李小女，葉菁，于麗娜，閆晶，朱惠瓊，羅旭輝

（1.南平市光澤生態(tài)環(huán)境局，福建 光澤 354100；2.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所/福建紅壤山地農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，福建福州 350000；3.生態(tài)環(huán)境部固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心，北京 100029；4.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 生物質(zhì)工程中心，北京 100193）

近年來，我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)已走向中大規(guī)模發(fā)展，畜禽糞便排放也成為影響環(huán)境的突出問題[1]，畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的廢棄物年生產(chǎn)量約為38 億t，利用率不足50%[2]，尤其是大量沼液直排給下游流域帶來嚴(yán)峻的二次污染問題[3]。沼液替代化肥成為重要探索方向，研究表明沼液可用于浸種、防蟲和水稻種植等[4]。但中大規(guī)模應(yīng)用仍存在應(yīng)用量與面積匹配、應(yīng)用時期與茬口匹配、單一利用與多元利用匹配等問題[5]，這需要根據(jù)縣域?qū)嶋H情況深化研究。

光澤縣土地面積2 240 km2，位于武夷山國家公園西區(qū)，全國無廢城市建設(shè)試點縣，森林覆蓋率81.77%，全縣117 條河流斷面水質(zhì)在Ⅱ類以上，同時也是養(yǎng)殖大縣，年出欄白羽肉雞2.89 億羽，生豬存欄3.56 萬頭，養(yǎng)殖尾水排放給斷面水質(zhì)帶來巨大壓力。稻田作為人工濕地生態(tài)系統(tǒng),具備綜合凈化能力和自我調(diào)控功能[6]，光澤縣稻田面積195 萬hm2，前人研究表明[7-10]，沼液與化肥合理搭配，能夠提升水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)，籽粒的重金屬含量符合食品中重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)，但是其承載容量和方式值得進一步深入研究。試驗通過不同處理評價水稻產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素利用率，為實施全縣沼液澆灌稻田提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻品種為野香優(yōu)676，龔建軍[11]等研究表明，野香優(yōu)676 在光澤縣具有較好的適應(yīng)性和較高的產(chǎn)量，是光澤縣種稻主推品種之一。供試驗的沼液為來自某農(nóng)戶正常運行的豬場沼液，試驗前對沼液進行基本性質(zhì)測定，結(jié)果見表1。供試驗用化肥：基肥為江南豐收復(fù)合肥（13∶5∶7），分蘗肥為金土地復(fù)合肥（15∶15∶15）。試驗地位于光澤縣寨里鎮(zhèn)山頭村，海拔450 m 左右，試驗土壤為砂質(zhì)土，試驗地前茬為育秧田。

表1 豬場沼液基本性質(zhì) mg/kg

1.2 試驗設(shè)計

試驗有10 組處理，其中包括1 組常規(guī)施肥，1 組不施肥、8 組化肥和沼液共同施用，施肥方式與氮投入水平見表2。2021 年6 月12 日對優(yōu)質(zhì)稻進行移栽，在移栽前20 天對稻田實施不同沼液處理（其中化肥在6 月11 日施用），在分蘗期2021 年7 月14—15 日實施不同沼液處理，2021 年9 月29 日測產(chǎn)。所有處理除沼液灌溉量不同外，其他管理措施均按當(dāng)?shù)匾话戕r(nóng)田管理方式進行，試驗時間為2020—2021 年。

表2 沼液替代化肥的水稻栽培試驗設(shè)計 kg/hm2

1.3 觀測項目與方法

水稻成熟期農(nóng)藝性狀采用常規(guī)方法，沼液總氮濃度測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[12]；稻稈、稻谷氮含量測定采用凱氏定氮法[13]；稻米品質(zhì)參照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 17891—1999 優(yōu)質(zhì)稻谷》測定精米率、整精米率、堊白度、食味評分等品質(zhì)性狀[14]；郝社鋒等[14]的研究表明水稻對土壤中的等重金屬具有吸收特性，試驗重點分析稻米中Cr、As、Cd、Hg和Pb 等重金屬[16，17]，Cd、Pb 采用原子吸收光譜法檢測[18]，As、Hg 采用原子熒光光譜法[19]，Cr 采用紫外分光光度法。

氮素利用率=（施肥處理水稻氮素吸收量-無氮投入水稻氮素吸收量）/氮素投入量×100%[20]

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理的水稻產(chǎn)量與稻稈產(chǎn)量

試驗10 組處理的干谷產(chǎn)量達6 594～9 409 kg/hm2，平均產(chǎn)量為8 141 kg/hm2，對照處理1 條件下干谷產(chǎn)量達7 991 kg/hm2，試驗結(jié)果總體達到地方生產(chǎn)一線的實際水平，合理組合化肥、沼液用量能較好提高水稻產(chǎn)量[21]。其中以處理8 的稻谷產(chǎn)量最高，達9 409 kg/hm2，高于處理1 稻谷產(chǎn)量高17.8%。處理3 的稻稈產(chǎn)量最高9 251 kg/hm2，稻谷產(chǎn)量達9 091 kg/hm2。試驗結(jié)果表明稻桿產(chǎn)量與稻谷產(chǎn)量趨勢基本一致，詳見表3。

