沼液安全利用的總量匹配研究
——以光澤縣山頭村沼液澆灌稻田為例

李小女，葉菁，于麗娜，閆晶，朱惠瓊，羅旭輝

（1.南平市光澤生態環境局，福建 光澤 354100；2.福建省農業科學院農業生態研究所/福建紅壤山地農業生態過程重點實驗室，福建福州 350000；3.生態環境部固體廢物與化學品管理技術中心，北京 100029；4.中國農業大學農學院 生物質工程中心，北京 100193）

近年來，我國畜禽養殖業已走向中大規模發展，畜禽糞便排放也成為影響環境的突出問題[1]，畜禽養殖業產生的廢棄物年生產量約為38 億t，利用率不足50%[2]，尤其是大量沼液直排給下游流域帶來嚴峻的二次污染問題[3]。沼液替代化肥成為重要探索方向，研究表明沼液可用于浸種、防蟲和水稻種植等[4]。但中大規模應用仍存在應用量與面積匹配、應用時期與茬口匹配、單一利用與多元利用匹配等問題[5]，這需要根據縣域實際情況深化研究。

光澤縣土地面積2 240 km2，位于武夷山國家公園西區，全國無廢城市建設試點縣，森林覆蓋率81.77%，全縣117 條河流斷面水質在Ⅱ類以上，同時也是養殖大縣，年出欄白羽肉雞2.89 億羽，生豬存欄3.56 萬頭，養殖尾水排放給斷面水質帶來巨大壓力。稻田作為人工濕地生態系統,具備綜合凈化能力和自我調控功能[6]，光澤縣稻田面積195 萬hm2，前人研究表明[7-10]，沼液與化肥合理搭配，能夠提升水稻產量和稻米品質，籽粒的重金屬含量符合食品中重金屬限量標準，但是其承載容量和方式值得進一步深入研究。試驗通過不同處理評價水稻產量、品質和氮素利用率，為實施全縣沼液澆灌稻田提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻品種為野香優676，龔建軍[11]等研究表明，野香優676 在光澤縣具有較好的適應性和較高的產量，是光澤縣種稻主推品種之一。供試驗的沼液為來自某農戶正常運行的豬場沼液，試驗前對沼液進行基本性質測定，結果見表1。供試驗用化肥：基肥為江南豐收復合肥（13∶5∶7），分蘗肥為金土地復合肥（15∶15∶15）。試驗地位于光澤縣寨里鎮山頭村，海拔450 m 左右，試驗土壤為砂質土，試驗地前茬為育秧田。

表1 豬場沼液基本性質 mg/kg

1.2 試驗設計

試驗有10 組處理，其中包括1 組常規施肥，1 組不施肥、8 組化肥和沼液共同施用，施肥方式與氮投入水平見表2。2021 年6 月12 日對優質稻進行移栽，在移栽前20 天對稻田實施不同沼液處理（其中化肥在6 月11 日施用），在分蘗期2021 年7 月14—15 日實施不同沼液處理，2021 年9 月29 日測產。所有處理除沼液灌溉量不同外，其他管理措施均按當地一般農田管理方式進行，試驗時間為2020—2021 年。

表2 沼液替代化肥的水稻栽培試驗設計 kg/hm2

1.3 觀測項目與方法

水稻成熟期農藝性狀采用常規方法，沼液總氮濃度測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[12]；稻稈、稻谷氮含量測定采用凱氏定氮法[13]；稻米品質參照中華人民共和國國家標準《GB/T 17891—1999 優質稻谷》測定精米率、整精米率、堊白度、食味評分等品質性狀[14]；郝社鋒等[14]的研究表明水稻對土壤中的等重金屬具有吸收特性，試驗重點分析稻米中Cr、As、Cd、Hg和Pb 等重金屬[16，17]，Cd、Pb 采用原子吸收光譜法檢測[18]，As、Hg 采用原子熒光光譜法[19]，Cr 采用紫外分光光度法。

氮素利用率=（施肥處理水稻氮素吸收量-無氮投入水稻氮素吸收量）/氮素投入量×100%[20]

