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摘 要：随着稻米的市场定位和人民生活质量的提高，对其品质的要求也越来越高。沼液富含氮、磷、有机物、微量元素、多种水解酶等，对于稻米品质及产量提高的效果明显，因此，探究优质水稻种植过程中沼液对其生长的影响具有重要意义。该研究设置全沼液添加量、50%沼液添加量和0沼液添加量（全化肥）3个处理，经不同浓度的沼液灌溉，分析了沼液替代化肥对水稻分蘖、拔节孕穗期以及成熟期生物量、SPAD值和产量的影响。研究结果表明：沼液对水稻分蘖有促进作用；施用沼液可增加水稻产量，与全化肥处理相比，全沼液处理增产幅度达20.53%。
关键字：沼液；化肥；水稻
中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）04-0039-04
Effect of Chemical Fertilizers Substitution by Biogas Slurry on the Growth of Rice
Dong Jingjing1 et al.
（1Yangzhou University，Yangzhou 225000，China）
Abstract：With the market orientation of rice and improvement of people living standards，the requisition for rice quality is stricter and stricter.The biogas slurry is rich in nitrogen，phosphorus，organicmatter，trace elements，hydrolases and so on.The biogas slurry can improve the quality and yield of rice effectively.Therefore，exploring the effects of biogas slurry is significant to the growth of rice.In this experiment，there are three treatments，100% biogas slurry，50% biogas slurry and 0 biogas slurry（100% chemical fertilizer）.This experiment analyzed the effect on biomass，SPAD and yield during tillering stage，jointing-heading stage and harvest through irrigating different concentration of biogas slurry.The results showed that the biogas slurry can promote the tillering and increase the yield.The yield of 100% biogas slurry treatment increased by 20.53%，compared with the 100% chemical fertilizer treatment.
Key words：Biogas slurry；Chemical fertilizer；Rice
沼液是有機物经沼气池制取沼气的液体残留物，它含有作物生长所必需的氮、磷、钾等大量元素以及微量元素、氨基酸等营养物质，是一种速效性肥料[1-2]，具有促进作物生长和抑制病害发生的作用。其中，总氮（TN）的含量占0.78%～1.61%，总磷（TP）的含量占0.4%～0.6%，总钾（TK）的含量占0.61%～1.30%，营养成分中有机质所占的比例最大，通常有机质的含量占36.0%～49.9%[3-4]。将沼液作为有机肥料连续施用，能够改善土壤的理化性质，不仅可以补充土壤的营养还可以增加种植层深度[5]，有利于土壤团粒结构的形成[6-7]，从而为土壤耕作和农作物生长创造良好的土壤条件，提高土壤氮、磷、钾和有机质的含量[8-9]。然而，无论国内还是国外[10]，随着沼气产业的快速发展，沼气产业产生的副产物沼液和沼渣越来越多，环境污染问题的压力越来越大[11]。如何处理沼液和沼渣的问题是目前急需解决的问题。稻田是一个人工湿地系统，利用沼液灌溉既能满足水稻生长对水分以及大量养分元素的需求，也能够净化稻田水体环境，实现沼液的后续无害化处理及资源化利用[12]。为此，本研究设置3个不同施肥处理，探究不同浓度的沼液灌溉对水稻生长及产量的影响。