表3 不同處理水稻稻谷產(chǎn)量 kg/hm2

2.2 不同處理的氮素利用率

我國早期稻田施用化肥基本為氮肥，隨著氮肥施用比率的上升，水稻產(chǎn)量并未隨著大幅度提升，主要原因在于水稻氮素利用率并未隨著氮肥的增加而提升[22-26]，同時過高氮素投入還會增加氮素流失引起的面源污染風(fēng)險[27]。為了進一步研究試驗不同處理的水稻氮素利用率，對水稻氮素投入、氮素吸收、稻谷氮素和稻桿氮素等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行收集，以氮素為計量標(biāo)準(zhǔn)，對不同處理的氮素利用率進行分析。試驗結(jié)果表明（表4）：處理9 的氮素利用率最高，達到32.57%，處理2 的氮素利用率最低，為-5.32%，各處理氮素利用率無明顯規(guī)律。

表4 不同處理水稻栽培的氮素利用率 kg/hm2

2.3 不同處理對稻米品質(zhì)的影響

試驗中不同處理下稻谷的品質(zhì)分析[28，29]如表5 所示：其中處理2、處理3、處理4 的整精米率分別為61.27%、61.05%、61.01%，略高于處理1。試驗中施用沼液的試驗組稻米蛋白質(zhì)含量稍優(yōu)于處理1，表明使用沼液能增加稻米中的營養(yǎng)價值。各處理稻米的堊白度一致，直鏈淀粉含量、脂肪酸值、食味評分與處理1 相比無顯著差異，處理2 的食味評分最高分。

表5 不同處理對稻米品質(zhì)的影響

2.4 不同處理的稻米重金屬含量

沼液中除了含有大量營養(yǎng)物質(zhì)和活性物質(zhì)外，由于礦物質(zhì)和飼料添加劑的普遍使用同時也含有諸多重金屬[30-32]，沼液中重金屬對環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的潛在危害需要重點關(guān)注。試驗對不同處理的水稻中重金屬含量進行分析[33-35]。結(jié)果表明與處理1 相比施用不同沼液處理方式下稻米的Cr、Pb 含量差異較小，As、Hg 含量有所提高。試驗結(jié)果表明（表6），盡管各處理稻米的重金屬含量有所差異，但無顯著差異且總體含量較小，符合《中國食品中重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2762—2017）[36]，均在安全水平。

表6 不同處理的稻米重金屬含量 mg/kg

3 討論與結(jié)論

試驗表明，施用沼液處理對稻米營養(yǎng)成分稍有提高，但稻米品質(zhì)總體而言差異不大；各種處理后稻米的重金屬含量雖有所差異，但與處理1 常規(guī)施肥相比無顯著差異，且均在安全水平；不同試驗水稻產(chǎn)量總體達到地方生產(chǎn)一線的實際水平；不同處理氮素利用率無明顯規(guī)律，但過高氮素投入并沒提高水稻產(chǎn)量，這與前人研究結(jié)果一致。針對目前的研究結(jié)果，在單季作物種植期內(nèi)，稻米品質(zhì)、土壤重金屬等約束條件對沼液施灌量的響應(yīng)規(guī)律并不明顯,只能根據(jù)現(xiàn)有條件對沼液施灌量做出判斷，設(shè)置產(chǎn)量安全為約束條件的最大施灌量，以及不至于產(chǎn)生鹽害的約束條件下所能承載的最大沼液施灌量[37]。試驗施用沼液處理中，綜合考慮沼液施灌到稻田的效果，提出最優(yōu)方案，在沼液免費灌溉的前提下光澤縣實際推廣沼液澆灌水稻安全利用總量匹配宜選用處理3（基肥50%化肥+100%沼液，分蘗肥100%沼液）組合，不僅能有效提高水稻產(chǎn)量，還能起到消納沼液和節(jié)本增效雙重效果。

借鑒前人研究[38-39]并結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H對沼液還田負(fù)荷分析，結(jié)果表明：此組合可消納沼液（純氮）153 kg/hm2，光澤縣稻田面積8 667 hm2，扣除煙后稻田面積1 667 hm2（不宜施用沼液），其余水稻面積7 000 hm2，可消納沼液（純氮）107.1 t。根據(jù)《畜禽糞污土地承載力測算指南》[40]，單位豬當(dāng)量氮養(yǎng)分供給量為11.0 kg，光澤縣水稻田可以承載9.74 萬個豬當(dāng)量，承載力為光澤縣生豬達產(chǎn)養(yǎng)殖負(fù)荷的136.8%。