沼液養(yǎng)分動態(tài)監(jiān)測及其在水稻種植中的肥料應(yīng)用

羅學(xué)明，許育新，程妙坤，葉峰，錢定海，安文浩，陳喜靖，沈佳欒*

(1.杭州正興牧業(yè)有限公司，浙江 杭州 311300；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021；3.杭州市臨安區(qū)板橋鎮(zhèn)人民政府，浙江 杭州 311300；4.杭州市臨安區(qū)畜牧農(nóng)機發(fā)展中心，浙江 杭州 311300)

長期以來，杭州市臨安區(qū)年生豬出欄量在20萬～25萬頭，一直是杭州地區(qū)第二大生豬養(yǎng)殖菜籃子保供基地?！笆濉逼陂g杭州市臨安區(qū)成立了5個沼液綜合利用社會化服務(wù)組織，積極對接轄區(qū)內(nèi)相應(yīng)養(yǎng)殖場與種植基地，配套完善沼液運輸車、貯液池、輸送管道等，基本完善沼液生態(tài)消納相關(guān)配套設(shè)施設(shè)備。2015—2018年共計消納沼液35.88萬t，為構(gòu)建種養(yǎng)結(jié)合、農(nóng)牧循環(huán)的可持續(xù)發(fā)展模式打下堅實基礎(chǔ)。

總結(jié)近幾年臨安區(qū)畜牧沼液消納利用過程中存在的問題，主要表現(xiàn)在消納方式相對比較粗放，未能做到根據(jù)不同作物生長周期定時定量精確施肥，缺乏相應(yīng)的監(jiān)測機制和評價體系。因此，本試驗開展沼液養(yǎng)分動態(tài)監(jiān)測及其在水稻種植中的應(yīng)用，一是準(zhǔn)確測定沼液中化學(xué)需氧量(COD)、氨氮濃度及氮、磷、鉀含量；二是根據(jù)水稻不同生長時期的營養(yǎng)需求，科學(xué)施用沼液替代化肥，測定水稻產(chǎn)量進(jìn)而評價施肥效果；三是監(jiān)測沼液施肥前后土壤中銅、鋅、鉛、鉻、鎘及砷、汞等重要重金屬指標(biāo)變化，進(jìn)而建立相應(yīng)評價體系，為科學(xué)有效地開展生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)提供理論依據(jù)和重要參考。

1 養(yǎng)殖沼液動態(tài)監(jiān)測

1.1 養(yǎng)殖沼液來源、運輸、處理及貯存

本試驗所用養(yǎng)殖沼液均來自杭州正興牧業(yè)有限公司沼氣生態(tài)工程處理后的沼液，試驗過程中，根據(jù)不同作物實際需求，將厭氧發(fā)酵后的沼液直接或氣浮除雜后用專用運輸車運送到水稻或蔬菜基地相應(yīng)的貯存罐(池)備用。

1.2 檢測方法

本試驗主要測定沼液的COD、氨氮濃度及氮、磷、鉀含量，檢測標(biāo)準(zhǔn)如下：HJ 828—2017《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 重鉻酸鹽法》；GB 7479—1987《水質(zhì) 銨的測定 納氏試劑比色法》；GB 11894—1989《水質(zhì) 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》；GB 11893—1989《水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》；GB 11904—1989《水質(zhì) 鉀和鈉的測定 火焰原子吸收分光光度法》。

1.3 監(jiān)測結(jié)果

2019—2020年，分別對一年四季不同時期養(yǎng)殖場沼液進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，結(jié)果顯示，沼液中氮、磷、鉀平均含量分別為1 238.93、86.33、622.08 mg·L-1，具體指標(biāo)詳見表1。

表1 2019—2020年養(yǎng)殖場沼液動態(tài)監(jiān)測的情況

2 沼液-水稻試驗

2.1 基本情況

試驗時間為2020年1—12月，試驗地點為臨安區(qū)板橋鎮(zhèn)洪軍農(nóng)機專業(yè)合作社秋口村承包地，稻麥輪作，種植水稻品種為春優(yōu)927。

2.2 試驗內(nèi)容

2.2.1 取樣分析

取正興牧業(yè)養(yǎng)殖場沼液，檢測養(yǎng)分等含量(表2)。在試驗田的南北兩邊分別取土樣檢測土壤養(yǎng)分等指標(biāo)(表3)。

表2 養(yǎng)殖場沼液的養(yǎng)分含量

表3 試驗田塊的土壤養(yǎng)分含量

2.2.2 處理設(shè)計

設(shè)1個對照組，3個試驗組，小區(qū)面積1 000 m2，重復(fù)3次。

對照CK：習(xí)慣施肥，緩苗后施20 kg尿素，除草后施30 kg復(fù)合肥(平衡型N-P2O5-K2O 15-15-15)，后期施10 kg尿素?？偸┓柿康?8.3 kg，磷1.96 kg，鉀3.73 kg。

