周 煒，王子臣，宗 焦，王國棟，盛 婧

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種養(yǎng)結合重點實驗室/江蘇省農(nóng)業(yè)科學院循環(huán)農(nóng)業(yè)研究中心，江蘇 南京 210014）

近年來隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，畜禽養(yǎng)殖業(yè)沼氣工程發(fā)展迅猛［1-2］，其主要的廢棄物處理產(chǎn)物——沼液和有機肥，其規(guī)模龐大且處理困難，對生態(tài)健康、環(huán)境保護等方面有極大的壓力［3-4］。同時，沼液和有機肥的施用在我國農(nóng)業(yè)史上有重要地位，其富含作物生長必需的多種養(yǎng)分及活性物質，沼液還能補充灌溉水［5-6］。因此，利用稻田消納沼液和有機肥，既有效地利用了廢棄物，又解決了環(huán)保問題，同時也完成了作物的施肥，是我國養(yǎng)殖廢棄物處理的重要途徑，豬糞有機肥和沼液配合農(nóng)田施用成為重要的利用方向。目前國內(nèi)相關研究主要集中在沼液、有機肥單獨施用或分別和化肥配施對作物品質、農(nóng)田環(huán)境的影響，如有機無機肥配施對川麥冬產(chǎn)量、品質的影響［7］，化肥有機肥配施對氨揮發(fā)及玉米產(chǎn)量的影響［8］，配施對稻田氮磷及微生物群落的影響［9］，還有許多科研人員也作了相關類似研究［10-11］，而對等氮量替代條件下沼液與有機肥配合施用時農(nóng)田的養(yǎng)分元素流失及其對環(huán)境影響的相關研究不多。氮、磷、鉀皆是作物生長所必需的營養(yǎng)元素，磷更是導致水體環(huán)境富營養(yǎng)化的重要因子，且據(jù)研究，以農(nóng)田排放為主的農(nóng)業(yè)面源污染已成為水體中磷的主要來源［12］。因此本研究以太湖水稻土為目標對象進行盆栽試驗，研究4種不同配比的沼液與豬糞有機肥處理條件下氮、磷、鉀的田面水濃度及徑流損失量，其中氮素損失已撰文歸納［13］，本文僅綜合分析沼液與豬糞有機肥配施處理對磷、鉀損失以及產(chǎn)量的影響，以期能為有機肥農(nóng)田合理消納利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點概況

試驗于2017年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學院內(nèi)露天試驗田進行，位于江蘇省南京市玄武區(qū)孝陵衛(wèi)街道。該區(qū)屬北亞熱帶濕潤氣候，常年平均降水117 d，平均降水量1 106.5 mm，相對濕度76%，無霜期237 d，年平均氣溫15.4 ℃。

1.2 試驗材料

試驗用土壤類型為太湖水稻土，取回后放置風干，去石塊后碾磨過篩。試驗前土壤基本理化性質：pH 6.38，有機質18.30 g/kg，總氮含量1.03 g/kg，全磷含量1.04 g/kg，速效鉀含量0.203 g/kg。盆栽試驗所用容器為定制有機玻璃圓桶，高60 cm，直徑30 cm，底部封閉，頂端開口接受降雨。桶上部開一徑流孔，其下方至土層表面留有6 cm左右的空間用于淹水和降雨存留。桶外側包覆隔熱層，并裹以鋁箔防曬。將過篩好的土壤分兩層放入桶中按容重壓實：下層高30 cm，容重1.45 g/cm3；上層高18 cm，容重1.25 g/cm3。

試驗用沼液來自于江蘇泰興洋宇公司養(yǎng)豬場沼氣工程，常年運行，其養(yǎng)分含量為總氮1.66 g/L，總磷0.128 g/L，鉀1.013 g/L；試驗用豬糞有機肥來自于江蘇省農(nóng)業(yè)科學院六合基地有機肥廠，其養(yǎng)分含量為全氮1.18%，全磷1.89%，速效鉀1.04%。供試水稻品種為南粳9108，屬遲熟中粳品種，于6月27日移栽于圓桶中，10月30日收獲，全生育期合計156 d。

