引用本文
王康, 吴家旺, 张家宏, 施兵, 戴辉. 沼液替代化肥对水稻W0868产量及土壤的影响[J]. 浙江农业科学, 2019,60(7):1101-1105
doi: 10.16178/j.issn.0528-9017.20190710
Permissions
Copyright©2019, 《浙江农业科学》编辑部
《浙江农业科学》编辑部 所有
沼液替代化肥对水稻W0868产量及土壤的影响
王康1, 吴家旺1, 张家宏1, 施兵1, 戴辉2,*
1.江苏苏港和顺生物有限公司,江苏 盐城 224145
2.江苏里下河地区农业科学研究所,江苏 扬州 225007
通讯作者：戴辉,从事生物环境科学研究工作,E-mail:daihui603@126.com。

作者简介:王康(1992—),男,江苏淮安人,硕士,专业方向为农业资源利用,E-mail:419497140@qq.com。

基金项目: 江苏省自主创新资金项目(CX(16)1003-06); 江苏省研发计划(现代农业)(BE2017338)
摘要

沼液作为沼气的副产物,含有丰富氮、磷、钾等营养元素和钙、铜、铁、锌、锰等中微量营养元素,同时还有多种氨基酸、植物激素和维生素等,将其在水稻生产上资源化利用,对于沼气工程发展、降低化肥使用量和提高水稻品质具有重要的现实意义。本试验以水稻新品种W0868为试验对象,以当地常规施肥(化肥)为对照,设置不同的沼液施用量,替代部分化肥,分析了沼液对水稻长势、产量及品质的影响,为优质大米的生产以及沼液的合理利用提供依据。结果表明:每667 m2水稻施用沼液总量为14.03 m3,每次用量控制在2.27~4.94 m3,能够替代28.5 kg尿素,水稻产量提高22.2%,纯收入增加31.2%。但长期施用土壤有产生盐渍化的危险;在保证环境安全和水稻产量的情况下,每667 m2每季稻田最多消纳沼液9.75 m3。

关键词: 沼液; 替代; 化肥; 水稻; 产量; 土壤
中图分类号:S511 文献标志码:A 文章编号:0528-9017(2019)07-1101-05

当前推广沼气化工程处理畜禽粪便取得了显著成效, 但是由此产生的大量沼液处理和利用问题需要解决。据研究, 沼液的养分主要是速效性养分[1], 沼液中不仅含有丰富的氮、磷、钾等大量营养元素和钙、铜、铁、锌、锰等中微量营养元素, 还含有大量有机质、多种氨基酸、植物激素(赤霉素、吲哚乙酸)、对病虫害有抑制作用的物质等[2]。施用沼液能显著地改善土壤pH值、增加有机质以及微生物群落[3, 4, 5], 同时又能防治病虫害[6, 7, 8], 促进作物增产, 提高农产品品质[9, 10, 11]。现在关于沼液处理应用的研究已经有很多, 但是多数研究对象是以猪粪和牛粪为原料发酵后的沼液, 对于鸡粪沼液研究较少。鸡粪沼液中养分含量比其他沼液养分要高, 但是含盐量比其他沼液含盐量要高很多, 直接大面积农田大量使用, 可能会导致土壤含盐量升高, 甚至产生盐害。本研究使用鸡粪沼液为研究对象, 探究沼液替代不同程度化肥对水稻长势、产量和稻米营养品质的影响, 为沼液的科学处理和合理利用提供科学依据。

1 材料与方法
1.1 材料

试验于2018年6月15日至10月19日在大丰港华丰农场七排内进行。供试水稻品种为低谷蛋白粳稻W0868。沼液(江苏苏港和顺生物科技有限公司沼气站由鸡粪发酵完全的沼液)养分指标为总氮3.2 g· kg-1, 总磷0.049 g· kg-1, 总钾4.4 g· kg-1, 钙199 mg· L-1, 镁13.3 mg· L-1, 13种氨基酸247.8 mg· L-1, 有机质210.1 g· kg-1, pH值为8.5, 盐度为10.37 g· L-1。

