沼液還田對土壤及水稻產量影響的研究進展

摘要：沼液是一種具有很大應用潛力的農業廢棄物資源，可用于調節土壤微生物群落，增強作物的養分吸收能力，促進植物與土壤的相互作用，從而提高作物產量。使用沼液作為有機肥施入農田符合農業可持續和生態友好型發展的要求，但目前尚未實現大規模推廣應用。本文分析了國內外沼液還田的應用情況，并討論了沼液的營養成分、對土壤理化性質的影響及對水稻產量品質的影響，為實現沼液資源化利用、農業化肥減量和稻田固碳減排的多重互利共贏提供了理論基礎。

關鍵詞：沼液還田；土壤質量；水稻產量

隨著人們生活質量的提升，對肉類食品的消費需求也日益增長，這一趨勢顯著促進了畜禽養殖業的發展[1]，同時也導致了畜禽養殖糞便的大量增長。據統計，2017年中國畜禽糞便排放總量約38億t[2]。目前，我國畜禽養殖糞便資源化利用的方式包括將畜禽糞便進行存儲后集中利用、堆肥處理、厭氧消化處理等方法。2016年中央財經領導小組會議提出要加快推進畜禽養殖廢棄物處理和資源化。2018年農業部曾向全國征集到370種生態農業模式或技術體系，并選擇了10種生態農業模式加以推廣，其中就有4種模式與沼氣、沼液、沼渣的“三沼”綜合利用有關[3]。在相關政策的推動下，我國的沼氣工程得到了大力發展，農村家用沼氣池數量也不斷擴增。通過沼氣工程對規模化的畜禽糞便進行厭氧發酵集中處理，已成為養殖業閉環生產的重要一環。

1 沼液的養分組成

沼液是畜禽糞便在沼氣池中經生物發酵產生沼氣后的副產物，含有豐富的氮、磷、鉀等大量營養元素和鈉、鈣、鐵、錳、鋅等微量元素[4]，同時還含有氨基酸、水解酶、維生素、生長素以及抑制病蟲害的物質[5]。

但如果未經處理直接排放到河流中，會造成水體富營養化。現有大量研究表明，可以將沼液處理后投入到農業生產中，如替代化肥施入農田、沼液浸種、生物農藥等，以避免沼液直接排放帶來的環境危害。

但沼液的具體養分含量不可一概而論，原材料類型、濃度、發酵時長、發酵罐類型及其操作狀態等多個因素均會顯著影響沼液最終的組成和養分含量。在大量營養元素方面，周健駒等[6]分析了紹興市共43個沼氣工程的豬糞沼液樣品得出樣品平均總氮、總磷、總鉀質量濃度分別為690 mg·L-1、190 mg·L-1、390 mg· L-1；

而呂錦萍等[7]研究了新疆博州地區豬糞和牛羊糞為發酵原料的沼液，發現沼液中總氮、總磷、總鉀質量濃度分別為687～705 mg·L-1、43～98 mg·L-1、

417～3 540 mg·L-1。

在有機物方面，孟慶國等[8]采用氣相色譜法測定了不同沼液中的氨基酸成分，結果發現雞糞發酵沼液中所含氨基酸的種類最多，并且各氨基酸的含量亦較高，而豬糞發酵沼液的氨基酸種類及含量則較低。沈其林等[9]采用氨基酸分析儀全面測定分析了豬糞發酵沼液，在其中發現了17種氨基酸，總含量為

15.7 mg·L-1。霍翠英等[10]確定豬糞發酵沼液中存在吲哚乙酸、赤霉素、細胞分裂素3種植物激素，為解釋沼液促進作物生長的原理提供了參考。

同時沼液中的營養成分會隨著儲存時間的增長而不斷下降。開放儲存50d后，沼液中氮、磷、鉀含量僅剩開始時的20%，有機質含量則相對穩定一些[11]。

2 沼液施用對土壤理化性質的影響

施用沼液可以改善農田土壤的理化性質，這對增加土壤有機質、改善土壤結構和保持土壤肥力有著顯著的積極作用[12]。土壤有機質含量的降低是造成土壤結構惡化和土壤生產力下降的重要原因。富含有機質的沼液使用后可以顯著增加土壤中有機質的含量，從而改善土壤結構。例如，牛糞沼液施用后可以將玉米地土壤有機質含量提高31.6%[13]。然而，一些研究將沼液還田后，與對照組相比，對土壤有機質含量沒有顯著影響[14]。這可能是因為富含氮的沼液促進了非自養微生物對土壤原有有機質的消耗，從而抵消了沼液施用造成的有機物的積累。

