沼液培肥(休耕)+水稻的种植模式

王康，李稀，束剑峰，戴辉，练梅华，张雨，许玉超

(江苏苏港和顺生物科技有限公司，江苏 盐城 224145)

沼液是一种优质的缓速兼备的液体有机肥，其主要养分是速效养分[1]，但沼液也存在养分含量低、排放量大、运输困难、经济价值低等缺点。为此，目前被认为最经济有效的沼液处理方法是粗放式沼液还田。因沼液成分复杂，应用时存在含有多种植物激素导致施用过多和过迟容易造成植物疯长倒伏或贪青晚熟等一些问题，使单纯施用沼液无法满足农作物的生长需求，需添加适量化肥才能达到最高产量。黄红英等[2]认为，沼液氮占全氮含量75%时水稻产量最高，沼液氮占全氮含量50%时小麦产量最高。郑学博等[3]认为，沼液氮占全氮含量30%时花生的产量最高。

农田沼液消纳能力随着农作物种类、施用的土壤情况、当地的气候条件变化而变化，而且沼液因其自身盐度高、氨氮高，故施用时需用大量水稀释，因此，规模化应用时沼液主要在水稻田上应用，而在旱田上应用较少且用量小。黄继川等[4]认为，水稻田适宜的沼液消纳量为600 t·hm-2；王桂良等[5]认为，水稻田适宜的沼液消纳量为278 t·hm-2；宋三多等[6]认为，水稻田适宜的沼液消纳量为730 t·hm-2，小麦田为55 t·hm-2；温国良[7]认为，水稻田适宜的沼液消纳量为480 t·hm-2，小麦田为4.5 t·hm-2。盐城市大丰区水稻田最适宜的鸡粪沼液消纳量仅为210 t·hm-2[8]，完全满足不了大中型沼气工程产生的沼液消纳需求。这种现状导致沼液产生的连续性和沼液还田的季节性矛盾更大，大部分大中型沼气工程刚到冬季就面临沼液池存储压力，难以等到下一个用肥季节，因此，急需新的沼液处理途径。

本研究采用“沼液培肥(休耕)+水稻”的种植模式，既培肥了土壤，避免了水稻因沼液用量过大可能造成的疯长和贪青问题，在水稻稳产高产的基础上完全替代了化肥，大幅提高了水稻品质，增加了农田消纳沼液能力，提供了大中型沼气工程非用肥季节的沼液消纳途径。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2018-11-01至2019-11-01在盐城市大丰区大丰港华丰农场内进行。常规水稻苗(品种9108)取自华丰农场。沼液和浓缩10倍沼液取自江苏苏港和顺生物科技有限公司。沼液为存储30 d以上的鸡粪沼液。

1.2 处理设计

共设3个处理，每处理面积14 hm2。

CK1：实行“稻麦轮作”种植模式。小麦正常按照当地传统方式种植；水稻种植期间，施用187.5 kg·hm-2磷酸二氢铵做基肥，在分蘖期第一次追肥，施用637.5 kg·hm-2尿素，孕穗期第二次追肥，施用202.5 kg·hm-2尿素。

CK2：实行“稻麦轮作”种植模式。小麦正常按照当地传统方式种植；水稻种植期间，施用187.5 kg·hm-2磷酸二氢铵做基肥，在水稻分蘖期第一次追肥，施用412.5 kg·hm-2尿素和75 t·hm-2沼液，孕穗期第二次追肥，施用202.5 kg·hm-2尿素。

CL：实行“沼液培肥(休耕)+水稻”的种植模式。不种小麦进行休耕，并用沼液培肥，具体操作：先用450 t·hm-2沼液培肥2个月；再用150 t·hm-2沼液培肥15 d，此步骤重复1次；最后进清水浸泡5 d后，排空田间水，此步骤重复2～3次，确保土壤全盐量在2‰以内；水稻种植期间，在拔节期、孕穗期和齐穗期分别喷施浓缩10倍沼液1次，用量为7.5 kg·hm-2。

