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農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中液態(tài)有機(jī)肥料使用可行性分析
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中液態(tài)有機(jī)肥料使用可行性分析
引言
近年來，我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善農(nóng)村生產(chǎn)生活的重要經(jīng)濟(jì)支柱，但同時(shí)，畜禽養(yǎng)殖會產(chǎn)生大量的廢水，處理不當(dāng)會引起一系列的環(huán)境問題。畜禽養(yǎng)殖廢水是一種富含 N、P 的高濃度有機(jī)廢水，直接排放或受雨水沖洗進(jìn)入水體，會造成地表水、地下水及農(nóng)田的嚴(yán)重污染。養(yǎng)殖廢水中的大量含氮化合物在土壤微生物的作用下，通過氨化、硝化等化學(xué)反應(yīng)過程形成 NO3--N 下滲到地下水，造成地下水中硝酸鹽含量過高，使水質(zhì)不能用于飲用，嚴(yán)重影響人體健康。豬場廢水是典型的高濃度富磷廢水，磷是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須的營養(yǎng)元素，其回收利用對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和控制水體污染具有重要意義。奶牛場廢水中包含約 93%的水、0.7%的蛋白質(zhì)、0.3%的脂肪、4±5%的乳糖和 0.5±0.6%的鹽分，養(yǎng)分含量較高，具有很高的回用價(jià)值。家禽廢水由于氨氮濃度、有機(jī)物濃度與總磷濃度較高，直接排放不利于生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。發(fā)酵工藝可將養(yǎng)殖廢水發(fā)酵制作液態(tài)有機(jī)肥以進(jìn)行資源化利用，文章設(shè)計(jì)不同試驗(yàn)，研究液態(tài)肥的施用對土壤營養(yǎng)元素累積、水稻生理生長的影響，旨在為液態(tài)有機(jī)肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論和實(shí)踐依據(jù)。
1 試驗(yàn)材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
供試作物為水稻。供試肥料為生物有機(jī)液態(tài)肥料，分別為液態(tài)肥 Z、液態(tài)肥 N、液態(tài)肥 Q,三種液態(tài)肥養(yǎng)分含量如表 1 所示；液態(tài)肥Z 為以養(yǎng)豬廢水為原料發(fā)酵制成，液態(tài)肥 N 和液態(tài)肥 Q 分別以養(yǎng)牛廢水和家禽廢水為原料發(fā)酵制成。
試驗(yàn)裝置采用水桶，在桶一端壁自下而上每 0.15m 有排水管與水套相連，以人工控制土壤水分。試驗(yàn)用土為南京當(dāng)?shù)氐牡咎锿寥溃L(fēng)干后過 2mm 篩，按容重為 1.30g/cm3裝入水桶，每桶土壤重量約為8kg.處理間為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù) 2 次。水稻種植密度為 70 株/m2.不同類型液態(tài)肥的施用量如表 2 所示，單獨(dú)一種類型液態(tài)肥采用兩種施用量，分別是 8kg/畝和 12kg/畝。
1.2 試驗(yàn)方法
在水稻生長期間，單個(gè)處理每 15d 采集土樣一次，取樣深度為0-20,20-40cm,并測定土壤基本理化性質(zhì)。水稻成熟后，采集植株測定單位面積植株氮、磷累積量。主要測量指標(biāo)包括：
�。�1）土壤養(yǎng)分測定：速效氮測定（采用堿解擴(kuò)散法）；速效磷測定（采用 NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法）；有機(jī)質(zhì)測定（采用重鉻酸鉀氧化法）。
（2）土壤孔隙度測定：稱重法。
�。�3）土壤 pH 值測定：采用 PH 值速測儀對不同土層土壤 PH 值進(jìn)行測定，型號為 METTLER TOLEDO FE20.