1.2 处理设计

试验设4个处理, 包括1个当地常规施肥和3个沼液+化肥处理, 每处理试验面积为40.0 m× 58.4 m。沼液施用需要和水混合, 控制田块进水口处盐分在1.8~2.5 g· L-1。机械插秧, 栽插行株距约为30 cm× 11 cm, 每667 m2带蘖基本苗为4.75万。其他栽培管理措施按当地常规进行。

以667 m2为施肥单位, CK为基肥施用12.5 kg磷酸氢二铵, 分蘖期第一次施肥时施用42.5 kg尿素, 孕穗期施用13.5 kg尿素, 全生育期共施用纯氮28.01 kg; CL1为基施12.5 kg磷酸氢二铵, 分蘖期第一次施42.5 kg尿素, 第二次施9.75 m3沼液, 孕穗期施13.5 kg尿素, 全生育期共施纯氮59.21 kg; CL2为基施12.5 kg磷酸氢二铵, 分蘖期第一次施27.5 kg尿素, 第二次施2.35 m3沼液, 第三次施4.49 m3沼液, 孕穗期施13.5 kg尿素, 全生育期共施纯氮43.00 kg; CL3为基施12.5 kg磷酸氢二铵, 分蘖期第一次施27.5 kg尿素, 第二次施4.60 m3沼液, 第三次施4.94 m3沼液, 孕穗期施4.84 m3沼液, 全生育期共施纯氮59.80 kg。

1.3 样品处理与方法

土壤指标为水稻种植前和收获后0~20 cm深水稻田土壤指标。孕穗前每隔15 d用卷尺测量株高, 孕穗前后每隔15 d分别统计分蘖苗数, 每次随机选择3个点, 每点选5株。每处理随机选取3个点, 每点选取9穗, 统计穗粒数。收割晒干后称重, 统计实际产量。

粗蛋白含量。各处理取稻谷1 kg测定蛋白质(粗蛋白质), 采用半微量凯氏定氮法测定蛋白质含量。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2003和SPSS 22.0软件进行分析、统计和绘图。

2 结果与分析
2.1 对土壤的影响

由表1所示, 种植水稻后, 施用化肥处理的CK有机质下降1.11 g· kg-1, 而施用沼液处理的有机质上升, 且沼液施用量越多, 上升越明显, 其中CL3的有机质升高6.4%。

表1 各处理的土壤理化性质

种植水稻后, 土壤的铵态氮含量均呈上升趋势。CL1的铵态氮含量最高, 达59.4 mg· kg-1; 其他处理整体表现为沼液用量越大, 土壤铵态氮含量越多。土壤有效磷含量均有所降低, 但施用沼液的有效磷降低较少, 且施用量越多, 降低越少, 但差异不大。相比CK有效磷下降18.5 mg· kg-1, 施用沼液的处理只降了8.5~10.5 mg· kg-1, 降幅只有CK的1/2。CK的速效钾含量降低了26 mg· kg-1, 而施用沼液处理的速效钾均有所增加, 且施用量越多, 增加越多, 其中CL3的速效钾增加了98 mg· kg-1。

土壤中本来水溶性盐含量较大, 种植水稻后上升明显。CK的水溶性盐增加0.046百分点, 达0.198%。相比CK, 施用少量沼液的CL1和CL2的水溶性盐增加量反而减少, 但沼液用量过大的CL3水溶性盐增加量超过CK, 增加0.223%, 这可能会导致盐害。

土壤本来偏碱性, pH值为8.12, 施用化肥CK的pH值升高0.04, 但差异不明显; 施用沼液的处理pH值下降, 且施用量越多, 下降越多, 其中CL3的pH值为7.64, 接近中性。