試驗組1：小麥?zhǔn)崭詈笫? t濃沼液，翻耕，緩苗后不施肥，除草后施15 kg復(fù)合肥(平衡型N-P2O5-K2O 15-15-15)，后期不施肥?？偸┓柿康?8.25 kg，磷3.05 kg，鉀18.24 kg(其中化肥氮2.25 kg，磷0.65 kg，鉀2.24 kg)。

試驗組2：小麥?zhǔn)崭詈笫? t濃沼液，翻耕，緩苗后不施肥，除草后施7.5 kg復(fù)合肥(平衡型N-P2O5-K2O 15-15-15)和2 t稀沼液，后期不施肥?？偸┓柿康?8.325 kg，磷2.79 kg，鉀18.12 kg(其中化肥氮1.125 kg，磷0.33 kg，鉀1.12 kg)。

試驗組3：小麥?zhǔn)崭詈笫? t濃沼液，翻耕，緩苗后不施肥，除草后施4 t稀沼液，后期不施肥?？偸┓柿康?8.4 kg，磷2.52 kg，鉀18 kg(不施用化肥)。

施肥量都以667 m2計算，考慮到沼液的揮發(fā)和土壤吸附等因素，濃沼液總氮以2.0 kg·t-1計算，總磷以0.3 kg·t-1計算，總鉀以2.0 kg·t-1計算；稀沼液總氮以0.6 kg·t-1計算，總磷以0.03 kg·t-1計算，總鉀以0.5 kg·t-1計算。

2.3 結(jié)果與分析

2.3.1 水稻產(chǎn)量

2020年10月，于水稻收割前，分別對試驗田塊水稻進(jìn)行采樣，測定實粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量及增產(chǎn)比例等指標(biāo)。結(jié)果顯示，試驗組產(chǎn)量均優(yōu)于對照組，試驗組2的千粒重、實粒數(shù)及產(chǎn)量指標(biāo)優(yōu)于其他組，具體結(jié)果見表4。

表4 各試驗組的水稻密度與產(chǎn)量

2.3.2 土壤養(yǎng)分指標(biāo)變化

表5顯示，與水稻種植前相比，對照組養(yǎng)分指標(biāo)略有下降，試驗組水溶性鹽和水解性氮變化不大，其他指標(biāo)都有所升高，尤其是有效磷有顯著提高。表明稻田使用沼液不會造成鹽漬化，有助于提升土壤質(zhì)量。

表5 各試驗組的土壤養(yǎng)分指標(biāo)變化

2.3.3 土壤重金屬指標(biāo)變化

試驗期內(nèi)在水稻種植前后，分別對試驗田塊土壤進(jìn)行采樣，測定其銅、鋅、鉛、鉻、鎘及砷、汞等重金屬重要指標(biāo)，對照GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量-農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[6]，各項指標(biāo)均低于風(fēng)險篩選值，具體結(jié)果見表6。

表6 各試驗組的土壤重金屬指標(biāo)變化

3 討論

我國是全球第一大豬肉生產(chǎn)和消費國，為使養(yǎng)殖排泄物得到能源化利用，國家大力發(fā)展沼氣工程，由此伴隨著大量沼液處置問題。由于沼液中含有大量氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，以及鐵、鋅、銅和氨基酸等微量元素，故可作為有機養(yǎng)分、化肥減量增效的重要原料，并通過農(nóng)田灌溉途徑得以利用，這已成為當(dāng)前沼液資源化利用的重要方式。但隨著生豬養(yǎng)殖規(guī)?；潭鹊目焖偬嵘?，養(yǎng)殖產(chǎn)生的沼液量大且集中，使得周邊農(nóng)田難以完全消納。同時，人們對農(nóng)村生態(tài)環(huán)境要求越來越高，沼液無害化處理和安全利用的矛盾也日益突出[1]。

本研究通過對大型養(yǎng)殖場沼氣生態(tài)工程產(chǎn)生的沼液進(jìn)行一周年的動態(tài)監(jiān)測，基本探明了沼液的養(yǎng)分隨季節(jié)變化的動態(tài)變化規(guī)律，為沼液資源化利用的精準(zhǔn)化提供了科學(xué)依據(jù)[2]。通過開展沼液-水稻施肥試驗，不僅有效減少化肥施用量，還能夠提高作物產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度為3.2%～8.7%。試驗田塊土壤養(yǎng)分指標(biāo)檢測顯示，稻田使用沼液不會造成鹽漬化，且有助于提升土壤質(zhì)量。試驗田塊土壤重金屬監(jiān)測結(jié)果均在風(fēng)險篩選值內(nèi)，對沼液在水稻種植中的利用提供安全保障，初步建立起沼液-水稻綜合利用施肥模式[3]。