沼液替代化肥对水稻W0868产量及土壤的影响

王康，吴家旺，张家宏，施兵，戴辉

(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)

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[3-5]，同时又能防治病虫害[6-8]，促进作物增产，提高农产品品质[9-11]。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

注：生产成本中无计算沼液及还田中配套设施的损耗折旧成本。

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。