沼液施用對貴州典型黃壤油菜地氮淋溶的影響

孫芳芳，江濤，成劍波，何騰兵，2，3，秦松，汪國英，洪建明

（1.貴州大學農(nóng)學院，貴陽 550025；2.貴州大學新農(nóng)村發(fā)展研究院，貴陽 550025；3.貴州高原山地畜禽養(yǎng)殖污染控制與資源化技術工程實驗室，貴陽 550025；4.貴州省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所，貴陽 550006；5.貴州省農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護站，貴陽 550001；6.玉屏縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州 銅仁 554330）

沼液是農(nóng)牧業(yè)有機廢棄物經(jīng)過沼氣工程厭氧發(fā)酵后的液相殘留物，因其污染負荷不易達到排放標準而成為沼氣工程持續(xù)發(fā)展的限制因素。目前，國內外沼液處理方式主要包括達標處理排放和還田消納利用兩種方式，第一種方式成本高且受場地限制，而第二種方式較為經(jīng)濟并廣為接受。沼液富含氮、磷、鉀等作物生長必需元素，具有較高肥效，王康等發(fā)現(xiàn)，適當噴施沼液使水稻產(chǎn)量較對照處理提高2.5%~15.4%，水稻粗蛋白含量最高提高9.12%；王桂良等和邵文奇等發(fā)現(xiàn)，沼液替代化肥能夠提高小麥產(chǎn)量，增加小麥蛋白質及面團穩(wěn)定時間；孫小妹等發(fā)現(xiàn)，噴施沼液使小麥產(chǎn)量相比對照處理提高9.7%~21.5%。目前，養(yǎng)殖糞污資源化力度不斷加強，沼液還田利用受養(yǎng)殖戶、種植戶、管理者、科技工作者等相關方的關注程度正在提升。

本研究以西南喀斯特山區(qū)典型土壤——黃壤為供試土壤，主栽作物油菜為供試作物，牛場沼液為施用材料，通過大棚盆栽試驗模擬沼液灌溉，以油菜不施肥、無作物施沼液、油菜施化肥為對照，沼液設置不同施氮量處理，監(jiān)測淋溶液各形態(tài)氮素濃度隨時間的動態(tài)變化，及其淋溶量隨施氮量的變化，對比研究沼液灌溉的氮淋溶風險及作物農(nóng)藝性狀的響應，探究沼液灌溉油菜的安全用量，為農(nóng)業(yè)環(huán)境保護和沼液還田利用相關工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試土壤與盆栽

風干土按1.20 g·cm填入底部墊有2 cm厚石英砂層的直徑30 cm、高度30 cm的PVC塑料盆，每盆土質量約21 kg，盆底開2 cm孔供淋溶出水。填裝后，自來水預飽和土壤并靜置24 h，隨即移入貴州省農(nóng)業(yè)科學院綠肥試驗中心大棚，并按每盆4株移栽長勢均勻的苗期油菜（當?shù)刂髟云贩N金油188），待油菜長勢穩(wěn)定后按每盆1株拔除，供試油菜密度（每盆3株）相當于22.5萬株·hm。

1.2 供試沼液

1.3 試驗設計

設置相同基肥、不同追肥的6個處理，每個處理重復3次。基肥均為磷酸一銨（PO44%）和硫酸鉀（KO 50%），N、P、K折純施用量分別為7.8、90、120 kg·hm。追肥處理包括按不施肥空白對照處理（有作物，CK），按480 kg·hm追施尿素處理（有作物，CF），按480 kg·hm追施沼液處理（無作物，NP480），以及分別按120、240、480 kg·hm追施沼液處理（有作物，R120、R240和R480）。所有追肥隨灌溉水（自來水）按每12 d 1次、每次25 mm施入，累計施用12次。試驗持續(xù)144 d，苗期、蕾薹期、開花期、角果成熟期施氮量比例為5∶4∶2∶1（表1），試驗期內大棚溫度為5~25℃。處理施氮量見表1。

表1 油菜各生育期氮素施用量及灌溉次數(shù)Table 1 Nitrogen application rates and irrigation times in rape growth stages

1.4 采集與分析

1.5 氮素淋溶量計算與數(shù)據(jù)處理分析

利用淋溶液氮素濃度乘以體積獲得氮淋溶量。采用Excel 2010、SPSS 25和Origin 2018分析軟件對不同施氮量的淋溶結果進行數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計分析和繪圖分析。

2 結果與分析

2.1 各生育期不同處理淋溶液濃度

2.2 各生育期不同處理淋溶液淋溶量

2.3 不同處理各形態(tài)氮素淋溶特征

表2 氮淋溶總量形態(tài)構成及處理間差異Table 2 The total amounts and proportions of N leached as three regular forms and their differences between treatments

2.4 不同處理農(nóng)藝性狀

各處理的株高介于86.0~100.4 cm，處理間無顯著差異（圖7a）。各處理的主花序有效長度介于22.0~31.7 cm，R120處理主花序有效長度顯著高出R480和CF處理44%和40%（<0.05），其余處理間差異不顯著（>0.05）（圖7b）。各處理的單株角果數(shù)介于22~35個，R120處理的單株角果數(shù)顯著多于CF處理（<0.05），其余各處理之間無顯著差異（圖7c）。各處理的角果長度在22~35 mm之間，R120處理的角果長度顯著高于CF處理（<0.05），其余各處理之間無顯著差異（圖7d）。

圖7 油菜株高、主花序有效長度、單株角果數(shù)和角果長度Figure 7 The height, active length of primary inflorescences, number of siliques, and silique length of rap plants

3 討論

3.1 沼液灌溉存在氮淋溶風險

3.2 沼液灌溉氮淋溶風險低于化肥

3.3 施氮量不宜超過240 kg·hm-2且油菜氮素吸收能降低氮淋溶風險

3.4 適量施用沼液能改善油菜農(nóng)藝性狀

油菜主花序有效長度、單株角果數(shù)、角果長度均在施氮量為120 kg·hm的沼液處理達到最大，均顯著高于施氮量為480 kg·hm的化肥處理，表明相對于目前常見的過量施用化肥，適量施用沼液能夠改善作物農(nóng)藝性狀，這與相關報道一致，沼液相對化肥使水稻和小麥分別增產(chǎn)9%和16%。沼液肥效優(yōu)于化肥的原因主要有：一方面，沼液氮素包括速效態(tài)和有機態(tài)，其中的有機態(tài)相對化肥具有緩釋特性，更加切合作物動態(tài)的氮需求；另一方面，沼液富含氨基酸、礦物質、腐植酸和維生素等，能使作物增產(chǎn)提質。但是，沼液過量可能降低油菜主花序有效長度（圖7），可能與沼液中含有重金屬、抗生素、激素等有關，有待進一步探討。綜上，適量施用沼液（施氮量120~240 kg·hm）能改善油菜農(nóng)藝性狀，過量則相對不利于油菜生長。

4 結論

（4）相對于高施氮量的化肥處理，沼液的施氮量為120 kg·hm時更能改善油菜農(nóng)藝性狀，沼液過量（施氮量480 kg·hm）則不利于油菜生長。