摘要：為有效解決豬場肥水排放所引發(fā)的環(huán)境問題，將豬場肥水作為追肥施用于農(nóng)田，通過田間小區(qū)試驗分析不同豬場肥水施用量（按氮素計）下玉米農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、土壤化學(xué)性質(zhì)和重金屬含量的變化，研究豬場肥水替代礦物氮肥還田利用效果與最適宜施用量。試驗設(shè)計4個處理，對照組（CK）[施用1倍氮需求量的化肥（氮施用量 153.1 kg·hm-2）]、處理1（T1）[施用1倍氮需求量的肥水（氮施用量 153.1 kg·hm-2）]；處理2（T2）[施用1.2倍氮需求量的肥水（氮施用量 183.7 kg·hm-2）]；處理3（T3）[施用1.5倍氮需求量的肥水（氮施用量 229.7 kg·hm-2）]；處理4（T4）[施用2倍氮需求量的肥水（氮施用量 306.2 kg·hm-2）]。結(jié)果表明，相較于對照組（CK），T3、T4組玉米在穗軸粗、行粒數(shù)、百粒重指標上顯著增加（Plt;0.05），T3組最高，為50.23 mm、38.21粒和37.18 g；T3處理組產(chǎn)量為9 628.88 kg·hm-2，比對照組提升4.63%，增產(chǎn)效果顯著（Plt;0.05）。施用豬場肥水顯著提升了土壤中有機質(zhì)含量和全氮含量（Plt;0.05），處理組有機質(zhì)含量在17.50～18.11 g·kg-1，全氮含量在1.02～1.54 g·kg-1；與種植前相比，土壤中有機質(zhì)含量提升3.16%～6.77%，全氮含量T3和T4提升13.74%～33.57%；各處理組土壤重金屬含量差異不顯著，且均未超出農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準規(guī)定的限值。綜合分析認為，當豬場肥水施用量（按氮素總量計）為需求量1.5倍時效果最好。

關(guān)鍵詞：豬場肥水；玉米；產(chǎn)量；土壤；重金屬

我國規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，為保障我國肉蛋奶供給做出了重大貢獻的同時，畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖過程產(chǎn)生大量畜禽糞污，全國每年 產(chǎn)生畜禽糞污總量達到近40億t[1]，給周邊環(huán)境造成

了巨大的環(huán)保壓力。我國第二次全國污染源普查結(jié)果顯示，畜禽養(yǎng)殖業(yè)化學(xué)需氧量（COD）的排放量為1 000.53萬t，占農(nóng)業(yè)源排放總量的93.75%，為同期工業(yè)源的10.99倍，生活源的1.02倍[2]。養(yǎng)殖糞污中含有豐富的有機質(zhì)和氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，相關(guān)研究表明，養(yǎng)殖廢水中的有機態(tài)氮、磷經(jīng)厭氧處理可以轉(zhuǎn)化為植物易吸收利用的 NH+4和 PO3-4，對 COD 去除率也有顯著效果[3]。因此，將養(yǎng)殖廢水經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)變?yōu)樗寿Y源循環(huán)利用是資源循環(huán)利用和控制養(yǎng)殖污染的最佳途徑[4]，不僅減少了養(yǎng)殖糞污排放對環(huán)境造成的污染，更重要的是充分利用了養(yǎng)殖肥水中富含的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對化肥資源的需求，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的化肥減量，促進種養(yǎng)循環(huán)型農(nóng)業(yè)發(fā)展。

目前，國內(nèi)外開展的再生水灌溉作物的研究主要集中在城市污水及工業(yè)廢水再生[5-8]，也有部分學(xué)者研究了將養(yǎng)殖糞污厭氧消化處理后施用于水稻、

