沼液與有機(jī)肥配施對(duì)稻田磷、鉀素徑流損失的影響

周 煒，王子臣，宗 焦，王國(guó)棟，盛 婧

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種養(yǎng)結(jié)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院循環(huán)農(nóng)業(yè)研究中心，江蘇 南京 210014）

近年來隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，畜禽養(yǎng)殖業(yè)沼氣工程發(fā)展迅猛［1-2］，其主要的廢棄物處理產(chǎn)物——沼液和有機(jī)肥，其規(guī)模龐大且處理困難，對(duì)生態(tài)健康、環(huán)境保護(hù)等方面有極大的壓力［3-4］。同時(shí)，沼液和有機(jī)肥的施用在我國(guó)農(nóng)業(yè)史上有重要地位，其富含作物生長(zhǎng)必需的多種養(yǎng)分及活性物質(zhì)，沼液還能補(bǔ)充灌溉水［5-6］。因此，利用稻田消納沼液和有機(jī)肥，既有效地利用了廢棄物，又解決了環(huán)保問題，同時(shí)也完成了作物的施肥，是我國(guó)養(yǎng)殖廢棄物處理的重要途徑，豬糞有機(jī)肥和沼液配合農(nóng)田施用成為重要的利用方向。目前國(guó)內(nèi)相關(guān)研究主要集中在沼液、有機(jī)肥單獨(dú)施用或分別和化肥配施對(duì)作物品質(zhì)、農(nóng)田環(huán)境的影響，如有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)川麥冬產(chǎn)量、品質(zhì)的影響［7］，化肥有機(jī)肥配施對(duì)氨揮發(fā)及玉米產(chǎn)量的影響［8］，配施對(duì)稻田氮磷及微生物群落的影響［9］，還有許多科研人員也作了相關(guān)類似研究［10-11］，而對(duì)等氮量替代條件下沼液與有機(jī)肥配合施用時(shí)農(nóng)田的養(yǎng)分元素流失及其對(duì)環(huán)境影響的相關(guān)研究不多。氮、磷、鉀皆是作物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，磷更是導(dǎo)致水體環(huán)境富營(yíng)養(yǎng)化的重要因子，且據(jù)研究，以農(nóng)田排放為主的農(nóng)業(yè)面源污染已成為水體中磷的主要來源［12］。因此本研究以太湖水稻土為目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，研究4種不同配比的沼液與豬糞有機(jī)肥處理?xiàng)l件下氮、磷、鉀的田面水濃度及徑流損失量，其中氮素?fù)p失已撰文歸納［13］，本文僅綜合分析沼液與豬糞有機(jī)肥配施處理對(duì)磷、鉀損失以及產(chǎn)量的影響，以期能為有機(jī)肥農(nóng)田合理消納利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況

試驗(yàn)于2017年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi)露天試驗(yàn)田進(jìn)行，位于江蘇省南京市玄武區(qū)孝陵衛(wèi)街道。該區(qū)屬北亞熱帶濕潤(rùn)氣候，常年平均降水117 d，平均降水量1 106.5 mm，相對(duì)濕度76%，無霜期237 d，年平均氣溫15.4 ℃。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用土壤類型為太湖水稻土，取回后放置風(fēng)干，去石塊后碾磨過篩。試驗(yàn)前土壤基本理化性質(zhì)：pH 6.38，有機(jī)質(zhì)18.30 g/kg，總氮含量1.03 g/kg，全磷含量1.04 g/kg，速效鉀含量0.203 g/kg。盆栽試驗(yàn)所用容器為定制有機(jī)玻璃圓桶，高60 cm，直徑30 cm，底部封閉，頂端開口接受降雨。桶上部開一徑流孔，其下方至土層表面留有6 cm左右的空間用于淹水和降雨存留。桶外側(cè)包覆隔熱層，并裹以鋁箔防曬。將過篩好的土壤分兩層放入桶中按容重壓實(shí)：下層高30 cm，容重1.45 g/cm3；上層高18 cm，容重1.25 g/cm3。

