沼液养分动态监测及其在水稻种植中的肥料应用

罗学明，许育新，程妙坤，叶峰，钱定海，安文浩，陈喜靖，沈佳栾*

(1.杭州正兴牧业有限公司，浙江 杭州 311300；2.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021；3.杭州市临安区板桥镇人民政府，浙江 杭州 311300；4.杭州市临安区畜牧农机发展中心，浙江 杭州 311300)

长期以来，杭州市临安区年生猪出栏量在20万～25万头，一直是杭州地区第二大生猪养殖菜篮子保供基地。“十三五”期间杭州市临安区成立了5个沼液综合利用社会化服务组织，积极对接辖区内相应养殖场与种植基地，配套完善沼液运输车、贮液池、输送管道等，基本完善沼液生态消纳相关配套设施设备。2015—2018年共计消纳沼液35.88万t，为构建种养结合、农牧循环的可持续发展模式打下坚实基础。

总结近几年临安区畜牧沼液消纳利用过程中存在的问题，主要表现在消纳方式相对比较粗放，未能做到根据不同作物生长周期定时定量精确施肥，缺乏相应的监测机制和评价体系。因此，本试验开展沼液养分动态监测及其在水稻种植中的应用，一是准确测定沼液中化学需氧量(COD)、氨氮浓度及氮、磷、钾含量；二是根据水稻不同生长时期的营养需求，科学施用沼液替代化肥，测定水稻产量进而评价施肥效果；三是监测沼液施肥前后土壤中铜、锌、铅、铬、镉及砷、汞等重要重金属指标变化，进而建立相应评价体系，为科学有效地开展生态循环农业提供理论依据和重要参考。

1 养殖沼液动态监测

1.1 养殖沼液来源、运输、处理及贮存

本试验所用养殖沼液均来自杭州正兴牧业有限公司沼气生态工程处理后的沼液，试验过程中，根据不同作物实际需求，将厌氧发酵后的沼液直接或气浮除杂后用专用运输车运送到水稻或蔬菜基地相应的贮存罐(池)备用。

1.2 检测方法

本试验主要测定沼液的COD、氨氮浓度及氮、磷、钾含量，检测标准如下：HJ 828—2017《水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法》；GB 7479—1987《水质 铵的测定 纳氏试剂比色法》；GB 11894—1989《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》；GB 11893—1989《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》；GB 11904—1989《水质 钾和钠的测定 火焰原子吸收分光光度法》。

1.3 监测结果

2019—2020年，分别对一年四季不同时期养殖场沼液进行跟踪监测，结果显示，沼液中氮、磷、钾平均含量分别为1 238.93、86.33、622.08 mg·L-1，具体指标详见表1。

表1 2019—2020年养殖场沼液动态监测的情况

2 沼液-水稻试验

2.1 基本情况

试验时间为2020年1—12月，试验地点为临安区板桥镇洪军农机专业合作社秋口村承包地，稻麦轮作，种植水稻品种为春优927。

2.2 试验内容

2.2.1 取样分析

取正兴牧业养殖场沼液，检测养分等含量(表2)。在试验田的南北两边分别取土样检测土壤养分等指标(表3)。

表2 养殖场沼液的养分含量

表3 试验田块的土壤养分含量

2.2.2 处理设计

设1个对照组，3个试验组，小区面积1 000 m2，重复3次。

对照CK：习惯施肥，缓苗后施20 kg尿素，除草后施30 kg复合肥(平衡型N-P2O5-K2O 15-15-15)，后期施10 kg尿素。总施肥量氮18.3 kg，磷1.96 kg，钾3.73 kg。

试验组1：小麦收割后施8 t浓沼液，翻耕，缓苗后不施肥，除草后施15 kg复合肥(平衡型N-P2O5-K2O 15-15-15)，后期不施肥。总施肥量氮18.25 kg，磷3.05 kg，钾18.24 kg(其中化肥氮2.25 kg，磷0.65 kg，钾2.24 kg)。

试验组2：小麦收割后施8 t浓沼液，翻耕，缓苗后不施肥，除草后施7.5 kg复合肥(平衡型N-P2O5-K2O 15-15-15)和2 t稀沼液，后期不施肥。总施肥量氮18.325 kg，磷2.79 kg，钾18.12 kg(其中化肥氮1.125 kg，磷0.33 kg，钾1.12 kg)。

试验组3：小麦收割后施8 t浓沼液，翻耕，缓苗后不施肥，除草后施4 t稀沼液，后期不施肥。总施肥量氮18.4 kg，磷2.52 kg，钾18 kg(不施用化肥)。

施肥量都以667 m2计算，考虑到沼液的挥发和土壤吸附等因素，浓沼液总氮以2.0 kg·t-1计算，总磷以0.3 kg·t-1计算，总钾以2.0 kg·t-1计算；稀沼液总氮以0.6 kg·t-1计算，总磷以0.03 kg·t-1计算，总钾以0.5 kg·t-1计算。

2.3 结果与分析

2.3.1 水稻产量

2020年10月，于水稻收割前，分别对试验田块水稻进行采样，测定实粒数、千粒重、产量及增产比例等指标。结果显示，试验组产量均优于对照组，试验组2的千粒重、实粒数及产量指标优于其他组，具体结果见表4。

表4 各试验组的水稻密度与产量

2.3.2 土壤养分指标变化

表5显示，与水稻种植前相比，对照组养分指标略有下降，试验组水溶性盐和水解性氮变化不大，其他指标都有所升高，尤其是有效磷有显著提高。表明稻田使用沼液不会造成盐渍化，有助于提升土壤质量。

表5 各试验组的土壤养分指标变化

2.3.3 土壤重金属指标变化

试验期内在水稻种植前后，分别对试验田块土壤进行采样，测定其铜、锌、铅、铬、镉及砷、汞等重金属重要指标，对照GB 15618—2018《土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准(试行)》[6]，各项指标均低于风险筛选值，具体结果见表6。

表6 各试验组的土壤重金属指标变化

3 讨论

我国是全球第一大猪肉生产和消费国，为使养殖排泄物得到能源化利用，国家大力发展沼气工程，由此伴随着大量沼液处置问题。由于沼液中含有大量氮、磷、钾等营养元素，以及铁、锌、铜和氨基酸等微量元素，故可作为有机养分、化肥减量增效的重要原料，并通过农田灌溉途径得以利用，这已成为当前沼液资源化利用的重要方式。但随着生猪养殖规模化程度的快速提升，养殖产生的沼液量大且集中，使得周边农田难以完全消纳。同时，人们对农村生态环境要求越来越高，沼液无害化处理和安全利用的矛盾也日益突出[1]。

本研究通过对大型养殖场沼气生态工程产生的沼液进行一周年的动态监测，基本探明了沼液的养分随季节变化的动态变化规律，为沼液资源化利用的精准化提供了科学依据[2]。通过开展沼液-水稻施肥试验，不仅有效减少化肥施用量，还能够提高作物产量，增产幅度为3.2%～8.7%。试验田块土壤养分指标检测显示，稻田使用沼液不会造成盐渍化，且有助于提升土壤质量。试验田块土壤重金属监测结果均在风险筛选值内，对沼液在水稻种植中的利用提供安全保障，初步建立起沼液-水稻综合利用施肥模式[3]。