沼液養(yǎng)分動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(qián)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(jī)發(fā)展中心，浙江 杭州 311300)

長(zhǎng)期以來(lái)，杭州市臨安區(qū)年生豬出欄量在20萬(wàn)～25萬(wàn)頭，一直是杭州地區(qū)第二大生豬養(yǎng)殖菜籃子保供基地。“十三五”期間杭州市臨安區(qū)成立了5個(gè)沼液綜合利用社會(huì)化服務(wù)組織，積極對(duì)接轄區(qū)內(nèi)相應(yīng)養(yǎng)殖場(chǎng)與種植基地，配套完善沼液運(yùn)輸車(chē)、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(jì)消納沼液35.88萬(wàn)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

總結(jié)近幾年臨安區(qū)畜牧沼液消納利用過(guò)程中存在的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在消納方式相對(duì)比較粗放，未能做到根據(jù)不同作物生長(zhǎng)周期定時(shí)定量精確施肥，缺乏相應(yīng)的監(jiān)測(cè)機(jī)制和評(píng)價(jià)體系。因此，本試驗(yàn)開(kāi)展沼液養(yǎng)分動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及其在水稻種植中的應(yīng)用，一是準(zhǔn)確測(cè)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(zhǎng)時(shí)期的營(yíng)養(yǎng)需求，科學(xué)施用沼液替代化肥，測(cè)定水稻產(chǎn)量進(jìn)而評(píng)價(jià)施肥效果；三是監(jiān)測(cè)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(píng)價(jià)體系，為科學(xué)有效地開(kāi)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

1.1 養(yǎng)殖沼液來(lái)源、運(yùn)輸、處理及貯存

本試驗(yàn)所用養(yǎng)殖沼液均來(lái)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(yàn)過(guò)程中，根據(jù)不同作物實(shí)際需求，將厭氧發(fā)酵后的沼液直接或氣浮除雜后用專(zhuān)用運(yùn)輸車(chē)運(yùn)送到水稻或蔬菜基地相應(yīng)的貯存罐(池)備用。

1.2 檢測(cè)方法

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

1.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

2019—2020年，分別對(duì)一年四季不同時(shí)期養(yǎng)殖場(chǎng)沼液進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，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(jiàn)表1。

表1 2019—2020年養(yǎng)殖場(chǎng)沼液動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的情況

2 沼液-水稻試驗(yàn)

2.1 基本情況

試驗(yàn)時(shí)間為2020年1—12月，試驗(yàn)地點(diǎn)為臨安區(qū)板橋鎮(zhèn)洪軍農(nóng)機(jī)專(zhuān)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(yàn)內(nèi)容

2.2.1 取樣分析

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

表2 養(yǎng)殖場(chǎng)沼液的養(yǎng)分含量

表3 試驗(yàn)田塊的土壤養(yǎng)分含量

2.2.2 處理設(shè)計(jì)

設(shè)1個(gè)對(duì)照組，3個(gè)試驗(yàn)組，小區(qū)面積1 000 m2，重復(fù)3次。

對(duì)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。總施肥量氮18.3 kg，磷1.96 kg，鉀3.73 kg。

試驗(yàn)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。總施肥量氮18.25 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(yàn)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。總施肥量氮18.325 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(yàn)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。總施肥量氮18.4 kg，磷2.52 kg，鉀18 kg(不施用化肥)。

施肥量都以667 m2計(jì)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(jì)算，總磷以0.3 kg·t-1計(jì)算，總鉀以2.0 kg·t-1計(jì)算；稀沼液總氮以0.6 kg·t-1計(jì)算，總磷以0.03 kg·t-1計(jì)算，總鉀以0.5 kg·t-1計(jì)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(duì)試驗(yàn)田塊水稻進(jìn)行采樣，測(cè)定實(shí)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(yàn)組產(chǎn)量均優(yōu)于對(duì)照組，試驗(yàn)組2的千粒重、實(shí)粒數(shù)及產(chǎn)量指標(biāo)優(yōu)于其他組，具體結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 各試驗(yàn)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(duì)照組養(yǎng)分指標(biāo)略有下降，試驗(yàn)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(huì)造成鹽漬化，有助于提升土壤質(zhì)量。

表5 各試驗(yàn)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(yàn)期內(nèi)在水稻種植前后，分別對(duì)試驗(yàn)田塊土壤進(jìn)行采樣，測(cè)定其銅、鋅、鉛、鉻、鎘及砷、汞等重金屬重要指標(biāo)，對(duì)照GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量-農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[6]，各項(xiàng)指標(biāo)均低于風(fēng)險(xiǎn)篩選值，具體結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 各試驗(yàn)組的土壤重金屬指標(biāo)變化

3 討論

我國(guó)是全球第一大豬肉生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，為使養(yǎng)殖排泄物得到能源化利用，國(guó)家大力發(fā)展沼氣工程，由此伴隨著大量沼液處置問(wèn)題。由于沼液中含有大量氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，以及鐵、鋅、銅和氨基酸等微量元素，故可作為有機(jī)養(yǎng)分、化肥減量增效的重要原料，并通過(guò)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)模化程度的快速提升，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(shí)，人們對(duì)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境要求越來(lái)越高，沼液無(wú)害化處理和安全利用的矛盾也日益突出[1]。

本研究通過(guò)對(duì)大型養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣生態(tài)工程產(chǎn)生的沼液進(jìn)行一周年的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，基本探明了沼液的養(yǎng)分隨季節(jié)變化的動(dòng)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(guò)開(kāi)展沼液-水稻施肥試驗(yàn)，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(yàn)田塊土壤養(yǎng)分指標(biāo)檢測(cè)顯示，稻田使用沼液不會(huì)造成鹽漬化，且有助于提升土壤質(zhì)量。試驗(yàn)田塊土壤重金屬監(jiān)測(cè)結(jié)果均在風(fēng)險(xiǎn)篩選值內(nèi)，對(duì)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]。