1.3 样品采集、处理和方法

在2018和2019年水稻收获后，按照S型取样法，土壤取样深度为0～30 cm，每12个点混合成1组样品，每处理有5组样品。

土样检测指标包括有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、pH、可溶性盐和重金属。有机质含量采用K2Cr2O7-浓H2SO4外加热法测得；碱解氮含量采用碱解扩散吸收法测定；有效磷和速效钾含量通过土壤养分速测仪测定；pH值通过pH测定仪测定；可溶性盐含量采用蒸馏法测定；重金属含量由农业农村部农产品加工监督检验测试中心(南京)依GB 15618—2018测定。

水稻检测指标包括株高、产量和营养成分。在收获前5 d随机选择30个点，每点选9穴测定株高。统一采用机械收割，烘干后(籽粒中水分降为14%)，用地磅称重，测定产量。营养成分由农业农村部农产品加工监督检验测试中心(南京)依GB 5009—2016测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2003和SPSS 17.0软件进行统计分析和绘图。

2 结果与分析

2.1 种植模式对土壤理化性质的影响

由表1看出，在试验开始前，3块试验田的原来指标基本一致，肥力情况差异不大。而试验结束后CL处理的土壤指标明显优于CK1和CK2处理。

表1 不同时期土壤指标变化情况

2.2 种植模式对土壤中重金属含量的影响

由表2看出，CK1、CK2和CL处理的土壤中重金属含量远低于GB 15618—2018《国家土壤环境质量标准》风险限定值。其中，CL处理土壤中Cr、Cu和Ni含量相比CK1和CK2出现小幅下降，As、Hg、Zn含量小幅上升，Cd、Pb含量稳定。

表2 水稻收获后土壤中重金属含量

2.3 种植模式对水稻发育和产量的影响

图1显示，CL处理的水稻生长旺盛，产量高，明显优于CK2和CK1处理的产量。

图1 不同处理的水稻株高和产量情况

CL处理会促进水稻的生长。CK2处理的水稻株高最高，CL处理的水稻株高次之，两者间无显著差异，但都显著高于CK1。

CL处理会增加水稻的产量。CK1和CK2处理的水稻产量分别为9 615和9 585 kg·hm-2，只相差30 kg·hm-2，在误差允许范围内；而CL处理的水稻产量大幅上升，为10 215 kg·hm-2，比CK1和CK2处理分别增加600和630 kg·hm-2。

2.4 种植模式对大米品质的影响

由表3看出，除了铜含量在采用CK2处理时出现降低外，施用沼液能够有效增加大米中脂肪、氨基酸等营养成分和铁、钙、铜、锌矿质元素，钠含量降低。相比CK1处理，CL处理的大米中脂肪提升66.7%；氨基酸提高243.8%；铁、钙和铜等矿质元素增加极为明显，尤其是钙增加了94.3倍；钠含量降低84.4%。

表3 100 g大米中营养成分含量

3 讨论

3.1 种植模式对土壤理化性质的影响

3.2 种植模式对土壤重金属的影响

对照GB15618—2018《国家土壤环境质量标准》，CL处理的土壤中8种重金属含量均远低于国家相关要求，未造成土壤重金属污染。采用CL处理方式土壤中Cr、Cu、Ni重金属含量出现小幅度下降，Pb和Cd保持稳定，这与史一鸣等[15-16]的研究结果不同。有机质能够螯合大部分重金属，因而在沼液和沼渣分离时，大部分重金属吸附在沼渣中，沼液中重金属含量原本偏低，所以由沼液带入土壤中的重金属总量很少。沼液中含有大量硫酸盐和磷酸盐，能够和多种重金属形成不溶物固定下来，而土壤有机质含量增加，提高了土壤的通透性，加快了重金属不溶物的淋洗下渗，降低了耕作层土壤中重金属含量，从而导致土壤中大部分重金属变化不大，甚至减少。