試驗(yàn)用沼液來自于江蘇泰興洋宇公司養(yǎng)豬場(chǎng)沼氣工程，常年運(yùn)行，其養(yǎng)分含量為總氮1.66 g/L，總磷0.128 g/L，鉀1.013 g/L；試驗(yàn)用豬糞有機(jī)肥來自于江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合基地有機(jī)肥廠，其養(yǎng)分含量為全氮1.18%，全磷1.89%，速效鉀1.04%。供試水稻品種為南粳9108，屬遲熟中粳品種，于6月27日移栽于圓桶中，10月30日收獲，全生育期合計(jì)156 d。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，分別為：CK（空白對(duì)照），CF（常規(guī)化肥對(duì)照），N1（100%沼液氮替代），N2（75%沼液+25%豬糞有機(jī)肥氮替代），N3（50%沼液+50%豬糞有機(jī)肥氮替代），N4（100%豬糞有機(jī)肥氮替代），每個(gè)處理3次重復(fù)。以N 300 kg/hm2為基準(zhǔn)等氮量替代，各處理基肥∶蘗肥∶穗肥施用比例為5∶1∶4，N∶P2O5∶K2O施用比例為2∶1∶1，不足部分磷、鉀肥用化肥補(bǔ)足，磷、鉀肥全部基施。沼液、有機(jī)肥配施處理中豬糞有機(jī)肥作基肥，單施有機(jī)肥處理中豬糞有機(jī)肥作基肥與追肥，豬糞有機(jī)肥施用方式為表施。各處理肥料施用方法見表1，其中沼液為液體，施用時(shí)間控制在施肥當(dāng)天給水稻盆缽補(bǔ)充灌溉水之前，施入沼液后即開始給各盆缽澆水至田面水層高度一致。在每次施肥后采集田面水樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，測(cè)定磷、鉀含量。降雨時(shí)收集徑流，測(cè)量徑流產(chǎn)生量，并測(cè)定其磷、鉀含量。水稻成熟時(shí)測(cè)定各處理產(chǎn)量。

表1 各試驗(yàn)處理肥料運(yùn)籌 （kg/hm2）

1.4 測(cè)定方法

田面水及徑流磷含量采用流動(dòng)分析儀測(cè)定，鉀含量采用火焰光度計(jì)測(cè)定；田面水每次施肥后1 d取樣，然后每隔2 d左右取樣1次，持續(xù)8～10 d；盆栽所用有機(jī)玻璃圓桶上部有一開口，位于土層上方約6 cm處，用塑料管下接儲(chǔ)液容器，每次降雨產(chǎn)生徑流，即自開口流出至儲(chǔ)液容器中，及時(shí)采集并處理。水稻收獲后人工統(tǒng)計(jì)各處理總穗數(shù)、每穗粒數(shù)及千粒重等數(shù)據(jù)計(jì)算產(chǎn) 量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2016處理數(shù)據(jù)，采用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用LSD法比較各處理之間的差異（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻產(chǎn)量

表2為各處理的水稻產(chǎn)量數(shù)據(jù)，配施處理整體表現(xiàn)為產(chǎn)量與施用沼液比例呈正相關(guān)。其中CF處理產(chǎn)量為12 752.7 kg/hm2，配施處理的產(chǎn)量分別為N1處理12 934.65 kg/hm2，N2處理11 691.6 kg/hm2，N3處理11 205.9 kg/hm2，N4處理10 876.95 kg/hm2，但方差分析顯示這4個(gè)處理與CF處理間無顯著性差異。

