沼液養分動態監測及其在水稻種植中的肥料應用

羅學明，許育新，程妙坤，葉峰，錢定海，安文浩，陳喜靖，沈佳欒*

(1.杭州正興牧業有限公司，浙江 杭州 311300；2.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021；3.杭州市臨安區板橋鎮人民政府，浙江 杭州 311300；4.杭州市臨安區畜牧農機發展中心，浙江 杭州 311300)

長期以來，杭州市臨安區年生豬出欄量在20萬～25萬頭，一直是杭州地區第二大生豬養殖菜籃子保供基地?！笆濉逼陂g杭州市臨安區成立了5個沼液綜合利用社會化服務組織，積極對接轄區內相應養殖場與種植基地，配套完善沼液運輸車、貯液池、輸送管道等，基本完善沼液生態消納相關配套設施設備。2015—2018年共計消納沼液35.88萬t，為構建種養結合、農牧循環的可持續發展模式打下堅實基礎。

總結近幾年臨安區畜牧沼液消納利用過程中存在的問題，主要表現在消納方式相對比較粗放，未能做到根據不同作物生長周期定時定量精確施肥，缺乏相應的監測機制和評價體系。因此，本試驗開展沼液養分動態監測及其在水稻種植中的應用，一是準確測定沼液中化學需氧量(COD)、氨氮濃度及氮、磷、鉀含量；二是根據水稻不同生長時期的營養需求，科學施用沼液替代化肥，測定水稻產量進而評價施肥效果；三是監測沼液施肥前后土壤中銅、鋅、鉛、鉻、鎘及砷、汞等重要重金屬指標變化，進而建立相應評價體系，為科學有效地開展生態循環農業提供理論依據和重要參考。

1 養殖沼液動態監測

1.1 養殖沼液來源、運輸、處理及貯存

本試驗所用養殖沼液均來自杭州正興牧業有限公司沼氣生態工程處理后的沼液，試驗過程中，根據不同作物實際需求，將厭氧發酵后的沼液直接或氣浮除雜后用專用運輸車運送到水稻或蔬菜基地相應的貯存罐(池)備用。

1.2 檢測方法

本試驗主要測定沼液的COD、氨氮濃度及氮、磷、鉀含量，檢測標準如下：HJ 828—2017《水質 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》；GB 7479—1987《水質 銨的測定 納氏試劑比色法》；GB 11894—1989《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》；GB 11893—1989《水質 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》；GB 11904—1989《水質 鉀和鈉的測定 火焰原子吸收分光光度法》。

1.3 監測結果

2019—2020年，分別對一年四季不同時期養殖場沼液進行跟蹤監測，結果顯示，沼液中氮、磷、鉀平均含量分別為1 238.93、86.33、622.08 mg·L-1，具體指標詳見表1。

表1 2019—2020年養殖場沼液動態監測的情況

2 沼液-水稻試驗

2.1 基本情況

試驗時間為2020年1—12月，試驗地點為臨安區板橋鎮洪軍農機專業合作社秋口村承包地，稻麥輪作，種植水稻品種為春優927。

2.2 試驗內容

2.2.1 取樣分析

取正興牧業養殖場沼液，檢測養分等含量(表2)。在試驗田的南北兩邊分別取土樣檢測土壤養分等指標(表3)。

表2 養殖場沼液的養分含量

表3 試驗田塊的土壤養分含量

2.2.2 處理設計

設1個對照組，3個試驗組，小區面積1 000 m2，重復3次。

對照CK：習慣施肥，緩苗后施20 kg尿素，除草后施30 kg復合肥(平衡型N-P2O5-K2O 15-15-15)，后期施10 kg尿素。總施肥量氮18.3 kg，磷1.96 kg，鉀3.73 kg。

試驗組1：小麥收割后施8 t濃沼液，翻耕，緩苗后不施肥，除草后施15 kg復合肥(平衡型N-P2O5-K2O 15-15-15)，后期不施肥?？偸┓柿康?8.25 kg，磷3.05 kg，鉀18.24 kg(其中化肥氮2.25 kg，磷0.65 kg，鉀2.24 kg)。

試驗組2：小麥收割后施8 t濃沼液，翻耕，緩苗后不施肥，除草后施7.5 kg復合肥(平衡型N-P2O5-K2O 15-15-15)和2 t稀沼液，后期不施肥?？偸┓柿康?8.325 kg，磷2.79 kg，鉀18.12 kg(其中化肥氮1.125 kg，磷0.33 kg，鉀1.12 kg)。

試驗組3：小麥收割后施8 t濃沼液，翻耕，緩苗后不施肥，除草后施4 t稀沼液，后期不施肥?？偸┓柿康?8.4 kg，磷2.52 kg，鉀18 kg(不施用化肥)。

施肥量都以667 m2計算，考慮到沼液的揮發和土壤吸附等因素，濃沼液總氮以2.0 kg·t-1計算，總磷以0.3 kg·t-1計算，總鉀以2.0 kg·t-1計算；稀沼液總氮以0.6 kg·t-1計算，總磷以0.03 kg·t-1計算，總鉀以0.5 kg·t-1計算。

2.3 結果與分析

2.3.1 水稻產量

2020年10月，于水稻收割前，分別對試驗田塊水稻進行采樣，測定實粒數、千粒重、產量及增產比例等指標。結果顯示，試驗組產量均優于對照組，試驗組2的千粒重、實粒數及產量指標優于其他組，具體結果見表4。

表4 各試驗組的水稻密度與產量

2.3.2 土壤養分指標變化

表5顯示，與水稻種植前相比，對照組養分指標略有下降，試驗組水溶性鹽和水解性氮變化不大，其他指標都有所升高，尤其是有效磷有顯著提高。表明稻田使用沼液不會造成鹽漬化，有助于提升土壤質量。

表5 各試驗組的土壤養分指標變化

2.3.3 土壤重金屬指標變化

試驗期內在水稻種植前后，分別對試驗田塊土壤進行采樣，測定其銅、鋅、鉛、鉻、鎘及砷、汞等重金屬重要指標，對照GB 15618—2018《土壤環境質量-農用地土壤污染風險管控標準(試行)》[6]，各項指標均低于風險篩選值，具體結果見表6。

表6 各試驗組的土壤重金屬指標變化

3 討論

我國是全球第一大豬肉生產和消費國，為使養殖排泄物得到能源化利用，國家大力發展沼氣工程，由此伴隨著大量沼液處置問題。由于沼液中含有大量氮、磷、鉀等營養元素，以及鐵、鋅、銅和氨基酸等微量元素，故可作為有機養分、化肥減量增效的重要原料，并通過農田灌溉途徑得以利用，這已成為當前沼液資源化利用的重要方式。但隨著生豬養殖規?；潭鹊目焖偬嵘?，養殖產生的沼液量大且集中，使得周邊農田難以完全消納。同時，人們對農村生態環境要求越來越高，沼液無害化處理和安全利用的矛盾也日益突出[1]。

本研究通過對大型養殖場沼氣生態工程產生的沼液進行一周年的動態監測，基本探明了沼液的養分隨季節變化的動態變化規律，為沼液資源化利用的精準化提供了科學依據[2]。通過開展沼液-水稻施肥試驗，不僅有效減少化肥施用量，還能夠提高作物產量，增產幅度為3.2%～8.7%。試驗田塊土壤養分指標檢測顯示，稻田使用沼液不會造成鹽漬化，且有助于提升土壤質量。試驗田塊土壤重金屬監測結果均在風險篩選值內，對沼液在水稻種植中的利用提供安全保障，初步建立起沼液-水稻綜合利用施肥模式[3]。