沼液施用條件下水稻秧苗生長(zhǎng)限制因子分析

張麗萍，孫國(guó)峰，王子臣，宗焦，周煒，盛婧

（江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種養(yǎng)結(jié)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210014）

隨著我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的集約化和規(guī)?；l(fā)展，畜禽糞污產(chǎn)生量迅速增加。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計(jì)測(cè)算，全國(guó)每年畜禽糞便產(chǎn)生量約38 億t，綜合利用率只有60%左右。畜禽養(yǎng)殖業(yè)所排放的總氮（TN）占農(nóng)業(yè)源排放量的42%，是農(nóng)業(yè)面源污染的主要來(lái)源之一，因此畜禽糞污的無(wú)害化處理和資源化利用是我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的緊迫任務(wù)和重要內(nèi)容[1-4]。我國(guó)的沼液年產(chǎn)量已超過(guò)16 億t[5-6]，然而受制于種養(yǎng)剝離的現(xiàn)狀，養(yǎng)殖場(chǎng)周邊配套的農(nóng)田面積十分有限，生產(chǎn)過(guò)程中往往為消納沼液而過(guò)量施用，造成水稻生長(zhǎng)受抑制，如分蘗受限、結(jié)實(shí)率低等。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)沼液過(guò)量施用的安全風(fēng)險(xiǎn)研究主要集中在環(huán)境安全評(píng)價(jià)，如水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、土壤重金屬和抗生素累積[7-9]等，對(duì)影響水稻生長(zhǎng)的限制因子的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本文通過(guò)研究不同濃度沼液對(duì)水稻秧苗生長(zhǎng)的影響，旨在明確沼液施用條件下水稻秧苗生長(zhǎng)的主要限制因子和沼液施用濃度閾值，為提升稻田沼液施用條件下水稻秧苗生長(zhǎng)的安全性和沼液的合理、精準(zhǔn)施用提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)用沼液取自位于泰州市的江蘇洋宇生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司養(yǎng)殖豬場(chǎng)，沼液經(jīng)黑膜發(fā)酵后進(jìn)入貯存池貯存20 d 后施用。沼液原液TN 含量為630 mg·L-1，TP 含量為63 mg·L-1，TK 含量為316 mg·L-1，其中N-N 含量占TN 的84%以上。試驗(yàn)用土壤取自江蘇常州新北水稻土，土質(zhì)為砂質(zhì)壤土，土壤pH 為6.45，有機(jī)質(zhì)含量為29.1 g·kg-1，全氮含量為1.16 g·kg-1，速效磷含量為13.1 mg·kg-1，速效鉀含量為122.9 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 沼液濃度梯度試驗(yàn)

盆缽試驗(yàn)于2020年7月下旬在網(wǎng)室大棚內(nèi)進(jìn)行。盆缽直徑30 cm，高30 cm，每個(gè)盆缽裝土厚度20 cm，裝土量為10 kg。依據(jù)水稻需N量，試驗(yàn)盆缽設(shè)置7個(gè)處理：CK、常規(guī)施化肥（F）、BS1、BS2、BS3、BS4 和BS5，具體施肥量如表1所示。水稻品種為南粳46，種子經(jīng)消毒后育秧，取秧齡20 d、長(zhǎng)勢(shì)相近的壯苗移栽至盆缽，每盆3 穴，每穴3 株。每個(gè)盆缽灌溉量為7.7 L，灌溉水層高度為5 cm。

NH+4-N 和電導(dǎo)率兩個(gè)單因素試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行。NH+4-N 溶液用氨水溶液配制，設(shè)置82、164、246、410、574 mg·L-15 個(gè)濃度處理；EC 溶液用分析純KCl配制，設(shè)置2、3、4、5、6 mS·cm-15個(gè)梯度處理，不施肥和常規(guī)施化肥處理為對(duì)照。水稻種子經(jīng)消毒后育秧，同樣取秧齡20 d、長(zhǎng)勢(shì)相近的壯苗移栽至小盆缽。小盆缽直徑11 cm，高13.5 cm，每個(gè)盆缽裝土600 g，水層高度5 cm。人工氣候箱培養(yǎng)參數(shù)為：光照12 h/28 ℃，黑暗12 h/22 ℃，光照強(qiáng)度350μmol·m-2·s-1。