表2 水稻產(chǎn)量 （kg/hm2）

2.2 田面水磷濃度

從整體來看（圖1），等氮量替代情況下各施肥處理田面水磷濃度基本呈隨時(shí)間推移而逐漸下降趨勢(shì)，基肥期N3和N4處理磷濃度先上升，在施肥后第3 d到達(dá)最高值后再下降。基肥期中，N1與CF都為速效肥，磷濃度相近，變化趨勢(shì)類似，其下降幅度先大后小，其濃度自高而低；而N2雖施磷量與N1相等，肥源由50%等磷量豬糞替代沼液，但兩者磷濃度差異明顯，施肥后第1 d N1磷濃度比N2高了P 26.13 mg/L；N3與N4處理其肥源與用量相同，表現(xiàn)相近，都于施肥后第3 d才出現(xiàn)峰值，且濃度整體下降速度緩慢，與CF、N1等處理在趨勢(shì)上的差別，可能是肥料緩釋效果導(dǎo)致，而同時(shí)雖然其施用較高量磷肥（P2O5240.15 kg/hm2），但峰值仍低于CF（P2O5150 kg/hm2）。蘗肥期各處理均隨時(shí)間推移呈磷濃度降低表現(xiàn)，施用豬糞有機(jī)肥的N3、N4處理其峰值出現(xiàn)于施肥后第1 d，此階段CF未施以磷肥，而各配施肥處理仍有施用，故CF濃度最低；而N1、N2、N3在施磷量上相同，且施用磷肥都為沼液，趨勢(shì)相同，但濃度有所差異，N4處理磷肥施用較多，濃度在本階段最高。穗肥期中除N4處理外其它處理磷濃度在施肥后第3 d即與CK無顯著差異，而N4下降趨勢(shì)雖快但緣于總施磷量高，在穗肥末期磷濃度仍高達(dá)P 14.07 mg/L，穗肥初期其他處理中最高的N3磷濃度僅為P 8.88 mg/L，且相較基肥期，兩者初始濃度有一定差距，但與施磷量未呈明顯關(guān)系。

圖1 田面水磷濃度變化趨勢(shì)

2.3 稻田徑流磷流失

試驗(yàn)期間因降水共產(chǎn)生3次徑流，分別發(fā)生于7月2日、7月10日和8月12日，其磷徑流量如圖2?？梢?，各配施處理磷流失總量從高到低依次為N4>N3>N1>N2。與常規(guī)施肥處理相比較，除N2處理外，其他配施處理磷流失量都大于CF，尤以N4處理為最，增加P 38.44 kg/hm2，為CF處理的近6倍，N3、N1處理則分別增加P 5.65與2.05 kg/hm2。分時(shí)期看，N4處理與其他處理不同，其基肥期流失量為P 8.26 kg/hm2，僅占總流失量的18.22%，而以穗肥期流失量為最高，為P 32.95 kg/hm2，占其總流失量的72.67%；其它各處理多以基肥期流失率最高，顯著高于蘗肥期與穗肥期，CF、N1、N2和N3處理的基肥期流失量分別為P 6.01、7.02、2.96和9.39 kg/hm2，分別占其本身總流失量的87.09%、78.44%、68.95%和74.87%。

圖2 試驗(yàn)期各處理磷徑流量

2.4 田面水鉀濃度

圖3 是田面水的鉀濃度變化趨勢(shì)，總體看基本所有配施處理趨勢(shì)相近，而穗肥期濃度峰值高出基肥期50%以上（K 102.88>68.43 mg/L），這與鉀肥施用量比例不同?；势谂c蘗肥期鉀下降曲線較平緩，而穗肥期施肥后前3 d下降較快，降幅 K 50～80 mg/L，明顯高于前兩個(gè)時(shí)期。CF處理因其鉀肥全部基施，全施肥期始終呈降低趨勢(shì)，在基肥期高于其他處理，而蘗肥期低于各配施處理并持續(xù)至施肥期結(jié)束；配施處理中N1處理于基肥初期濃度略高于其他處理，為K 61.77 mg/L，N3、N4處理于穗肥初期略高，N3更高于N4（K 102.88>90.40 mg/L）。綜上所述，鉀在稻田環(huán)境中的降幅按時(shí)期來講為穗肥期>蘗肥期>基肥期。

