張哲棟 梁曉飛 周思邈 侯景宇 張緒 閆之春

摘要 為研究集約化豬場過量沼液還田對玉米性狀及土壤速效養(yǎng)分的影響，本試驗(yàn)以拔節(jié)期玉米為研究對象，通過對照組（CK）與試驗(yàn)組（S-Ⅰ、S-Ⅱ、S-Ⅲ、S-Ⅳ）之間玉米性狀和土壤速效養(yǎng)分的變化進(jìn)行研究。結(jié)果表明，與CK相比，在S-Ⅰ條件下僅玉米的莖粗表現(xiàn)出顯著差異，其他的生長指標(biāo)和玉米穗指標(biāo)無顯著差異；在S-Ⅱ條件下玉米生長指標(biāo)中僅株高表現(xiàn)出顯著差異，玉米穗指標(biāo)略有下降但無顯著差異；在S-Ⅲ和S-Ⅳ條件下除玉米穗行數(shù)無顯著差異外，其他的玉米生長指標(biāo)和玉米穗指標(biāo)均表現(xiàn)出顯著差異；沼液增施不會提升表層土壤（0～20 cm）和深層土壤（20～40 cm）中速效鉀的含量；沼液增施會提升表層土壤和深層土壤中有機(jī)質(zhì)、有效磷、堿解氮的含量，而且含量會隨著沼液澆灌量的增加而增加。綜合分析認(rèn)為，在沼液產(chǎn)生量過大的場區(qū)，最多可以2倍沼液還田量進(jìn)行還田，此時(shí)不會使玉米的產(chǎn)量降低，并會適度提升土壤中除速效鉀外的其他速效養(yǎng)分含量。

關(guān)鍵詞 集約化養(yǎng)豬場；沼液還田；玉米；土壤速效養(yǎng)分

中圖分類號 S858.28? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 1007-7731（2023）04-0092-05

近年來，隨著人們對肉蛋類產(chǎn)品需求的增加，我國養(yǎng)殖業(yè)得到了迅猛發(fā)展[1]，其中集約化養(yǎng)豬場的占比也越來越高，每年都會產(chǎn)生大量的養(yǎng)殖糞污[2-4]。養(yǎng)殖糞污中含有豐富的氮、磷、鉀元素，通過沼氣技術(shù)處理后會產(chǎn)生富含營養(yǎng)物質(zhì)的沼液[5]。發(fā)酵后的沼液可以通過浸種、葉面肥、營養(yǎng)液和直接還田等方式利用。劉小光等[6]研究表明，在適合的濃度下沼液可促進(jìn)玉米種子的萌發(fā)并提高根毛的生長量；孟清波等[7]研究表明，噴施沼液葉面肥可促進(jìn)辣椒的生長發(fā)育，提高辣椒的產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)；Wang等[8]研究表明，在水培過程中沼液可替代50%的營養(yǎng)液且不會產(chǎn)生不良影響；李金橙等[9]研究表明，使用3倍氮當(dāng)量的沼液還田時(shí)玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)相對于其他試驗(yàn)組達(dá)到最佳。

相關(guān)研究表明，用發(fā)酵后的沼液進(jìn)行農(nóng)作物還田種植不僅能夠降低化肥的使用量，還能改良土壤提升農(nóng)作物品質(zhì)[10-11]。但由于集約化養(yǎng)豬場沼液產(chǎn)生的量太大，大部分沼液不能得到合理利用，在有限用地上合理消納這些沼液成為一個(gè)亟待解決的問題[12-13]。目前，國內(nèi)沼液還田的研究大多根據(jù)作物的養(yǎng)分需求量進(jìn)行試驗(yàn)，在大田種植過程中增施沼液的相關(guān)研究還相對較少。本試驗(yàn)在正常施用底肥的玉米拔節(jié)期增施沼液，通過對比不同沼液增施量對玉米性狀、土壤速效養(yǎng)分含量的影響，得出最佳沼液增施量，以期為集約化豬場沼液還田、提升作物產(chǎn)量提供指導(dǎo)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)地位于山東省菏澤市巨野縣董官屯鎮(zhèn)巨野新好農(nóng)牧有限公司養(yǎng)豬場，地理坐標(biāo)為35°26′76″ N、115°99′92″ E，屬溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，年平均氣溫13.5 ℃，年無霜期213 d，年降雨量741.9 mm，土壤以黃灰色黏性土壤為主。供試土壤表層（0～20 cm）和深層（20～40 cm）的速效養(yǎng)分含量見表1。供試沼液總氮含量為561.3 mg/L，總磷含量為20.0 mg/L，懸浮物含量為102.1 mg/L，pH為7.93。供試玉米品種為登海618，播種密度為63 000株/hm2，底肥為N-P-K含量為27-7-7的化肥，施肥量為750 kg/hm2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，結(jié)合《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》得出正常沼液還田量為3 800 m3/（hm2·a）[14-15]。以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)組設(shè)計(jì)，共設(shè)計(jì)5個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)面積為36 m2。對照組（CK）：1倍沼液還田量清水澆灌；試驗(yàn)組1（S-Ⅰ）：1倍沼液還田量沼液澆灌；試驗(yàn)組2（S-Ⅱ）：2倍沼液還田量沼液澆灌；試驗(yàn)組3（S-Ⅲ）：3倍沼液還田量沼液澆灌；試驗(yàn)組4（S-Ⅳ）：4倍沼液還田量沼液澆灌。

