沼液对水稻产量和品质的影响分析

蒋胜军

(四川省遂宁市船山区农业局，四川 遂宁 629000)

近年来，由于社会对畜禽产品的大量需求促使畜禽养殖业向着集约化、规模化快速发展，导致大量畜禽粪便的产生，畜禽粪尿等养殖废弃物所引起的环境问题日益加剧[1]。为了合理解决该问题，沼气建设逐年增多，沼气行业发展迅速。沼液作为沼气厌氧发酵的产物之一，所含固体总量小于1%，由于畜禽粪便和农作物秸秆等废弃物长期浸泡于水中，使得可溶性养分由固相向液相转化，增加了沼液中速效养分的量[2]。沼液中含有大量的氮、磷和钾等常量元素及丰富的钙、锰、铁、铜、锌等微量元素，此外还含有十几种氨基酸、B族维生素、多种水解酶、植物激素、生长素及许多抗病虫害的物质及因子[3-4]。沼液丰富的营养成分，不仅可以改善土壤的环境质量，增强植物抗病虫害的能力及其抗逆性，也可以提高作物产量及改善产品品质[5]。沼液农用是沼液资源化利用方式之一，有关沼液在农业生产上的利用已有广泛的研究与应用[6-7]，但针对相关长期定位施用沼液对水稻产量和品质的研究却鲜有报道。本研究希望通过3年的田间试验，研究长期定位施用沼液对水稻产量和稻米品质的影响，为寻找一条特色的沼液农用道路提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

水稻：宜香481-籼型三系杂交水稻。

沼液：美丰农业有限公司生猪养殖场所产沼液。

常规化肥：钾肥(K2O≥60%)、磷肥(含有机质磷肥，有机质≥3.0%、速效磷≥12%)、尿素(TN≥46.4%)。

1.2 试验地点

四川省遂宁市船山区保升乡一农户责任田，地处浅丘，地势平坦；土壤类型为水稻土，肥力中等，耕作方式为水旱轮作，前茬作物为油菜。土壤基本理化性质如表1所示。

表1 土壤基本理化性质

1.3 试验方案

于2014年5月、2015年5月及2016年5月耕翻稻田并垒土埂分置试验小区，小区面积20m2(4m×5m)，小区间土埂宽40cm，并用塑料膜包埂，防止水肥串流；单排单灌，小区周围均设1m宽的保护行；重复间间隔50cm。分别于当年的5月24日、25日将农户培育的秧苗移栽至大田中。按试验田宽窄行进行移栽，每个小区定植288穴，密度为9600.48穴/667m2。

每次试验共设置12个处理，每个处理3次重复，包括1个清水对照(1#)、1个常规施肥处理(2#)及10个纯沼液处理(分别标记为3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#)，随机区组排列。各年纯沼液试验小区的沼液总用量分别设计为：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。按照当地耕作情况，全部用肥均分3次施用，具体施肥方案如表2～4所示。

表2 第1年施肥方案 单位：kg/667m2

表3 第2年施肥方案 单位：kg/667m2

表4 第3年施肥方案 单位：kg/667m2

1.4 测定指标及方法

1.4.1 产量分析 收获后各小区实收计产。

1.4.2 品质分析 稻米的品质分析包括营养品质(蛋白质、各种氨基酸)[8-9]、4种矿质元素(钙、镁、铁、锰)及重金属(Cr、Cd、Pb、As、Hg)[10]的测定及分析，具体方法如表5所示。

表5 稻米各测定项目的分析方法

1.5 数据处理

利用Excel2013和DPSV2.0进行数据的统计、分析和绘图。用DPSV2.0对数据进行方差分析和LSD检验。

2 结果与分析

2.1 沼液农用对水稻产量的影响

连续3年施用沼液对水稻产量的影响结果如图1所示。由图1可知，3年水稻产量的方差分析结果显示第2年(F=48.359**，P=0.001)和第3年(F=30.87**，P=0.001)不同处理间的水稻产量存在极显著差异，说明后两年沼液施用对水稻产量的影响较大；究其原因，可能是该试验地土壤的原始肥力较好，所以第1年施加肥料和沼液对其影响不明显。3年定位施用沼液的田间试验结果及LSD检验结果显示，年季间沼液处理的水稻产量都高于清水处理和常规化肥处理，且各年的水稻产量都随沼液用量的增加呈先升高后降低的趋势；沼液用量在一定范围内时，水稻产量随沼液用量的增加而升高，一方面是沼液中含有大量的速效养分及生物活性物质，使得水稻生长过程营养充足且植株叶片中叶绿素含量增加，增强了植物的光合作用，从而促进作物干物质的积累[11-12]；另一方面，沼液提高了水稻的分蘖数、成穗率和千粒重[13-14]。沼液用量过高时造成的水稻产量下降，其原因是沼液中大量的养分导致植物营养生殖显著，贪青晚熟，同时加速了土壤肥力的消耗，影响生殖生长；1#～4#处理后两年的水稻产量低于第1年，6#～12#处理后两年的产量高均于第1年，说明后两年沼液施用的效果较明显，尤其是8#和9#处理，第2年和第3年的产量分别为：8668kg/hm2、8344kg/hm2和8050kg/hm2、8117kg/hm2，相较于第1年的5125kg/hm2和6165kg/hm2，分别增产67.15%、35.35%和57.10%、31.66%。在本研究中，沼液施用量为3600～4200kg/667m2时，水稻产量维持在较高水平。