1.3 取樣與測(cè)定

水稻移栽后，分別在灌溉后的0、1、3、5、7 d 和10 d 收集田面水和土壤溶液，測(cè)定氮素含量和EC 值。第10 d 采收秧苗，測(cè)定鮮質(zhì)量、株高和根系黃化率等指標(biāo)，每個(gè)處理4 個(gè)重復(fù)。水稻秧苗收獲后用濾紙拭干水分，稱量鮮質(zhì)量并測(cè)量株高；將水稻主根系大于1/2 變?yōu)辄S色的定義為黃色根系，記錄每株水稻幼苗的黃色主根數(shù)，再調(diào)查每株幼苗總主根數(shù)，計(jì)算黃色根系的比例[10]。TN 和NH+4-N 采用連續(xù)流動(dòng)分析儀（SAN++System，SKALAR，Netherlands）測(cè)定。EC 值使用精密電導(dǎo)率儀（DDS-307A，上海雷磁）測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016 和SPSS 17.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)分析和相關(guān)性分析，多重比較采用Duncan 法，相關(guān)性分析采用Pearson法。采用Excel 2016做圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秧苗生長(zhǎng)指標(biāo)

秧苗鮮質(zhì)量、株高均呈現(xiàn)隨著沼液濃度增加而降低的趨勢(shì)（圖1）。具體來(lái)看，等N 量沼液替代化肥施用（BS1）對(duì)秧苗生長(zhǎng)最有利，生物量較化肥（F）處理增加35.8%，BS2 處理次之，生物量增加15.2%。BS3、BS4 和BS5 處理的秧苗生物量較F 處理分別降低了9.64%、6.06%和35.5%，其中，BS5 與F 處理間生物量差異顯著。沼液濃度對(duì)秧苗株高影響程度低于生物量，BS1 處理的株高顯著高于其他處理，較F 處理提高了8.93%。而B(niǎo)S3、BS4 和BS5 處理秧苗株高較F 處理均有不同程度降低，降幅達(dá)3.21%～15.7%，其中，BS4、BS5與F處理間株高差異顯著。

秧苗根系黃化率與秧苗鮮質(zhì)量、株高的規(guī)律相反，呈現(xiàn)隨著沼液濃度增加而升高的趨勢(shì)。具體來(lái)看，秧苗根系黃化率受沼液濃度影響較大，BS1、BS2處理秧苗根系黃化率與F 處理間無(wú)顯著性差異，其中BS1 處理秧苗根系黃化率略低于F 處理；而B(niǎo)S3、BS4和BS5 處理根系黃化率均顯著高于F 處理，分別提高了28.1%、46.9%和96.9%（P＜0.05）。由此可見(jiàn)，高濃度沼液會(huì)對(duì)水稻秧苗生長(zhǎng)產(chǎn)生明顯的抑制作用。

2.2 田面水和土壤溶液中TN和NH+4-N濃度變化

2.3 田面水和土壤溶液的EC值變化

圖3 表明，與不施肥處理相比，施用沼液后會(huì)增加田面水和土壤溶液EC 值。沼液施用當(dāng)天，田面水的EC值隨著沼液施用量的增加而增加。隨著施用時(shí)間延長(zhǎng)，中高濃度沼液施用后田面水EC 值呈現(xiàn)迅速下降的趨勢(shì)。具體來(lái)看，除BS1外，BS2到BS5處理的田面水EC 值均大幅下降，分別從初始的2.55～5.39 mS·cm-1下降到施用后10 d 的1.83～2.27 mS·cm-1，降幅達(dá)28.2%～57.9%。土壤溶液EC 值隨著施用時(shí)間的延長(zhǎng)則變化較小，低量沼液施用處理土壤溶液EC 值呈現(xiàn)略有增加的趨勢(shì)，而高量沼液施用處理土壤溶液EC值變化表現(xiàn)為緩慢下降趨勢(shì)，BS2到BS5處理沼液施用當(dāng)天的土壤溶液EC 值分別為2.20～5.10 mS·cm-1，施用10 d后EC值為3.03～4.01 mS·cm-1。

2.4 秧苗鮮質(zhì)量與NH+4-N等指標(biāo)相關(guān)性分析

秧苗鮮質(zhì)量與土壤溶液EC 值可用y=-0.514 9x+5.118 2（n=5，R2=0.920 4）方程來(lái)擬合，以常規(guī)施肥秧苗鮮質(zhì)量為參照，擬合結(jié)果表明，水稻秧苗對(duì)土壤溶液EC 值的最大耐受值為3.2 mS·cm-1，與聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織公布的數(shù)據(jù)相近。同時(shí)，土壤溶液EC 值與施用的沼液EC值也呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，可用y=0.330 6x+2.152 4（n=5，R2=0.958 0）方程來(lái)擬合，由此擬合結(jié)果推測(cè)，水稻秧苗對(duì)沼液EC 值的最大安全耐受閾值為3.3 mS·cm-1。

2.5 秧苗生長(zhǎng)主要限制因子分析

3 討論

3.1 影響水稻生長(zhǎng)的限制因子

3.2 沼液安全施用閾值

4 結(jié)論