沼液在水稻生产上的应用现状与展望

胡建林 郭 英 董华林 殷得所 王红波 郑兴飞 查中萍 薛 莲 徐得泽 刘 凯

（湖北省农业科学院粮食作物研究所/粮食作物种质创新与遗传改良湖北省重点实验室 湖北武汉 430064）

沼肥是指在沼气发酵时所产生的残余物， 包含固态的沼渣与液态的沼液两部分。 近年来，随着我国动物养殖规模的不断扩大及沼气业的蓬勃发展，养殖废弃物处理过程中及沼气产业本身产生的沼肥都在日益剧增，沼肥平均排放量每年达到了2 亿t[1]，如何高效安全合理地处理沼肥， 已成为限制沼气产业发展的瓶颈问题，亟待解决。 沼渣为固态，可以深加工为固态有机肥，易于运输，便于处理。 相对沼渣，沼液的产能更大， 而且液态的沼液储存与运输的条件要求较高，处理不当，极易成为二次污染物，造成环境污染。 将沼液就地肥料化，施入到稻田中，通过稻田水的稀释、长时间的高温消解、水稻的吸收利用等一系列过程， 水稻可将沼液的成分及分解物进行吸收转化，即可降低沼液对环境带来的污染，又可减少水稻生产对化肥、农药的使用。

1 沼液的成分组成

目前， 我国每天都会产生大量各种各样的有机垃圾与废弃物， 因此沼液的来源非常广泛， 但目前其主要由农作物秸秆、 畜禽养殖粪便等农业废弃物发酵而产生。 发酵完成后沼液是一种复杂的混合物， 一般呈现深褐色， pH 为中性或偏碱性。 沼液中的植物营养成分含量较高， 且大都是离子态形式的速效养分， 非常利于植物的吸收。 不同来源的沼液中含有的营养元素与活性物质的组成基本相同， 但其各个组成成分的含量有所差异[2]。 沼液中富含植物所需的大量元素 C、H、O、N、P、K 等，也含有调节植物生长作用的微量元素 Ca、Mg、Fe、S、Zn 等， 还含有维生素、 赤霉素、 生物碱和激素等植物生长调节物质及抑制植物病虫害的有益微生物等[3-4]。 由此可知，沼液富含植物所需的速效营养与有机质， 是优质的农田有机肥料， 可在水稻大田生产上得到有效而广泛的利用。

2 沼液在水稻生产中的应用技术

2.1 沼液水稻浸种

水稻生产上， 水稻种子在播种之前一般都要进行浸种催芽处理。 沼液水稻浸种就是在水稻种子播种前，将其放在沼液中进行浸泡处理的一项技术。 沼液中含有利于种子萌发的微量元素与活性物质，浸种时可以抑制并杀灭种子外表的有害病菌， 并能促进水稻种子快速发芽与生长。 这是因为在浸种过程中，种子在吸收水分的同时，也可以吸收沼液中的营养与促进成分，加强细胞内酶的活性，加速发芽过程中的养分运转和新陈代谢[5]。 虽然沼液水稻浸种存在诸多优势， 但是在沼液浸种处理过程中， 对沼液的浓度、 浸种处理时间与处理手段都有一定要求。 王彦杰等[6]的研究表明，在48 h 的浸种与催芽试验中，沼液浓度低于30%的浸种处理对水稻种子发芽有显著促进作用， 其中3%的沼液处理可显著提高水稻的发芽率和发芽指数等， 是试验中最理想的浸种浓度； 当沼液的浸种浓度提高到50%及以上时， 反而抑制了水稻种子发芽过程中的胚芽和根的伸长。 由此可见， 在沼液水稻浸种时， 要结合当时的处理温度、 沼液浓度与成分， 灵活掌握浸种时间， 总时间控制在24～48 h 之间比较合适。也可以采用间歇式浸种处理[7]，种子开始破胸时，沼液浸种阶段要及时结束，将种子用清水清洗干净后再进行催芽，将沼液浸种与清水催芽分成2 个阶段分开处理， 可避免烧芽现象的发生。

2.2 沼液用作水稻肥料

近年来，为了追求高产，农民往往在水稻种植过程中施用过量的化肥与农药， 严重影响了生态环境与农业生产的可持续发展[8]。 当前，沼液主要利用与处理方式就是肥料化还田。 沼液作为一种优质的有机肥，含有水稻生长所需的多种营养成分，将沼液作为稻田肥料，不但可以保证水稻产量，同时也能够提高水稻的品质与抗逆性[1,9]。 研究表明，沼液可以在水稻生产的各个不同阶段施用，可用作稻田前期基肥、生长期的追肥及叶面肥等，只要在施用中处理得当，都能对水稻的产量与品质起到一定的提升作用[10-12]。

