猪粪沼液对籼稻农艺性状、产量和饲用品质的影响
Effects of digested pig slurry application on agronomic trait, yield and forage quality of indica rice
通讯作者:
收稿日期: 2018-07-26 接受日期: 2018-11-25 网络出版日期: 2019-07-03
基金资助: |
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Received: 2018-07-26 Accepted: 2018-11-25 Online: 2019-07-03
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侯福银(https://orcid.org/0000-0003-0245-9723),E-mail:
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侯福银, 陈应江, 杨智青, 金崇富, 时凯, 陈长宽, 封功能, 李洪山.
HOU Fuyin, CHEN Yingjiang, YANG Zhiqing, JIN Chongfu, SHI Kai, CHEN Changkuan, FENG Gongneng, LI Hongshan.
近年来,我国畜禽规模化、集约化养殖业发展迅速,2017年全国畜禽粪污年产生量约38亿t,其中畜禽直接排泄的粪便约18亿t、污水量约20亿t。因此,国家对畜禽生态养殖与粪污处理高度重视,沼气工程逐步应用于养殖业[1,2],产生的沼液是一种速效、水溶性、优质有机肥,含有氮、磷、钾、微量元素、氨基酸、有机质和腐殖酸等营养物质[3,4],还田有助于提高作物产量和品质[5,6]。恰逢国家大力发展畜牧业,粮改饲成为满足养殖业饲料供应的保障,在玉米短缺的水稻主产区,优先将水稻过腹转化增值,加大粪污发酵沼液施用量,有利于改善土壤结构,增加土壤肥力[7,8]。充分利用沼液研发生产高产、高蛋白、优质饲用稻,将单纯的粮仓转变为“粮仓+奶罐+肉库”,既保护农民种粮的积极性,又降低畜产品成本,改善养殖环境,大力促进了畜牧业的健康发展,因此,沼液的合理施用成为种养结合、绿色发展道路上关键的一步。
有研究表明,沼液用量在11.25~18.75 t/hm2时稻谷增产效果较好,同时提高了稻米中蛋白质及钙、铁、锰等矿质营养元素的含量[9]。侯云鹏等[10]试验显示,适量的氮肥可明显提高水稻各生育阶段养分吸收总量和产量,加快生长后期秸秆中氮、磷、钾等营养元素向水稻籽粒的转运。因不同农作物的需肥特性不同,不同氮肥类型对水稻的产量和氮素利用率也不同[11],以及考虑到沼液自身的特点,要达到沼液在水稻种植上有效的资源化利用,减少化肥用量,需要探索更加合理的施用方法。若施用不当,易污染环境,降低利用率,使得作物生长受抑制,继而导致作物的产量和品质下降[12,13,14]。目前,国内外学者对沼液在生产高产、高蛋白、优质饲用稻方面的研究不多,主要集中在沼液施用对水稻分蘖、生长、产量和重金属含量等方面的影响上。本试验采用不同施用量沼液完全替代尿素,研究其对籼稻生长、产量及饲用品质的影响,初步探索沼液在籼稻种植中的适宜施用量、安全用量等,为其在生产中合理施用提供科学的理论依据,推进畜禽生态养殖。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2017年在江苏沿海地区农业科学研究所新洋农牧循环试验基地(33°32′44″ N,120°26′22″ E)进行。试验田为沿海盐碱地,其原始土壤的基本理化指标:pH 8.2,有机质3.1%,盐分1‰,全氮0.12%,碱解氮60 mg/kg,速效磷33 mg/kg,速效钾82 mg/kg。前茬作物为大麦,试验田各小区深埋隔离防渗膜,地势平坦,排灌设计合理。
1.2 试验材料
籼稻品种为C-两优华占,猪粪沼液来源于江苏地区某规模化猪场,供试还田沼液性质见表1。
表1 规模化供试猪场沼液理化性状
Table 1
指标 Index | pH | w(腐殖酸) Humic acid/% | w(有机质) Organic matter/% | w(全氮) Total nitrogen/% | w(氨氮) Ammonium nitrogen/‰ | w(全磷) Total phosphorus/% | w(全钾) Total potassium/% |
---|---|---|---|---|---|---|---|
沼液 Biogas slurry | 7.54 | 0.23 | 0.25 | 0.12 | 0.96 | 0.01 | 0.04 |
1.3 试验设计