1.3 試驗設計

試驗共設6個處理，分別為：CK（空白對照），CF（常規(guī)化肥對照），N1（100%沼液氮替代），N2（75%沼液+25%豬糞有機肥氮替代），N3（50%沼液+50%豬糞有機肥氮替代），N4（100%豬糞有機肥氮替代），每個處理3次重復。以N 300 kg/hm2為基準等氮量替代，各處理基肥∶蘗肥∶穗肥施用比例為5∶1∶4，N∶P2O5∶K2O施用比例為2∶1∶1，不足部分磷、鉀肥用化肥補足，磷、鉀肥全部基施。沼液、有機肥配施處理中豬糞有機肥作基肥，單施有機肥處理中豬糞有機肥作基肥與追肥，豬糞有機肥施用方式為表施。各處理肥料施用方法見表1，其中沼液為液體，施用時間控制在施肥當天給水稻盆缽補充灌溉水之前，施入沼液后即開始給各盆缽澆水至田面水層高度一致。在每次施肥后采集田面水樣品帶回實驗室，測定磷、鉀含量。降雨時收集徑流，測量徑流產(chǎn)生量，并測定其磷、鉀含量。水稻成熟時測定各處理產(chǎn)量。

表1 各試驗處理肥料運籌 （kg/hm2）

1.4 測定方法

田面水及徑流磷含量采用流動分析儀測定，鉀含量采用火焰光度計測定；田面水每次施肥后1 d取樣，然后每隔2 d左右取樣1次，持續(xù)8～10 d；盆栽所用有機玻璃圓桶上部有一開口，位于土層上方約6 cm處，用塑料管下接儲液容器，每次降雨產(chǎn)生徑流，即自開口流出至儲液容器中，及時采集并處理。水稻收獲后人工統(tǒng)計各處理總穗數(shù)、每穗粒數(shù)及千粒重等數(shù)據(jù)計算產(chǎn) 量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2016處理數(shù)據(jù)，采用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，用LSD法比較各處理之間的差異（α=0.05）。

2 結果與分析

2.1 水稻產(chǎn)量

表2為各處理的水稻產(chǎn)量數(shù)據(jù)，配施處理整體表現(xiàn)為產(chǎn)量與施用沼液比例呈正相關。其中CF處理產(chǎn)量為12 752.7 kg/hm2，配施處理的產(chǎn)量分別為N1處理12 934.65 kg/hm2，N2處理11 691.6 kg/hm2，N3處理11 205.9 kg/hm2，N4處理10 876.95 kg/hm2，但方差分析顯示這4個處理與CF處理間無顯著性差異。

表2 水稻產(chǎn)量 （kg/hm2）

2.2 田面水磷濃度

從整體來看（圖1），等氮量替代情況下各施肥處理田面水磷濃度基本呈隨時間推移而逐漸下降趨勢，基肥期N3和N4處理磷濃度先上升，在施肥后第3 d到達最高值后再下降?；势谥?，N1與CF都為速效肥，磷濃度相近，變化趨勢類似，其下降幅度先大后小，其濃度自高而低；而N2雖施磷量與N1相等，肥源由50%等磷量豬糞替代沼液，但兩者磷濃度差異明顯，施肥后第1 d N1磷濃度比N2高了P 26.13 mg/L；N3與N4處理其肥源與用量相同，表現(xiàn)相近，都于施肥后第3 d才出現(xiàn)峰值，且濃度整體下降速度緩慢，與CF、N1等處理在趨勢上的差別，可能是肥料緩釋效果導致，而同時雖然其施用較高量磷肥（P2O5240.15 kg/hm2），但峰值仍低于CF（P2O5150 kg/hm2）。蘗肥期各處理均隨時間推移呈磷濃度降低表現(xiàn)，施用豬糞有機肥的N3、N4處理其峰值出現(xiàn)于施肥后第1 d，此階段CF未施以磷肥，而各配施肥處理仍有施用，故CF濃度最低；而N1、N2、N3在施磷量上相同，且施用磷肥都為沼液，趨勢相同，但濃度有所差異，N4處理磷肥施用較多，濃度在本階段最高。穗肥期中除N4處理外其它處理磷濃度在施肥后第3 d即與CK無顯著差異，而N4下降趨勢雖快但緣于總施磷量高，在穗肥末期磷濃度仍高達P 14.07 mg/L，穗肥初期其他處理中最高的N3磷濃度僅為P 8.88 mg/L，且相較基肥期，兩者初始濃度有一定差距，但與施磷量未呈明顯關系。