2.2.1 沼液作稻田基肥 在水稻播种前的休耕时节往稻田中灌施沼液， 利用休闲阶段先提前对沼液进行消解，一方面可以提前改良土壤的理化性质[13]，增强土壤保水、保肥能力，另一方面可以提前对沼液中的有机质进行分解， 利于后期水稻的吸收。 姜丽娜等[10]的研究表明，休耕时节往稻田中灌施沼液后，后季种植的水稻可以在不施加额外的氮肥与钾肥的条件下， 与施用全化肥的对照处理的稻谷产量相近或者略高，而且灌施沼液后的土壤肥力有明显改良，土壤中的有机质、氮、磷、钾、钾都明显高于对照处理，也没有出现养分过度累积导致的富营养化， 有害重金属也没有增加。 叶巧丽等[14]的研究表明，每亩稻田施用8 t 沼液作为基肥的水稻实收亩产量显著高于施用化肥的水稻。 王康等[15]的研究表明，在休耕期施用沼液配肥的水稻产量达到了10 215 kg/hm2， 比施用化肥的水稻产量提高了6.6%， 稻米的品质也有了明显的提升。 以上研究表明，将沼液用作稻田基肥，水稻的产量与品质都可以达到或者超过施用化肥的表现，土壤肥力也能得到一定的改良。

2.2.2 沼液作水稻追肥 岑汤校[26]等的研究表明，将沼液用作单季稻的分蘖期追肥（75 t/hm2），产量比单施化肥的对照组有所提高； 对施用沼液后的土壤进行了养分测定显示，土壤有机质、氮、磷、钾、有机碳、腐殖酸碳、 胡敏酸碳等营养元素的含量都有不同程度的提高，对地力提升效果明显。 王文博等[16]的研究表明，沼液作追肥的N2 处理（纯 N 396 kg/hm2）时，能促进水稻分蘖数的增加，同时提高产量，还能增加土壤中N 与P 的含量及其利用率； 将沼液用作追肥时，施用量不是越多越好，沼液作追肥的N3 处理（纯N 594 kg/hm2）虽然比N2 处理提高了施用量，但较高比例的沼液会引起土壤中的微生物与水稻争氮， 反而影响了水稻的氮素供应， 最终造成产量降低。 也有研究表明， 沼液替代200%化肥氮处理， 会引起水稻基部节间长度显著增长， 造成贪青晚熟， 最终影响产量[17-19]。 因此，沼液的施用量要在合理的范围之内才能发挥最佳性能[20]。 还有研究表明，沼液用作基肥（187.5 t/hm2）与追肥（75.0 t/hm2）配合施用（总量262.5 t/hm2），可以达到极显著的增产效果[26]。

2.2.3 沼液作水稻叶面肥 沼液富含作物所需的多种水溶性营养成分，也是一种速效叶面肥，叶面喷施沼液能增加水稻叶片的厚度， 提高叶片的光合作用的速率与强度， 为实现水稻高产与优质的生产目标建立条件基础；另外，水稻叶面喷施沼液可以为水稻补充生长调节剂，促进水稻的生长平衡。 王康等[11]的研究表明， 喷施适量叶面肥能有效促进水稻生长、提高产量和效益，其中喷施浓度处理CL2（分蘖期、孕穗期和灌浆期分别喷施 7.5 kg/hm2、7.5 kg/hm2和3.75 kg/hm2） 的效果最佳， 产量和效益分别提高15.4%和4 331.4 元/hm2。沼液也是一种“生物农药”喷剂，其中含有丰富的微生物与植物生长调节剂等，对水稻的病虫害（纹枯病、稻瘟病和螟虫等）有显著的抑制作用[21]。 防治的机理可能是，沼液中的微生物群落可以改变植株表面的微生态平衡， 抑制病原微生物在植株上的寄生和发病[22]。

3 沼肥在水稻生产应用中存在的问题与展望

目前， 沼液的主要处理与利用方式就是肥料化还田利用。 在前期，人们对沼液在水稻生产上的应用做了大量研究，在水稻生产的各个阶段施用沼液，大多数都能发挥良好的肥料效果， 提高稻米的产量与品质。 但是，由于水稻自身的需肥特性及不同来源沼液的复杂性， 要用沼液完全替代传统化肥在稻田中施用，仍需要探索更多合理而精准的施用方法。 在前期研究中，若沼液的用法用量不当，将极易对水稻的产量与品质造成不良影响[17-20]。 同时，沼液中含有的重金属、亚硝酸盐及有害病原菌等有害物质，也可能对水稻、土壤与水体生态造成污染，甚至间接威胁到人类的健康[23]。 研究还发现，畜禽等排泄物发酵产生的沼液中可检测到较高含量的四环素类抗生素和喹乙醇激素等，人们担心此种沼液施用于稻田，很有可能会威胁稻米的食用安全， 施用过的土壤还会产生类似抗生素污染的风险[24]。

针对沼液在稻田利用中存在的问题， 在今后的研究中， 首先亟需对不同沼液还田利用的环境效益进行长期的、彻底的评价与机理研究，逐步明晰沼液中哪些成分会对环境造成污染与破坏， 采取相应的措施来消除其有害成分， 进而消除人们对沼液施用的担心与疑虑。 其次，要抓紧制定并健全沼液资源化利用的相关标准流程和技术规范措施， 从而可以做到从源头上对沼液的质量进行把控，实现达标排放。另外， 目前研究人员也在积极探索对沼液进行浓缩及复配功能性物质， 不仅可以减少沼液的储存和运输成本，同时可实现沼液施用的规范化与增值化，非常值得进行更深层次的探究[25]。