試驗(yàn)在玉米拔節(jié)期進(jìn)行，每天按照各試驗(yàn)組設(shè)計(jì)澆灌量進(jìn)行澆灌，并在第一次澆灌前采集各試驗(yàn)組表層土壤、深層土壤和玉米植株進(jìn)行檢測。試驗(yàn)開始后，每15 d采集各試驗(yàn)組玉米進(jìn)行株高、莖粗、葉面指數(shù)、干物質(zhì)量等生長期指標(biāo)測定。玉米成熟后，采集各試驗(yàn)組表層土壤和深層土壤進(jìn)行有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量檢測，玉米植株除生長期指標(biāo)測定外還需進(jìn)行玉米穗長、穗粗、穗粒重、穗行數(shù)的檢測。

1.3 樣品采集與檢測方法

1.3.1 土壤樣品采集與檢測。使用五點(diǎn)取樣法對試驗(yàn)地表層和深層土壤進(jìn)行取樣，將采集到的同一深度的土壤樣品充分混合后檢測。其中，土壤有機(jī)質(zhì)檢測使用重鉻酸鉀外加熱法；堿解氮檢測使用堿解擴(kuò)散法；有效磷檢測使用鉬銻抗比色法；速效鉀檢測使用火焰光度計(jì)法[16]。

1.3.2 玉米樣品采集與檢測。使用隨機(jī)取樣法對玉米隨機(jī)取樣3株，在生長期對玉米株高、莖粗、葉面積指數(shù)和干物資量進(jìn)行檢測，成熟后檢測玉米穗長、穗粗、穗粒重和穗行數(shù)。其中，玉米株高檢測從地面至植株頂部高度；莖粗檢測植株莖基部的莖稈直徑；葉面積指數(shù)檢測通過檢測植株全部綠葉面積計(jì)算，即測量全部葉片的長寬，采用長寬系數(shù)法計(jì)算葉面積，全展葉片系數(shù)為0.75，非全展葉片系數(shù)為0.5，單葉葉面積=長×寬×系數(shù)，葉面積指數(shù)=單株葉面積×株數(shù)/土地面積；干物質(zhì)量檢測植株烘干至恒重后的重量；穗粒重檢測烘干至恒重的玉米穗全部籽粒重量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2019進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，使用IBM SPSS Statistics 22.0進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 增施沼液對玉米生長性狀的影響

從圖1可以看出，在增施沼液前各試驗(yàn)組與對照組相比株高、莖粗、葉面指數(shù)積、干物質(zhì)量均無顯著差異（P>0.05）。在持續(xù)增施沼液15 d后與對照組相比，S-Ⅳ玉米的莖粗和干物質(zhì)量受增施沼液的影響而降低，且差異顯著（P<0.05）。在持續(xù)增施沼液30 d后與對照組相比，S-Ⅰ玉米的生長并不受增施沼液的影響，S-Ⅱ玉米的莖粗和干物質(zhì)量受增施沼液的影響而降低、S-Ⅲ和S-Ⅳ玉米的各項(xiàng)生長指標(biāo)均受到增施沼液的影響而降低，且差異顯著（P<0.05）。在持續(xù)增施沼液45 d后與對照組相比，S-Ⅰ玉米的生長仍不受增施沼液的影響，S-Ⅱ玉米的生長除株高外均受到增施沼液的影響而降低、S-Ⅲ和S-Ⅳ玉米的各項(xiàng)生長指標(biāo)均受到增施沼液的影響而降低，且差異顯著（P<0.05）。