1 材料与方法
1.1 试验材料 试验于2016年在苏州常熟罗敦村现代农业示范基地进行，实验材料为南粳5055，分为3个不同处理，分别为整个生育期化肥；基肥沼液+追肥化肥（即50%沼液）；整个生育期沼液。
1.2 试验设计 试验设计3个重复。水稻整个生育期施氮量为纯N270kg/hm2，分为基肥、分蘖肥和穗肥施入，施肥比例为5∶3∶2，具体施肥方案（按1hm2单位面积计算）为：全化肥处理-基肥（复合肥202.5kg），分蘖肥（复合肥121.5kg），穗肥（复合肥81kg）；50%沼液处理-基肥（沼液180m3），分蘖肥（复合肥121.5kg），穗肥（复合肥81kg）；全沼液处理-基肥（沼液180m3），分蘖肥（沼液108m3），穗肥（沼液72m3）。各小区利用田埂包膜隔断，小区规格为15m×10m；田埂宽度：0.5m；排灌沟宽度：0.5m。田间定期进行除草、除虫处理。供试土样理化性质如下：有机质19.8g/kg、全氮1.82g/kg、碱解氮84.2mg/kg、全磷1.25g/kg、速效磷28.9mg/kg、速效钾112.3mg/kg，pH7.1。供试沼液理化性质如下：全氮749mg/kg、全磷356mg/kg、全钾484mg/kg，pH7.3。 1.3 统计分析 整地包膜做小区，按要求施入基肥，每个小区按株行距21cm×24cm进行插秧。秧苗活棵后，测量并计算水稻穴数，每小区选取具有代表性的连续10穴插秆定点，每隔7d记录10穴水稻分蘖数，至水稻抽穗期结束，计算水稻分蘖数。从水稻抽穗期开始，每隔7d测定每个小区水稻顶叶SPAD值。至水稻成熟期，对每小区水稻进行测产，随机取30穴水稻，计算其平均穗数，以其平均穗数每小区取3穴水稻，将每穴水稻以穗子、茎干和叶片分离，测定计算每个部位生物量。令每小区随机取3穴穗子，测定产量三要素（穗数、每穗粒数和千粒重），计算产量。土样以H2SO4消煮后，凯氏法测氮，比色法测磷，火焰光度法测钾；沼液以碱性过硫酸钾消煮后，紫外分光光度计测氮，比色法测磷，火焰光度法测钾[13]。采用Excel 2013和SPSS19.0进行数据整理与统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理对南粳5055分蘖的影响 由图1可知，在水稻分蘖期，各处理水稻分蘖数在这个期间增长迅速，全沼液处理和50%沼液处理的增长速率明显高于全化肥处理，全沼液分蘖发生速率（2.04）>全化肥分蘖发生速率（1.73）>50%沼液分蘖发生速率（1.64）。在整个生育期，全沼液处理的水稻分蘖数普遍高于另外2种处理的分蘖数，3种不同施肥处理的水稻在第5周时均达到最高分蘖期，其大小依次为：全沼液（641.85万/hm2）>50%沼液（632.1万/hm2）>全化肥（603.15万/hm2），全沼液处理和50%沼液处理较全化肥处理分蘖数高6.42%和4.80%，可见，运用沼液灌溉水稻可以增加水稻的分蘖数。最高分蘖期过后，水稻植株的分蘖数开始明显下降，这主要是由于人为搁田措施使得水稻分蘖受阻和无效分蘖开始死亡导致的。由于无效分蘖的死亡，3种处理的水稻分蘖数均趋于稳定水平，3种处理的水稻分蘖数表现为：全沼液>50%沼液>全化肥。
2.2 不同施肥处理对南粳5055的SPAD值的影响 水稻生长发育是体内有机物质的不断积累的结果，有机物实际上是作物光合作用产生的，植株叶片叶绿素含量可以反应单位叶面积的光合单位数和之主体内含氮水平，它不仅可以衡量水稻光合作用强度，也能反应水稻叶片的衰老程度[14]。由图2和图3可知，3种不同处理水稻叶绿素（SPAD）衰减速率由大到小分别为全沼液>全化肥>50%沼液，但添50%沼液和全化肥衰减速率相近。在拔节至抽穗初期，全沼液处理的SPAD值最高，而到了成熟期，全化肥处理的SPAD值最高，高于全沼液处理和50%沼液处理。在拔节至成熟期，50%沼液处理的SPAD值较另2个处理始终最低。
图3 不同施肥处理南粳5055的SPAD值趋势变化