圖1 田面水磷濃度變化趨勢

2.3 稻田徑流磷流失

試驗期間因降水共產(chǎn)生3次徑流，分別發(fā)生于7月2日、7月10日和8月12日，其磷徑流量如圖2?？梢?，各配施處理磷流失總量從高到低依次為N4>N3>N1>N2。與常規(guī)施肥處理相比較，除N2處理外，其他配施處理磷流失量都大于CF，尤以N4處理為最，增加P 38.44 kg/hm2，為CF處理的近6倍，N3、N1處理則分別增加P 5.65與2.05 kg/hm2。分時期看，N4處理與其他處理不同，其基肥期流失量為P 8.26 kg/hm2，僅占總流失量的18.22%，而以穗肥期流失量為最高，為P 32.95 kg/hm2，占其總流失量的72.67%；其它各處理多以基肥期流失率最高，顯著高于蘗肥期與穗肥期，CF、N1、N2和N3處理的基肥期流失量分別為P 6.01、7.02、2.96和9.39 kg/hm2，分別占其本身總流失量的87.09%、78.44%、68.95%和74.87%。

圖2 試驗期各處理磷徑流量

2.4 田面水鉀濃度

圖3 是田面水的鉀濃度變化趨勢，總體看基本所有配施處理趨勢相近，而穗肥期濃度峰值高出基肥期50%以上（K 102.88>68.43 mg/L），這與鉀肥施用量比例不同。基肥期與蘗肥期鉀下降曲線較平緩，而穗肥期施肥后前3 d下降較快，降幅 K 50～80 mg/L，明顯高于前兩個時期。CF處理因其鉀肥全部基施，全施肥期始終呈降低趨勢，在基肥期高于其他處理，而蘗肥期低于各配施處理并持續(xù)至施肥期結束；配施處理中N1處理于基肥初期濃度略高于其他處理，為K 61.77 mg/L，N3、N4處理于穗肥初期略高，N3更高于N4（K 102.88>90.40 mg/L）。綜上所述，鉀在稻田環(huán)境中的降幅按時期來講為穗肥期>蘗肥期>基肥期。

圖3 田面水鉀濃度變化

2.5 稻田徑流鉀流失

鉀徑流流失（圖4）趨勢與磷有一定差異，因為肥料本身原因，鉀在配施處理中施用量高于計劃配比量，而磷僅在N3與N4處理中多于配比施用，故配施處理所有時期都有較大的徑流鉀流失，與之相比，基施所有鉀肥的CF處理流失量按基肥、蘗肥、穗肥時期流失量依次降低。按處理來看，N1、N2與N3處理其蘗肥與穗肥期施鉀量相同，而基肥期施鉀量N3>N2>N1，其基肥期實際鉀徑流流失量為N1>N3>N2，全施肥期流失量大小趨勢與基肥期相同，具體數(shù)值為K 45.31>44.78>31.86 kg /hm2；而N4處理基肥期施鉀量與N3處理相同，蘗肥與穗肥期皆高于N3處理，但其基肥與穗肥期鉀流失量少，全試驗期總流失量（K 40.95 kg/hm2）也低于N3。

圖4 試驗期各處理鉀徑流量

2.6 徑流磷鉀肥流失率

從表3可以看出，4個配施處理綜合審視肥料損失，則以N4處理為最高［磷流失量P 44.99 kg /hm2（流失率9.37%），鉀流失量K 39.12 kg/hm2（流失率14.80%）］，N2處理相對最低［磷流失量P 3.94 kg/hm2（流失率2.63%），鉀流失量K 35.03 kg/hm2（流失率17.22%）］。磷、鉀徑流流失量、流失率跟產(chǎn)量間沒有明顯規(guī)律，此與試驗設計中肥料施用量多有關，N1和N2處理磷投入量相同，但流失量N1高于N2，產(chǎn)量卻N1高于N2，常規(guī)施肥量屬過量施肥。