在持續(xù)增施沼液60 d后玉米成熟。從圖1和表2中可以看出，與CK相比，S-Ⅰ玉米僅莖粗降低了8.69%，表現(xiàn)出顯著差異；S-Ⅱ玉米除株高外各指標(biāo)均表現(xiàn)出顯著差異，其中莖粗降低了14.24%、葉面積指數(shù)降低了29.27%、干物質(zhì)量降低了15.45%；S-Ⅲ玉米的各項(xiàng)指標(biāo)均表現(xiàn)出顯著差異，其中株高降低了8.11%、莖粗降低了21.52%、葉面積指數(shù)降低了50.81%、干物質(zhì)量降低了31.15%；S-Ⅳ玉米的各項(xiàng)指標(biāo)均表現(xiàn)出顯著差異，其中株高降低了10.22%、莖粗降低了23.87%、葉面積指數(shù)降低了56.50%、干物質(zhì)量降低了38.92%。

2.2 增施沼液對成熟玉米穗的影響

從表3可以看出，在增施1倍沼液的條件下（S-Ⅰ），穗長、穗粗、穗粒重和穗行數(shù)與對照組（CK）相比并無顯著差異。在增施2倍沼液的條件下（S-Ⅱ），穗長、穗粗、穗粒重和穗行數(shù)與對照組相比并無顯著差異。在增施3倍沼液的條件下（S-Ⅲ），與對照組相比穗行數(shù)無顯著差異，穗長、穗粗和穗粒重均表現(xiàn)出顯著差異，分別降低了5.16%、5.29%、9.52%。在增施4倍沼液的條件下（S-Ⅳ），與對照組相比穗行數(shù)無顯著差異，穗長、穗粗和穗粒重均表現(xiàn)出顯著差異，分別降低了10.90%、7.07%、13.44%。

2.3 增施沼液對土壤速效養(yǎng)分的影響

從表4可以看出，在2種土壤深度下，除速效鉀外其他各試驗(yàn)組的土壤速效養(yǎng)分含量均有提升，且隨著沼液增施量的增加速效養(yǎng)分的含量也在增加。在土壤深度為0～20 cm時(shí)，試驗(yàn)組S-Ⅰ、S-Ⅱ、S-Ⅲ、S-Ⅳ與對照組（CK）相比有機(jī)質(zhì)含量分別提升6.20、6.50、7.10和7.60 g/kg；有效磷含量分別提升9.60、21.40、36.80和50.20 mg/kg；堿解氮含量分別提升22.00、26.00、37.00和56.00 mg/kg。在土壤深度為20～40 cm時(shí)，試驗(yàn)組S-Ⅰ、S-Ⅱ、S-Ⅲ、S-Ⅳ與對照組（CK）相比有機(jī)質(zhì)含量分別提升0.41、0.52、0.72和0.88 g/kg；有效磷含量分別提升0.50、0.78、1.14和1.30 mg/kg；堿解氮含量分別提升3.00、17.00、22.00和34.00 mg/kg。

3 結(jié)論與討論

沼液富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，合理施用不僅可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，還可以提升土壤肥力[17]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與CK相比在S-Ⅰ條件下僅玉米莖粗有顯著差異，而株高、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)量、玉米穗長、穗粗、穗粒重、穗行數(shù)并無顯著差異；與CK相比在S-Ⅱ條件下玉米株高、莖粗、葉面指數(shù)、干物質(zhì)量均有顯著差異，而玉米穗長、穗粗、穗粒重、穗行數(shù)并無顯著差異；與CK相比在S-Ⅲ和S-Ⅳ條件下株高、莖粗、葉面指數(shù)、干物質(zhì)量、玉米穗長、穗粗、穗粒重均有顯著差異，而穗行數(shù)并無顯著差異。這就說明適量地增施沼液并不會影響玉米的生長與收獲，但如果沼液增施量過多就會影響玉米的正常生長并會降低玉米產(chǎn)量，這與萬海文[18]和劉慶平[19]的研究結(jié)果相符。本試驗(yàn)結(jié)果表明，增施沼液會提升0～20 cm和20～40 cm土壤中有機(jī)質(zhì)、有效磷和堿解氮的含量，且沼液澆灌量越多這些養(yǎng)分的含量越高，長期適量地增施沼液會提升土壤肥力，但土壤肥力過高會影響作物生長，這與崔宇星等[20]和黃界穎等[21]的研究結(jié)果相符。