2.2 对水稻株高的影响

由图1可知, 不同施肥处理对水稻的株高存在一定影响。施用沼液30 d后的处理株高都显著高于CK。施用沼液处理之间, 30 d前CL1的水稻生长最快, 株高最高, 达到49.1 cm, 随后依次为CL3、CL2; 30 d后CL1长势变慢。45 d后水稻生长缓慢, 长势趋于一致。

图1 各处理不同时期的株高变化

2.3 对水稻分蘖数的影响

由图2可见, 不同的施肥处理对水稻的分蘖数存在一定影响。移栽后至(45~60 d), 各处理水稻均快速进行分蘖, 各处理间差异显著。CL1分蘖期巅峰(30 d)较其他处理提早约15 d, 且分蘖数最高, 每穴24.6个; CL2和CL3次之, 每穴分蘖数分别为23.2和23.6个; 常规化肥处理CK 45 d分蘖数最低, 每穴20.3个。从分蘖末期至水稻采收期, (45~120 d), 各处理水稻分蘖数均有一定程度减少。其中, CL1分蘖数减少最多, 每穴降至13.0个, 仅比CK高0.2个; CL3分蘖数减少最少, 有效分蘖最高, 每穴达到15.3个。

图2 不同处理不同时期的分蘖数变化

2.4 对水稻穗粒数的影响

由图3显示, 施用沼液对水稻的穗粒数有一定影响。CK的穗粒数为119.3粒; 施用沼液的CL1和CL2的穗粒数与CK无差异, 分别为120.6和119.2粒; CL3的穗粒数显著高于其他处理, 为124.6粒。

图3 不同处理的穗粒数

2.5 对水稻千粒重的影响

图4显示, 施用沼液对水稻的千粒重有一定影响。常规施肥CK的千粒重为23.51 g, 施用沼液的CL1的千粒重为23.31 g, 降低0.9%, 但无显著差异; CL2和CL3的千粒重分别为24.48 g和24.03 g, 较CK增加了4.1%和2.2%, 增加效果显著。

图4 不同处理的千粒重

2.6 对水稻产量的影响

由图5所示, 施用沼液能够增加水稻的产量。CL3产量最高, 667 m2为754.1 kg, 与单施化肥的对照CK相比, 增产22.2%。CL2产量次之, 667 m2达675.7 kg, 增产9.5%。CL1的产量和CK相近。每667 m2水稻理论产量比实际产量高一些, 在50~80 kg。

图5 不同处理的水稻产量

2.7 对水稻品质的影响

如图6所示, 施用沼液能够显著提高水稻粗蛋白含量。沼液用量越大, 粗蛋白含量越高。常规施肥CK粗蛋白含量只有8.70%, 而施用沼液的处理CL1、CL2、CL3粗蛋白含量分别为10.40%、10.32%、10.45%, 三者间差异不显著。

图6 不同处理的粗蛋白含量

2.8 对效益的影响

表2表明, 总体上施用沼液可以提高效益。在正常施肥基础上, 一次施用大量沼液的CL1也可提高收入; 控制每次沼液的施用量, 替代部分化肥, 可显著减少生产成本, 增加稻谷收入。其中, CL3处理667 m2效益最高, 达2 085.12元, 效益提高31.2%; CL2纯效益次之, 达1 807.32元, 效益提高13.7%。

