謝 宜，羅尊長，董春華，王玲玲，胡柯鑫，方 勇，周 旋

（1湖南大學(xué)研究生院隆平分院，長沙410125；2湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，長沙410125；3湖南農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究中心，長沙410125）

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和新農(nóng)村建設(shè)，我國養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；图s化的迅猛發(fā)展導(dǎo)致大量畜禽養(yǎng)殖廢棄物產(chǎn)生，尤其是沼液排放量急劇增加，部分地區(qū)已無法承載［1，2］。因此，沼液去向成為養(yǎng)殖廢棄物處理中急需解決的重要問題。近年來，我國對生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)高度重視、大力扶持，沼氣事業(yè)蓬勃發(fā)展［3］。由于條件限制，各種大型養(yǎng)殖場尚不具備沼液后續(xù)處理的能力，導(dǎo)致經(jīng)沼氣工程處理的廢水未達(dá)到直接排放標(biāo)準(zhǔn)［4］。而沼氣工程產(chǎn)生的沼液被認(rèn)為是良好的有機(jī)肥源，其在農(nóng)田施用可以形成物質(zhì)循環(huán)利用的生態(tài)種養(yǎng)結(jié)合模式［5］。

沼液中含有氮、磷、鉀、鈣、鎂等多種植物生長所必需的營養(yǎng)元素以及有機(jī)酸、植物生長激素等［6］，是植物生長的優(yōu)質(zhì)營養(yǎng)源［7］，而直接排放易導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化［8］。沼液因其處理量大、成本低等優(yōu)點(diǎn)而被農(nóng)用，成為目前最常用的沼液消減方法［9，10］。我國南方地區(qū)如何在保證作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的前提下最大限度地利用沼肥資源，培肥地力，減少化肥的使用量，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡，將成為生產(chǎn)過程中亟待解決的重大課題［1］。因此，為實(shí)現(xiàn)沼液的合理利用，進(jìn)一步探究沼液噴施和還田在玉米和水稻上的應(yīng)用效果，達(dá)到湘南紅壤低丘崗地“林果—草—畜—沼”等立體開發(fā)生態(tài)模式構(gòu)建的目的，在湘南紅壤丘陵區(qū)開展沼液在玉米葉面上的噴施對比試驗(yàn)和沼液沼渣在水稻上的還田試驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)合理消納沼液和湘南紅壤區(qū)“立體生態(tài)農(nóng)業(yè)”的開發(fā)提供實(shí)踐基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試地點(diǎn)

試驗(yàn)在永州市祁陽縣文富市鎮(zhèn)官山坪村進(jìn)行。供試土壤為四紀(jì)紅壤，肥力中等均勻，前作為未施過沼液的水田。供試土壤基本理化性質(zhì)：pH5.6，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量分別為 30.0、1.96、0.61、19.8 g/kg，堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為180.9、40.6、72.6 mg/kg。

1.2 供試材料

供試玉米品種‘LH308’（超甜玉米），水稻品種‘陸兩優(yōu)996’。玉米試驗(yàn)肥料種類為沼液、尿素、磷酸二氫鉀，水稻試驗(yàn)肥料種類為沼液、豬糞肥、豬糞堆漚肥、尿素、碳酸氫銨（含N 17.7%）、過磷酸鈣、氯化鉀。供試沼液取自本地正常產(chǎn)氣使用一年以上沼氣池水壓間的中層液體，含全氮0.82、全磷0.66、全鉀0.83 g/kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）玉米試驗(yàn)。設(shè)置4個(gè)處理：1）噴施清水；2）噴施沼液；3）噴施尿素溶液（尿素水溶液濃度為0.1%）；4）噴施磷酸二氫鉀溶液（磷酸二氫鉀水溶液濃度為0.2%）。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為50 m2（5 m×10 m），四周設(shè)保護(hù)行。