表3 肥料磷、鉀徑流損失

3 討論

3.1 磷鉀流失關鍵時期

已有相關研究認為，磷屬于水體污染關鍵因 子［14］，而地表徑流是土壤中磷流失的主要途徑［15］。本文對沼液、豬糞有機肥配施處理各時期磷鉀肥徑流流失進行了比較，結果認為：在本試驗條件下，磷肥流失的關鍵時期是穗肥期，其次是基肥期。即在穗肥期等氮量施用豬糞有機肥替代，將造成該施肥期極高的磷流失風險，而基肥期施用大量配施肥料也會造成普遍的風險；鉀肥流失的關鍵時期綜合歸納應為基肥期全期，及蘗肥、穗肥期施肥后3 d左右，宜避免該時間段內(nèi)有徑流產(chǎn)生。

3.2 磷鉀流失量

數(shù)據(jù)顯示，100%豬糞有機肥處理磷流失量比常規(guī)化肥處理高586.87%，占肥料使用量的9.37%。此與陳秋會等［16］的相關研究結果表現(xiàn)趨同，但其認為常規(guī)種植農(nóng)田總磷流失系數(shù)應高于有機種植，此與本研究不同?？赡苁强偸┝琢坎町愝^大及肥料運籌不同所致，且其僅對全量有機肥替代常規(guī)化肥進行比較，對沼液、有機肥配施等氮量替代研究未有涉及；N1處理磷流失量和N3處理分別為比常規(guī)化肥處理高31.33%和86.19%，占肥料使用量的5.73%和4.85%，而N2處理流失量低于常規(guī)化肥處理，說明適當比例的速效與緩釋肥配施可減少徑流磷流失，陳永高等［17］也有類似結論，究其原因，可溶性磷是磷流失的主要形態(tài)，占總磷徑流流失總量的72.73%～97.22%，而豬糞有機肥提供的磷以緩釋居多。同時據(jù)Ohno等［18］研究認為，水溶性有機物質顯著降低了土壤對磷的吸附作用，提高了土壤中磷的移動性及徑流液中磷的濃度水平，此結論對提高配施肥中豬糞有機肥占比而磷流失量不降反升有解釋作用，最適配比有待今后進一步研究；各配施處理鉀流失量較常規(guī)化肥處理高41.35%～75.45%，占肥料使用量的14.80%～23.76%，比劉紅江等［19］所作研究結果數(shù)據(jù)高，結合其試驗分析，可能是盆栽試驗與大田實際生產(chǎn)有一定差異，并且兩者鉀肥施用方式與施用量有較大區(qū)別所致；同李盟軍等［20］在蔬菜地相關的研究相比，又表現(xiàn)出水、旱地作物需肥量差異大的區(qū)別。

3.3 磷鉀流失調控

結合磷鉀流失數(shù)據(jù)與前述田面水變化趨勢，初步認為本研究背景下100%豬糞有機肥處理磷損失總量在各處理中最高，其控磷關鍵期應以穗肥期為主，基肥期為輔。其他各施肥處理的控磷流失關鍵時期為基肥期，控磷時長7～10 d左右，按所施肥料主要肥源類型而定。整體來講，適當?shù)恼{整肥料運籌，前磷后施，穗肥期施速效肥等措施對控磷效果較好。配施處理控鉀關鍵期為基肥期，輔以施蘗肥與穗肥后的1～3 d，由于有機肥鉀含量富足，調控措施應以防為主。

4 結論

本試驗條件下，磷肥流失的關鍵期是穗肥期，其次是基肥期；而鉀肥流失關鍵期為基肥期全期，及蘗肥、穗肥期施肥后3 d左右。

在等施氮量條件下，各施肥處理徑流磷損失量大小依次為100%豬糞有機肥>50%沼液＋50%豬糞有機肥>100%沼液>常規(guī)化肥>75%沼液+25%豬糞有機肥，其中100%豬糞有機肥P 44.99 kg/hm2最高，75%沼液+25%豬糞有機肥P 3.94 kg /hm2最低；各施肥處理徑流鉀損失量大小依次為100%沼液>50%沼液＋50%豬糞有機肥>100%豬糞有機肥>75%沼液+25%豬糞有機肥>常規(guī)化肥，最高為100%沼液K 43.48 kg/hm2，最低為常規(guī)化肥 K 24.78 kg/hm2；各施肥處理產(chǎn)量無顯著差異，處于同一水平。綜合比較而言，75%沼液+25%豬糞有機肥處理在保持一定產(chǎn)量的基礎上又能減少徑流磷、鉀流失的風險，是一種比較適宜的施肥模式。