沼液养分动态监测及其在水稻种植中的肥料应用

　　摘要:为了解决养殖沼液农田消纳利用过程中科学精准施肥问题,本研究对规模化养殖场的沼液进行了一年的跟踪监测,结果显示沼液中氮、磷、钾平均含量分别为1238.93、86.33、622.08mg·L-1。根据水稻不同生长时期的营养需求,开展沼液替代化肥减量施肥试验,结果显示施用沼液的试验组产量均优于对照组,增产幅度为3.2%~8.7%。试验前后分别对田块土壤进行采样,测定其主要养分和重金属指标,结果表明稻田使用沼液不会造成盐渍化,且有助于提升土壤质量,对照GB15618—2018土壤环境质量-农用地土壤污染风险管控标准(试行),各项重金属指标均低于风险筛选值,对沼液在水稻种植中的利用提供安全保障。通过以上研究,初步建立起了沼液-水稻综合利用科学施肥模式。

　　关键词:沼液;重金属;种养结合;生态循环农业;化肥减量

　　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”杭州市临安区成立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、农牧循环可持续发展打下坚实基础。

　　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相应土壤中铜、锌铅、铬、镉及砷、汞等重金属重要指标变化,进而建立相应评价体系,为科学有效的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利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:HJ828—2017《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》;GB7479—1987《水质铵的测定纳氏试剂比色法》;GB11894—1989《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》;GB11893—1989《质总磷的测定钼酸铵分光光度法》;GB11904—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1238.93、86.33、622.08mg·L-1。

　　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。

　　2.2.2处理设计

　　设1个对照组,3个试验组,小区面积1000m2,重复3次。对照CK:习惯施肥,缓苗后施20kg尿素,除草后施30kg复合肥(平衡型N-P2O5-K2O15-15-15),后期施10kg尿素。总施肥量氮18.3kg,磷1.96kg,K3.73kg。

　　试验组1:小麦收割后施8t浓沼液,翻耕,缓苗后不施肥,除草后施15kg复合肥(平衡型NP2O5-K2O15-15-15),后期不施肥。总施肥量氮18.25kg,磷3.05kg,钾18.24kg(其中化肥氮2.25kg,磷0.65kg,钾2.24kg)。试验组2:小麦收割后施8t浓沼液,翻耕,缓苗后不施肥,除草后施7.5kg复合肥(平衡型N-P2O5-K2O15-15-15)和2t稀沼液,后期不施肥。总施肥量氮18.325kg,磷2.79kg,钾18.12kg(其中化肥氮1.125kg,磷0.33kg,钾1.12kg)。

　　试验组3:小麦收割后施8t浓沼液,翻耕,缓苗后不施肥,除草后施4t稀沼液,后期不施肥。总施肥量氮18.4kg,磷2.52kg,钾18kg(不施用化肥)。施肥量都以每667m2计算,考虑到沼液的挥发和土壤吸附等因素,浓沼液总氮以2.0kg·t-1计算,总磷以0.3kg·t-1计算,总钾以2.0kg·t-1计算;稀沼液总氮以0.6kg·t-1计算,总磷以0.03kg·t-1计算,总钾以0.5kg·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,测定其单位实粒数、千粒重、亩产及增产比例等指标,结果显示试验组产量均优于对照组,试验组2的总粒重、总粒数及亩产指标好于其他组。

　　2.3.2土壤养分指标变化

　　与水稻种植前相比较,对照组养分指标略有下降,试验组土壤盐分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。

　　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GB15618—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。

　　3讨论

　　我国是全球第一大猪肉生产和消费大国,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,这种方式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,使得周边农田难以安全消纳。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显示均在风险筛选值内,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]。

　　参考文献:

　　[1]沈阿林,奚辉,姜铭北,等.养殖沼液生态循环利用模式的建立与运行效果[J].浙江农业科学,2019,60(8):1271-1274.

　　[2]王强,刘银秀,边武英,等.浙江省规模养猪场沼渣液养分特征和农田利用适宜性分析[J].农业环境科学学报,2019,38(5):1158-1164.

　　[3]李华,罗娜,马洁,等.沼液灌溉对农田土壤及产地环境影响研究进展[J].浙江农业科学,2019,60(8):1317-1321.

　　作者：罗学明1,许育新2∗,程妙坤3,叶峰1,钱定海4,安文浩2,陈喜靖2,沈佳栾4∗