玉米栽培采用直播方式，株行距為40 cm×50 cm。施肥按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方法，底肥分為廄肥和復(fù)合肥，廄肥隨土塊翻耕時(shí)一次性施入，施用量為13 500 kg/hm2，復(fù)合肥隨播種一次性施入，施用量為825 kg/hm2。分4個(gè)時(shí)期噴灑，4葉1心第一次噴施，施用量為5 kg/小區(qū)，7葉1心第二次噴施，施用量為7 kg/小區(qū)，抽雄期第三次噴施，施用量為8 kg/小區(qū)，此后隔10 d再噴施8 kg/小區(qū)1次。噴施時(shí)間均在非下雨天的傍晚進(jìn)行。3葉1心和6葉1心各中耕除草1次。其他按常規(guī)處理進(jìn)行。

（2）水稻試驗(yàn)。設(shè)置8個(gè)處理：1）不施肥；2）沼液+化肥；3）豬糞堆肥+化肥；4）豬糞肥+化肥；5）沼液；6）豬糞堆肥；7）豬糞肥；8）化肥。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，共24個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積30 m2（5 m×6 m），四周設(shè)保護(hù)行。

水稻栽培采用移栽方式，株行距為20.6 cm×16.0 cm。肥料施用量為化肥區(qū)基肥施用碳酸氫銨225 kg/hm2，過磷酸鈣468.75 kg/hm2，氯化鉀187.5 kg/hm2，追肥施用尿素292.5 kg/hm2。豬糞肥區(qū)施用豬糞肥22 500 kg/hm2。1500 kg豬糞肥含有氮磷鉀總量與666.7 m2田所施化肥氮磷鉀總量相當(dāng)，沼液區(qū)和豬糞堆肥區(qū)666.7 m2田施肥量由1500 kg豬糞肥用量制成；化肥與有機(jī)肥混施，兩者氮磷鉀用量各自減半。沼肥、豬糞肥和豬糞堆肥均作基肥施用。各有機(jī)肥營養(yǎng)成分對比詳見表1。其他按常規(guī)處理進(jìn)行。

表1 沼肥與豬糞肥和豬糞堆漚肥的營養(yǎng)成分對比Table 1 Nutrient com position among biogas manure，pig manure and pig manure composting

1.4 樣品采集與分析

玉米、水稻成熟時(shí)，分小區(qū)單收、單曬、稱重，計(jì)算小區(qū)產(chǎn)量。玉米測定千粒重，水稻測定千粒重和有效穗數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003和SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，處理間差異顯著性分析采用鄧肯氏新復(fù)極差方法。

肥料對作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率（%）=（施肥處理產(chǎn)量—不施肥處理產(chǎn)量）/施肥處理產(chǎn)量×100［11］。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴施沼液對玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.1.1 玉米產(chǎn)量

由表2可知，與噴施清水處理相比，噴施沼液、尿素溶液和磷酸二氫鉀溶液處理玉米千粒重分別顯著提高4.4%、2.6%和3.8%，玉米產(chǎn)量分別顯著提高14.7%、5.6%和6.1%。噴施沼液處理玉米千粒重較噴施尿素溶液和磷酸二氫鉀溶液處理分別顯著增加1.8%、0.6%，玉米產(chǎn)量分別顯著提高8.7%、8.1%。噴施肥料處理中以噴施沼液處理對產(chǎn)量貢獻(xiàn)率最高，達(dá)12.9%。說明沼液中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，能為玉米生長提供充足的養(yǎng)分，且易吸收，噴施沼液對玉米增產(chǎn)效果顯著。

表2 各處理的玉米產(chǎn)量及肥料貢獻(xiàn)率Table 2 M aize yield and fertilizer contribution rate under different spraying treatments

2.1.2 玉米經(jīng)濟(jì)效益

由表3可知，噴施沼液、尿素溶液和磷酸二氫鉀溶液處理較噴施清水處理分別增收1906.2、718.2和791.1元/hm2。噴施肥料處理中以噴施沼液處理凈增收最高，達(dá)1006.2元/hm2，而噴施尿素溶液和磷酸二氫鉀溶液處理凈增收均為負(fù)值。說明玉米噴施尿素溶液和磷酸二氫鉀溶液雖能增產(chǎn)，但并不能增收；而沼液作為一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥噴施在玉米上，由于不需肥料成本，在確保增產(chǎn)的基礎(chǔ)上還能實(shí)現(xiàn)增收。