图1 沼液农用对水稻产量的影响

(注：图中小写字母表示P<0.05时的差异显著性，下同。)

2.2 沼液农用对稻米品质的影响

2.2.1 沼液农用对稻米营养品质的影响

2.2.2.1 对精米中蛋白质含量的影响 蛋白质是生物体必需的营养物质之一，是动植物体细胞的重要组成部分。人体所需的蛋白质主要来自于食物，而稻米所提供的蛋白质量占食物供给量的60%以上，因此，稻米中蛋白质的含量是评价稻米营养品质的重要指标之一[15]。连续3年施用沼液对水稻精米中蛋白质含量的影响结果如图2所示。由图2可知，各年精米中蛋白质含量的方差分析表明，每年各处理间水稻中蛋白质含量存在极显著差异(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)。根据LSD检验及田间试验结果可知，沼液施用对精米中蛋白质含量影响较大。由图2可知，除常规化肥处理外，其他处理第一年精米中蛋白质含量均高于后两年，其原因可能是由于原始土壤的肥力较好，所含氮素水平较高，所以施用沼液对蛋白质的影响效果不明显。而第2年和第3年沼液处理的精米中蛋白质含量高于清水处理却低于常规化肥处理，其原因可能是沼液和化肥中都含有氮素，但沼液中氮素含量较化肥低[16]。随沼液用量的增加第1年精米中蛋白质的含量呈先升高后降低的趋势，第2年前8个处理(除2#外)和后4个处理分别在7.0%～8.0%和8.1%～8.9%间波动，而第3年则呈微弱的上升趋势，这和相应年份精米中Zn含量的变化趋势相同，这是因为Zn是蛋白质合成的辅助因子，Zn的存在促进了蛋白质的合成。

图2 沼液农用对水稻精米中蛋白质含量的影响

2.2.2.2 对精米中总氨基酸含量的影响 氨基酸也是衡量食品营养品质的重要指标之一，为了更好地反应施用沼液对水稻营养品质的影响，第2年和第3年增加了对精米中总氨基酸的测定。施用沼液对水稻精米中总氨基酸的影响结果如图3所示。由图3可知，方差分析结果显示，第2年(F=499.343**，P=0.0001)和第3年(F=348.42**，P=0.0083)各处理间精米中氨基酸总量存在极显著差异。每年各沼液处理的精米中总氨基酸的含量均高于清水处理，第2年3#和4#处理总氨基酸量低于常规化肥处理，第3年除7#、8#和9#外其他沼液处理的精米中总氨基酸的量均低于常规化肥处理。分析其原因：一方面，由于沼液和化肥中均含有氮素，使得其比清水处理的效果好；另一方面，氨基酸的合成不仅受氮素的影响，还与其他环境条件有关[17]。每年精米中总氨基酸量随沼液施用量的增加呈先升高后降低的趋势。且第3年与第2年相比，含量呈下降趋势，下降最多的是8#处理，下降了44.15%。

图3 沼液农用对水稻精米中总氨基酸含量的影响

3 结论

(1)沼液与常规化肥相比更有利于水稻产量的提升，水稻产量随沼液施用量的增加呈先升高后降低的趋势，为使水稻产量维持在较高水平，必须将沼液施用量控制在一定范围。本研究认为，在黄壤性水稻土上沼液用量控制在3600～4200kg/667m2时，水稻产量能维持在相对较高的水平。

(2)沼液与清水相比更有利于蛋白质和氨基酸的累积，但与化肥相比，化肥更能促进稻米中蛋白质的增加，沼液施用量在一定范围内时，比化肥更有利于氨基酸的累积。当沼液用量为3000～3600kg/667m2时，精米中总氨基酸含量相对较高，在1250～1500kg/667m2时，精米中蛋白质的含量较高。

(3)综合考虑水稻产量和稻米品质，本研究认为在黄壤性水稻土上沼液施用量控制在3600kg/667m2左右时，效果最佳。