集约化养猪场沼液过量还田对玉米性状及土壤速效养分的影响

张哲栋 梁晓飞 周思邈 侯景宇 张绪 闫之春

摘要 为研究集约化猪场过量沼液还田对玉米性状及土壤速效养分的影响，本试验以拔节期玉米为研究对象，通过对照组（CK）与试验组（S-Ⅰ、S-Ⅱ、S-Ⅲ、S-Ⅳ）之间玉米性状和土壤速效养分的变化进行研究。结果表明，与CK相比，在S-Ⅰ条件下仅玉米的茎粗表现出显著差异，其他的生长指标和玉米穗指标无显著差异；在S-Ⅱ条件下玉米生长指标中仅株高表现出显著差异，玉米穗指标略有下降但无显著差异；在S-Ⅲ和S-Ⅳ条件下除玉米穗行数无显著差异外，其他的玉米生长指标和玉米穗指标均表现出显著差异；沼液增施不会提升表层土壤（0～20 cm）和深层土壤（20～40 cm）中速效钾的含量；沼液增施会提升表层土壤和深层土壤中有机质、有效磷、碱解氮的含量，而且含量会随着沼液浇灌量的增加而增加。综合分析认为，在沼液产生量过大的场区，最多可以2倍沼液还田量进行还田，此时不会使玉米的产量降低，并会适度提升土壤中除速效钾外的其他速效养分含量。

关键词 集约化养猪场；沼液还田；玉米；土壤速效养分

中图分类号 S858.28   文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2023）04-0092-05

近年来，随着人们对肉蛋类产品需求的增加，我国养殖业得到了迅猛发展[1]，其中集约化养猪场的占比也越来越高，每年都会产生大量的养殖粪污[2-4]。养殖粪污中含有丰富的氮、磷、钾元素，通过沼气技术处理后会产生富含营养物质的沼液[5]。发酵后的沼液可以通过浸种、叶面肥、营养液和直接还田等方式利用。刘小光等[6]研究表明，在适合的浓度下沼液可促进玉米种子的萌发并提高根毛的生长量；孟清波等[7]研究表明，喷施沼液叶面肥可促进辣椒的生长发育，提高辣椒的产量和果实品质；Wang等[8]研究表明，在水培过程中沼液可替代50%的营养液且不会产生不良影响；李金橙等[9]研究表明，使用3倍氮当量的沼液还田时玉米的产量和品质相对于其他试验组达到最佳。

相关研究表明，用发酵后的沼液进行农作物还田种植不仅能够降低化肥的使用量，还能改良土壤提升农作物品质[10-11]。但由于集约化养猪场沼液产生的量太大，大部分沼液不能得到合理利用，在有限用地上合理消纳这些沼液成为一个亟待解决的问题[12-13]。目前，国内沼液还田的研究大多根据作物的养分需求量进行试验，在大田种植过程中增施沼液的相关研究还相对较少。本试验在正常施用底肥的玉米拔节期增施沼液，通过对比不同沼液增施量对玉米性状、土壤速效养分含量的影响，得出最佳沼液增施量，以期为集约化猪场沼液还田、提升作物产量提供指导数据。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验地位于山东省菏泽市巨野县董官屯镇巨野新好农牧有限公司养猪场，地理坐标为35°26′76″ N、115°99′92″ E，属温带季风型大陆性气候，年平均气温13.5 ℃，年无霜期213 d，年降雨量741.9 mm，土壤以黄灰色黏性土壤为主。供试土壤表层（0～20 cm）和深层（20～40 cm）的速效养分含量见表1。供试沼液总氮含量为561.3 mg/L，总磷含量为20.0 mg/L，悬浮物含量为102.1 mg/L，pH为7.93。供试玉米品种为登海618，播种密度为63 000株/hm2，底肥为N-P-K含量为27-7-7的化肥，施肥量为750 kg/hm2。