2.3 不同施肥处理对南粳5055拔节抽穗期生物量的影响 从表1可以看出，拔节抽穗期，全沼液处理和50%沼液处理的水稻茎秆、叶片和整株的生物量显著高于全化肥处理的茎秆、叶片和整株的生物量，全沼液处理与50%处理未达到显著差异。然而，3个处理的叶片生物量无显著差异。运用沼液代替传统化肥种植水稻，其整株，茎秆以及穗的生物量均有所增加。其中，各器官生物量上，全沼液处理的生物量最大，50%沼液处理次之，全化肥处理最低。
2.4 不同施肥处理对南粳5055成熟期生物量的影响 从表2可以看出，在成熟期，运用沼液替代传统化肥种植水稻，其各器官的生物量均显著或极显著高于全化肥处理的生物量，且都呈现出全沼液>50%沼液>全化肥的趋势。全沼液与全化肥处理的穗部生物量比较，全沼液处理穗部生物量达50.54kg/hm2，是全化肥处理的1.4倍。
2.5 不同施肥处理对南粳5055产量及产量构成因素的影响
2.5.1 每穗粒数 由表3可知，全沼液处理的每穗粒数显著高于50%沼液处理和全化肥处理，全沼液处理的每穗粒数最高，50%沼液处理次之，全化肥处理最低，其中全沼液处理水稻每穗粒数较50%沼液处理和全化肥处理高了10.94%和6.22%，并且全沼液处理与50%沼液处理的每穗粒数达到极显著差异，50%沼液处理与全化肥处理达到显著差异。
2.5.2 結实率 不同施肥处理的结实率以50%沼液处理最高，为91.67%，这可能是由于50%沼液处理的每穗粒数少，从而导致穗部干物质积累较多，谷粒灌浆较好，减少了空瘪粒，增加了结实率，但各处理之间结实率无显著差异。
2.5.3 千粒重 千粒重以50%沼液处理为最高，达26.76g，显著高于全沼液处理，但与全化肥处理无显著差异。全沼液处理的千粒重小于全化肥处理的千粒重，但两者之间不存在显著差异，而全沼液处理的每穴穗数显著高于全化肥处理，这说明可能是全沼液处理穗数及每穗粒数的增加导致了千粒重降低。50%沼液处理的每穴穗数与其他两处理均不存在显著差异。
2.5.4 产量 全沼液处理的理论产量最高，为12 280.35kg/hm2，显著高于50%沼液处理（11 063.1kg/hm2）和全化肥处理（10 188.6kg/hm2），且差异达到极显著。50%沼液处理与全化肥处理的理论产量达到显著差异，未达到极显著。其中，全沼液处理和50%沼液处理较全化肥处理分别增产20.53%和8.58%。由此可见，运用沼液灌溉稻田技术可以增加水稻产量。
3 结论与讨论
沼液作为优质的有机肥源之一，喷施灌溉后经硝化细菌和反硝化细菌的作用，在一段时间内存在硝态氮和铵态氮的动态平衡，相对于施用化肥处理能延缓肥效，对作物生长具有促进作用[15-16]。
由本次试验可知，随着水稻生育期的推进，3种处理的水稻叶片SPAD值不断降低，其下降速率大小为全沼液>全化肥>50%沼液，至成熟期，全化肥处理的水稻叶片SPAD值最高。全沼液处理的叶片功能期长，制造的光合产物多，根系伤流量大，生理活性强，有利于促进水稻根系生长和延缓其衰老，植株干重大，从而为夺取高产奠定了较好的物质基础[17]。 本试验研究结果还表明，沼液能提高分蘖期水稻分蘖的增长速度；添加沼液在整个生育期内能增加水稻的分蘖数；最高分蘖期过后，水稻植株的分蘖数开始明显下降，至水稻分蘖末期，全沼液处理的分蘖数明显高于其他处理。陆新苗等[18]通过沼液不同施用量对水稻产量及土壤环境的影响研究发现，沼液在水稻上施用能有效地增加穗数，提高成穗率和千粒重，从而增加产量，其产量随着施用量的增加而递增。本实验中，全沼液处理的每穗粒数和每穴穗数均高于其他处理，说明沼液替代化肥处理在优质水稻种植上具有增产效果。Kotchakorn等[19]将沼液应用于甜玉米、西红柿及草莓，也得出了同样的结果，并且土壤肥力得到了明显改善。叶志诚等[20]通过沼液浸种试验，提高了水稻产量。朱自芬等[21]通过比较试验发现，沼液浸种比药剂浸种产量增加约190.88kg/hm2。
因此，施用沼液对于提高作物产量与品质、促进植物种子萌发、防治病虫害、提高土壤养分含量具有积极作用，不仅节省了对化肥的需求，减少了农民生产成本，而且为沼气工程处理沼液提供了科学指导。
参考文献
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[17]周欢，原保忠，柯传勇，等.灌溉水量对水稻生长和产量的影响[J].灌溉排水学报，2010，02：99-101.
