猪粪沼液替代尿素对籼稻生长性状、产量和饲用品质的影响

侯福银 杨智青 陈应江 金崇富 时凯 陈长宽 封功能

摘要：【目的】探討猪粪发酵沼液替代尿素氮肥对籼稻主要农艺性状、产量和饲用品质的影响，为沼液在饲用籼稻上的合理施用及进一步推进畜禽养殖沼液无害化、资源化利用提供理论参考。【方法】以集约化猪场粪尿发酵后的沼液为肥源，设CO（空白对照，不施氮、磷和钾肥）、CK（不施氮肥，施磷、钾肥）、CF（常规施肥，尿素N 375 kg/ha）、T1（沼液N 20%+尿素N 80%）、T2（沼液N 40%+尿素N 60%）、T3（沼液N 60%+尿素N 40%）、T4（沼液N 80%+尿素N 20%）和T5（沼液N 100%）共8个处理，籼稻成熟期测定其株高、有效穗数、千粒重、稻谷产量、生物量及稻谷的蛋白质、直链淀粉和水分含量等指标。【结果】各沼液替代尿素氮处理籼稻的生长发育、产量和饲用品质均优于CO和CK;T1～T5处理的籼稻株高与CF处理相比略有下降，T3处理的有效穗数达常规施肥水平。随着沼液施用量的增加，T1～T3处理籼稻产量逐渐提高，与CF处理相比，T3处理的稻谷产量、生物量和千粒重分别增加15.9%、6.9%和6.5%，但T4和T5处理的产量有所下降。T1处理的稻谷蛋白含量显著低于CF处理（P<0.05，下同），T2～T5处理的稻谷蛋白含量与CF处理相当;T1～T5处理的稻谷直链淀粉含量均略低于CF处理，但差异不显著（P>0.05）。施用沼液后，籼稻有效穗数、生物量和稻谷产量指标的变异范围较大，其中有效穗数与生物量呈显著正相关，蛋白含量与稻谷产量呈极显著正相关（P<0.01）。【结论】与常规施用化肥相比，籼稻施用沼液有助于提高其生物量和稻谷产量，但沼液过量施用会导致稻谷产量下降。在等氮施肥条件下，从保证籼稻稻谷产量、生物量和蛋白含量等角度综合考虑，以沼液替代60%尿素氮肥的效果较优。

关键词： 猪粪沼液;尿素;籼稻;生长性状;产量;饲用品质

中图分类号： S511.21                       文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2019）06-1197-07

Abstract：【Objective】In this experiment，effects of biogas slurry substituting for urea nitrogen on growth traits，yield and forage quality of indica rice were discussed in order to provide theoretical references for rational fertilization of biogas slurry on indica rice， and innocuity treatment and resource utilization of biogas slurry produced from livestock manure.【Method】Biogas slurry from intensive pig manure and urine fermentation was used as fertilizer source，and eight different treatments were designed in the paper，CO（blank control， no nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers），CK（only no nitrogen fertilizer， applied phosphorus and potassium fertilizers），CF（conventional fertilizer，urea N 375 kg/ha），T1（biogas slurry N 20%+urea N 80%），T2（biogas slurry N 40%+urea N 60%），T3（biogas slurry N 60%+urea N 40%），T4（biogas slurry N 80%+urea N 20%），T5（biogas slurry N 100%）. At maturity period，the plant height，effective panicle number，thousand seed weight，rice yield，biomass，protein content， amylose content and water content were measured.【Result】The results showed that the growth，yield and forage quality of indica rice in the biogas slurry groups were better than those in the CO and CK groups. The plant height of indica rice in T1-T5 fertilization groups decreased slightly compared with CF，and the effective panicle number of T3 group reached the level of conventional fertilization. Rice yield in the T1-T3 groups of indica rice increased gradually with the increase of applied biogas slurry content. Compared with the CF，the rice yield，biomass and thousand seed weight in T3 group of indica rice increased by 15.9%，6.9% and 6.5%，respectively，but the yield of T4 and T5 groups of indica rice reduced. The protein content in T1 group was significantly lower than that in CF（P<0.05， the same below）. Nevertheless，the protein content in T2-T5 groups was basically equal to that in CF. Amy-lose in T1-T5 groups were slightly lower than that in CF（P>0.05）. Effective panicle number，biomass and yield indicators all had a large range of variation，and the effective panicle number was significantly positively correlated with biomass，while the protein content was extremely positively correlated with rice yield（P<0.01）. 【Conclusion】Compared with CF， the application of biogas slurry in indica rice is helpful to increase the biomass and rice yield， but the excessive application of biogas slurry will lead to the decrease of rice yield. Under the condition of equal nitrogen fertilization， the effects of replacing 60% urea nitrogen fertilizer with biogas slurry is better from the perspective of ensuring rice yield， biomass and protein content of indica rice.