表3 各處理的玉米經(jīng)濟(jì)效益Table 3 Econom ic benefits ofmaize under different spraying treatments

2.2 施用沼液對水稻產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.2.1 水稻產(chǎn)量

由表4可知，與不施肥處理相比，施肥處理水稻產(chǎn)量和有效穗數(shù)分別顯著提高39.5%～75.9%和5.3%～25.2%；與豬糞、豬糞堆肥處理相比，沼液處理水稻產(chǎn)量和千粒重平均增加4.3%和5.4%；與化肥、豬糞+化肥、豬糞堆肥+化肥處理相比，沼液+化肥處理水稻產(chǎn)量和千粒重平均增加5.7%和5.7%；沼液+化肥處理水稻產(chǎn)量和千粒重較沼液處理增加18.9%和8.1%。施肥處理中肥料對產(chǎn)量貢獻(xiàn)率以沼液+化肥處理最高，達(dá)43.1%。說明沼液中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，能為水稻的生長提供充足的養(yǎng)分，且易吸收，施用沼液對水稻的增產(chǎn)效果顯著，且以配施化肥效果更好。

表4 不同施肥處理下水稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和肥料貢獻(xiàn)率Table 4 Rice Yield and yield com ponents，and fertilizer contribution rate under different fertilization treatments

2.2.2 水稻經(jīng)濟(jì)效益

由表5可知，與不施肥處理相比，各施肥處理水稻分別增收5850.0～11 232.0元/hm2；與豬糞、豬糞堆肥處理相比，沼液處理水稻凈增收平均提高1242.3元/hm2；與化肥、豬糞+化肥、豬糞堆肥+化肥處理相比，沼液+化肥處理水稻凈增收平均提高1888.2元/hm2；沼液+化肥處理水稻經(jīng)濟(jì)效益較沼液處理增加3372.1元/hm2。說明施用沼液對水稻的增收效果顯著，且配施化肥效果更好。

表5 不同施肥處理下的水稻經(jīng)濟(jì)效益比較Table 5 Econom ic benefits of rice under different fertilization treatments

2.3 千粒重與籽粒產(chǎn)量的相關(guān)性分析

由圖1可知，玉米和水稻不同施肥處理下千粒重與籽粒產(chǎn)量均呈線性正相關(guān)關(guān)系（rN=0.875、rK=0.928**），且籽粒產(chǎn)量隨千粒重增加而增加，說明增強(qiáng)籽粒灌漿能力是水稻高產(chǎn)栽培的基礎(chǔ)。

圖1 玉米和水稻產(chǎn)量與千粒重的關(guān)系Fig.1 Relationships among yields and 1000-grain weights ofmaize and rice yields

3 討論

3.1 沼液在玉米生產(chǎn)上的應(yīng)用效果

韓小平發(fā)現(xiàn)，噴施沼液能促進(jìn)玉米生長發(fā)育，使玉米莖稈粗壯，葉色濃綠，有機(jī)養(yǎng)分積累多，從而提高玉米產(chǎn)量［12］。伍均等發(fā)現(xiàn)，與清水和常規(guī)施肥處理相比較，施用沼液后能促進(jìn)玉米高產(chǎn)，甚至高出施化肥處理［13］。追施沼液可顯著提高土壤中速效氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)含量，滿足玉米生長發(fā)育對養(yǎng)分的需求，增加灌漿強(qiáng)度，加快籽粒蛋白質(zhì)和脂肪等物質(zhì)的積累，進(jìn)而提高籽粒品質(zhì)，增加產(chǎn)量，但過量施用沼液會(huì)導(dǎo)致植物營養(yǎng)生長旺盛，產(chǎn)量逐漸下降［14］。有研究發(fā)現(xiàn)，在不顯著降低玉米鮮穗產(chǎn)量的前提下，施用沼液并減少50%化肥用量，能提高玉米鮮穗品質(zhì)和商品性，從而達(dá)到降低化肥用量、節(jié)省用肥成本、減少化肥流失對環(huán)境污染的效果，但單純施用沼液處理不能滿足玉米生長的需肥要求，化肥和沼液配合施用效果更好［15，16］。本研究中，施用沼液較清水和常規(guī)施用化肥處理更能滿足玉米生長對養(yǎng)分的需求，并形成較高產(chǎn)量及提高營養(yǎng)品質(zhì)，但沼液施用量需控制在一定范圍內(nèi)并且連續(xù)追施高沼液量才有利于玉米的增產(chǎn)。