小麥、蔬菜等作物[9-10]，但絕大部分將畜禽糞污厭氧發(fā)酵后形成的沼液或沼渣作為肥料施用，研究其對作物生長發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)及抗病性等的影響，而對于長期存儲后的豬場肥水直接施用，探究豬場肥水最適宜施用量的研究則鮮有報道。因此本研究將豬場肥水施用于玉米田，從玉米產(chǎn)量、土壤理化性質(zhì)和重金屬含量變化的角度，分析了施用豬場肥水替代礦物氮肥的效果和最佳施用量，為建立豬場肥水玉米農(nóng)田循環(huán)利用技術(shù)模式，推進種養(yǎng)結(jié)合和規(guī)模養(yǎng)殖場糞肥資源化利用提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于北京市海淀區(qū)上莊鎮(zhèn)種植基地內(nèi)進行。種植土壤類型為普通褐土，試驗地0～20 cm耕層土壤養(yǎng)分及重金屬含量見表1。

1.2 材料

供試玉米品種為京科968，北京屯玉種業(yè)有限責任公司生產(chǎn)。

供試豬場肥水來自于北京市順義區(qū)某豬場，該場存欄規(guī)模5 000頭，采用干清糞工藝，養(yǎng)殖污水采用自然貯存的方式貯存120 d后加以利用。施用的肥水大腸桿菌菌群數(shù)為 35萬個·L-1，蛔蟲卵死亡率＞99%，具體水質(zhì)見表2。

1.3 方法

1.3.1 試驗設(shè)計

采用田間小區(qū)試驗，共設(shè)置4個處理，各處理3次重復(fù)，共計12個小區(qū)。小區(qū)寬4 m，長15 m，面積為60 m2。小區(qū)之間間隔為1 m。2023年6月2日人工定植玉米，寬行70 cm，窄行30 cm，株距30 cm，種植密度為6.8萬株·hm-2，2023年9月15日收獲，生長期共計105 d。

試驗組和對照組底肥統(tǒng)一施用15 t·hm-2的商品有機肥（北京順義奧格尼克，有機質(zhì)≥40%、總養(yǎng)分≥5%）。在玉米小喇叭口期和大喇叭口期，試驗組分別按照所需養(yǎng)分[11]（表3）的1.0倍、1.2倍、1.5倍和2.0倍將養(yǎng)殖肥水作為追肥施用，施用量則根據(jù)肥水中總氮含量核算出肥水施用量，試驗分組設(shè)計具體情況見表4。

處理1（T1）：1.0倍氮需求量肥水（N 0.9187 kg，所施肥水含氮量與需氮量相等）；處理2（T2）：1.2倍氮需求量肥水（N 1.102 4 kg，所施肥水含氮量是作物需氮量的1.2倍）；處理3（T3）：1.5倍氮需求量肥水（N 1.378 0 kg，所施肥水含氮量是作物需氮量的1.5倍）；處理4（T4）：2.0倍氮需求量肥水（N 1.837 4 kg，所施肥水含氮量是作物需氮量的2.0倍）；對照組（CK）：施用平衡型水溶復(fù)合肥（山東允發(fā)，N-P2O5-K2O∶28-12-14）。

1.3.2 測定項目及方法

分別在玉米種植前和成熟后進行土壤耕作層樣品采集，每個處理地塊隨機選5個取樣點，采集0～20 cm土層的土壤，混合均勻后參照魯如坤[12]方法測定土壤中全氮、全磷、有機質(zhì)、鉛、鎘、汞、砷、鉻的含量和pH。

于玉米收獲期各處理每個重復(fù)中選取有代表性的20穗進行考種，分別測量穗長、穗軸粗、禿尖長、行粒數(shù)、百粒重。產(chǎn)量于收獲時各小區(qū)單打單收測產(chǎn)。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

采用 SPSS 17.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行單因素方差分析和 LSD 法多重比較，結(jié)果均以“平均值±標準差”表示，以 P＜0.05 作為差異顯著性判定標準。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用豬場肥水對玉米農(nóng)藝性狀的影響

由表5可知，在穗軸粗、行粒數(shù)、百粒重3個指標上，隨著肥水施用量（氮素總量）的增加，試驗組呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，試驗組T3最高，分別為50.23 mm、38.21粒、37.18 g，試驗組T3、T4顯著高于對照組CK（Plt;0.05），試驗組T1顯著低于對照組CK（Plt;0.05）。隨著肥水施用量（氮素總量）的增加，穗長呈現(xiàn)增加趨勢，禿尖呈現(xiàn)降低趨勢，但各處理組差異不顯著?？傮w來看，施用氮需求用量1.2倍以上的豬場肥水對玉米部分農(nóng)藝性狀的提升有促進作用。

