沼液替代化肥施用對玉米生長及土壤肥力的影響

中圖分類號：S141 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2025）08-0049-05

Effects ofReplacing Chemical Fertilizer with Biogas Slurryon Maize Growth and Soil Fertility

HUANG Huan'，ZHOU Wei'，LIU Can'，WANG Yi¹ ，CHU Fei2，LUO Zhuo2，PENG Zhi-hong2，ZHOU Xuan2（1.MiluoBureauofAgricultureandRuralAfairs，Muo444PRC;2.HunanIstituteofAgriculturalSilandEcoEotChangsha 410125， PRC）

Abstract：Thisstudyaimstoexplore theeffctofreplacingchemcalfertizerwithbiogasslurryinmaizeplantinganddeteinthe appropriateaplicationratio.Themaizecultivar Zhengda659'wasplantedandfertizedwithfivetreatments：nofertization（CK）， conventional fertilization （CF），optimized fertilization （OF），biogas slurry replacing 20% chemical fertilizer nitrogen （OM1），and biogasslurryreplacing 40% chemical fertilizer nitrogen （OM2）.Field plot experiments werecarried out to study the effects of biogas sluyreplacingratiounderequalitrogenontegowthyield，ndconomicbenefitofmaizeandtephyicochemicalpropertisof soil.The results showed that OF， OM1，and OM2 increased the maize yield by 0.88%-3.84% and economic benefit by 5.19%-37.80% compared with CF. Compared with OF， OM1 and OM2 increased the maize yield by 1.58% and 2.94% and the economic benefit by 17.69% and 31.00% ，respectivelyand theoutput-input ratioofOM2 was the highest.Compared withOF，replacing chemical fertilizer with biogassurreectivelyinceasedtheo-gainweghtandthecontentoftrgen，posporus，andcudefatindibleparts， whiledecreasingteotetoftotalposposisoil.IeealOFO，dcetielyreasesilrogtet facilitateplantutrienabsorption，andimproveyieldcomponents，yield，andualitythrebysvingostsandireasingioe. Replacing 40% fertilizer nitrogenwith biogas slurry（OM2）demonstratedbetter performance inimproving maize yield，maize quality and soil fertility.

Keywords：maize;retumingbiogasslurytothefield;chemicalfertilizerreduction;yield;economicbeneft;soilfertility

沼氣工程可有效消納農業有機廢棄物，實現糞污的無害化處理與資源化利用。然而，在生產清潔能源的同時，該工程也會產生大量沼液。沼液未經處理直接排放，會對環境造成嚴重污染[1，成為畜禽養殖中亟待解決的、最常見且產生量最大的糞污發酵產物[2。另一方面，沼液富含腐殖酸、氨基酸、及微量元素等多種營養成分，易被植物吸收利用，是一種兼具速效與緩釋效果的有機肥料[3-5]。施用沼液不僅能提高作物產量、品質和抗病性，還能改善土壤結構、提升土壤肥力[6-7]。研究表明，將畜禽養殖廢棄物轉化為沼液等肥水資源并施入田間，可有效推動化肥減量、土壤結構改良和糧食高產穩產[8]然而，單施沼液對作物產量的提升效果通常不如單施化肥[，但長期單施化肥不僅成本較高，還易導致土壤退化與環境污染。為充分發揮沼液與化肥的優勢，緩解對化肥的過度依賴，兩者配合施用是一種理想的施肥模式。大量研究指出，沼液肥效高、養分全面、有害物質少，與化肥配施能使氮磷鉀與其他營養元素有機結合，促進作物根系生長，滿足營養需求，進而提高作物產量與品質[10-]

