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时间:2020-05-11 13:49:18 点击:

沼液培肥(休耕)+水稻种植模式的探究

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

 

  为了能够更安全更有效的在水稻上资源化利用沼液,本研究以稻麦轮作种植模式下全部施用化肥的CK1处理和施用沼液和化肥的CK2处理为对照,探究在沼液培肥(休耕)+水稻的种植模式下的全部施用沼液的CL处理的效果。结果表明,(1)在水稻收获后,CL处理的土壤各项指标明显优于CK1处理和CK2处理,有机质、碱解氮、有效磷和速效钾提高,全盐量下降,pH维持稳定;(2)在水稻收获后,CL处理的土壤中重金属含量均没有超过《国家土壤环境质量标准 GB15618-2018》风险限定值规定,不会造成土壤重金属污染;3CL处理的水稻的产量最高,达到10215 kg·hm-2,分别比CK1处理和CK2处理提高了6.2%6.6%;(4)相比于CK1处理和CK2处理,CL处理的大米中脂肪、氨基酸和矿质元素FeCaCuZn含量均大幅度增加,Na含量较低,其中氨基酸含量分别是CK1处理和CK2处理的3.4倍和1.5倍,Ca含量分别是CK1处理和CK2处理的95.3倍和2.0倍。

关键词:沼液培肥;水稻;营养;

中图分类号:S-3                           文献标志码:            文章编号:0528-90172020

 

 

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]。但是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。但沼液成分复杂,应用时存在因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和贪青晚熟等一些问题,导致单纯施用沼液是无法满足农作物的生长需求,必需添加适量的化肥,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,施用时需要用大量水稀释,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600t·hm-2;王桂良等[5]认为水稻田适宜的沼液消纳量为278t·hm-2;宋三多等[6]认为,水稻田适宜的沼液消纳量为730t·hm-2,小麦田为55t·hm-2;温国良[7]认为水稻田适宜的沼液消纳量为480t·hm-2,小麦田为4.5t·hm-2。而根据现有文章报导,大丰区水稻田最适宜的鸡粪沼液消纳量只为210t·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,大幅度提高了水稻的品质,又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  试验材料

试验于2018-11-012019-11-01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天以上的鸡粪沼液。

1.2  试验设计

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187.5kg·hm-2磷酸二氢铵做基肥,在水稻分蘖期第一次追肥,施用412.5kg·hm-2尿素和75t·hm-2沼液,孕穗期第二次追肥,施用202.5kg·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天,此步骤重复1次;最后进清水浸泡5天后,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

20182019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,每个处理有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-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GB15618-2018测定。

水稻检测指标包括株高、产量和营养成分。在收获前5天随机选择 30个点,每个点选 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GB5009-2016测定。

1.4  数据处理

采用Excel 2003SPSS 17.0软件进行统计分析和绘图。

2  结果与分析

2.1  “沼液培肥(休耕)+水稻的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CK1CK2处理,CL处理的土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾分别比CK1CK2处理高了13.2%13.7%15.132.6%5%52%24.742.9%,全盐量分别低了11.4%19.4%pH基本一致。

1  不同时期土壤指标变化情况

处理

年份

有机质/

g·kg-1

全盐量/

pH

碱解氮/

mg·kg-1

有效磷/

mg·kg-1

速效钾/

mg·kg-1

CL

2018

10.58±0.99

1.75±0.03

8.6±0.1

101±4

47.0±11.0

138.7±26.3

2019

10.81±0.52

1.87±0.04

8.4±0.1

122±7

38.4±5.3

139.0±19.0

CK2

2018

10.64±0.84

1.78±0.04

8.6±0.1

100±3

45.9±4.9

139.0±18.8

2019

9.55±0.35

2.11±0.04

8.4±0

106±2

38.2±5.2

111.5±17.6

CK1

2018

10.56±0.50

1.79±0.06

8.6±0

98±3

46.7±6.9

136.0±24.4

2019

9.51±0.49

2.32±0.04

8.5±0.1

92±3

36.5±5.5

97.3 ±19.7

2.2  “沼液培肥(休耕)+水稻的种植模式对土壤中重金属含量的影响

由表2看出,CK1CK2CL处理的土壤中重金属含量远低于《国家土壤环境质量标准GB15618-2018》风险限定值。其中,相比CK1处理和CK2CL处理的土壤中CrCuNi含量出现小幅度下降,AsHgZn含量出现小幅度上升,CdPb含量稳定。