[18]陆新苗，王卫平，魏章焕，等.沼液不同施用量对水稻产量及土壤环境的影响[J].安徽农学通报（上半月刊），2010，17：76-77.
[19]KONGAEW K，KANAJAREONPONG A，KONAKAEW T.Using of slurry and sludge from biogas digestion pool as bio-fertilizer [M].Thailand：The Joint Interntion Conference on Sustainable Energy and Environment，2004：350-352.
[20]叶志诚.沼液浸种实效显著[J].中国沼气，1990，8（3）：41.
[21]朱自芬，周美兰，李仕华，等.水稻施用沼液效果研究[J].云南农业科技，2009（4）：36-41.
关键字：沼液；化肥；水稻
中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）04-0039-04
Effect of Chemical Fertilizers Substitution by Biogas Slurry on the Growth of Rice
Dong Jingjing1 et al.
（1Yangzhou University，Yangzhou 225000，China）
Abstract：With the market orientation of rice and improvement of people living standards，the requisition for rice quality is stricter and stricter.The biogas slurry is rich in nitrogen，phosphorus，organicmatter，trace elements，hydrolases and so on.The biogas slurry can improve the quality and yield of rice effectively.Therefore，exploring the effects of biogas slurry is significant to the growth of rice.In this experiment，there are three treatments，100% biogas slurry，50% biogas slurry and 0 biogas slurry（100% chemical fertilizer）.This experiment analyzed the effect on biomass，SPAD and yield during tillering stage，jointing-heading stage and harvest through irrigating different concentration of biogas slurry.The results showed that the biogas slurry can promote the tillering and increase the yield.The yield of 100% biogas slurry treatment increased by 20.53%，compared with the 100% chemical fertilizer treatment.
Key words：Biogas slurry；Chemical fertilizer；Rice
沼液是有機物经沼气池制取沼气的液体残留物，它含有作物生长所必需的氮、磷、钾等大量元素以及微量元素、氨基酸等营养物质，是一种速效性肥料[1-2]，具有促进作物生长和抑制病害发生的作用。其中，总氮（TN）的含量占0.78%～1.61%，总磷（TP）的含量占0.4%～0.6%，总钾（TK）的含量占0.61%～1.30%，营养成分中有机质所占的比例最大，通常有机质的含量占36.0%～49.9%[3-4]。将沼液作为有机肥料连续施用，能够改善土壤的理化性质，不仅可以补充土壤的营养还可以增加种植层深度[5]，有利于土壤团粒结构的形成[6-7]，从而为土壤耕作和农作物生长创造良好的土壤条件，提高土壤氮、磷、钾和有机质的含量[8-9]。然而，无论国内还是国外[10]，随着沼气产业的快速发展，沼气产业产生的副产物沼液和沼渣越来越多，环境污染问题的压力越来越大[11]。如何处理沼液和沼渣的问题是目前急需解决的问题。稻田是一个人工湿地系统，利用沼液灌溉既能满足水稻生长对水分以及大量养分元素的需求，也能够净化稻田水体环境，实现沼液的后续无害化处理及资源化利用[12]。为此，本研究设置3个不同施肥处理，探究不同浓度的沼液灌溉对水稻生长及产量的影响。
