規模化養豬場處理廢水施用對直播稻產量形成和氮素利用的影響

徐田 高威 黃麗芬 莊恒揚

（揚州大學江蘇省作物遺傳生理國家重點實驗室培育點，江蘇揚州225009；*

我國是世界上最大的畜禽養殖國，每年產生大量畜禽糞便和廢水。2003年我國畜禽糞便的產生量已經超過工業固體廢物，成為環境污染的主要來源[1]。因此，如何處理和利用畜禽糞便資源成為亟待解決的問題[2]。規模化養豬場處理廢水不便運輸和遠距離使用，建立種養結合循環農業系統，實施污水就近農田施用，是處理廢水經濟有效的途徑[2－3]。水稻是長江中下游地區最主要的糧食作物，因此，研究養豬場廢水在水稻生產中的施用技術是實施該區域種養結合循環農業的基本需要。從水稻的種植方式來看，直播稻在近年的發展引人關注。2008年，江蘇省水稻直播面積為69.3萬hm2，接近水稻種植面積的1/3；浙江省水稻直播面積為 37.3萬hm2，直播比例達39.7%；安徽省直播稻面積達到了34.5萬hm2[4]。關于養殖場廢水在水稻上的施用技術已有一些研究[5－9]，但針對直播稻的施用技術尚沒有相關的報道。因此，筆者通過田間試驗，研究了不同時期施用不同用量養豬場廢水對直播稻產量和氮素養分吸收利用的影響，探討實現直播稻高產高效的養豬場廢水施用技術，以為養豬場廢水在直播稻生產上的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2013年在江蘇省大豐市上海農場進行。該地區屬北亞熱帶季風氣候，年均降水量1 040 mm，年平均氣溫14℃，無霜期213 d，日照2 255.6 h。土壤類型為砂壤土，土壤有機質含量19.37 g/kg、全氮0.996 g/kg、堿解氮 75.23 mg/kg、有效磷 23.48 mg/kg、速效鉀216.78 mg/kg。前茬作物為小麥。

試驗用處理廢水為上海農場規模化養豬場經過充分發酵的廢水，處理廢水中養分含量為全氮1 000 mg/L、速效氮540 mg/L、速效磷779 mg/L、速效鉀515 mg/L。試驗共設置11個處理，包括1個不施肥空白處理（CK），1個當地常規施肥處理（CF），9個廢水與氮化肥配施處理（具體試驗處理見表1）。3次重復，采用隨機區組設計。小區長4.5 m，寬3.5 m，面積為15.75 m2。小區的田埂用塑料薄膜圍住，以防廢水及養分竄流。6月16日施入基肥期處理廢水，使土壤充分吸收廢水中的營養物質。水稻品種為淮稻5號，撒播，6月19日播種，播量為112.5 kg/hm2。病蟲草害防治按當地習慣進行管理。

1.2 測定項目及方法

分別于拔節期、抽穗期、灌漿中期、灌漿后期和成熟期每小區選取代表性的20株水稻，采用SPAD－502型葉綠素儀測定SPAD值，拔節期測定水稻展開葉中部，抽穗后測定水稻劍葉中部，測定30株求平均值。

表1 田間試驗設計

表2 不同處理對直播稻干物質積累量的影響

分別于拔節期、抽穗期和成熟期，在每個處理區取10個基本苗作為1個樣本，洗凈自然晾干，放入烘箱中105℃殺青30 min，80℃烘至恒質量，稱其干物質量。成熟期調查3個0.64 m2水稻獲取單位面積穗數數據，取樣考種，測定每穗總粒數、結實率和千粒重。植株全氮采用H2SO4－H2O2聯合消煮－蒸餾法消化，連續流動分析儀測定。

1.3 數據處理

氮素累積吸收量（kg/hm2）=生育期地上部植株含氮率（g/kg）×該時期地上部植株干物質積累量（kg/hm2）/1000；

氮素收獲指數=成熟期籽粒氮素積累總量（kg/hm2）/植株氮素積累總量（kg/hm2）；

氮素轉移率（%）=[抽穗期莖葉氮素積累量（kg/hm2）－成熟期莖葉氮吸收量（kg/hm2）]/抽穗期莖葉氮素積累量（kg/hm2）×100；

氮素籽粒生產效率=籽粒產量（kg/hm2）/收獲期植株（包括籽粒）氮素積累量（kg/hm2）。

采用Excel 2003軟件對數據進行處理，SPSS 13.0和DPS軟件進行多重比較分析（LSD法，α=0.05）。

2 結果與分析

2.1 對直播稻產量形成的影響

2.1.1 對直播稻干物質積累的影響

從表2可見，在拔節期，由于穗期廢水尚未施用，干物質積累只受基施廢水量的影響，表現為干物質積累量隨基施廢水量增加而增加的趨勢，其中A3B2、A3B3處理顯著高于CK。不同廢水施用處理間以及與CF間無顯著差異。抽穗期，廢水與化肥配施處理，在基施相同量廢水的情況下，干物質積累量有隨穗期廢水施用量增加而增加的趨勢。A2B3、A3B3處理顯著高于A1B1處理和CK，顯示在基施較高量廢水的條件下，增加穗期廢水施用量有利于增加抽穗期干物質積累量，為產量增加創造了物質和群體質量基礎。成熟期干物質積累的表現趨勢與抽穗期相似，以A3B3處理干物質積累量最高，其次為A2B3處理，皆顯著高于CK，但與其他處理差異不顯著。各個處理的收獲指數在0.48～0.53之間，變化較小。