表2 各处理每667 m2的水稻费用收支及效益
3 讨论

本试验表明, 施用沼液可有效改善土壤环境。土壤的有机质、铵态氮和速效钾含量随着沼液用量的增多, 呈现逐步增加的趋势, 这和李文涛等[12]研究一致。沼液中含有有机质和大量的氮、钾, 可以补充土壤因水稻生长的消耗。其中CL1的铵态氮含量增加显著, 由于尿素和沼液用量都较多, 铵态氮转化率较高[13]。土壤的有效磷虽然都出现不同程度降低, 但明显比化肥处理下降幅度小。主要是沼液中含有的磷较少, 满足不了水稻生长对磷的全部需要, 还要从土壤中吸收有效磷, 导致土壤中磷的缺失, 这和黄继川等[14, 15]研究一致。土壤施用尿素会导致pH值上升, 而施用沼液会导致pH值下降, 并且沼液用量增多, pH值越接近中性, 更适合植物的生长及微生物的活动。尿素是长效肥料, 会有氨残留。施用沼液增加了有机质含量, 使得土壤的缓冲能力变强; 同时有利于微生物繁殖, 产生酶和有机酸[16], 促进硝化反应。土壤中的盐分较高, 都出现了增长现象。少量的施用沼液, 土壤的水溶性盐增长速度比化肥要低; 但大量施用沼液, 水溶性盐会急速升高。沼液中含有的盐大多是植物需要的营养, 且较为平衡, 能增加水稻对养分的利用率, 使得盐分增加较少。但超出了水稻吸收量, 剩余盐分会直接留在土壤中, 导致水溶性盐含量增高。

本研究表明, 每次适量的沼液作为有机肥施用于水稻生产, 替代化肥尿素, 可以促进水稻的生长。相比常规施肥, 沼液处理前期生长较快, 最高分蘖数和收获时株高都显著增加。沼液中含有赤霉素和植物生长素, 可以促进水稻细胞的分裂和伸长, 并且在适宜浓度内, 含量越高效果越明显; 同时沼液中含有的养分主要为速效养分, 可以被水稻直接吸收, 比化肥见效快, 养分供给越多, 水稻生长越快。有效分蘖数和最高分蘖数在一定条件下呈正相关, 沼液和尿素分次使用, 提供了持续养分供应, 并且养分越充分, 无效分蘖越少。本试验的结果与之结果一致。但是CL1结果与之不符。这是因为在最高分蘖数之后, 没有补充分蘖肥, 造成后期养分不足; 并且分蘖数太多, 造成水稻群体太大, 通风不畅, 叶片光合作用弱, 农田小气候恶化, 无效分蘖增多。

施用沼液有利于水稻的生殖生长和产量增加。本研究中沼液处理的穗粒数和千粒重比常规施肥有所增加。这是由于沼液中含有Si和N、P、K元素, 促进了颖花的分化, 减少颖花的退化; 沼液中含有赤霉素, 促进水稻穗下节的抽长, 减少了包颈情况, 促使水稻正常授粉, 但是赤霉素含量低, 促进效果不明显; 沼液中含有的Mg、Fe、B等中微量元素, 提高了叶片中叶绿素的含量[17, 18], 促进了光合作用, 增加了干物质积累量, 使水稻籽粒饱满, 秕谷率低; 另外补充了硼、钾元素, 可以促进水稻的稻谷增大。施用沼液提高了水稻的有效穗、千粒重、穗粒数等, 从而提高了水稻的产量。何顺民等[19]研究显示, 施用沼液的水稻分蘖数和株高均高于普通化肥处理, 稻谷产量比化肥处理增加9.7%。戴德球等[20]研究发现, 在施用同等量氮素的化肥与沼液相比, 沼液的增产幅度达到了20.4%。姜丽娜等[21]研究表明, 稻田使用沼液氮含量在替代化肥的2~4倍是安全环保的, 且可提高产量。本试验的沼液中氮含量是替代掉尿素的3.4倍, 与其结果一致。

施用沼液可以影响水稻稻谷的品质。本试验中施用沼液的稻谷粗蛋白含量比化肥处理的稻谷高10%。这是由于沼液中含有的P、K元素, 促进水稻蛋白质的转化。

本次试验表明, 施用鸡粪发酵的沼液能够提高稻谷产量。只考虑水稻产量前提下, 每667 m2消纳沼液总量在14 m3, 替代尿素28.5 kg时, 水稻产量最高, 每667 m2水稻收益好, 投资回报率高, 但是长期施用可能出现盐害; 在保证农田环境安全和水稻产量的情况下, 最高每667 m2可以消纳沼液总量在9.75 m3, 具体能够替代化肥量还有待进一步研究。