试验共设置14个处理:N1(不施氮肥)、N2[常规施肥,尿素N 300 kg/hm2,m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=20∶5∶5]、N3(沼液N 40%,约102 t/hm2)、N4(沼液N 80%,204 t/hm2)、N5(沼液N 120%,306 t/hm2)、N6(沼液N 160%,408 t/hm2)、N7(沼液N 200%,510 t/hm2)、N8(沼液N 240%,612 t/hm2)、N9(沼液N 280%,714 t/hm2)、N10(沼液N 320%,816 t/hm2)、N11(沼液N 360%,918 t/hm2)、N12(沼液N 400%, 1 020 t/hm2)、N13(沼液N 440%,1 122 t/hm2)和N14(沼液N 480%,1 224 t/hm2)。每个处理设置3个重复,共种植42个籼稻小区,每小区面积为3 m×4 m,行距25 cm,株距15 cm。当地常规施肥按每小区 12 m2计算,施用化肥为尿素782.2 g(根据N施入量折合成沼液,约需305 kg)、硫酸钾166.6 g和过磷酸钙750.2 g。沼液只是替代尿素(当沼液N低于100%尿素N时,不用尿素补足),用磷、钾肥作基肥,各处理均施用,氮肥(尿素或沼液)在水稻不同生长发育时期按一定质量比(4∶3.5∶2.5)分别施入。沼液还田水稻试验区内杂草和病虫害等按当地农户常规方式管理。沼液具体施肥方案见表2。
表2 籼稻施用沼液试验设计
Table 2
处理Treatment | 基肥 Basic fertilizer | 分蘖肥 Tillering fertilizer | 穗肥 Panicle fertilizer | 施用总量与比例 Total applied amount and percentage | |
---|---|---|---|---|---|
ABSA/L | ABSA/L | ABSA/L | TABSA/L | NPCFA/% | |
N1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
N2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
N3 | 48.8 | 42.7 | 30.5 | 122 | 40 |
N4 | 97.6 | 85.4 | 61.0 | 244 | 80 |
N5 | 146.4 | 128.1 | 91.5 | 366 | 120 |
N6 | 195.2 | 170.8 | 122.0 | 488 | 160 |
N7 | 244.0 | 213.5 | 152.5 | 610 | 200 |
N8 | 292.8 | 256.2 | 183.0 | 732 | 240 |
N9 | 341.6 | 298.9 | 213.5 | 854 | 280 |
N10 | 390.4 | 341.6 | 244.0 | 976 | 320 |
N11 | 439.2 | 384.3 | 274.5 | 1 098 | 360 |
N12 | 488.0 | 427.0 | 305.0 | 1 220 | 400 |
N13 | 536.8 | 469.7 | 335.5 | 1 342 | 440 |
N14 | 585.6 | 512.4 | 366.0 | 1 464 | 480 |
ABSA:沼液施用量;TABSA:沼液施用总量;NPCFA:占常规施N比例。表中数据指每小区(12 m2)施用量。
ABSA: Amount of biogas slurry application; TABSA: Total amount of biogas slurry application; NPCFA: N percentage of conventional fertilizer application. Data in the table refer to the amount of biogas slurry application per 12 m2.
1.4 样品采集与处理
2017年9月底籼稻成熟时,按照小区分布采集并统计株高、有效穗数和分蘖数,并及时收割,对每小区籼稻地上部生物量、稻谷和秸秆分别称量测产,各小区稻谷晒干,备用。
1.5 指标的测定方法
1.5.1 施用沼液的籼稻农艺性状测定
采用精确到0.01 cm的直尺对籼稻地上部分植株的高度进行测量、记录,并统计每株水稻的分蘖数和有效穗数,每个施肥小区设3个重复。
1.5.2 施用沼液的籼稻产量测定
称量每个小区水稻地上部生物量,脱粒机现场脱粒,继而分别测定稻谷和秸秆的鲜质量;将每小区籼稻稻谷装入沙袋中,晾晒后测定其千粒质量。
1.5.3 施用沼液的籼稻品质测定
本试验测定的是籼稻糙米蛋白质和直链淀粉含量,均使用近红外谷物品质分析仪(型号:Foss Infratec 1241)检测,打开检测程序,每小区称取适量的糙米放到进样槽中,各重复3次,及时记录品质数据。
1.6 数据分析
试验所得数据采用SPSS 20.0软件进行方差分析和邓肯多重比较,数据图表制作使用Graphpad Prism 5.0软件。P<0.05表示各施肥处理间差异有统计学意义。
2 结果与分析
2.1 沼液施用对籼稻农艺性状的影响
由表3可知,在本试验沼液(N 40%~480%)施用范围内,籼稻总体长势优于无氮施肥空白组(N1)。与常规施肥(N2)相比,除N3株高和N4分蘖数显著降低外,其他沼液施肥组株高、分蘖数和有效穗数变化均不显著(P>0.05);其中,N10处理组株高上升了3.1%(P>0.05),之后,随沼液施用量的增加,株高呈现下降趋势,同时,N12处理组分蘖数和有效穗数最大,分别增加了13.9%和29.4%(P>0.05)。试验初步表明:沼液施肥量在N 160%~400%替代氮肥范围内,在一定程度上促进了水稻分蘖,增加了有效穗数,有利于增产,但不宜超量施用。2.2 沼液施用对籼稻产量的影响
