沼液秸秆耦合还田对水稻减氮增产的效应

刘弘毅 韩笑 张建朋

摘 要：随着种植业、养殖业的不断发展，沼液与秸秆等农业废弃物大量产生，农业废弃物因营养丰富被当作有机肥，又存在循环利用对作物安全生产和环境质量的挑战。目前国内外单独施用沼液和秸秆还田的研究较多，而沼液与秸秆耦合还田的研究较少。本文在水稻生产中设置施用沼液、秸秆和化肥配比处理，对水稻产量、水稻各器官含氮率、吸氮量进行对比分析，希望能为沼液、秸秆在农业生产中进一步有效合理的应用提供更多思路。

关键词：水稻；沼液；秸秆；分蘖期化肥

中图分类号：S-3 文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190430002

1 研究背景

1.1 沼液利用现状

随着规模化养殖的迅速发展，以畜禽粪便为发酵原料的沼气工程数量不断增加，截至2011年，全国户用沼气池已有3850万户，大中型沼气工程已有73032处[1]，每年沼液排放量高达1.3亿t[2]。大量沼液没有经过后续处理直接排放，是我国自然环境的主要污染源之一，沼液的有效处理成为环境保护中亟需解决的关键问题[3]。合理有效利用畜牧沼液不仅减少农业污染还有利于减少农业生产成本。以循环农业理论为指导，将养殖场废水用于稻田灌溉，使养殖场污水资源化、无害化和处理费用低廉化，实现养殖业与种植业两大产业的耦合发展和生态经济的双赢，是我国未来规模化养殖的发展方向，也是未来农业的发展方向[4]。目前，对于单施沼液肥料的报道已经屡见不鲜，其实验结果也有效的证明施用沼液能够增加水稻产量、提高水稻品质[5]。但就前人关于沼液稻田利用的研究结果来看，仅是基于环境安全角度考虑的稻田沼液消纳量存在差异[6]， 缺乏结合其他栽培措施如秸秆还田、氮肥配施等农学实践的系统性研究及安全风险分析。

1.2 秸秆利用现状

我国秸秆资源丰富，但秸秆还田率十分低下，秸秆的平均利用率仅有32%，远远低于美国68%、英国73%的秸秆还田量，大量剩余秸秆资源在造成浪费的同时也会带来环境污染问题[7，8]。 前人研究表明：秸秆还田合理配施一定量化肥在增产同时，还可以调节土壤理化性状，改善土壤团粒结构，培肥地力，是改造中低产田建设的基本措施之一[9，10]。刘世平等[11]提出，常规水稻栽培模式下秸秆还田，水稻单位面积的有效穗数减少，结实率和每穗粒数增加，最终水稻产量得到显著提高。秸秆还田配施氮肥目前被认为是能够显著提高氮素利用率和作物产量的有效方法[12]。但由于秸秆还田初期分解缓慢，探索秸秆安全快速促腐仍是秸秆还田的技术瓶颈。

1.3 沼液秸秆耦合还田

目前国内外单独施用沼液和秸秆还田的研究较多，而沼液与秸秆耦合还田的研究较少。本研究在水稻生产中设置施用沼液、秸秆和化肥配比处理，探索沼液秸秆耦合还田-化学氮肥减量模式下氮素吸收利用再分配与产量形成的协同机制，预防稻田同时消纳沼液与秸秆的潜在环境风险。本实验有望为明确沼液与秸秆还田的交互作用机制提供参考，也将为农牧结合循环低碳农业技术应用提供科学依据。

2 试验设计

本实验沼液来自于江苏省高邮市兴牧猪场沼气发酵设备，发酵原料为猪粪尿及冲圈水。经充分发酵过的沼液于试验开始前一次性取出，置于沼液运输车内贮存，养分含量为全氮1012mg/L、速效氮551mg/L、速效磷753mg/L，pH为7.76。水稻实验在高标准农田示范区高邮市苏中大地农业科技公司进行，在实验中，为保证实验结果的科学性，选择同等地力条件的地块进行试验。每个小区面积为20m2，随机排列，重复2次，每个小区间筑埂隔离，保证单独排灌。水稻于6月20日移栽，移栽行株距为30.0cm×12.5cm，栽插密度为26.67万穴/hm2。试验设置6种处理方式：第1种为空白处理（CK）秸秆不还田，不施用肥料；第2种常规处理（CS）是秸秆全量还田，同生产上施肥处理模式：基肥施用复合肥525kg/hm2，栽后7～10d施尿素211.5kg/hm2，栽后14～21d施尿素130.5kg/hm2，穂肥施尿素64.5kg/hm2；第3种为纯沼液处理（B）：基肥施用沼液120t/hm2，穂肥施用沼液120t/hm2，秸秆不还田；第4种为沼液+分蘖期化肥处理（BTF）：基肥施用沼液120t/hm2，分蘖期施用尿素211.5 kg/hm2，穂肥施用沼液120t/hm2，秸秆不还田；第5种为沼液+秸秆处理（BS）：基肥施用沼液120t/hm2，穂肥施用沼液120t/hm2，秸秆全量还田；第4种为沼液+分蘖期化肥+秸秆处理（BTFS）：基肥施用沼液120t/hm2，分蘖期施用尿素211.5kg/hm2，穂肥施用沼液120t/hm2，秸秆不还田。实验基地排灌管理方便、地力均衡，实行稻-麦轮作。育秧方式为机插塑盘，水稻采用人工模拟机插，秧龄一般掌握在18～20d，移栽行株距为29.7cm×11.6cm，每穴3苗，每667m2栽1.89万穴。试验水稻品种选取当地主栽品种水稻品种南粳9108，试验地前茬为小麦，栽插密度和田间管理同当地常规生产管理方式。