2.2 施用豬場肥水對玉米產(chǎn)量的影響

由圖1可知，隨著肥水施用總量（氮素總量）的增加，玉米產(chǎn)量呈先升高后降低的趨勢，玉米產(chǎn)量以T3處理組最高，為9 628.88 kg·hm-2，較對照組CK（9 202.98 kg·hm-2）高425.90 kg·hm-2，增產(chǎn)4.63%，差異達顯著水平（Plt;0.05）。T4處理高于CK，但差異不顯著，其他肥水施用量處理則未見明顯增產(chǎn)效果，說明當肥水施用量（氮素總量）為需求量的2.0和1.5倍時，能使玉米增產(chǎn)，1.5倍時，玉米增產(chǎn)效果最好。

2.3 施用豬場肥水對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

由表6可知，土壤中全氮含量隨著肥水施用量的增大而增加，不同肥水試驗組間差異顯著（Plt;0.05）；各處理組均較CK有所增加，T2、T3、T4顯著高于CK（Plt;0.05）。不同肥水施用處理間對土壤中全磷、有機質(zhì)含量的影響不顯著；不同肥水試驗組有機質(zhì)含量均顯著高于CK（Plt;0.05），這說明施用養(yǎng)殖肥水能顯著改善土壤有機質(zhì)含量水平。不同處理組的土壤pH差異不顯著，但各處理均較CK降低，可見養(yǎng)殖肥水有一定的調(diào)節(jié)土壤酸堿度的作用。

由表7可知，與種植前相比，T1、T2收獲期土壤中全氮含量雖然出現(xiàn)了下降（T1：-11.48%；T2：-2.78%），但降幅均低于對照組（CK：-15.13%），說明試驗組中玉米吸收土壤中原有氮素的含量少于對照組，T3、T4收獲期土壤中全氮含量有所增加（T3：13.74%；T4：33.57%），說明T3、T4施用量下肥水中提供的氮素滿足了玉米生長需求。試驗組土壤中有機質(zhì)含量相較于種植前均有不同程度增加（3.16%～6.77%），對照組則出現(xiàn)了下降（-6.75%）。土壤中全磷含量都有增加的趨勢，但試驗組增幅（12.75%～28.12%）小于對照組（32.75%）。 各處理pH變化幅度（-0.08%～2.26%）整體小于CK（2.99%）。

2.4 施用豬場肥水對土壤中重金屬含量的影響

由表8和表9可知，相較于對照組，不同處理組收獲期土壤0～20 cm土層中主要重金屬含量差異不顯著；與種植前相比，不同處理組土壤中鉛和汞的含量呈現(xiàn)降低的趨勢，降幅最大的為汞，肥

水施用后降幅為13.41%～19.88%，但小于對照組的降幅（-31.24%）。鉛的含量在各處理組間降幅為（-3.61%～-4.42%）高于對照組（-3.50%）；而鎘、砷和鉻含量相對種植前有增加的趨勢，其中鎘的增幅最大，為14.98%～24.74%。收獲后土壤中的重金屬含量參照《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準（試行）（GB 15618-2018）》（表10）中重金屬含量污染風(fēng)險值的相關(guān)要求，各處理土壤重金屬含量均未超過農(nóng)用地污染風(fēng)險篩選值。

3 討論

玉米的行粒數(shù)和百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素是反映作物生長狀況及養(yǎng)分吸收的重要指標[13]。李奇等[14]研究表明，隨著有機肥施用量的增加，玉米在百粒重、穗軸粗、行粒數(shù)等穗部性狀上呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著施用肥水總量（氮素總量）的增加，試驗組在穗軸粗、行粒數(shù)、百粒重指標上，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，T3處理的穗軸粗、行粒數(shù)、百粒重最高，顯著高于對照組（CK），這表明施用1.5倍氮需求量的肥水可以提高玉米的農(nóng)藝性狀，但是過高肥水施用量會降低施用效果，這與前人研究一致。