Key words： biogas slurry produced from swine manure; urea; indica rice; growth trait; yield; forage quality

0 引言

【研究意义】随着人们对肉、蛋和奶需求量的增加，养殖业发展迅猛，但同时畜禽粪污排放量剧增（吴根义等，2014;孟繁华等，2018），对生态环境造成严重威胁。为践行绿色发展理念，我国政府大力推广循环农业模式。利用沼气工程技术处理粪污的规模化畜禽养殖场越来越多，其发酵产物沼液含有植物生长所需的多种营养元素，是优质的液态肥（沈其林等，2014;李然等，2017），将其作为肥料施用于农田是构建种养结合的有效途径，既可节省化肥施用量，又可就地消纳养殖沼液，还能有效降低养殖废弃物直接排放引起的环境污染。沼液还田将养殖业和种植业有机结合，是一种生态农业模式，值得进一步探索。【前人研究进展】有研究显示，在沼液稻田安全消解范围内，沼液的施用能明显改善土壤养分，有效调节土壤的生态环境（张无敌，2002;姜丽娜等，2011），且适量畜禽沼液的施用可提高水稻产量和稻米蛋白含量等品质指标（毛晓月等，2016）。沼液按照一定比例合理搭配化肥能促进水稻植株分蘖与生长，显著降低生产成本并提高稻米的铁、锌含量（张进等，2009）。吴华山等（2012）在江苏六合基地开展试验，发现夏季沼液施用时氨极易挥发，其挥发量显著高于化肥，且沼液施用量越大，挥发的氨也越多;并证实50%猪粪沼液代替尿素氮肥可达到常规化肥施用的玉米产量和品质。据报道，猪粪沼液不仅可提高作物的生长速度、产量及改善品质（魏世清等，2013;张璘玮等，2014;王梅，2018），還可使辣椒发病率明显降低（曹云等，2013）。但长期施用沼液时，应跟踪检测其中残留的抗生素和重金属等对土壤可能带来的影响（Jia et al.，2013;Peng et al.，2017;赖星等，2018;Pu et al.，2018），凸显了合理施肥的重要性。【本研究切入点】随着我国南方水稻主产区畜禽养殖业的迅速发展，主要饲料原料玉米短缺问题日趋严重，玉米价格上涨。推广稻谷作为畜禽饲料替代玉米，发挥水稻生产优势，可缓解南方畜禽原料供需矛盾，提高农户种粮的积极性，降低养殖成本。上述研究主要集中在粳稻、籼稻等食用稻施用有机肥方面，目前关于沼液在饲用籼稻上的应用研究不多，尚无具体的施肥方法。此外，江苏沿海地区畜禽养殖企业越来越多，大量废弃沼液成为急需解决的生态问题。因此，非常有必要开展猪粪发酵沼液不同梯度替代尿素对饲用籼稻施用效果的评估研究。【拟解决的关键问题】选择江苏沿海地区大麦—籼稻两熟制农田开展试验，探讨猪粪发酵沼液替代尿素氮肥对籼稻主要农艺性状、产量和饲用品质的影响，为沼液在饲用籼稻上的合理施用及进一步推进畜禽养殖沼液无害化、资源化利用提供参考。

1 材料与方法

1. 1 试验地点及材料

试验在江苏沿海盐碱地（东经120°26′22″，北纬33°32′44″）开展，种植区域为水稻制种田块，原始土壤pH 8.2、盐分1‰、有机质3.10%、全氮0.12%。水稻田前茬作物为大麦。与试验周边新洋农业试验站籼稻制种工作协同，试验田水稻品种为C-两优华占。沼液为江苏沿海某集约化大型猪场通过沼气工程技术得到的发酵产物，其理化性质为：电导率2.1 ms/cm，pH 7.5，盐分0.20%，有机质0.25%，腐殖酸0.23%，总氮0.12%，总钾0.04%，总磷0.01%，氨态氮0.96‰。

