項目（項目編號：2019LYF9011）。

通信作者：張明來（1966—），男，本科，高級農藝師，主要從事土壤肥料與植物營養技術研究，E-mail：shtf3841 023@163.com。