2.水稻收获后土壤中重金属含量(mg.kg-1

处理

Pb

Cd

As

Hg

Cr

Cu

Zn

Ni

CK1

22.2

0.0357

4.56

0.0119

69.1

20.7

64

33.1

CK2

22.1

0.0352

5.36

0.0178

67.8

20.2

65.2

32.7

CL

22.3

0.0347

7.11

0.0246

66.0

19.3

69.8

30.9

GB15618-2018风险限定值

240

0.8

20

1.0

350

100

300

190

2.3  “沼液培肥(休耕)+水稻的种植模式对水稻发育和产量的影响

由图2显示,CL处理的水稻生长旺盛,产量高,明显优于CK2CK1处理的种植。

CL处理会促进水稻的生长。CK2处理的水稻株高最高,为95.5cmCL处理的水稻株高次之,为93.6cm,和CK2之间无显著差别;但是相比CK1处理,CL处理的株高提高了11.2%,差异显著。

CL处理会增加水稻的产量。CK1处理和CK2处理的水稻产量分别为9615kg·hm-29585kg·hm-2,只相差30kg·hm-2,在误差允许范围内;而CL处理的水稻产量会大幅度上升,为10215kg·hm-2,比CK1处理和CK2处理分别增加了600kg·hm-2630kg·hm-2

 

2  不同处理的水稻株高和产量情况

2.4  “沼液培肥(休耕)+水稻的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,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处理的大米中脂肪增加到1.5g/100g,提升了66.7%;氨基酸增加到8.32g/100g,提高了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;钠含量降低到0.597mg/100g,降低了84.4%

3  100 g大米中营养成分含量

处理

脂肪/g

氨基酸/g

/mg

/mg

/mg

/mg

/mg

CK1

0.9

2.42

1.50

7

3.820

0.300

0.69

CK2

1.2

5.49

2.63

339

0.349

0.198

1.28

CL

1.5

8.32

3.44

667

0.597

0.351

1.68

3  讨论

3.1  “沼液培肥(休耕)+水稻的种植模式对土壤理化性质的影响

本试验中,CL处理的土壤各项理化指标均不同程度的优于CK1处理和CK2处理,而且CL处理土壤在有机质和碱解氮方面比上一年同期有所增长,尤其是碱解氮提高了20.8%,说明施用沼液能够改良培肥土壤,这和吴红等[9]的结果一致。大量沼液给土壤带入了大量外源有机质和铵态氮;沼液中大量的氮调节了水稻秸秆的碳氮比,加速了秸秆的腐熟,降低了氮素的损失,使有机物质累积在土壤中;结合沼液中丰富的矿物质,在渍水低温的环境下土壤中多种易分解的有机质向难分解的腐殖质转变;土壤中有机质与 Ca2+通过阳离子键桥与黏土矿物形成有机无机复合体,在物理结构上保护有机质,从而增加土壤碳固存[10]CL处理的有效磷比上一年同期有所降低,但明显比CK1CK2降低少。说明施用沼液能够弥补磷的损失,这和黄继川等[11]和蔡茂[12]等研究一致。水稻收获前是水稻吸收磷的高峰期,会短时间内带走大量有效磷,而土壤中难溶磷存在转化为有效磷需要转换期,导致土壤中有效磷短时间降低。但是CL处理的沼液用量大,导致土壤中有机质和总磷较高,导致土壤有效磷含量较高,所以降低最少。沼液中钾含量较高,合适的沼液用量完全能够弥补因水稻生长带走的钾,而且土壤中速效钾和缓效钾能够迅速相互转换,从而CL处理的土壤的速效钾含量维持不变,这和董园园等[13]结果一致。相比上一年,CL处理的土壤的全盐量增长量远远小于CK1处理和CK2处理。沼液中钙镁等阳离子的存在,能够置换出土壤中的Na+,和Cl-SO42-生成可溶性盐[14],加上土壤有机质的增加,会引起土壤容重的降低,通透性增加,从而土壤盐分容易淋出耕作层;CL处理进行了清水洗田,盐分可以通过地上径流快速排出田块。

3.2  “沼液培肥(休耕)+水稻的种植模式对土壤重金属的影响

对照《国家土壤环境质量标准 GB15618-2018》,CL处理的土壤中8种重金属含量均远低于国家相关要求,没有造成土壤重金属污染。采用CL处理方式土壤中CrCuNi重金属含量出现小幅度下降,PbCd保持稳定,这与史一鸣[15]和杨晓桐[16]研究结果不同。有机质能够螯合(络合)大部分重金属,从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  “沼液培肥(休耕)+水稻的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,这和何顺民等[17]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MgFeB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  “沼液培肥(休耕)+水稻的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。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处理和CK2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处理高了66.7%,而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,能够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验证了这一结论。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,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。本实验中CL处理的高钙大米能够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。

参考文献:

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(责任编辑:张瑞麟)

Study on the cultivation mode of rice and biogas slurry.Wang Kang et al


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