此外，陳云梅等[15]、溫延臣等[16]的研究表明，有機肥替代化肥不會顯著影響玉米穗長、禿尖等穗部性狀。本研究得到相似結(jié)果，各處理組與對照組在穗長、禿尖指標上差異不顯著。

有機肥替代無機肥可以提高作物產(chǎn)量，這在許多作物[17-21]中得到共識。施用商品有機肥可顯著提高春玉米產(chǎn)量[22]，但也不能認為有機肥施用越多越好[23-24]。有研究顯示，有機肥施肥量和玉米產(chǎn)量的關(guān)系呈拋物線形[25]。本研究也得到相似結(jié)果，隨著肥水施用量的增加玉米產(chǎn)量也增加，T3處理組的產(chǎn)量最高，相較于對照組（CK）增產(chǎn)4.63%，達到顯著差異水平（Plt;0.05）。當超過一定施用量后，玉米產(chǎn)量有所下降。這和肥水施用對玉米農(nóng)藝性狀影響的結(jié)果相對應(yīng)。其原因可能是因為過量施肥會降低作物對養(yǎng)分的利用效率[26]。

玉米是喜氮作物，在玉米拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期對氮素的需求非常大，因此氮成為作物高產(chǎn)的主要限制因素[27]。但有機肥具有緩釋性，肥效發(fā)揮時間較長，有機肥施入土壤中后釋放養(yǎng)分需要經(jīng)過微生物的礦化分解，而土壤微生物的生長、繁殖與作物生長形成養(yǎng)分競爭的關(guān)系，這將直接影響作物對養(yǎng)分的吸收，從而影響作物產(chǎn)量[28]。本研究中，同等氮施用量下的T1處理組的玉米產(chǎn)量低于對照組（CK），可能是由于肥水中的氮素需要礦化后才能被作物利用，而氮的礦化需要一定時間，導(dǎo)致在作物生長的前期肥水的肥效不能完全迅速釋放，不能及時為作物前期生長提供充足的養(yǎng)分，因此作物產(chǎn)量會比同等氮量的化肥處理低。這也說明在考慮肥水中養(yǎng)分當季利用率的情況下，需要施用適當高于作物氮素需求量的養(yǎng)殖肥水才能滿足作物養(yǎng)分需求。

畜禽糞肥是優(yōu)質(zhì)的天然復(fù)合肥[29-30]， 不僅能夠直接給作物提供養(yǎng)分，增加產(chǎn)量[31-32]， 還能活化土壤中的潛在養(yǎng)分，提高土壤總有效養(yǎng)分的含量[33-34]。本研究中，收獲期土壤中全氮含量隨著肥水施用量的增大而增加。這與張鵬等[35]研究結(jié)果一致。玉米種植前后不同處理組土壤中氮素含量有增有減，這可能是受氮元素當季利用率影響。華北平原的氮肥當季利用率為30%～35%[36]。因此當肥水中氮素按照作物需求量1.0倍、1.2倍施用時，會出現(xiàn)土壤中氮素含量負增長的“吃老本”現(xiàn)象，而當施用量為需求量的1.5倍、2.0倍時才出現(xiàn)土壤中氮素少量增長。

本研究中，4種施用肥水處理與CK相比，收獲期土壤中有機質(zhì)含量顯著提升，說明施用肥水能改善土壤有機質(zhì)含量，對于土壤性狀起到了較好的改良作用，這與張永峰等[24]、李永平等[37]的研究結(jié)果相一致。但各肥水處理組之間的變化不顯著，這可能是因為土壤有機質(zhì)的積累需要一定的時間，肥水中的養(yǎng)分在較短時間內(nèi)并不能對土壤結(jié)構(gòu)起到明顯的改善效果，這與前人研究一致[38]。