《湖南統計年鑒2024》數據表明，玉米是湖南省第二大糧食作物。作為典型的農牧結合型農業大省，湖南省年出欄牲畜約7000萬頭，消耗玉米600萬t以上，但玉米自給率僅 30% 左右。相關研究表明，在玉米種植中施用沼液替代部分化肥，可充分利用農業廢棄物資源，調節土壤理化性質，改善生態環境，提升土壤肥力與作物品質，推進化肥減量增效，促進農業可持續發展[12-14]。然而，目前關于不同沼液替代化肥比例對玉米化肥減施效果影響的研究尚不多見[15-1d]。因此，本研究在同等施氮量條件下，分析不同沼液替代化肥比例對玉米植株性狀、產量、經濟效益及土壤理化性質的影響，旨在確定較優的替代比例，為沼液在玉米化肥減量中的規模化應用及糞肥資源的高效化利提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間小區試驗于2023年在湖南省汨羅市白塘鎮六湖村農田（ 112^°56^′E ， 29^°1N ）進行。該區屬亞熱帶季風氣候，四季分明，日照充足，降水較多。試驗區域地勢平坦，土壤類型為潮土，土壤質地為黏壤土，其 0～20cm 土壤基本理化性質為 pH 值5.0，有機質 19.0g/kg ，全氮 1.43g/kg ，堿解氮 92mg/kg ，有效磷 15.6mg/kg ，速效鉀 174mg/kg ，全磷 0.9g/kg 全鉀 22.3g/kg ，陽離子交換量 16.0cmol/kg ，容重1.35g/cm³ 。前茬作物為大白菜。

1.2 供試材料

供試玉米品種為正大 659 。供試肥料為尿素（含N46% ）、過磷酸鈣（含 P₂O₅12% ）氯化鉀（含 K₂O 60% ），沼液氮磷鉀含量分別為 0.57，0.15 和 0.76g/L □

1.3 試驗設計

試驗共設置5個處理，包括不施肥處理（CK）常規施肥處理（CF）、優化施肥處理（OF）、OF基礎上沼液替代 20% 化肥氮處理（OM1）、OF基礎上沼液替代 40% 化肥氮處理（OM2）。各處理施肥用量詳見表1。OM1較OF減少化肥（純量）6.75kg/667m² ，降幅 30.68% ，OM2較OF減少化肥（純量）

表1各處理的養分施用量

11.57kg/667m² ，降幅 52.59% 。

采取隨機區組排列，重復3次。小區面積為 2.5m× 8m=20m² ，玉米苗栽插密度為3202株 /667m² 試驗于2023年3月24日播種，4月10日移栽，4月21日勻苗，8月15日收獲。各小區除施肥措施不同外，其他除草、病蟲害防治等田間管理措施均按照當地生產習慣進行。

1.4樣品采集與測定方法

1.4.1樣品采集于成熟期各小區單獨收獲計重。采用5點調查法，每個取樣點隨機調查5株，調查記錄株高、穗長、禿頂度、總粒數、百粒重等植株性狀指標；同時，采集 0～20cm 耕層土壤，風干、研磨用于土壤理化指標測定。玉米收獲期測產并采收籽粒和秸稈用于品質和全量養分測定。

1.4.2測定方法根據小區產量折算籽粒產量（即實際產量），根據DB32/T2857—2015玉米產量現場測定操作規程計算理論產量（總粒數 × 百粒重 × 株數/100000）。土壤有機質、pH值、堿解氮、有效磷和速效鉀的測定分別采用重鉻酸鉀外加熱法、水溶－酸度計法、堿解擴散法、鉬銻抗比色法和火焰光度法。植株經硫酸-過氧化氫消煮，采用微量凱氏定氮法、釩鉬黃分光光度法、火焰光度計法分別測定植物全氮、全磷、全鉀含量。

1.5 數據統計分析

采用MicrosoftExcel和DPS數據分析軟件進行統計分析，處理間差異顯著性采用最小顯著差法（LSD）進行檢驗

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理下玉米產量

由表2可知，不同施肥處理玉米籽粒產量以CK處理最低，OM2處理最高，優化施肥及沼液替代處理的玉米單位面積產量較CF處理增加了 0.88%～ 3.84% 。與OF處理相比，OM1、OM2處理的玉米籽粒單位面積產量分別增加 1.58% 、 2.94% ，但施肥處理間差異均不顯著。說明優化施肥能有效提高玉來產量，而同等施氮量下沼液部分替代化肥可進一步實現增產。

表2不同處理的玉米籽粒產量

注：表中同列不同小、大寫字母表示處理間差異顯著（ Plt;0.05 ）、極顯著0 ），下同。

2.2 不同施肥處理下玉米產量構成

由表3可知，除禿尖長外，施肥對玉米株高、穗長、總粒數、百粒重等產量構成及理論產量均有顯著影響。與OF處理相比，OM1、OM2處理玉米百粒重分別增加 4.66% 和 10.19% ，說明同等施氮量下，沼液部分替代化肥能提高玉米百粒重。

