沼液對水稻產量和品質的影響分析

蔣勝軍

(四川省遂寧市船山區農業局，四川 遂寧 629000)

近年來，由于社會對畜禽產品的大量需求促使畜禽養殖業向著集約化、規模化快速發展，導致大量畜禽糞便的產生，畜禽糞尿等養殖廢棄物所引起的環境問題日益加劇[1]。為了合理解決該問題，沼氣建設逐年增多，沼氣行業發展迅速。沼液作為沼氣厭氧發酵的產物之一，所含固體總量小于1%，由于畜禽糞便和農作物秸稈等廢棄物長期浸泡于水中，使得可溶性養分由固相向液相轉化，增加了沼液中速效養分的量[2]。沼液中含有大量的氮、磷和鉀等常量元素及豐富的鈣、錳、鐵、銅、鋅等微量元素，此外還含有十幾種氨基酸、B族維生素、多種水解酶、植物激素、生長素及許多抗病蟲害的物質及因子[3-4]。沼液豐富的營養成分，不僅可以改善土壤的環境質量，增強植物抗病蟲害的能力及其抗逆性，也可以提高作物產量及改善產品品質[5]。沼液農用是沼液資源化利用方式之一，有關沼液在農業生產上的利用已有廣泛的研究與應用[6-7]，但針對相關長期定位施用沼液對水稻產量和品質的研究卻鮮有報道。本研究希望通過3年的田間試驗，研究長期定位施用沼液對水稻產量和稻米品質的影響，為尋找一條特色的沼液農用道路提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

水稻：宜香481-秈型三系雜交水稻。

沼液：美豐農業有限公司生豬養殖場所產沼液。

常規化肥：鉀肥(K2O≥60%)、磷肥(含有機質磷肥，有機質≥3.0%、速效磷≥12%)、尿素(TN≥46.4%)。

1.2 試驗地點

四川省遂寧市船山區保升鄉一農戶責任田，地處淺丘，地勢平坦；土壤類型為水稻土，肥力中等，耕作方式為水旱輪作，前茬作物為油菜。土壤基本理化性質如表1所示。

表1 土壤基本理化性質

1.3 試驗方案

于2014年5月、2015年5月及2016年5月耕翻稻田并壘土埂分置試驗小區，小區面積20m2(4m×5m)，小區間土埂寬40cm，并用塑料膜包埂，防止水肥串流；單排單灌，小區周圍均設1m寬的保護行；重復間間隔50cm。分別于當年的5月24日、25日將農戶培育的秧苗移栽至大田中。按試驗田寬窄行進行移栽，每個小區定植288穴，密度為9600.48穴/667m2。

每次試驗共設置12個處理，每個處理3次重復，包括1個清水對照(1#)、1個常規施肥處理(2#)及10個純沼液處理(分別標記為3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#)，隨機區組排列。各年純沼液試驗小區的沼液總用量分別設計為：第1年：250、500、750、1000、1250、1500、1750、2000、2500、3000kg/667m2；第2年：600、1200、1800、2400、3000、3600、4200、4800、5400、6000kg/667m2；第3年：1100、1800、2500、3200、3900、4600、5300、6000、6700、7400kg/667m2。按照當地耕作情況，全部用肥均分3次施用，具體施肥方案如表2～4所示。

表2 第1年施肥方案 單位：kg/667m2

表3 第2年施肥方案 單位：kg/667m2

表4 第3年施肥方案 單位：kg/667m2

1.4 測定指標及方法

1.4.1 產量分析 收獲后各小區實收計產。

1.4.2 品質分析 稻米的品質分析包括營養品質(蛋白質、各種氨基酸)[8-9]、4種礦質元素(鈣、鎂、鐵、錳)及重金屬(Cr、Cd、Pb、As、Hg)[10]的測定及分析，具體方法如表5所示。

表5 稻米各測定項目的分析方法

1.5 數據處理

利用Excel2013和DPSV2.0進行數據的統計、分析和繪圖。用DPSV2.0對數據進行方差分析和LSD檢驗。

2 結果與分析

2.1 沼液農用對水稻產量的影響

連續3年施用沼液對水稻產量的影響結果如圖1所示。由圖1可知，3年水稻產量的方差分析結果顯示第2年(F=48.359**，P=0.001)和第3年(F=30.87**，P=0.001)不同處理間的水稻產量存在極顯著差異，說明后兩年沼液施用對水稻產量的影響較大；究其原因，可能是該試驗地土壤的原始肥力較好，所以第1年施加肥料和沼液對其影響不明顯。3年定位施用沼液的田間試驗結果及LSD檢驗結果顯示，年季間沼液處理的水稻產量都高于清水處理和常規化肥處理，且各年的水稻產量都隨沼液用量的增加呈先升高后降低的趨勢；沼液用量在一定范圍內時，水稻產量隨沼液用量的增加而升高，一方面是沼液中含有大量的速效養分及生物活性物質，使得水稻生長過程營養充足且植株葉片中葉綠素含量增加，增強了植物的光合作用，從而促進作物干物質的積累[11-12]；另一方面，沼液提高了水稻的分蘗數、成穗率和千粒重[13-14]。沼液用量過高時造成的水稻產量下降，其原因是沼液中大量的養分導致植物營養生殖顯著，貪青晚熟，同時加速了土壤肥力的消耗，影響生殖生長；1#～4#處理后兩年的水稻產量低于第1年，6#～12#處理后兩年的產量高均于第1年，說明后兩年沼液施用的效果較明顯，尤其是8#和9#處理，第2年和第3年的產量分別為：8668kg/hm2、8344kg/hm2和8050kg/hm2、8117kg/hm2，相較于第1年的5125kg/hm2和6165kg/hm2，分別增產67.15%、35.35%和57.10%、31.66%。在本研究中，沼液施用量為3600～4200kg/667m2時，水稻產量維持在較高水平。