1. 2 试验方法

试验共设8个处理，分别为：CO（空白对照，不施氮、磷和钾肥）、CK（不施氮肥，施磷肥和钾肥）、CF（常规施肥，施用尿素N 375 kg/ha）、T1（沼液N 20%+尿素N 80%，沼液N 20%即施用沼液氮含量达常规施肥的20%，其余同理）、T2（沼液N 40%+尿素N 60%）、T3（沼液N 60%+尿素N 40%）、T4（沼液N 80%+尿素N 20%）和T5（沼液N 100%，无尿素），按照等氮条件下沼液与尿素不同比例配施。试验采用随机区组设计，重复3次，共24个小区，每小区面积12 m2，行距25 cm，株距15 cm。水稻于2017年5月26日播种，6月18日移栽，每穴插栽2株，9月19日成熟。CF处理的氮磷钾施用比例为N∶P2O5∶K2O=20∶5∶5，尿素施用量为782.2 g;CK、CF、T1、T2、T3、T4和T5处理的磷、钾肥均作基肥一次性撒施，每小区硫酸钾施用量为166.6 g，过磷酸钙施用量为750.2 g，沼液按基肥40%和追肥60%（T1处理沼液N占施氮量的20%，而这部分沼液N是40%作基肥、60%作追肥）的施用量分别施入，水稻试验区内病虫害和杂草等均按当地常规方式管理。水稻田施用沼液的具体方案见表1。

1. 3 测定项目及方法

1. 3. 1 水稻生长性状 籼稻收获期，植株刈割时留茬5 cm，使用0.01 cm精度的直尺测量从留茬茎端到穗端的株高，并记录每株有效穗数。

1. 3. 2 水稻产量 植株留茬5 cm收割后，称取所有地上部分的生物量，使用脱粒机现场将籼稻穗脱粒，随后测定各小区每行的稻谷鲜重，折算每公顷稻谷产量;将每小区稻谷分装入小沙袋中，自然晾晒至恒重测定籼稻的千粒重。

1. 3. 3 稻米品质测定 使用近红外谷物品质分析仪（型号：Foss Infratec 1241）测定稻米品质。每小区称取适量的稻谷放到进样卡槽中，各重复3次，记录蛋白、直链淀粉和水分含量数据。

1. 4 统计分析

试验数据采用SPSS 20.0进行方差分析、Duncan’s多重比较和Bivariate Correlate相关性分析，使用GraphPad Prism 5.0制图。

2 结果与分析

2. 1 沼液替代尿素施用对籼稻生长性状的影响

由表2可知，从株高、有效穗数两个生长性状来看，沼液替代尿素施肥处理和常规施肥处理籼稻的长势均优于CO和CK。与常规施肥（CF）相比，沼液施肥处理（T1～T5）的水稻株高呈不同程度的降低趋势，其中T2和T4处理分别显著降低4.6%和5.0%（P<0.05，下同）。T3处理的有效穗数与CF处理相当，其他施肥处理的有效穗数变化不明显。

2. 2 沼液替代尿素施用对籼稻生物量、产量和千粒重的影响

由图1、图2和图3可看出，CO、CK的籼稻稻谷产量、生物量和千粒重均低于沼液替代尿素施肥处理（T1～T5）。与常规施肥（CF）相比，T3处理的籼稻稻谷产量、生物量和千粒重分别增加15.9%、6.9%和6.5%，其中千粒重的差异达显著水平。随着沼液施用量的增加，T1～T3处理的籼稻产量呈升高趋势，但T4和T5处理的籼稻产量出现不同程度的下降趋势。说明本研究条件下，沼液60%替代尿素氮施用的效果较好。由表3和表4可知，在沼液替代尿素氮肥模式下，籼稻有效穗数和生物量指标变异范围较大，且有效穗数与生物量呈显著正相关;株高的稳定性较高，株高与生物量呈正相关，但未达显著水平（P>0.05，下同）。

2. 3 沼液替代尿素施用对籼稻饲用品质的影响

由图4可看出，CO和CK处理的籼稻蛋白含量均显著低于常规施肥（CF）和各沼液施肥处理（T1～T5）。T1处理的蛋白含量显著低于CF处理，但T2～T5处理的蛋白含量与CF相比无显著差异，且T1～T5处理籼稻的蛋白含量随沼液施用量的增加略有上升。与CF处理相比，沼液替代尿素施肥处理的籼稻直链淀粉含量略有下降，但变化不显著（图5）。CF和T1～T5处理的籼稻水分含量均低于CO和CK处理，沼液替代尿素施肥处理与CF处理的籼稻水分含量基本一致（图6）。从饲用质量来看，猪粪沼液40%～100%替代常规化肥中的尿素氮，基本能保证籼稻糙米中的蛋白、直链淀粉和水分含量。此外，由表5和表6可知，沼液替代尿素氮肥模式下，籼稻稻谷产量变异范围较大，蛋白、直链淀粉、水分等指标稳定性较高;蛋白与稻谷产量呈极显著正相关（P<0.01，下同），与水分含量呈极显著负相关;直链淀粉含量与水分含量也呈极显著负相关;直链淀粉、水分含量与稻谷产量呈负相关，千粒重与稻谷产量呈正相关，但相关性均未达显著水平。