2.3 不同施肥處理下玉米經濟效益

由表4可知，優化施肥及各沼液替代處理較CF的施肥收益增幅為 5.19%～37.80% 。與OF處理相比，OM1、OM2的玉米施肥成本分別降低 31.77% 53.97% ，施肥收益分別增加 17.69% 、 31.00% ，其中，OM2處理在保持最低施肥成本的前提下，獲得了最高施肥效益和產投比。這表明，采用沼液部分替代化肥（特別是OM2），能有效降低肥料投入成本，大幅提升經濟效益，是實現玉米種植減肥增效、高產高效的有效途徑。

表4不同處理的經濟效益比較

注：肥料價格為 N6.52 元/kg、 P₂O₅ 5.42元/kg、 K₂O7 元/kg，沼液價格為0元/kg，玉米價格為2.6元/kg。

2.4不同施肥處理下玉米養分含量

由表5可知，與CF相比，優化施肥及沼液替代處理均能提高玉米可食部分全磷含量，增幅為 9.17%～ 13.61% 。在等氮量條件下，與OF處理相比，OM1、OM2的玉米可食部分全氮含量分別提高 2.10% 和5.47% ，全磷含量分別提高 1.63% 和 4.07% ，但差異均未達到統計學顯著水平。沼液替代 40% 化肥處理的玉米可食部分全鉀含量顯著低于CK和CF處理。

2.5不同施肥處理下玉米籽粒品質由表6可知，各處理玉米籽粒的粗蛋白和粗脂肪含量均無顯著影響。在施肥處理中，與CF處理相比，OF、OM1和OM2處理的玉米可食部分粗蛋白含量分別提高 3.44% 、 3.23% 和 3.01% ，粗脂肪含量分別提高 1.44% 、 0.82% 和 3.52% ，但均未達到統計學顯著水平。較常規施肥，優化施肥或沼液部分替代化肥能提高玉米可食部分品質。

表5不同處理玉米可食部分的養分含量 （%）

表3不同處理的玉米株高和產量構成因素

表6不同處理玉米可食部分的品質 （%）

2.6 不同施肥處理下玉米地土壤理化性質

由表7可知，與CF處理相比，OF、OM1、OM2處理玉米地土壤有機質含量分別提高 6.25% 、 4.17% 、2.08% ，土壤全氮含量分別提高 4.65%，2.33%，1.55% 土壤堿解氮含量分別提高 3.33% 、 4.44% 、 6.67% ，土壤有效磷含量減少 16.49% 、 13.40% 、 9.28% ，土壤速效鉀含量提高 8.11% 、 1.35% 、 9.46% ，土壤容重分別降低 0.72% 、 5.04% 、 3.60% ，土壤全磷含量呈下降趨勢，有效磷含量隨著沼液比例越高呈現先降后升趨勢。與OF處理相比， Γ_OMl 、OM2處理土壤pH值、堿解氮、有效磷含量均有所增加，而容重減少（降幅 4.35% 和 2.90% ）。說明相較于常規施肥，優化施肥及沼液部分替代化肥能有效增加玉米地土壤有機質、堿解氮、速效鉀含量，改善土壤結構。

表7不同處理土壤理化性質的比較

注：CEC表示土壤陽離子交換量。

3討論

3.1沼液替代化肥施用對玉米產量及品質的 影響

伍鈞等[17]研究發現，與常規施肥處理相比，施用沼液能促進玉米增產，甚至高出化肥處理。連續3a施用沼肥可增加玉米產量[18]。祝延立等[1]研究發現，將 30～45t/hm² 沼渣與 450～600kg/hm² 復合肥配施，玉米增產 6.67%～16.03% 。雍山玉等[20]研究發現，沼肥和化肥配合施用與單施沼肥相比，玉米增產達 20.26% 。本研究中，與OF處理相比，OM1、OM2處理玉米籽粒產量分別增加 1.58% 和 2.94% 產量隨沼液替代比例增加而增加，這與吳宓等[研究結果相似。艾俊國等[研究發現， 2 000g 沼肥與500g 化肥配施處理的春玉米葉片光合效率提高，籽粒產量最高（ 11344.1kg/hm² ）。吳樹彪等[21]研究認為，沼液能提高作物產量及品質，但并不是用量越多產量越高、品質越好，而是存在峰值。本研究結果表明，沼液與化肥配施能有效提高玉米的百粒重，進而提高產量。