1 材料与方法
1.1 试验材料 试验于2016年在苏州常熟罗敦村现代农业示范基地进行，实验材料为南粳5055，分为3个不同处理，分别为整个生育期化肥；基肥沼液+追肥化肥（即50%沼液）；整个生育期沼液。
1.2 试验设计 试验设计3个重复。水稻整个生育期施氮量为纯N270kg/hm2，分为基肥、分蘖肥和穗肥施入，施肥比例为5∶3∶2，具体施肥方案（按1hm2单位面积计算）为：全化肥处理-基肥（复合肥202.5kg），分蘖肥（复合肥121.5kg），穗肥（复合肥81kg）；50%沼液处理-基肥（沼液180m3），分蘖肥（复合肥121.5kg），穗肥（复合肥81kg）；全沼液处理-基肥（沼液180m3），分蘖肥（沼液108m3），穗肥（沼液72m3）。各小区利用田埂包膜隔断，小区规格为15m×10m；田埂宽度：0.5m；排灌沟宽度：0.5m。田间定期进行除草、除虫处理。供试土样理化性质如下：有机质19.8g/kg、全氮1.82g/kg、碱解氮84.2mg/kg、全磷1.25g/kg、速效磷28.9mg/kg、速效钾112.3mg/kg，pH7.1。供试沼液理化性质如下：全氮749mg/kg、全磷356mg/kg、全钾484mg/kg，pH7.3。 1.3 统计分析 整地包膜做小区，按要求施入基肥，每个小区按株行距21cm×24cm进行插秧。秧苗活棵后，测量并计算水稻穴数，每小区选取具有代表性的连续10穴插秆定点，每隔7d记录10穴水稻分蘖数，至水稻抽穗期结束，计算水稻分蘖数。从水稻抽穗期开始，每隔7d测定每个小区水稻顶叶SPAD值。至水稻成熟期，对每小区水稻进行测产，随机取30穴水稻，计算其平均穗数，以其平均穗数每小区取3穴水稻，将每穴水稻以穗子、茎干和叶片分离，测定计算每个部位生物量。令每小区随机取3穴穗子，测定产量三要素（穗数、每穗粒数和千粒重），计算产量。土样以H2SO4消煮后，凯氏法测氮，比色法测磷，火焰光度法测钾；沼液以碱性过硫酸钾消煮后，紫外分光光度计测氮，比色法测磷，火焰光度法测钾[13]。采用Excel 2013和SPSS19.0进行数据整理与统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理对南粳5055分蘖的影响 由图1可知，在水稻分蘖期，各处理水稻分蘖数在这个期间增长迅速，全沼液处理和50%沼液处理的增长速率明显高于全化肥处理，全沼液分蘖发生速率（2.04）>全化肥分蘖发生速率（1.73）>50%沼液分蘖发生速率（1.64）。在整个生育期，全沼液处理的水稻分蘖数普遍高于另外2种处理的分蘖数，3种不同施肥处理的水稻在第5周时均达到最高分蘖期，其大小依次为：全沼液（641.85万/hm2）>50%沼液（632.1万/hm2）>全化肥（603.15万/hm2），全沼液处理和50%沼液处理较全化肥处理分蘖数高6.42%和4.80%，可见，运用沼液灌溉水稻可以增加水稻的分蘖数。最高分蘖期过后，水稻植株的分蘖数开始明显下降，这主要是由于人为搁田措施使得水稻分蘖受阻和无效分蘖开始死亡导致的。由于无效分蘖的死亡，3种处理的水稻分蘖数均趋于稳定水平，3种处理的水稻分蘖数表现为：全沼液>50%沼液>全化肥。
2.2 不同施肥处理对南粳5055的SPAD值的影响 水稻生长发育是体内有机物质的不断积累的结果，有机物实际上是作物光合作用产生的，植株叶片叶绿素含量可以反应单位叶面积的光合单位数和之主体内含氮水平，它不仅可以衡量水稻光合作用强度，也能反应水稻叶片的衰老程度[14]。由图2和图3可知，3种不同处理水稻叶绿素（SPAD）衰减速率由大到小分别为全沼液>全化肥>50%沼液，但添50%沼液和全化肥衰减速率相近。在拔节至抽穗初期，全沼液处理的SPAD值最高，而到了成熟期，全化肥处理的SPAD值最高，高于全沼液处理和50%沼液处理。在拔节至成熟期，50%沼液处理的SPAD值较另2个处理始终最低。