3 结果与分析

3.1 沼液与分蘖期化肥配施对水稻产量和产量构成因素的影响 沼液秸秆耦合还田对水稻产量及其产量构成因素的影响如表1所示。各处理产量表现为BTF>BTFS>CS>B>BS>CK。BTF处理产量最高，为9.86t/hm2，CK产量最低为7.06t/hm2。秸秆还田条件下各处理产量表现为BTFS>CS>BS，CS處理下穗数、每穗粒数、结实率、产量与BS存在显著差异。BTFS处理的产量较CS高出2.52%，CS处理的产量较BS高出9.29%。秸秆未还田处理下，各处理产量表现为BTF>B>CK，差异显著。沼液与分蘖期化肥配施较仅施用沼液更有利于提高水稻产量。

相同施肥条件下，BTF与BTFS处理水稻产量无显著差异，B与BS处理水稻产量无显著差异，说明相同施肥背景下，沼液秸秆耦合还田对水稻产量的影响与仅施用沼液相比无显著差异。

3.2 沼液秸秆耦合还田对水稻各器官含氮率的影响

3.2.1 沼液秸秆耦合还田对水稻茎含氮率的影响

沼液秸秆耦合还田对水稻茎含氮率的影响如图2所示。分蘖期至抽穗期各处理的茎含氮率均为BS最小，成熟期CK最小。拔节期至成熟期各处理的茎含氮率均为BTF最大。秸秆未还田处理下，各时期茎含氮率均表现为BTF>B>CK，成熟期B茎含氮率较CK高出34.09%，差异显著。

秸秆还田量相同条件下，各时期茎含氮率均表现为CS>BTFS>BS，分蘖期至抽穗期CS茎含氮率显著高于BS，抽穗期至成熟期CS茎含氮率与BTFS差异不显著。沼液还田处理下，各时期B处理茎含氮率较BS高出10.93%、12.80%、10.69%、27.22%。沼液还田配施分蘖期化肥处理下，拔节期、抽穗期、成熟期BTF处理茎含氮率较BTFS高出20.38%、5.45%、12.98%。拔节期、抽穗期、成熟期茎含氮率均为BTF>BTFS、B>BS，秸秆还田对拔节期茎含氮率有显著性影响，秸秆还田对抽穗期、成熟期茎含氮率影响不显著。

3.2.2 沼液秸秆耦合还田对水稻叶片含氮率的影响

沼液秸秆耦合还田对水稻叶片含氮率的影响如图3所示。各时期叶片的含氮率均为CK最小。拔节期、抽穗期、成熟期叶片的含氮率均为BTF最大。秸秆未还田处理下，拔节期、抽穗期、成熟期叶片含氮率均表现为BTF>B>CK，成熟期B较CK高出27.45%，BTF较CK高出27.86%。

秸秆还田条件下，分蘖期叶片含氮率表现为BTFS>CS>BS，无显著差异；拔节期、抽穗期、成熟期叶片含氮率均表现为CS>BTFS>BS，CS与BS抽穗期、成熟期叶片含氮率有显著性差异，CS与BTFS差异不显著。各时期叶片含氮率CS较BS分别高出4.31%、5.97%、20.9%、5.81%，拔节期、抽穗期、成熟期叶片含氮率CS较BTFS分别高出3.39%、0.31%、3.76%。常规施肥抽穗期、成熟期叶片含氮率与仅施用沼液有显著差异，常规施肥与沼液配施分蘖期化肥差异不显著。沼液与分蘖期化肥配施较单施沼液处理更有利于水稻抽穗期至成熟期叶片含氮率的提高。