3 讨论

本研究按照等量施氮的方法，在江苏沿海地区将猪粪发酵沼液按照不同水平替代尿素氮肥，分析其对杂交饲用籼稻的效应，结果发现籼稻整个生长期总体长势良好。与常规施肥相比，沼液施肥的籼稻株高有所降低，其中40%和80%替代尿素氮处理的籼稻显著变矮，推测施用沼液可提高籼稻的抗倒伏能力;此外，沼液60%替代尿素氮肥处理的籼稻有效穗数基本与常规施肥相当。本研究结果与王桂良等（2018）研究的沼液最佳施用比例、施用量等均略有不同，即在等氮施肥条件下，随着猪粪沼液替代尿素氮比例增加，水稻的株高、有效穗数、基部节间长度和地上部干物质累积量均呈先增后减的变化趋势，并指出沼液按照70%替代化肥氮效果最佳。究其原因可能与水稻品种、沼液含氮量和土壤养分等存在差异有关。

农作物施用沼液应控制在合理范围内，才能发挥及时消纳沼液和提质增产的良好作用（Gericke et al.，2012;黄继川等，2016）。杨润等（2017）研究表明，猪粪沼液施用于水稻时的最佳氮素施肥量为213.9 kg/ha，低于此值时氮素施肥量与水稻产量呈极显著的正相关，并指出沼液合理施用水稻拥有良好的环境效益和经济效益。本研究发现，在沼液替代尿素60%比例范围内，随着沼液施用量的增加水稻产量也逐渐增加，但超量替代施用后水稻稻谷产量、生物量和千粒重均有一定程度的降低，表明沼液完全替代化肥对水稻的生长和产量会造成不良影响，与张进等（2009）的研究结果相似。但何旭华等（2018）研究显示沼液按照50%和100%的比例替代化学氮施用水稻均可提高产量，施用量至200%替代水平时水稻才出现减产。其试验稻田土壤pH（5.05）和有机质含量（26 g/kg）均低于本研究，沼液氨态氮含量（1800 mg/L）高于本研究，另外水稻品种和小区种植面积也不同，可能是导致二者研究结果存在差异的原因。黄红英等（2013）开展了猪粪沼液等氮条件下施用稻麦的田间试验，结果显示50%～75%沼液分3次施入后获得的产量与常规化肥相当。本研究中沼液也是分基肥和追肥依次施入，结果显示籼稻增产效果较好，可能是由于沼液中的氮主要以速效的铵态氮为主，如在植物生育前期施入过多沼液，可能导致植株生长旺盛，后期易出现贪青晚熟的现象，产量随之降低。

有研究表明，施用沼液可提高西红柿（Yu et al.，2010）和饲用玉米（Islam et al.，2010）的品质。在本研究的沼液替代尿素氮肥模式下，稻谷蛋白含量随沼液施肥量的增加而增大，其中沼液20%替代尿素氮处理的蛋白含量较常规化肥处理显著降低，沼液60%～100%替代尿素氮处理的蛋白含量与常规化肥处理相当，提示减少化肥施用的同时，适量沼液替代氮肥能保证水稻蛋白含量。各沼液处理的直链淀粉含量和水分含量略有降低，但变化不明显，与本课题组前期分析的纯沼液（N 20%～200%）施用杂交籼稻对蛋白和直链淀粉含量的影响有相似之处（侯福银等，2018）。有研究显示水稻食味品质与水分含量关系不明显，但一定范围内降低直链淀粉含量可改善稻米的食味品质（刘凯等，2016）。可见，沼液施用有提高籼稻品质的潜力，有助于其作为畜禽饲料开发应用。唐薇等（2010）设置10个不同纯沼液施用梯度，结果显示与常规化肥处理相比，沼液施用明显提高了水稻产量和稻米蛋白含量，且蛋白含量在各沼液施肥組中存在极显著差异，呈先增后减的变化趋势。另外，根据本研究中对籼稻有效穗数、生物量、稻谷产量和蛋白含量等指标的变异程度和相关性分析结果，表明沼液部分替代尿素氮肥施用于饲用籼稻种植具有较好的开发价值。在今后的研究中应继续跟踪并结合沼液施用过程中氨挥发、土壤养分变化等因素，进一步探索沼液提升籼稻饲用价值的潜力。

4 結论

与常规施用化肥相比，籼稻施用沼液有助于提高生物量和稻谷产量，但沼液过量施用会导致稻谷产量下降。在等氮施肥条件下，从保证籼稻稻谷产量、生物量和蛋白含量等角度综合考虑，以沼液替代60%尿素氮肥的效果较优。

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（责任编辑 王 晖）