圖3 田面水鉀濃度變化

2.5 稻田徑流鉀流失

鉀徑流流失（圖4）趨勢(shì)與磷有一定差異，因?yàn)榉柿媳旧碓颍浽谂涫┨幚碇惺┯昧扛哂谟?jì)劃配比量，而磷僅在N3與N4處理中多于配比施用，故配施處理所有時(shí)期都有較大的徑流鉀流失，與之相比，基施所有鉀肥的CF處理流失量按基肥、蘗肥、穗肥時(shí)期流失量依次降低。按處理來看，N1、N2與N3處理其蘗肥與穗肥期施鉀量相同，而基肥期施鉀量N3>N2>N1，其基肥期實(shí)際鉀徑流流失量為N1>N3>N2，全施肥期流失量大小趨勢(shì)與基肥期相同，具體數(shù)值為K 45.31>44.78>31.86 kg /hm2；而N4處理基肥期施鉀量與N3處理相同，蘗肥與穗肥期皆高于N3處理，但其基肥與穗肥期鉀流失量少，全試驗(yàn)期總流失量（K 40.95 kg/hm2）也低于N3。

圖4 試驗(yàn)期各處理鉀徑流量

2.6 徑流磷鉀肥流失率

從表3可以看出，4個(gè)配施處理綜合審視肥料損失，則以N4處理為最高［磷流失量P 44.99 kg /hm2（流失率9.37%），鉀流失量K 39.12 kg/hm2（流失率14.80%）］，N2處理相對(duì)最低［磷流失量P 3.94 kg/hm2（流失率2.63%），鉀流失量K 35.03 kg/hm2（流失率17.22%）］。磷、鉀徑流流失量、流失率跟產(chǎn)量間沒有明顯規(guī)律，此與試驗(yàn)設(shè)計(jì)中肥料施用量多有關(guān)，N1和N2處理磷投入量相同，但流失量N1高于N2，產(chǎn)量卻N1高于N2，常規(guī)施肥量屬過量施肥。

表3 肥料磷、鉀徑流損失

3 討論

3.1 磷鉀流失關(guān)鍵時(shí)期

已有相關(guān)研究認(rèn)為，磷屬于水體污染關(guān)鍵因 子［14］，而地表徑流是土壤中磷流失的主要途徑［15］。本文對(duì)沼液、豬糞有機(jī)肥配施處理各時(shí)期磷鉀肥徑流流失進(jìn)行了比較，結(jié)果認(rèn)為：在本試驗(yàn)條件下，磷肥流失的關(guān)鍵時(shí)期是穗肥期，其次是基肥期。即在穗肥期等氮量施用豬糞有機(jī)肥替代，將造成該施肥期極高的磷流失風(fēng)險(xiǎn)，而基肥期施用大量配施肥料也會(huì)造成普遍的風(fēng)險(xiǎn)；鉀肥流失的關(guān)鍵時(shí)期綜合歸納應(yīng)為基肥期全期，及蘗肥、穗肥期施肥后3 d左右，宜避免該時(shí)間段內(nèi)有徑流產(chǎn)生。