謝宜等[22]研究發現，與常規施肥相比，施用沼液更能滿足玉米生長對養分的需求，有助于形成較高產量及提高營養品質，在實現增產的同時實現增收。本研究中，沼液與化肥配施能滿足玉米生長對養分的需求，提高籽粒全氮含量，改善玉米可食部分品質。其原因可能是沼液除含有作物生長的營養外，還存在其他有機酸、微生物、酶等營養物質，可提高作物抗逆性，促進作物生長[23-24]。

3.2沼液替代化肥施用對玉米經濟效益及減 肥效果的影響

本研究中，與OF處理相比，OM1、OM2處理產值分別增加 1.58% 和 2.94% ，施肥成本分別降低31.77% 、 53.97% ，施肥收益分別增加 17.69%，31.00% □在同等施氮量條件下，沼液部分替代化肥極大降低投入成本，增加施肥收益，產生較高的經濟效益。梁世強等[25]發現，在沼液中補足氮肥，施用適宜的沼渣，養分含量達到當地常規施肥量水平時，可實現增產提質。本研究中，相較OF處理，OM1處理 N 、 P₂O₅ 、K₂O 分別減少2.6、0.68、 3.47kg/667m² ，合計減少化肥（純量） 6.75kg/667m² ，減少 30.68% ，OM2處理分別減少5.2、1.37和 5.00kg/667m² ，合計減少化肥（純量） 11.57kg/667m² ，減少 52.59% 。可見，配施沼液顯著降低玉米化肥施用量。

3.3沼液替代化肥施用對玉米地土壤理化性 質的影響

有機肥替代量應取決于土壤肥力，肥力較貧瘠的土壤應采用較低的有機替代比例，以滿足作物對養分的即時需求，減少微生物生長繁殖所消耗的養分[26]。研究發現，施用沼液能提高土壤有機質含量，且提高幅度與沼液用量呈正相關[27-28]。本研究中，與CF處理相比，OF、OM1、OM2處理玉米地土壤有機質含量分別提高 6.25% 、 4.17% 、 2.08% 。

區域施肥不合理條件下，適當降低肥料投入可保證作物產量，降低氮盈余量[29]。肥力較高的土壤，可采用較高的有機肥替代比例，以提高土壤微生物活性，活化土壤養分，同步提高作物產量和土壤肥力[30]。施用沼液或采用沼液沼渣和化肥配施，可使土壤中全氮含量提高 10%～65%^[31] 。王科等[32]研究發現，常規化肥施肥和中量沼肥處理能有效提高土壤有效磷和速效鉀含量。本研究中，與CF處理相比，OF、OM1、OM2處理玉米地土壤全氮含量分別提高 4.65% 、 2.33% 、 1.55% ，土壤堿解氮含量分別提高 3.33% ！ 4.44% 1 6.67% ，這與甘福丁等[33]研究結果相符。

由于沼液是一種緩速兼備的有機液體肥，施用后會減緩土壤的硝化作用，沼液和化肥配施能使土壤pH趨向中性，防止土壤酸化[34]。本研究中，與OF處理相比，OM1、OM2處理土壤pH值均有所增加。肖洋等[35]研究發現，配施沼肥能降低土壤容重，但對土壤總孔隙度、飽和含水量和田間持水量作用不明顯。本研究結果表明，與OF處理相比，OM1、OM2處理土壤容重分別降低 4.35% ： 2.90% 。

4小結

本試驗條件下，沼液作為液態糞肥，施用簡便、養分多元、見效較快、成本較低，可部分替代化肥施用，既能打通種養循環堵點，低成本解決畜禽糞污問題，又能增加產量、產值和施肥效益。兩者配合施用玉米產量較純施化肥有所增加，在一定程度上改善了耕層土壤理化性狀，且當替代比例為 40% 時，沼液替代化肥措施對玉米產量、品質和土壤肥力的影響效果較佳，農民生產投入成本明顯減少。

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（責任編輯：肖彥資）