2 結果與分析

2.1 不同處理的水稻產量與稻稈產量

試驗10 組處理的干谷產量達6 594～9 409 kg/hm2，平均產量為8 141 kg/hm2，對照處理1 條件下干谷產量達7 991 kg/hm2，試驗結果總體達到地方生產一線的實際水平，合理組合化肥、沼液用量能較好提高水稻產量[21]。其中以處理8 的稻谷產量最高，達9 409 kg/hm2，高于處理1 稻谷產量高17.8%。處理3 的稻稈產量最高9 251 kg/hm2，稻谷產量達9 091 kg/hm2。試驗結果表明稻桿產量與稻谷產量趨勢基本一致，詳見表3。

表3 不同處理水稻稻谷產量 kg/hm2

2.2 不同處理的氮素利用率

我國早期稻田施用化肥基本為氮肥，隨著氮肥施用比率的上升，水稻產量并未隨著大幅度提升，主要原因在于水稻氮素利用率并未隨著氮肥的增加而提升[22-26]，同時過高氮素投入還會增加氮素流失引起的面源污染風險[27]。為了進一步研究試驗不同處理的水稻氮素利用率，對水稻氮素投入、氮素吸收、稻谷氮素和稻桿氮素等關鍵數據進行收集，以氮素為計量標準，對不同處理的氮素利用率進行分析。試驗結果表明（表4）：處理9 的氮素利用率最高，達到32.57%，處理2 的氮素利用率最低，為-5.32%，各處理氮素利用率無明顯規律。

表4 不同處理水稻栽培的氮素利用率 kg/hm2

2.3 不同處理對稻米品質的影響

試驗中不同處理下稻谷的品質分析[28，29]如表5 所示：其中處理2、處理3、處理4 的整精米率分別為61.27%、61.05%、61.01%，略高于處理1。試驗中施用沼液的試驗組稻米蛋白質含量稍優于處理1，表明使用沼液能增加稻米中的營養價值。各處理稻米的堊白度一致，直鏈淀粉含量、脂肪酸值、食味評分與處理1 相比無顯著差異，處理2 的食味評分最高分。

表5 不同處理對稻米品質的影響

2.4 不同處理的稻米重金屬含量

沼液中除了含有大量營養物質和活性物質外，由于礦物質和飼料添加劑的普遍使用同時也含有諸多重金屬[30-32]，沼液中重金屬對環境和農產品質量安全的潛在危害需要重點關注。試驗對不同處理的水稻中重金屬含量進行分析[33-35]。結果表明與處理1 相比施用不同沼液處理方式下稻米的Cr、Pb 含量差異較小，As、Hg 含量有所提高。試驗結果表明（表6），盡管各處理稻米的重金屬含量有所差異，但無顯著差異且總體含量較小，符合《中國食品中重金屬限量標準》（GB 2762—2017）[36]，均在安全水平。

表6 不同處理的稻米重金屬含量 mg/kg

3 討論與結論

試驗表明，施用沼液處理對稻米營養成分稍有提高，但稻米品質總體而言差異不大；各種處理后稻米的重金屬含量雖有所差異，但與處理1 常規施肥相比無顯著差異，且均在安全水平；不同試驗水稻產量總體達到地方生產一線的實際水平；不同處理氮素利用率無明顯規律，但過高氮素投入并沒提高水稻產量，這與前人研究結果一致。針對目前的研究結果，在單季作物種植期內，稻米品質、土壤重金屬等約束條件對沼液施灌量的響應規律并不明顯,只能根據現有條件對沼液施灌量做出判斷，設置產量安全為約束條件的最大施灌量，以及不至于產生鹽害的約束條件下所能承載的最大沼液施灌量[37]。試驗施用沼液處理中，綜合考慮沼液施灌到稻田的效果，提出最優方案，在沼液免費灌溉的前提下光澤縣實際推廣沼液澆灌水稻安全利用總量匹配宜選用處理3（基肥50%化肥+100%沼液，分蘗肥100%沼液）組合，不僅能有效提高水稻產量，還能起到消納沼液和節本增效雙重效果。

借鑒前人研究[38-39]并結合當地實際對沼液還田負荷分析，結果表明：此組合可消納沼液（純氮）153 kg/hm2，光澤縣稻田面積8 667 hm2，扣除煙后稻田面積1 667 hm2（不宜施用沼液），其余水稻面積7 000 hm2，可消納沼液（純氮）107.1 t。根據《畜禽糞污土地承載力測算指南》[40]，單位豬當量氮養分供給量為11.0 kg，光澤縣水稻田可以承載9.74 萬個豬當量，承載力為光澤縣生豬達產養殖負荷的136.8%。