呂淑敏等發(fā)現(xiàn)，適量追施沼液可促進(jìn)同化物的積累及向籽粒的輸送，促進(jìn)籽粒灌漿，減少敗育，增加穗粒數(shù)，提高產(chǎn)量［17］。相關(guān)分析表明，不同施肥處理下玉米千粒重均與籽粒產(chǎn)量呈線性正相關(guān)。沼液中含有不同礦化能力的無機(jī)及有機(jī)成分，能夠提供作物生長所需的各種養(yǎng)分，且在土壤中的保肥時(shí)間較長，對提高作物的營養(yǎng)生長效率和籽粒形成能力具有重要的作用［18］。

噴施沼液能使玉米實(shí)現(xiàn)較大幅度的增產(chǎn)，其所含N、P、K營養(yǎng)起著重要作用，但更多體現(xiàn)沼液里中微量元素、氨基酸等非氮磷鉀物質(zhì)的存在及其養(yǎng)分的均衡性，說明在湘南紅壤丘陵區(qū)對玉米噴施均衡營養(yǎng)液優(yōu)于噴施氮素或磷鉀素。噴施磷酸二氫鉀溶液處理玉米千粒重顯著高于噴施尿素，說明在湘南紅壤丘陵區(qū)施用磷鉀比施氮重要，也可能反映出紅壤中磷素的缺乏和鉀素對玉米增產(chǎn)的重要性。本試驗(yàn)沼液施用量下，玉米生長良好，產(chǎn)量相對較高，經(jīng)濟(jì)效益較高，有利于沼液在湘南紅壤丘陵區(qū)推廣應(yīng)用。

3.2 沼液在水稻生產(chǎn)上的應(yīng)用效果

有研究表明，施用沼液能明顯促進(jìn)水稻分蘗和生長，有效提高水稻籽粒產(chǎn)量和秸稈生物量［1，19］。楊志等發(fā)現(xiàn)，沼液處理較化肥處理水稻每667 m2有效穗數(shù)和產(chǎn)量增加0.8萬和72.0 kg，較不追肥處理增加3.4萬和165.8 kg［20］。岑湯校等發(fā)現(xiàn)，單季稻施用不同量的沼液能取得不同程度的增產(chǎn)，且效果較明顯［21］。本研究中，沼液+化肥處理晚稻產(chǎn)量最高，其次是化肥區(qū)，前者實(shí)產(chǎn)較后者顯著高出4.8%。沼液中除含有大量的速效養(yǎng)分外，還含有各種氨基酸、有機(jī)酸、抗菌物質(zhì)等生物活性物質(zhì)，可作為能源為土壤微生物利用，激發(fā)土壤微生物的活性［22］，從而有利于水稻產(chǎn)量的增加。