3.3 种植模式对水稻株高和产量的影响

本试验表明，CL处理水稻的产量高于CK1处理和CK2处理，这与何顺民等[17]的结果一致。进行沼液培肥后，提高了土壤短期和长期供肥能力，促进水稻的分蘖，减少无效分蘖；沼液施用和水稻种植时间分开，避免了因秸秆等有机物质腐烂分解导致微生物和水稻争肥的现象产生，出现水稻脱肥抑制生长[18]；沼液中含有的Mg、Fe、B等中微量元素，提高了叶片中叶绿素的含量，促进了光合作用[19]。CL处理水稻的株高小于CK2处理。虽然沼液中含有的赤霉素、植物生长素等多种植物激素，会促进水稻细胞的分裂和伸长，并且沼液用量越多，促进越明显，容易造成水稻疯长和贪青的现象，但是沼液在水稻种植前施用，微生物能够分解部分沼液中赤霉素和植物生长素，降低沼液对水稻的促进作用。

3.4 种植模式对大米品质的影响

CL处理的大米营养成分明显高于CK1处理和CK2处理。有8种氨基酸是人体必需的，人体不能自行合成，只能靠食物摄取。CL处理的大米中氨基酸含量比CK1和CK2处理高很多，甚至是CK1处理的3.4倍，这和唐薇等[20]结果一致。CL处理施用了大量沼肥，为土壤引入氮量比其他处理高很多，直接促进水稻植株对氮素的吸收转化利用，导致运转到籽粒中的氮增加，从而有利于蛋白质的合成[21]。脂肪含量的高低是影响米饭可口性的主要因素[22]，尤其是不饱和脂肪酸和直链淀粉一脂肪复合体含量。研究表明，随着脂肪含量增多，稻米品种米质级别提高[23]。CL处理的大米中脂肪含量比CK1高66.7%，且大米主要是优质不饱和脂肪酸和直链淀粉一脂肪复合体。

矿质元素是人体正常生理活动所必需的，但体内无法合成，必须从食物中摄取，摄入缺乏会引发一些疾病。据不完全统计，世界40%以上的人口缺乏铁、锌、维生素A等微营养元素。谷物中矿质元素含量很低，而我国以稻米为主食的居民的大部分矿质元素均来自于水稻，因此稻米的矿质元素直接关系到人们的健康状况，是一种不可忽视的营养成分。CL处理的大米中铁、钙、铜、锌等矿质元素很高，能有效补充人体的矿质元素。沼液中含有丰富的矿物质，直接补充了土壤中矿物质丰度，而大米与土壤中的微量元素含量在一定范围内呈正相关[24]。另外，大量氮肥的施用也会增加稻米中矿物质含量[25]。同时，由于离子拮抗作用的存在，大米中矿质元素增加，会导致水稻对其他离子及重金属的吸收能力降低，本试验中钠离子降低也验证了这一点。CL处理的大米中钙的含量超过关于大米的现有文献记载[26-28]。钙除了是骨骼发育的基本原料而直接影响身高外，还具有促进体内某些酶的活动、参与神经与肌肉的活动和神经递质的释放、调节激素的分泌等其他重要的生理功能。人体需要每日补充钙，尤其是婴幼儿、老年人和孕妇，多数需要额外食用补钙产品。本试验中CL处理的高钙大米能从饮食上直接改善人体缺钙的现象。

4 小结

采用“沼液培肥(休耕)+水稻”种植模式种植水稻，既能够培肥土壤，降低土壤出现盐渍化的风险，没有造成土壤重金属污染的问题，又能够促进水稻的生长发育，增加产量，提高大米的营养成分和矿物质含量，其中矿物质Ca含量超过关于大米的现有文献记载，能够从饮食上直接改善人体缺钙现象，是一种天然补钙产品。