图3 不同施肥处理南粳5055的SPAD值趋势变化
2.3 不同施肥处理对南粳5055拔节抽穗期生物量的影响 从表1可以看出，拔节抽穗期，全沼液处理和50%沼液处理的水稻茎秆、叶片和整株的生物量显著高于全化肥处理的茎秆、叶片和整株的生物量，全沼液处理与50%处理未达到显著差异。然而，3个处理的叶片生物量无显著差异。运用沼液代替传统化肥种植水稻，其整株，茎秆以及穗的生物量均有所增加。其中，各器官生物量上，全沼液处理的生物量最大，50%沼液处理次之，全化肥处理最低。
2.4 不同施肥处理对南粳5055成熟期生物量的影响 从表2可以看出，在成熟期，运用沼液替代传统化肥种植水稻，其各器官的生物量均显著或极显著高于全化肥处理的生物量，且都呈现出全沼液>50%沼液>全化肥的趋势。全沼液与全化肥处理的穗部生物量比较，全沼液处理穗部生物量达50.54kg/hm2，是全化肥处理的1.4倍。
2.5 不同施肥处理对南粳5055产量及产量构成因素的影响
2.5.1 每穗粒数 由表3可知，全沼液处理的每穗粒数显著高于50%沼液处理和全化肥处理，全沼液处理的每穗粒数最高，50%沼液处理次之，全化肥处理最低，其中全沼液处理水稻每穗粒数较50%沼液处理和全化肥处理高了10.94%和6.22%，并且全沼液处理与50%沼液处理的每穗粒数达到极显著差异，50%沼液处理与全化肥处理达到显著差异。
2.5.2 結实率 不同施肥处理的结实率以50%沼液处理最高，为91.67%，这可能是由于50%沼液处理的每穗粒数少，从而导致穗部干物质积累较多，谷粒灌浆较好，减少了空瘪粒，增加了结实率，但各处理之间结实率无显著差异。
2.5.3 千粒重 千粒重以50%沼液处理为最高，达26.76g，显著高于全沼液处理，但与全化肥处理无显著差异。全沼液处理的千粒重小于全化肥处理的千粒重，但两者之间不存在显著差异，而全沼液处理的每穴穗数显著高于全化肥处理，这说明可能是全沼液处理穗数及每穗粒数的增加导致了千粒重降低。50%沼液处理的每穴穗数与其他两处理均不存在显著差异。
2.5.4 产量 全沼液处理的理论产量最高，为12 280.35kg/hm2，显著高于50%沼液处理（11 063.1kg/hm2）和全化肥处理（10 188.6kg/hm2），且差异达到极显著。50%沼液处理与全化肥处理的理论产量达到显著差异，未达到极显著。其中，全沼液处理和50%沼液处理较全化肥处理分别增产20.53%和8.58%。由此可见，运用沼液灌溉稻田技术可以增加水稻产量。
3 结论与讨论
沼液作为优质的有机肥源之一，喷施灌溉后经硝化细菌和反硝化细菌的作用，在一段时间内存在硝态氮和铵态氮的动态平衡，相对于施用化肥处理能延缓肥效，对作物生长具有促进作用[15-16]。
由本次试验可知，随着水稻生育期的推进，3种处理的水稻叶片SPAD值不断降低，其下降速率大小为全沼液>全化肥>50%沼液，至成熟期，全化肥处理的水稻叶片SPAD值最高。全沼液处理的叶片功能期长，制造的光合产物多，根系伤流量大，生理活性强，有利于促进水稻根系生长和延缓其衰老，植株干重大，从而为夺取高产奠定了较好的物质基础[17]。 本试验研究结果还表明，沼液能提高分蘖期水稻分蘖的增长速度；添加沼液在整个生育期内能增加水稻的分蘖数；最高分蘖期过后，水稻植株的分蘖数开始明显下降，至水稻分蘖末期，全沼液处理的分蘖数明显高于其他处理。陆新苗等[18]通过沼液不同施用量对水稻产量及土壤环境的影响研究发现，沼液在水稻上施用能有效地增加穗数，提高成穗率和千粒重，从而增加产量，其产量随着施用量的增加而递增。本实验中，全沼液处理的每穗粒数和每穴穗数均高于其他处理，说明沼液替代化肥处理在优质水稻种植上具有增产效果。Kotchakorn等[19]将沼液应用于甜玉米、西红柿及草莓，也得出了同样的结果，并且土壤肥力得到了明显改善。叶志诚等[20]通过沼液浸种试验，提高了水稻产量。朱自芬等[21]通过比较试验发现，沼液浸种比药剂浸种产量增加约190.88kg/hm2。
因此，施用沼液对于提高作物产量与品质、促进植物种子萌发、防治病虫害、提高土壤养分含量具有积极作用，不仅节省了对化肥的需求，减少了农民生产成本，而且为沼气工程处理沼液提供了科学指导。
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