農田中施用沼液可以增強土壤滲透性、保水性和保肥能力，這是化肥所不具備的優勢。例如，施用沼液后土壤密度降低了0.18 g·cm-3，而孔隙度提高了9.7%[15]。且隨著沼液施用年限的增加，土壤孔隙度呈上升趨勢[16]。同樣，連續施用豬場沼液3年后，黃淮海平原的潮土土壤各粒徑團聚體總量提高了19.69%[17]。

沼液的施用也可以有效調節土壤中各種養分的比例，具有增強作物養分吸收能力、提高作物抗病能力、增加土壤有機質、改善土壤結構等潛力。例如，與對照組相比，施加沼液后土壤速效鉀和有效磷含量分別增加了35.8%和21.1%[13]。而在楊樹林中施用

1 125 m3·hm-2沼液后，土壤總氮增加35.5%，有效磷含量增加62.3%，速效鉀含量增加33.5%[18]。此外，與不添加沼液的對照相比，在相同施氮量條件下，雞糞、豬糞和牛糞發酵的沼液施加到土壤中均能提高無機氮、全氮、總磷、速效鉀、pH和電導率。其中豬糞沼液施用對土壤NO3--N含量提高的影響最大，其次是雞糞沼液[19]。

3 沼液施用對水稻產量和品質影響的研究進展

目前，沼液的主要利用方式是將其作為肥料施用到農田中。作為一種高效的有機肥料，沼液富含多種水稻生長必需的營養元素。現已有大量研究表明，使用沼液作為有機肥施用稻田不僅能提高水稻產量，還能提升水稻的品質。與常規施肥對比，當施用沼液量為11.25～18.75 t·hm-2時，水稻產量增加了6.78%～9.93%。稻米中蛋白質含量和鐵、鎂、錳等礦物元素含量也有顯著增高[4]。但沼液施用量并不是越高越好。侯富銀等[20]設計了12個沼液施用量的處理，試驗結果顯示在沼液施用量為612 t·hm-2時，水稻增產8.9%。當沼液施用量過大時（超過816 t·hm-2），反而會造成水稻減產。

較高的小穗數和每穗粒數是沼液施用后作物產量增加的原因。眾所周知，NH4+-N可以促進水稻植株的分蘗[21]。沼液中的NH4+-N由于其溶解狀態和灌溉施用方式可能更有利于水稻的吸收利用。因此，沼液施用后可以增加水稻小穗數，從而提高水稻產量。此外，沼液中含有豐富的鋅和鈣。鋅和鈣有利于水稻分蘗、光合作用以提高糧食產量。稻米直鏈淀粉含量是評價稻米品質的重要指標之一。直鏈淀粉含量越低，表明稻米品質越高。Ran等[22]施用沼液后，水稻直鏈淀粉含量顯著降低了15%～17%，這意味著施用沼液更有利于提高稻米品質。這可能是因為沼液中的微量元素以及微生物釋放的吲哚乙酸和細胞分裂素等多種生長素促進了作物生長和糧食質量。

同時也有學者[23]認為，沼液的施用可以顯著提高稻田土壤中氮、磷、碳含量以及根際微生物的豐度和多樣性，促進了水稻根際細菌和真菌參與氮、磷和碳循環。特別是在抽穗期和灌漿期，水稻根際溶解磷酸鹽和纖維素分解相關細菌（例如Bacillus）和真菌（例如Mortierra）以及氮循環相關細菌（例如Nitrosospeeraceae）的豐度會顯著更高。值得注意的是，在水稻生長過程中，DNRA細菌的相對豐度增加，反硝化細菌的相對富集度降低，這可以促進沼液低肥力輸入階段NH4+-N的保留和含氮養分的有效性。這可能是沼液施用促進水稻根際營養循環，從而提高水稻產量的原因。

4 結語

綜上所述，已有大量研究表明沼液對改善土壤肥力和提高農作物產量有積極作用。若能將沼液大規模還田，實現種植業與養殖業的有機結合，將為我國農業發展注入新的活力。但沼液施用尚存在著沼液質量不穩定、技術設備不成熟、異味大、運輸存儲困難等問題，如何在解決這些問題的前提下，進一步降低沼液施用成本，以提高農戶施用積極性，有待學者們進一步研究。

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