圖1 沼液農用對水稻產量的影響

(注：圖中小寫字母表示P<0.05時的差異顯著性，下同。)

2.2 沼液農用對稻米品質的影響

2.2.1 沼液農用對稻米營養品質的影響

2.2.2.1 對精米中蛋白質含量的影響 蛋白質是生物體必需的營養物質之一，是動植物體細胞的重要組成部分。人體所需的蛋白質主要來自于食物，而稻米所提供的蛋白質量占食物供給量的60%以上，因此，稻米中蛋白質的含量是評價稻米營養品質的重要指標之一[15]。連續3年施用沼液對水稻精米中蛋白質含量的影響結果如圖2所示。由圖2可知，各年精米中蛋白質含量的方差分析表明，每年各處理間水稻中蛋白質含量存在極顯著差異(第1年：F=4.68**，P=0.0008；第2年：F=3.786**，P=0.0031；第3年：F=8.638**，P=0.0001)。根據LSD檢驗及田間試驗結果可知，沼液施用對精米中蛋白質含量影響較大。由圖2可知，除常規化肥處理外，其他處理第一年精米中蛋白質含量均高于后兩年，其原因可能是由于原始土壤的肥力較好，所含氮素水平較高，所以施用沼液對蛋白質的影響效果不明顯。而第2年和第3年沼液處理的精米中蛋白質含量高于清水處理卻低于常規化肥處理，其原因可能是沼液和化肥中都含有氮素，但沼液中氮素含量較化肥低[16]。隨沼液用量的增加第1年精米中蛋白質的含量呈先升高后降低的趨勢，第2年前8個處理(除2#外)和后4個處理分別在7.0%～8.0%和8.1%～8.9%間波動，而第3年則呈微弱的上升趨勢，這和相應年份精米中Zn含量的變化趨勢相同，這是因為Zn是蛋白質合成的輔助因子，Zn的存在促進了蛋白質的合成。

圖2 沼液農用對水稻精米中蛋白質含量的影響

2.2.2.2 對精米中總氨基酸含量的影響 氨基酸也是衡量食品營養品質的重要指標之一，為了更好地反應施用沼液對水稻營養品質的影響，第2年和第3年增加了對精米中總氨基酸的測定。施用沼液對水稻精米中總氨基酸的影響結果如圖3所示。由圖3可知，方差分析結果顯示，第2年(F=499.343**，P=0.0001)和第3年(F=348.42**，P=0.0083)各處理間精米中氨基酸總量存在極顯著差異。每年各沼液處理的精米中總氨基酸的含量均高于清水處理，第2年3#和4#處理總氨基酸量低于常規化肥處理，第3年除7#、8#和9#外其他沼液處理的精米中總氨基酸的量均低于常規化肥處理。分析其原因：一方面，由于沼液和化肥中均含有氮素，使得其比清水處理的效果好；另一方面，氨基酸的合成不僅受氮素的影響，還與其他環境條件有關[17]。每年精米中總氨基酸量隨沼液施用量的增加呈先升高后降低的趨勢。且第3年與第2年相比，含量呈下降趨勢，下降最多的是8#處理，下降了44.15%。

圖3 沼液農用對水稻精米中總氨基酸含量的影響

3 結論

(1)沼液與常規化肥相比更有利于水稻產量的提升，水稻產量隨沼液施用量的增加呈先升高后降低的趨勢，為使水稻產量維持在較高水平，必須將沼液施用量控制在一定范圍。本研究認為，在黃壤性水稻土上沼液用量控制在3600～4200kg/667m2時，水稻產量能維持在相對較高的水平。

(2)沼液與清水相比更有利于蛋白質和氨基酸的累積，但與化肥相比，化肥更能促進稻米中蛋白質的增加，沼液施用量在一定范圍內時，比化肥更有利于氨基酸的累積。當沼液用量為3000～3600kg/667m2時，精米中總氨基酸含量相對較高，在1250～1500kg/667m2時，精米中蛋白質的含量較高。

(3)綜合考慮水稻產量和稻米品質，本研究認為在黃壤性水稻土上沼液施用量控制在3600kg/667m2左右時，效果最佳。