結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果來看，以1倍沼液還田量進(jìn)行沼液增施并不會影響玉米的生長和產(chǎn)量；以2倍沼液還田量進(jìn)行沼液增施會影響玉米的生長，但不會影響玉米的產(chǎn)量；而以3倍或4倍沼液還田量進(jìn)行沼液增施會影響玉米的正常生長并降低玉米產(chǎn)量。因此，在沼液產(chǎn)生量過大的集約化養(yǎng)豬場進(jìn)行沼液消納時(shí)最多可以2倍沼液還田量進(jìn)行還田，不僅不會影響玉米的產(chǎn)量，而且會提升土壤中除速效鉀外其他速效養(yǎng)分的含量。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 馮露.集約化奶牛養(yǎng)殖場沼液還田氮磷高效利用研究[D].綿陽：西南科技大學(xué)，2021.

[2] YUANAN HU，HEFA CHENG，SHU TAO. Environmental and human health challenges of industrial livestock and poultry farming in China and their mitigation[J]. Environment International，2017，107（11）：111-130.

[3] 劉曉永，李書田.中國畜禽糞尿養(yǎng)分資源及其還田的時(shí)空分布特征[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34（4）：1-14，316.

[4] CHAOHUI ZHENG，YI LIU，BETTINA BLUEMLING，et al. Modeling the environmental behavior and performance of livestock farmers in China：An ABM approach[J]. Agricultural Systems，2013，122（12）：60-72.

[5] 武淑霞，劉宏斌，黃宏坤，等.我國畜禽養(yǎng)殖糞污產(chǎn)生量及其資源化分析[J].中國工程科學(xué)，2018，20（5）：103-111.

[6] 劉小光，劉宗萌，鄧進(jìn)超，等.DANAS干式厭氧發(fā)酵沼液對玉米種子發(fā)芽的影響[J].中國沼氣，2021，39（5）：32-37.

[7] 孟清波，張謹(jǐn)薇，馬萬成，等.沼渣沼液肥對辣椒生長發(fā)育·果實(shí)品質(zhì)及產(chǎn)量的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48（23）：190-193.

[8] WANG L，GUO S R，WANG Y，et al. Poultry biogas slurry can partially substitute for mineral fertilizers in hydroponic lettuce production.[J]. Environmental science and pollution research international，2019，26（1）：659-671.

[9] 李金澄，孫吉翠，楊麗，等.沼液過量還田對土壤環(huán)境容量及玉米生長的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，50（5）：49-56.

[10] 董紅敏，左玲玲，魏莎，等.建立畜禽廢棄物養(yǎng)分管理制度促進(jìn)種養(yǎng)結(jié)合綠色發(fā)展[J].中國科學(xué)院院刊，2019，34（2）：180-189.

[11] EDGERTON B D，MCNEVIN D，WONG C H，et al. Strategies for dealing with piggery effluent in Australia： the sequencing batch reactor as a solution[J]. Water Science and Technology，2000，41（1）：123-126.

[12] 葛昕，李布青，丁葉強(qiáng)，等.沼液利用現(xiàn)狀和潛在風(fēng)險(xiǎn)分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（30）：14897-14898，15058.

[13] 曹汝坤，陳灝，趙玉柱.沼液資源化利用現(xiàn)狀與新技術(shù)展望[J].中國沼氣，2015，33（2）：42-50.

[14] 國家環(huán)境保護(hù)總局，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：GB 18596—2001[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[15] 農(nóng)業(yè)部辦公廳.農(nóng)業(yè)部辦公廳關(guān)于印發(fā)《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》的通知[J]. 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部公報(bào)，2018（2）：58.

[16] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[17] 宋英今，王冠超，李然，等.沼液處理方式及資源化研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2021，37（12）：237-250.

[18] 萬海文.沼液對土壤養(yǎng)分和玉米、小麥生理特性及產(chǎn)量的影響[D].咸陽：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2016.

[19] 劉慶平.沼液農(nóng)用對黑土土壤肥力、重金屬含量和玉米產(chǎn)量的影響[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2020.

[20] 崔宇星，MUHAMMAD AZEEM，孫吉翠，等.沼液與化肥配施對耕層土壤化學(xué)性狀及玉米產(chǎn)量品質(zhì)的影響[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，52（5）：77-81.

[21] 黃界潁，伍震威，高連芬，等.沼液對土壤質(zhì)量及小白菜產(chǎn)量品質(zhì)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，40（5）：849-854.

（責(zé)編：張 蓓）