1.2 试验设计

本研究采用随机区组设计，结合《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》《畜禽养殖业污染物排放标准》得出正常沼液还田量为3 800 m3/（hm2·a）[14-15]。以此為标准进行试验组设计，共设计5个处理，每个处理重复3次，每个重复面积为36 m2。对照组（CK）：1倍沼液还田量清水浇灌；试验组1（S-Ⅰ）：1倍沼液还田量沼液浇灌；试验组2（S-Ⅱ）：2倍沼液还田量沼液浇灌；试验组3（S-Ⅲ）：3倍沼液还田量沼液浇灌；试验组4（S-Ⅳ）：4倍沼液还田量沼液浇灌。

试验在玉米拔节期进行，每天按照各试验组设计浇灌量进行浇灌，并在第一次浇灌前采集各试验组表层土壤、深层土壤和玉米植株进行检测。试验开始后，每15 d采集各试验组玉米进行株高、茎粗、叶面指数、干物质量等生长期指标测定。玉米成熟后，采集各试验组表层土壤和深层土壤进行有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量检测，玉米植株除生长期指标测定外还需进行玉米穗长、穗粗、穗粒重、穗行数的检测。

1.3 样品采集与检测方法

1.3.1 土壤样品采集与检测。使用五点取样法对试验地表层和深层土壤进行取样，将采集到的同一深度的土壤样品充分混合后检测。其中，土壤有机质检测使用重铬酸钾外加热法；碱解氮检测使用碱解扩散法；有效磷检测使用钼锑抗比色法；速效钾检测使用火焰光度计法[16]。

1.3.2 玉米样品采集与检测。使用随机取样法对玉米随机取样3株，在生长期对玉米株高、茎粗、叶面积指数和干物资量进行检测，成熟后检测玉米穗长、穗粗、穗粒重和穗行数。其中，玉米株高检测从地面至植株顶部高度；茎粗检测植株茎基部的茎秆直径；叶面积指数检测通过检测植株全部绿叶面积计算，即测量全部叶片的长宽，采用长宽系数法计算叶面积，全展叶片系数为0.75，非全展叶片系数为0.5，单叶叶面积=长×宽×系数，叶面积指数=单株叶面积×株数/土地面积；干物质量检测植株烘干至恒重后的重量；穗粒重检测烘干至恒重的玉米穗全部籽粒重量。

1.4 数据处理

试验数据使用Microsoft Excel 2019进行统计整理，使用IBM SPSS Statistics 22.0进行分析。

2 结果与分析

2.1 增施沼液对玉米生长性状的影响

从图1可以看出，在增施沼液前各试验组与对照组相比株高、茎粗、叶面指数积、干物质量均无显著差异（P>0.05）。在持续增施沼液15 d后与对照组相比，S-Ⅳ玉米的茎粗和干物质量受增施沼液的影响而降低，且差异显著（P<0.05）。在持续增施沼液30 d后与对照组相比，S-Ⅰ玉米的生长并不受增施沼液的影响，S-Ⅱ玉米的茎粗和干物质量受增施沼液的影响而降低、S-Ⅲ和S-Ⅳ玉米的各项生长指标均受到增施沼液的影响而降低，且差异显著（P<0.05）。在持续增施沼液45 d后与对照组相比，S-Ⅰ玉米的生长仍不受增施沼液的影响，S-Ⅱ玉米的生长除株高外均受到增施沼液的影响而降低、S-Ⅲ和S-Ⅳ玉米的各项生长指标均受到增施沼液的影响而降低，且差异显著（P<0.05）。

在持续增施沼液60 d后玉米成熟。从图1和表2中可以看出，与CK相比，S-Ⅰ玉米仅茎粗降低了8.69%，表现出显著差异；S-Ⅱ玉米除株高外各指标均表现出显著差异，其中茎粗降低了14.24%、叶面积指数降低了29.27%、干物质量降低了15.45%；S-Ⅲ玉米的各项指标均表现出显著差异，其中株高降低了8.11%、茎粗降低了21.52%、叶面积指数降低了50.81%、干物质量降低了31.15%；S-Ⅳ玉米的各项指标均表现出显著差异，其中株高降低了10.22%、茎粗降低了23.87%、叶面积指数降低了56.50%、干物质量降低了38.92%。