沼液还田下，各时期B处理叶片的含氮率较BS高出4.45%、3.65%、15.74%、17.06%。沼液还田增施分蘖期化肥处理下，拔节期、抽穗期、成熟期BTF处理茎含氮率较BTFS高出8.64%、5.61%、15.15%。拔节期、抽穗期、成熟期叶片含氮率均为BTF>BTFS、B>BS，秸秆还田对拔节期叶片含氮率有显著影响，对抽穗期、成熟期叶片含氮率影响不显著。

3.2.3 沼液秸秆耦合还田对水稻穗含氮率的影响

沼液秸秆耦合还田对水稻穗含氮率的影响如图3所示。各时期的穗含氮率均为CK最小，CS最大。秸秆还田条件下，抽穗期、成熟期穗含氮率均表现为CS>BTFS>BS，抽穗期、成熟期CS穗含氮率与BS差异显著，CS较BS分别高出10.03%、6.37%，成熟期BS穗含氮率与BTFS差异显著。沼液还田处理下，抽穗期、成熟期穗含氮率均为BTFS>BTF、BS>B，成熟期BTFS穗含氮率显著高于BTF，各时期BS穗含氮率与B差异不显著。沼液秸秆耦合还田对水稻穗含氮率影响与单施沼液相比差异不显著。

3.3 沼液秸秆耦合还田对水稻吸氮量的影响

3.3.1 沼液秸秆耦合还田对水稻茎吸氮量的影响

沼液秸秆耦合还田对水稻茎吸氮量的影响如图1所示，各时期茎的吸氮量均为BTF最大，成熟期茎吸氮量最高为38.19kg/hm2。秸秆未还田处理下，各时期茎吸氮量均表现为BTF>B>CK，成熟期B较CK高出68.89%，差异显著，BTF较CK高出95.31%，差异显著。

秸秆还田条件下，各处理分蘖期茎吸氮量表现为BTFS>CS>BS，各处理拔节期、抽穗期茎吸氮量表现为CS>BS>BTFS，各处理成熟期茎吸氮量表现为BS>CS>BTFS。沼液还田下，BTFS处理各时期茎吸氮量均小于BTF，BS处理分蘖期、拔节期、抽穗期茎吸氮量均小于B，成熟期BS茎吸氮量为35.57kg/hm2较B高出7.72%，差异显著。

3.3.2 沼液秸秆耦合还田对水稻叶片吸氮量的影响

沼液秸秆耦合还田对水稻叶片吸氮量的影响如图2所示，分蘖期BTFS叶片的吸氮量最高，为33.88kg/hm2；拔节期、抽穗期BTF叶片吸氮量最高分别为76.35kg/hm2、107.15kg/hm2，成熟期BS叶片吸氮量最高为46.74kg/hm2，各时期葉片吸氮量均为CK最小。秸秆未还田处理下，各时期叶片吸氮量均表现为BTF>B>CK，成熟期B叶片吸氮量较CK高出24.62%，差异显著， 成熟期BTF叶片吸氮量较CK高出29.73%，差异显著。沼液还田处理下，分蘖期、成熟期BTFS处理叶片吸氮量均大于BTF，分别高出12.56%、6.85%。分蘖期、拔节期、抽穗期BS处理叶片吸氮量均小于B，BS成熟期叶片吸氮量较B高出35.99%。

3.3.3 沼液秸秆耦合还田对水稻穗吸氮量的影响

沼液秸秆耦合还田对水稻穗吸氮量的影响如图3所示，秸秆未还田处理下，各时期穗吸氮量均表现为BTF>B>CK，成熟期B与BTF穗吸氮量均显著高于CK，B较CK高出71.12%，BTF较CK高出84.94%。秸秆还田条件下，各处理抽穗期穗吸氮量表现为CS>BS>BTFS，成熟期各处理穗吸氮量表现为BS>BTFS>CS。各时期BS穗吸氮量均显著大于BTFS，沼液配施分蘖期化肥较单施沼液更有利于提高水稻穗吸氮量。

4 小结与讨论

沼液与分蘖期化肥配施与仅施用沼液相比更利于提高水稻产量，沼液秸秆耦合还田处理较单施用沼液处理水稻产量无显著差异。沼液秸秆耦合还田配施分蘖期化肥与常规施肥在水稻生育后期茎叶片穗含氮率无显著差异，沼液秸秆耦合还田降低了水稻拔节期至成熟期茎叶片含氮率，但有利于提高抽穗至成熟期水稻穗含氮率。常规栽培下成熟期水稻植株吸氮量显著小于沼液秸秆耦合还田处理，沼液秸秆耦合还田供氮量可达到常规栽培生产中所提供的氮量。

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