豬場肥水中重金屬主要直接來自動物飼料，或者間接來自養(yǎng)殖糞污的處理過程。施用有機肥會逐漸提高土壤中重金屬含量，但是不會影響土壤質(zhì)量，造成土壤受到重金屬污染[39]。本研究也發(fā)現(xiàn)，處理組和對照組收獲期土壤中主要重金屬含量差異不顯著，各處理組土壤中重金屬含量未達到《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標準（試行）（GB 15618-2018）》所要求的最低限，這表明肥水施用短期內(nèi)不會造成土壤中重金屬含量超標。但不同處理組土壤中鎘、砷和鉻的含量隨著肥水灌溉量的增加呈現(xiàn)升高趨勢，這與前人的研究結(jié)果相類似[39]。原因可能是因為土壤pH較高，使重金屬碳酸鹽不易轉(zhuǎn)化為水溶態(tài)物質(zhì)，并且肥水的施入又使土壤有機質(zhì)含量增加，促進重金屬離子與有機質(zhì)質(zhì)結(jié)合形成不易吸收的絡(luò)合物[40-41]。

4 結(jié)論

施用豬場肥水能夠提高玉米穗軸粗、行粒數(shù)和百粒重進而提高玉米產(chǎn)量。當肥水施用量（氮素總量）為玉米需求量的1.5倍時，玉米的穗軸粗、行粒數(shù)、百粒重指標最好，分別為50.23 mm、38.21粒和37.18 g；產(chǎn)量為9 628.88 kg·hm-2，較對照增產(chǎn)4.63%，效果提升顯著。豬場肥水灌溉能顯著改善土壤有機質(zhì)和全氮含量，使土壤中有機質(zhì)含量提升3.16%～6.77%，其中T3和T4處理使全氮含量提升13.74%～33.57%。收獲后土壤中重金屬含量均未超出國家相關(guān)標準，綜合分析認為，當肥水施用量（按氮素總量計）為需求量1.5倍時，肥水施用效果最好。

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Effects of Applying Swine Effluent on Agronomic Traits and Yield of Maize， Soil Chemical Properties and Heavy Metal Contents

Abstract：In order to effectively solve the environmental problems caused by the discharge of swine effluent， this paper applied swine effluent as topdressing fertilizer to farmland. Through field plot experiments， the effect of different swine effluent application rates （calculated by nitrogen） on maize agronomic traits， yield， soil chemical properties， and heavy metal content were analyzed， the optimal application rate of swine effluent for irrigation was studied. Four treatments were designed， control group （CK）： applying chemical fertilizer with 1 times nitrogen demand （nitrogen application rate of 153.1 kg·ha-1）， treatment 1 （T1）： applying swine effluent with 1 times nitrogen demand （nitrogen application rate of 153.1 kg·ha-1）; treatment 2 （T2）： applying swine effluent with 1.2 times nitrogen demand （nitrogen application rate of 183.7 kg·ha-1）; treatment 3 （T3）： applying swine effluent with 1.5 times nitrogen demand （nitrogen application rate of 229.7 kg·ha-1）; treatment 4 （T4）： applying swine effluent with 2 times nitrogen demand （nitrogen application rate of 306.2 kg·ha-1）. The results showed that compared with the control group （CK）， the thickness of maize cob diameter， row number per ear and 100-grain weight of maize in T3 and T4 groups increased significantly （Plt;0.05）， the T3 group had the highest values of 50.23 mm， 38.21 grains， and 37.18 g， respectively. The yield of the T3 group was 9 628.88 kg·ha-1， which was 4.63% higher than the control group （CK）， demonstrating significant productivity enhancement （Plt;0.05）. Irrigation of swine effluent significantly improved the soil organic matter content and total nitrogen content （Plt;0.05）. The organic matter content in the treatment group ranged from 17.50 to 18.11 g·kg-1， and the total nitrogen content ranged from 1.02 to 1.54 g·kg-1. Compared to pre-planting， the soil organic matter content increased by 3.16% to 6.77%， and the total nitrogen content increased by 13.74% to 33.57%. Heavy metal content in the soil did not significantly differ among treatment groups， and none exceeded the limit stipulated by the risk control standard for soil contamination of agricultural land. Comprehensive analysis showed that when the irrigation amount of swine effluent （calculated by total nitrogen） was 1.5 times of the maize demand， the application effects was the best.

Keywords：swine effluent; maize; yield; soil; heavy metals