表3 沼液施用对籼稻农艺性状的影响
Table 3
处理 Treatment | 株高 Plant height/cm | 分蘖数 Tiller number | 有效穗数 Effective panicle number |
---|---|---|---|
N1 | 95.89±3.32d | 5.33±0.71f | 6.33±0.71d |
N2 | 104.70±3.42ab | 8.00±1.66abcd | 8.67±1.50abcd |
N3 | 97.79±3.39cd | 7.33±1.87bcde | 8.44±2.24bcd |
N4 | 103.21±6.72ab | 6.11±1.97ef | 6.78±2.05cd |
N5 | 101.66±3.84bc | 7.44±1.94abcde | 8.44±2.56bcd |
N6 | 105.71±4.53ab | 9.00±1.66ab | 8.56±1.59bcd |
N7 | 105.03±5.21ab | 7.78±1.20abcde | 8.67±2.35abcd |
N8 | 101.23±4.45bc | 6.78±1.64def | 9.11±2.85abc |
N9 | 107.60±4.18a | 7.67±1.12abcde | 8.22±3.31bcd |
N10 | 107.99±3.45a | 7.44±0.88abcde | 10.67±2.06ab |
N11 | 106.14±5.57ab | 8.33±1.58abcd | 10.56±3.32ab |
N12 | 105.27±5.52ab | 9.11±1.62a | 11.22±3.35a |
N13 | 104.49±5.82ab | 8.67±1.73abc | 10.00±2.65ab |
N14 | 104.04±3.56ab | 7.22±1.56cde | 8.11±2.03bcd |
同列数据后的不同小写字母表示在P<0.05水平差异有统计学意义。
Values with different lowercase letters in the same column indicate significant differences at the 0.05 probability level.
由图1可知,随着沼液施用量的增加,与常规施肥(N2)相比,N5和N8处理组稻谷增产效果较好,
图1
图1
沼液施用对籼稻稻谷产量的影响
Fig. 1
Effect of biogas slurry application on the yield of indica rice
短栅上的不同小写字母表示在P<0.05水平差异有统计学意义。
Different lowercase letters above the bars indicate significant differences at the 0.05 probability level.
分别增加了9.5%和8.9%,但差异不显著(P>0.05),而N10、N11、N12、N13和N14稻谷产量分别减少了12.1%、1.3%、26.7%、20.7%和23.3%(P>0.05)。如图2所示,就每个小区总的地上部生物量而言,与N2相比,N8和N9施肥处理组分别增加了21.4%(P<0.05)和5.4%(P>0.05);N10处理组下降了4.4%(P>0.05)。如图3所示,籼稻千粒质量增加较好的几个施肥处理组为N6、N7、N8和N9,与N2相比,籼稻千粒质量分别增加了6.3%(P<0.05)、11.3%(P<0.05)、3.9%(P>0.05)和7.7%(P<0.05)。从籼稻产量整体分析可知,适宜的猪粪发酵沼液比常规施肥更有助于提高水稻产量,但是当沼液施用量过大(超过N 320%替代氮肥,即816 t/hm2)时,水稻产量下降明显,甚至低于常规施肥处理组。
图2
图2
沼液施用对籼稻地上部生物量的影响
Fig. 2
Effect of biogas slurry application on the aboveground biomass of indica rice
短栅上的不同小写字母表示在P<0.05水平差异有统计学意义。
Different lowercase letters above the bars indicate significant differences at the 0.05 probability level.
图3
图3
沼液施用对籼稻千粒质量的影响
Fig. 3
Effect of biogas slurry application on the thousand seed mass of indica rice
短栅上的不同小写字母表示在P<0.05水平差异有统计学意义。
Different lowercase letters above the bars indicate significant differences at the 0.05 probability level.