2.2 增施沼液对成熟玉米穗的影响

从表3可以看出，在增施1倍沼液的条件下（S-Ⅰ），穗长、穗粗、穗粒重和穗行数与对照组（CK）相比并无显著差异。在增施2倍沼液的条件下（S-Ⅱ），穗长、穗粗、穗粒重和穗行数与对照组相比并无显著差异。在增施3倍沼液的条件下（S-Ⅲ），与对照组相比穗行数无显著差异，穗长、穗粗和穗粒重均表现出显著差异，分别降低了5.16%、5.29%、9.52%。在增施4倍沼液的条件下（S-Ⅳ），與对照组相比穗行数无显著差异，穗长、穗粗和穗粒重均表现出显著差异，分别降低了10.90%、7.07%、13.44%。

2.3 增施沼液对土壤速效养分的影响

从表4可以看出，在2种土壤深度下，除速效钾外其他各试验组的土壤速效养分含量均有提升，且随着沼液增施量的增加速效养分的含量也在增加。在土壤深度为0～20 cm时，试验组S-Ⅰ、S-Ⅱ、S-Ⅲ、S-Ⅳ与对照组（CK）相比有机质含量分别提升6.20、6.50、7.10和7.60 g/kg；有效磷含量分别提升9.60、21.40、36.80和50.20 mg/kg；碱解氮含量分别提升22.00、26.00、37.00和56.00 mg/kg。在土壤深度为20～40 cm时，试验组S-Ⅰ、S-Ⅱ、S-Ⅲ、S-Ⅳ与对照组（CK）相比有机质含量分别提升0.41、0.52、0.72和0.88 g/kg；有效磷含量分别提升0.50、0.78、1.14和1.30 mg/kg；碱解氮含量分别提升3.00、17.00、22.00和34.00 mg/kg。

3 结论与讨论

沼液富含多种营养物质，合理施用不仅可以提高农作物的产量和品质，还可以提升土壤肥力[17]。本试验结果表明，与CK相比在S-Ⅰ条件下仅玉米茎粗有显著差异，而株高、叶面积指数、干物质量、玉米穗长、穗粗、穗粒重、穗行数并无显著差异；与CK相比在S-Ⅱ条件下玉米株高、茎粗、叶面指数、干物质量均有显著差异，而玉米穗长、穗粗、穗粒重、穗行数并无显著差异；与CK相比在S-Ⅲ和S-Ⅳ条件下株高、茎粗、叶面指数、干物质量、玉米穗长、穗粗、穗粒重均有显著差异，而穗行数并无显著差异。这就说明适量地增施沼液并不会影响玉米的生长与收获，但如果沼液增施量过多就会影响玉米的正常生长并会降低玉米产量，这与万海文[18]和刘庆平[19]的研究结果相符。本试验结果表明，增施沼液会提升0～20 cm和20～40 cm土壤中有机质、有效磷和碱解氮的含量，且沼液浇灌量越多这些养分的含量越高，长期适量地增施沼液会提升土壤肥力，但土壤肥力过高会影响作物生长，这与崔宇星等[20]和黄界颖等[21]的研究结果相符。

结合试验结果来看，以1倍沼液还田量进行沼液增施并不会影响玉米的生长和产量；以2倍沼液还田量进行沼液增施会影响玉米的生长，但不会影响玉米的产量；而以3倍或4倍沼液还田量进行沼液增施会影响玉米的正常生长并降低玉米产量。因此，在沼液产生量过大的集约化养猪场进行沼液消纳时最多可以2倍沼液还田量进行还田，不仅不会影响玉米的产量，而且会提升土壤中除速效钾外其他速效养分的含量。

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（责编：张 蓓）