参考文献:
[1] 周孟津. 沼气实用技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004. [本文引用:1]
[2] 张无敌, 周长平, 刘士清. 厌氧消化残留物对改良土壤的作用[J]. 生态农业研究, 1996, 4(3): 35-37. [本文引用:1]
[3] 张无敌. 沼气发酵残留物利用基础[M]. 昆明: 云南科技出版社, 2002. [本文引用:1]
[4] 李小宇. 连续三年定位施用沼液对水稻生产及土壤环境质量的影响研究[D]. 雅安: 四川农业大学, 2013. [本文引用:1]
[5] 唐微. 沼液农用对水稻品质及土壤环境质量的影响研究[D]. 雅安: 四川农业大学, 2010. [本文引用:1]
[6] 张无敌, 宋洪川, 丁琪, 等. 沼气发酵残留物防治农作物病虫害的效果分析[J]. 农业现代化研究, 2001, 22(3): 167-170. [本文引用:1]
[7] 卢多威. 沼液农用对大白菜产量、品质及病虫害防治的影响[D]. 雅安: 四川农业大学, 2016. [本文引用:1]
[8] 马艳, 李海, 常志州, 等. 沼液对植物病害的防治效果及机理研究Ⅰ: 对植物病原真菌的抑制效果及抑菌机理初探[J]. 农业环境科学学报, 2011, 30(2): 366-374. [本文引用:1]
[9] 钱靖华, 林聪, 王金花, 等. 沼液对苹果品质及土壤肥效的影响[J]. 可再生能源, 2005(4): 27-29. [本文引用:1]
[10] 王桂良, 寇祥明, 张家宏, 等. 沼液替代化肥氮对水稻生长发育及稻米品质的影响[J]. 生态学杂志, 2018, 37(9): 2672-2679. [本文引用:1]
[11] 李艳. 粮-油-粮种植模式下沼液连续施用对土壤质量和稻米品质的影响[D]. 雅安: 四川农业大学, 2012. [本文引用:1]
[12] 李文涛, 冯康, 吕洋. 沼液施肥对土壤肥力特性的影响[J]. 安徽农业科学, 2018, 46(20): 108-109. [本文引用:1]
[13] 王桂良, 寇祥明, 张家宏, 等. 沼液替代化肥氮对水稻生长发育及稻米品质的影响[J]. 生态学杂志, 2018, 37(9): 2672-2679. [本文引用:1]
[14] 黄继川, 徐培智, 彭智平, 等. 基于稻田上壤肥力及生物学活性的沼液适宜用量研究[J]. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(2): 362-371. [本文引用:1]
[15] 蔡茂, 余雪标, 周卫卫, 等. 沼液排放对土壤质量的影响[J]. 热带生物学报, 2014, 5(1): 52-56. [本文引用:1]
[16] 陈青春, 李明, 朱秋明, 等. 不同比例有机肥与无机肥配施对水稻生长及产量的影响[J]. 中国稻米, 2018, 24(5): 105-109. [本文引用:1]
[17] 戴德球, 范伟胤, 李冀武, 等. 水稻施用沼液生产试验报告[J]. 中国沼气, 2000, 18(2): 34. [本文引用:1]
[18] 何顺民, 叶北朝, 蒋尚云. 沼肥水稻大田生产应用试验[J]. 中国沼气, 2005, 23(3): 50-51. [本文引用:1]
[19] 潘瑞炽. 植物生理学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004. [本文引用:1]
[20] 程建平, 曹凑贵, 蔡明历, 等. 不同土壤水势与氮素营养对杂交水稻生理特性和产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2008, 14(2): 199-206. [本文引用:1]
[21] 姜丽娜, 王强, 陈丁江, 等. 沼液稻田消解对水稻生产、土壤与环境安全影响研究[J]. 农业环境科学学报, 2011, 30(7): 1328-1336. [本文引用:1]