2.3 沼液施用对籼稻饲用品质的影响
由图4可知,随着猪粪沼液施用量的增加,各处理(N3~N14)籼稻糙米蛋白质含量呈现先上升后趋于平稳的变化趋势,且均高于N1组;除N3和N4外,N5~N14各施肥处理组糙米蛋白质含量都高于N2组,其中N5和N6处理组蛋白质含量分别增加了1.6%和3.2%(P>0.05),N7、N8、N9、N10、N11、N12、N13和N14处理组蛋白质含量分别升高了5.6%、7.5%、7.5%、12.9%、12.9%、14.3%、14.5%和14.0%,达到显著水平(P<0.05)。如图5所示,随沼液施用量的增加,各处理组糙米直链淀粉含量与N1相比,均略有下降(P>0.05);与N2组相比,各处理组直链淀粉含量也有一定程度的减少,但仅N12处理组显著减少,降低了11.3%(P<0.05)。总的来看,猪粪沼液的施用,改善了籼稻糙米中蛋白质和直链淀粉的含量,提高了饲用品质,具有较好的开发应用前景。
图4
图4
沼液施用对籼稻蛋白质含量的影响
Fig. 4
Effect of biogas slurry application on the protein content of indica rice
短栅上的不同小写字母表示在P<0.05水平差异有统计学意义。
Different lowercase letters above the bars indicate significant differences at the 0.05 probability level.
图5
图5
沼液施用对籼稻直链淀粉含量的影响
Fig.5
Effect of biogas slurry application on the amylose content of indica rice
短栅上的不同小写字母表示在P<0.05水平差异有统计学意义。
Different lowercase letters above the bars indicate significant differences at the 0.05 probability level.
3 讨论
为最大限度地利用沼液有机肥资源,提高畜禽养殖清洁化水平,减少农田化肥的使用量,沼液的合理有效施用成为生产实际中急需解决的问题。有研究[12,15,16]表明,施用沼液能够有效促进水稻的分蘖和生长,明显提高水稻籽粒产量与秸秆生物量,本研究结果与此一致;适量的沼液施用对籼稻的株高有一定的调控作用,有助于提高植株的抗倒伏性能,同时促进水稻分蘖、增加有效穗数,且沼液施用量在612 t/hm2时,水稻产量和地上部生物量增产效果较好,但当沼液施用量超过816 t/hm2时,水稻产量又会出现下降,甚至低于常规施肥处理组。这与邵文奇等[17]的试验结果类似,沼液施用量为600 t/hm2时,水稻的产量与构成均表现最好;当沼液总施用量大于750 t/hm2时,水稻株高不再增加,同时分蘖能力明显下降。
STANLEY等[20]的研究指出,在一定范围内,随着施氮量的增加水稻籽粒的蛋白质含量明显增加。本试验也发现,沼液施用量在N5(306 t/hm2)处理组时已能够获得与常规化学施肥相当的糙米蛋白质含量,并且随着沼液施用量的增加,与常规施肥相比,N7~N14施肥处理组的糙米蛋白质含量显著增加,这与伍钧等[21]的研究结果相似,猪粪沼液施用量在5 000~7 000 kg/667 m2时,可获得较高的玉米产量,并且随着沼液施用量的增加,蛋白质含量显著上升。同时,本试验施用沼液没有对直链淀粉含量产生明显的影响,并且略有助于降低糙米中直链淀粉的含量,优化食味品质。这可能与沼液中含有丰富的氮素有关,更有利于促进籼稻籽粒中蛋白质的积累。
4 结论
在本试验条件下,猪粪尿发酵沼液与常规尿素氮肥相比,更有助于提高籼稻的产量和品质,N5(沼液306 t/hm2)施肥处理组已能达到常规化肥施用的肥效,综合考虑籼稻的生物量和饲用品质,沼液施用量在612 t/hm2[m(基肥)∶m(分蘖肥)∶m(穗肥)=4∶3.5∶2.5]左右较为适宜,有利于高蛋白饲用稻的生产,但沼液施用量不宜超过816 t/hm2。因本试验并未研究沼液施用对环境和土壤质量等方面的影响,今后还需跟踪监测,以进一步提高生态养殖和沼液的资源化利用水平。
参考文献
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畜禽养殖废弃物沼液的浓缩及其成分
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猪粪发酵沼液成分测定与分析
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Determination and analysis of compositions in biogas slurry produced by swine manure digestion
连续3年定位施用沼液对水稻产量和品质的影响
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Biogas slurry use amount for suitable soil nutrition and biodiversity in paddy soil
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Modelling ammonia losses after field application of biogas slurry in energy crop rotations
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不同沼液施灌量对水稻生长及土壤氮磷平衡的影响
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