�。�4）土壤陽離子交換量：NH4Cl-（NH4）2C2O4法。
�。�5）植株養(yǎng)分測定：全氮（H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法）；全磷（H2SO4-H2O2消煮，釩鉬黃比色法）。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 液態(tài)肥施用對土壤速效養(yǎng)分含量的影響
一般氮素在土壤中以有機(jī)化合物的形態(tài)存在，依靠土壤中含氮有機(jī)物的不斷分解轉(zhuǎn)化成無機(jī)態(tài)氮化合物，速效氮的特性是易溶于水，也稱水解氮，是速效性養(yǎng)分，供植物吸收，吸濕性強(qiáng)，其含量的多少是短期供氮水平的指標(biāo)，氮是植物生長發(fā)育不可或缺的營養(yǎng)元素之一，測定土壤中速效氮的含量對植物的施肥管理有著重要的意義。表 3 所示為液態(tài)肥施用下土壤速效氮含量隨移栽時(shí)間的動態(tài)變化，總體來看，土壤速效氮含量呈上升趨勢，增幅在 1.11%-5.53%,峰值出現(xiàn)在 15d,45d 和 75d,說明基肥、追肥和穗肥的施用對土壤速效氮含量的增加有顯著作用，75d 之后土壤速效氮含量呈下降趨勢，但降幅不明顯，105d 時(shí)土壤 0-20cm,20-40cm 速效氮含量大于同土層基土速效氮含量。基土 0-20cm 土層的速效氮含量為 113.7mg/kg,移栽 15d 后（即基肥施用后），速效氮含量的增幅在 9.6%-17.5%,其中處理 N2 增幅最大，Q2 次之，為 14.9%;基土 20-40cm 土層速效氮含量為 107.4%,移栽 15d 后（即基肥施用后），土壤速效氮含量的增幅在 8.65%-12.01%,仍以處理 N2 最大。三組處理相比，結(jié)果表明，液態(tài)肥 N2 處理效果最好。
土壤速效磷作為土壤有效磷貯庫中對作物最為有效部分，能直接供作物吸收利用，因而是評價(jià)土壤供磷能力的重要指標(biāo)。表 4 所示為土壤速效磷的動態(tài)變化，與土壤速效氮變化規(guī)律較為相似，土壤速效磷含量的峰值點(diǎn)出現(xiàn)在移栽后 15d,45d 和 75d,說明施肥對于土壤中速效磷含量的增加有顯著影響。0-20cm 土層的速效磷增幅總體高于 20-40cm,說明液態(tài)肥的施用對土壤速效磷含量增加的作用主要體現(xiàn)在表層土壤，計(jì)算發(fā)現(xiàn)，移栽后 105d,0-20cm 不同液態(tài)肥處理土壤速效磷含量的增幅為 5.32%-19.29%,20-40cm 不同液態(tài)肥處理土壤速效磷含量的增幅為 1.02%-7.63%,液態(tài)肥 N 與液態(tài)肥 Q 土壤 20-40cm 速效磷含量基本沒有變化。對不同液態(tài)肥之間土壤速效磷含量情況對比發(fā)現(xiàn)，移栽后 105d,0-20cm 土壤速效磷含量最高的處理為 N2,達(dá)到 35.87mg/kg,Q2 次之，為 34.27mg/kg,說明液態(tài)肥處理 N 與液態(tài)肥處理 Q 對增加表層土壤速效磷含量效果顯著。
2.2 液態(tài)肥施用對土壤基本理化性質(zhì)的影響
土壤容重用來表示單位原狀土壤固體的重量，是衡量土壤松緊狀況的指標(biāo)。容重的大小是土壤值低、結(jié)構(gòu)、孔隙等物理性狀的綜合反映，同時(shí)也受外部因素，如降雨、灌水、耕作活動的影響。一般對于同一質(zhì)地的土壤來說，容重的大小，則可以大體反映出土壤結(jié)構(gòu)狀況。容重越小（不低于 1.14），土壤越疏松，結(jié)構(gòu)性好，反之，表明土壤緊實(shí)，結(jié)構(gòu)性差。表 5 中所示施用液態(tài)肥前后土壤容重的變化。