3.2 磷鉀流失量

數(shù)據(jù)顯示，100%豬糞有機(jī)肥處理磷流失量比常規(guī)化肥處理高586.87%，占肥料使用量的9.37%。此與陳秋會(huì)等［16］的相關(guān)研究結(jié)果表現(xiàn)趨同，但其認(rèn)為常規(guī)種植農(nóng)田總磷流失系數(shù)應(yīng)高于有機(jī)種植，此與本研究不同?？赡苁强偸┝琢坎町愝^大及肥料運(yùn)籌不同所致，且其僅對(duì)全量有機(jī)肥替代常規(guī)化肥進(jìn)行比較，對(duì)沼液、有機(jī)肥配施等氮量替代研究未有涉及；N1處理磷流失量和N3處理分別為比常規(guī)化肥處理高31.33%和86.19%，占肥料使用量的5.73%和4.85%，而N2處理流失量低于常規(guī)化肥處理，說明適當(dāng)比例的速效與緩釋肥配施可減少徑流磷流失，陳永高等［17］也有類似結(jié)論，究其原因，可溶性磷是磷流失的主要形態(tài)，占總磷徑流流失總量的72.73%～97.22%，而豬糞有機(jī)肥提供的磷以緩釋居多。同時(shí)據(jù)Ohno等［18］研究認(rèn)為，水溶性有機(jī)物質(zhì)顯著降低了土壤對(duì)磷的吸附作用，提高了土壤中磷的移動(dòng)性及徑流液中磷的濃度水平，此結(jié)論對(duì)提高配施肥中豬糞有機(jī)肥占比而磷流失量不降反升有解釋作用，最適配比有待今后進(jìn)一步研究；各配施處理鉀流失量較常規(guī)化肥處理高41.35%～75.45%，占肥料使用量的14.80%～23.76%，比劉紅江等［19］所作研究結(jié)果數(shù)據(jù)高，結(jié)合其試驗(yàn)分析，可能是盆栽試驗(yàn)與大田實(shí)際生產(chǎn)有一定差異，并且兩者鉀肥施用方式與施用量有較大區(qū)別所致；同李盟軍等［20］在蔬菜地相關(guān)的研究相比，又表現(xiàn)出水、旱地作物需肥量差異大的區(qū)別。

3.3 磷鉀流失調(diào)控

結(jié)合磷鉀流失數(shù)據(jù)與前述田面水變化趨勢(shì)，初步認(rèn)為本研究背景下100%豬糞有機(jī)肥處理磷損失總量在各處理中最高，其控磷關(guān)鍵期應(yīng)以穗肥期為主，基肥期為輔。其他各施肥處理的控磷流失關(guān)鍵時(shí)期為基肥期，控磷時(shí)長(zhǎng)7～10 d左右，按所施肥料主要肥源類型而定。整體來講，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整肥料運(yùn)籌，前磷后施，穗肥期施速效肥等措施對(duì)控磷效果較好。配施處理控鉀關(guān)鍵期為基肥期，輔以施蘗肥與穗肥后的1～3 d，由于有機(jī)肥鉀含量富足，調(diào)控措施應(yīng)以防為主。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，磷肥流失的關(guān)鍵期是穗肥期，其次是基肥期；而鉀肥流失關(guān)鍵期為基肥期全期，及蘗肥、穗肥期施肥后3 d左右。

在等施氮量條件下，各施肥處理徑流磷損失量大小依次為100%豬糞有機(jī)肥>50%沼液＋50%豬糞有機(jī)肥>100%沼液>常規(guī)化肥>75%沼液+25%豬糞有機(jī)肥，其中100%豬糞有機(jī)肥P 44.99 kg/hm2最高，75%沼液+25%豬糞有機(jī)肥P 3.94 kg /hm2最低；各施肥處理徑流鉀損失量大小依次為100%沼液>50%沼液＋50%豬糞有機(jī)肥>100%豬糞有機(jī)肥>75%沼液+25%豬糞有機(jī)肥>常規(guī)化肥，最高為100%沼液K 43.48 kg/hm2，最低為常規(guī)化肥 K 24.78 kg/hm2；各施肥處理產(chǎn)量無顯著差異，處于同一水平。綜合比較而言，75%沼液+25%豬糞有機(jī)肥處理在保持一定產(chǎn)量的基礎(chǔ)上又能減少徑流磷、鉀流失的風(fēng)險(xiǎn)，是一種比較適宜的施肥模式。