適量沼液施用能不同程度地提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)［2，4］。張進(jìn)等發(fā)現(xiàn)，基肥用沼液代替化學(xué)肥料與當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥（基肥和追肥施復(fù)合肥）相比，稻谷產(chǎn)量未有明顯差異，但顯著降低水稻生產(chǎn)成本［1］。黃紅英等發(fā)現(xiàn)，在等量氮素施用量下，沼液氮替代25%～100%化肥氮素，水稻產(chǎn)量無顯著差異；各沼液替代比例處理間穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重也無顯著差異；在50%氮素化肥替代下，沼液作基肥一次性施入不如分為基肥、分蘗肥、穗肥3次施入效果好［23］。姜麗娜等連續(xù)3年定位試驗(yàn)表明，每年水稻生長季灌施沼液在50%或100%沼液氮替代化肥氮的情況下，水稻產(chǎn)量與全化肥區(qū)無顯著差異；單獨(dú)施用廢水一般難以滿足機(jī)插水稻分蘗期對氮素的要求，導(dǎo)致分蘗數(shù)和穗數(shù)不足而影響產(chǎn)量［24］。單獨(dú)使用沼液處理結(jié)果不及化肥，可能是由于沼液中的氮磷鉀養(yǎng)分更多的是速效養(yǎng)分，由于未追施，致使后繼肥力不足所致［1］。楊志等認(rèn)為，產(chǎn)量雖然較常規(guī)施肥無顯著性差異，但因利用沼液生產(chǎn)的水稻價(jià)格偏高，仍能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益［20］。本研究中，沼液+化肥處理和豬糞堆漚肥+化肥處理下晚稻產(chǎn)量分別高出豬糞肥+化肥處理6.9%和1.3%，這可能是因?yàn)槿吲c化肥配施后，化肥是速效養(yǎng)分，沼液既具速效又具緩效，與化肥配施，能互補(bǔ)長短，發(fā)揮肥力持續(xù)的優(yōu)勢，適應(yīng)水稻全生育期不斷需肥的要求［25］。豬糞堆漚肥和豬糞肥的養(yǎng)分釋放依次推遲，致使前期養(yǎng)分供應(yīng)不足，后期養(yǎng)分盈余而影響產(chǎn)量，致使兩者與化肥配施后的效果不及沼液化肥處理，尤其是豬糞肥施用的效果在同類處理中最低。

當(dāng)季水稻的增產(chǎn)，補(bǔ)充肥源是重要因素之一。豬糞肥、豬糞堆漚肥、沼液的發(fā)酵程度依次增強(qiáng)，速效養(yǎng)分含量依次增加，豬糞肥和豬糞堆漚肥施入后將在水稻生育期內(nèi)繼續(xù)發(fā)酵分解，且兩者在晚稻整個(gè)生育期內(nèi)可能未完全分解，致使養(yǎng)分利用不完全而影響產(chǎn)量，因此3個(gè)處理晚稻實(shí)產(chǎn)依次增加。豬糞堆漚肥+化肥和豬糞肥+化肥處理的產(chǎn)量也低于化肥處理，這與董春華等［26］長期定位試驗(yàn)初期結(jié)果一致。

代宇等發(fā)現(xiàn)，噴施沼液不僅能使水稻秧苗生產(chǎn)旺盛、粗壯、早分蘗，增加有效穗、穗粒數(shù)，從而提高產(chǎn)量，還可減輕農(nóng)田肥料等殘留物的污染、節(jié)省生產(chǎn)成本、增產(chǎn)增收［27］。沼液配施化肥處理較單施沼液處理晚稻實(shí)產(chǎn)增加18.9%。說明單施沼液和沼液+化肥配施均能提高土壤肥力和土壤有機(jī)質(zhì)含量，而沼液+化肥配施能更好地提供晚稻生長所需的養(yǎng)分，有利于晚稻增產(chǎn)，這與毛曉月等［4］研究一致。沼液代替化肥施用促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，節(jié)約能源，還推動(dòng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，在促進(jìn)玉米和水稻增收的同時(shí)，降低化肥成本，實(shí)現(xiàn)增長方式的轉(zhuǎn)變和生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)等效益的統(tǒng)一［28］。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，噴施沼液處理玉米產(chǎn)量較噴施尿素溶液和磷酸二氫鉀溶液處理分別顯著提高8.7%和8.1%，凈增收達(dá)1006.2元/hm2；沼液+化肥處理水稻產(chǎn)量較化肥、豬糞肥、豬糞堆肥、沼液、豬糞+化肥、豬糞堆肥+化肥處理分別提高4.8%、26.0%、22.0%、18.9%、6.8%和5.4%，較不施肥處理凈增收達(dá)10 462.3元/hm2。合理利用沼液不僅可以減少化肥、農(nóng)藥等化學(xué)品的使用，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，還可以減少化學(xué)品及沼液直接排放對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的破壞，滿足人們對綠色、環(huán)保、健康、無公害產(chǎn)品的追求，提高人們的生活品質(zhì)。同時(shí)，也會(huì)促進(jìn)“立體農(nóng)業(yè)”生態(tài)模式的推廣應(yīng)用，這對湘南紅壤丘陵區(qū)的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著重要作用。