沼液施用条件下水稻秧苗生长限制因子分析

张丽萍，孙国峰，王子臣，宗焦，周炜，盛婧

（江苏省农业科学院农业资源与环境研究所，农业农村部种养结合重点实验室，南京 210014）

随着我国畜禽养殖业的集约化和规模化发展，畜禽粪污产生量迅速增加。据农业农村部统计测算，全国每年畜禽粪便产生量约38 亿t，综合利用率只有60%左右。畜禽养殖业所排放的总氮（TN）占农业源排放量的42%，是农业面源污染的主要来源之一，因此畜禽粪污的无害化处理和资源化利用是我国生态文明建设的紧迫任务和重要内容[1-4]。我国的沼液年产量已超过16 亿t[5-6]，然而受制于种养剥离的现状，养殖场周边配套的农田面积十分有限，生产过程中往往为消纳沼液而过量施用，造成水稻生长受抑制，如分蘖受限、结实率低等。目前国内外对沼液过量施用的安全风险研究主要集中在环境安全评价，如水环境风险、土壤重金属和抗生素累积[7-9]等，对影响水稻生长的限制因子的研究尚未见报道。本文通过研究不同浓度沼液对水稻秧苗生长的影响，旨在明确沼液施用条件下水稻秧苗生长的主要限制因子和沼液施用浓度阈值，为提升稻田沼液施用条件下水稻秧苗生长的安全性和沼液的合理、精准施用提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验用沼液取自位于泰州市的江苏洋宇生态农业有限公司养殖猪场，沼液经黑膜发酵后进入贮存池贮存20 d 后施用。沼液原液TN 含量为630 mg·L-1，TP 含量为63 mg·L-1，TK 含量为316 mg·L-1，其中N-N 含量占TN 的84%以上。试验用土壤取自江苏常州新北水稻土，土质为砂质壤土，土壤pH 为6.45，有机质含量为29.1 g·kg-1，全氮含量为1.16 g·kg-1，速效磷含量为13.1 mg·kg-1，速效钾含量为122.9 mg·kg-1。

1.2 试验设计

1.2.1 沼液浓度梯度试验

盆钵试验于2020年7月下旬在网室大棚内进行。盆钵直径30 cm，高30 cm，每个盆钵装土厚度20 cm，装土量为10 kg。依据水稻需N量，试验盆钵设置7个处理：CK、常规施化肥（F）、BS1、BS2、BS3、BS4 和BS5，具体施肥量如表1所示。水稻品种为南粳46，种子经消毒后育秧，取秧龄20 d、长势相近的壮苗移栽至盆钵，每盆3 穴，每穴3 株。每个盆钵灌溉量为7.7 L，灌溉水层高度为5 cm。

NH+4-N 和电导率两个单因素试验在实验室培养箱内进行。NH+4-N 溶液用氨水溶液配制，设置82、164、246、410、574 mg·L-15 个浓度处理；EC 溶液用分析纯KCl配制，设置2、3、4、5、6 mS·cm-15个梯度处理，不施肥和常规施化肥处理为对照。水稻种子经消毒后育秧，同样取秧龄20 d、长势相近的壮苗移栽至小盆钵。小盆钵直径11 cm，高13.5 cm，每个盆钵装土600 g，水层高度5 cm。人工气候箱培养参数为：光照12 h/28 ℃，黑暗12 h/22 ℃，光照强度350µmol·m-2·s-1。

1.3 取样与测定

水稻移栽后，分别在灌溉后的0、1、3、5、7 d 和10 d 收集田面水和土壤溶液，测定氮素含量和EC 值。第10 d 采收秧苗，测定鲜质量、株高和根系黄化率等指标，每个处理4 个重复。水稻秧苗收获后用滤纸拭干水分，称量鲜质量并测量株高；将水稻主根系大于1/2 变为黄色的定义为黄色根系，记录每株水稻幼苗的黄色主根数，再调查每株幼苗总主根数，计算黄色根系的比例[10]。TN 和NH+4-N 采用连续流动分析仪（SAN++System，SKALAR，Netherlands）测定。EC 值使用精密电导率仪（DDS-307A，上海雷磁）测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2016 和SPSS 17.0 进行数据整理统计分析和相关性分析，多重比较采用Duncan 法，相关性分析采用Pearson法。采用Excel 2016做图。

2 结果与分析

2.1 秧苗生长指标

秧苗鲜质量、株高均呈现随着沼液浓度增加而降低的趋势（图1）。具体来看，等N 量沼液替代化肥施用（BS1）对秧苗生长最有利，生物量较化肥（F）处理增加35.8%，BS2 处理次之，生物量增加15.2%。BS3、BS4 和BS5 处理的秧苗生物量较F 处理分别降低了9.64%、6.06%和35.5%，其中，BS5 与F 处理间生物量差异显著。沼液浓度对秧苗株高影响程度低于生物量，BS1 处理的株高显著高于其他处理，较F 处理提高了8.93%。而BS3、BS4 和BS5 处理秧苗株高较F 处理均有不同程度降低，降幅达3.21%～15.7%，其中，BS4、BS5与F处理间株高差异显著。

秧苗根系黄化率与秧苗鲜质量、株高的规律相反，呈现随着沼液浓度增加而升高的趋势。具体来看，秧苗根系黄化率受沼液浓度影响较大，BS1、BS2处理秧苗根系黄化率与F 处理间无显著性差异，其中BS1 处理秧苗根系黄化率略低于F 处理；而BS3、BS4和BS5 处理根系黄化率均显著高于F 处理，分别提高了28.1%、46.9%和96.9%（P＜0.05）。由此可见，高浓度沼液会对水稻秧苗生长产生明显的抑制作用。

2.2 田面水和土壤溶液中TN和NH+4-N浓度变化

2.3 田面水和土壤溶液的EC值变化

图3 表明，与不施肥处理相比，施用沼液后会增加田面水和土壤溶液EC 值。沼液施用当天，田面水的EC值随着沼液施用量的增加而增加。随着施用时间延长，中高浓度沼液施用后田面水EC 值呈现迅速下降的趋势。具体来看，除BS1外，BS2到BS5处理的田面水EC 值均大幅下降，分别从初始的2.55～5.39 mS·cm-1下降到施用后10 d 的1.83～2.27 mS·cm-1，降幅达28.2%～57.9%。土壤溶液EC 值随着施用时间的延长则变化较小，低量沼液施用处理土壤溶液EC 值呈现略有增加的趋势，而高量沼液施用处理土壤溶液EC值变化表现为缓慢下降趋势，BS2到BS5处理沼液施用当天的土壤溶液EC 值分别为2.20～5.10 mS·cm-1，施用10 d后EC值为3.03～4.01 mS·cm-1。

2.4 秧苗鲜质量与NH+4-N等指标相关性分析

秧苗鲜质量与土壤溶液EC 值可用y=-0.514 9x+5.118 2（n=5，R2=0.920 4）方程来拟合，以常规施肥秧苗鲜质量为参照，拟合结果表明，水稻秧苗对土壤溶液EC 值的最大耐受值为3.2 mS·cm-1，与联合国粮农组织公布的数据相近。同时，土壤溶液EC 值与施用的沼液EC值也呈现显著正相关关系，可用y=0.330 6x+2.152 4（n=5，R2=0.958 0）方程来拟合，由此拟合结果推测，水稻秧苗对沼液EC 值的最大安全耐受阈值为3.3 mS·cm-1。

2.5 秧苗生长主要限制因子分析

3 讨论

3.1 影响水稻生长的限制因子

3.2 沼液安全施用阈值

4 结论