表3 不同處理對直播稻產量及構成的影響

表4 不同處理對直播稻葉片SPAD值的影響

圖1 養豬場廢水施用量與直播稻產量的關系

2.1.2 不同處理對直播稻產量的影響

從表3可見，除A1B1處理外，其他廢水配施化肥的處理稻谷理論產量都顯著高于CK，A3B3處理顯著高于CF及多數廢水處理。除A2B2處理外，基施相同廢水量處理的產量隨穗期廢水施用量增加而增加；而在相同穗期廢水施用量下產量則隨基施廢水量增加而增加。可見，產量隨著廢水施用總量的增加而增加（圖1）。不同施肥量其產量構成表現出一定的差異，穗數、穗粒數、結實率有隨廢水施用量增加而增加的趨勢，除CK外，不同處理間千粒重差異不大。A3B3處理各產量構成因素都處于最高或較高水平，因而獲得了最高產量，與CF相比，在減少300 kg/hm2尿素的情況下，理論單產增加10.2%，實際產量增加6.6%。廢水總施用量達到210 m3/hm2以上的處理都可以達到常規施肥的產量。

2.2 對直播稻氮素利用的影響

2.2.1 對直播稻SPAD值的影響

從表4可見，在拔節期，以CF處理SPAD值最高，顯著高于基施低量廢水的處理，但與基施高量廢水的處理差異不顯著；在抽穗期，劍葉SPAD值隨穗期廢水施用量的增加而增加，以A3B3處理最高，顯著高于低中量基施與低中量穗期施用的組合處理；在灌漿中、后期，劍葉SPAD變化趨勢與抽穗期相似，皆以A3B3處理最高；在成熟期，劍葉SPAD值隨穗期廢水施用量增加而增加的趨勢最為明顯，穗期施用高量廢水的處理SPAD值都比較高，A3B3、A2B3、A3B2處理顯著高于其他施用廢水的處理（A1B3除外），顯示穗期廢水處理有較強的后期氮素供應能力。

2.2.2 對直播稻植株含氮率的影響

表5 不同處理對直播稻含氮率的影響 （g/kg）

表6 不同處理對直播稻各生育期累積吸氮量與利用的影響 （kg/hm2）

圖2 直播稻植株含氮率與廢水施用量的關系

從表5可以看出，基肥和穗肥施入不同量廢水對水稻植株及籽粒中含氮率有顯著的影響。拔節期水稻的含氮率在11.58～18.99 g/kg之間，抽穗期水稻含氮率在9.15～13.91 g/kg之間，成熟期水稻植株的含氮率在4.94～8.63 g/kg之間，籽粒的含氮率在9.58～12.16 g/kg之間。CK在各生育期均最低，A3B3處理在各時期均最高。抽穗期植株氮素水平是之前氮素施用綜合影響的結果，對抽穗灌漿期光合生產有重要影響。在基施相同量廢水時，植株含氮率隨穗期廢水施用量增加而增加，而在穗期廢水施用量相同時，則隨基施廢水量增加而增加，總體上與廢水施用總量呈顯著的線性相關關系，抽穗期植株含氮率（SLNCH）、成熟期莖葉含氮率（SLNCM）、籽粒含氮率（GNCM）與廢水施用總量的相關分析結果如圖2。在穗肥施用高量廢水下抽穗期植株含氮率都達到或超過了CF處理，表明在減施化肥的情況下，穗期施用適量的廢水，可以保證直播稻灌漿期的氮素養分供應。成熟期秸稈和籽粒含氮率變化趨勢與抽穗期相似，但是秸稈對廢水施用量變化較敏感。

2.2.3 對直播稻氮素積累和利用的影響

與植株含氮率相似，各生育階段累積吸氮量基本上以CK最低，A3B3處理最高，總體隨廢水施用量增加而增加（表 6）。在抽穗期，A3B2、A2B3、A3B3處理的吸氮量超過了CF處理，表明在減少化肥施用的情況下，廢水和化肥配施可以有效地滿足灌漿期氮素養分的需要。成熟期籽粒的吸氮量表明了蛋白質的生產能力，該階段A3B2、A2B3、A3B3處理的吸氮量超過了CF處理。氮素運轉率與氮素分配指數除CK外，各處理間差異不大，而籽粒生產效率有隨廢水施用總量增加而下降的趨勢。

3 結論

本試驗結果表明，施用養豬場的處理廢水能有效提供氮素養分，適量的廢水施用可以滿足直播稻對養分的需要。基施廢水120 m3/hm2與穗肥施120 m3/hm2的組合加分蘗期配施尿素225 kg/hm2，與常規施肥相比，在減少300 kg/hm2尿素和免施磷、鉀化肥的情況下，理論產量增加10.2%，實際產量增加6.6%。廢水總施用量達到210 m3/hm2以上的處理都可以達到常規施肥的產量。

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