CK處理容重各土層容重均有所上升，尤其是最下層（0-60cm）土壤容重，上升幅度最大，達(dá)到 8.46%,試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，該層土壤容重為 1.41g.cm-3,說明比較其他土層而言，該層土壤結(jié)構(gòu)性較差；施用液態(tài)肥的處理，容重整體呈下降趨勢，各土層容重變化規(guī)律較為一致，0-20cm土層容重最小，20-40cm 土層次之，40-60cm 土層容重最大。施用液態(tài)肥后，土壤容重的降幅在 0.71%-7.69%,其中 Q1 降幅較小，0-20cm,20-40cm,40-60cm 分別降低了 3.08%,2.31%,0%,說明液態(tài)肥 Q 雖有改良土壤容重的效果，但相比其他處理而言效果較差；N2處理降幅較大，0-20cm,20-40cm,40-60cm 分別降低了7.69%,3.84%,3.07%,0-20cm 土壤容重降幅大于該土層其他處理。對試驗(yàn)前后土壤容重的分析結(jié)果表明，適當(dāng)施用液態(tài)肥可降低土壤容重，改善土壤結(jié)構(gòu)，對不同液態(tài)肥處理容重降幅的比較分析發(fā)現(xiàn)，N2,Z2 處理土壤容重整體降幅較大，改良效果較好。
孔隙狀況影響水、氣含量，也就影響?zhàn)B分的有效化和保肥供肥能力，還影響土壤的增溫與穩(wěn)溫，因此土壤松緊度和孔隙狀況對土壤肥力的影響是巨大的，同時(shí)也對作物生長有重要作用。如果土壤過于緊實(shí)，總孔隙度小，其中小孔隙多，大孔隙少，影響作物的根系生長；土壤過于疏松時(shí)，總孔隙度增大，植物扎根不穩(wěn)，容易倒伏。土壤孔性取決于土壤質(zhì)地、松緊度、有機(jī)質(zhì)含量和結(jié)構(gòu)等土壤本身性狀的影響，另外一些外部因素如耕作、施肥、灌溉、排水等人為措施對土壤孔隙的影響很大，因而它一直處于動態(tài)變化之中。表中所示試驗(yàn)前后孔隙度變化可直觀地看出液態(tài)肥施用對土壤孔隙度的影響。CK 處理孔隙度呈下降趨勢，其中 40-60cm 降幅大于 0-20 cm與 20-40cm 土層，這與嚴(yán)潔與彭世彰等的研究成果相互印證。液態(tài)肥處理中，表層土壤的孔隙度升高幅度相對較高，而 0-60cm 土壤基本沒有變化，這說明各處理的孔隙度上層好于下層，0-20cm,20-40cm,40-60cm 各液態(tài)肥處理孔隙度的增幅分別為 3.90%-10.75%,1.52%-8.33%,0.51%-2.25%,說明液態(tài)肥對孔隙度的改善主要體現(xiàn)在對于表層土壤孔隙度的改善，而 0-60cm 土層除 Z2 有所下降以外，其余均出現(xiàn)較小幅度的上升，這可能由于短期施用液態(tài)肥對深層土壤的改良效果不能立竿見影，后續(xù)試驗(yàn)應(yīng)著重觀測連續(xù)施用液態(tài)肥對深層次土壤孔隙度的影響。比較液態(tài)肥處理對改善土壤孔隙度的效果發(fā)現(xiàn)，N2 處理 0-20cm 孔隙度增加 10.75%,顯著高于其他處理；Q2 處理次之，達(dá)到 8.72%;Z1 處理僅為 3.99%,相對較差，就改善孔隙度這一單因素而言，N2 與 Q2 為推薦處理。
土壤酸堿性是土壤的重要化學(xué)性質(zhì)，對土壤微生物的活性、礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的分解起著重要用，并影響土壤養(yǎng)分元素的釋放、固定和遷移。表中可看出，試驗(yàn)前后土壤 PH 均在合理范圍，試驗(yàn)初始時(shí)土壤 pH 均為 5.84,一季水稻種植結(jié)束時(shí)，各處理土壤 PH 值均有所下降，0-20cm,20-40cm,40-60cm 土層土壤 PH 值呈遞增趨勢。CK 處理 PH 降幅最大，0-20cm,20-40cm,40-60cm 土層分別下降了5.14%,3.77%和 0.41%,液態(tài)肥處理土壤 PH 值下降幅度遠(yuǎn)小于 CK 處理，0-20cm,20-40cm,40-60cm 土層 PH 值降幅在 0.86% -2.40% ,0.68% -1.71%,0.17%-1.31%,上層土壤 PH 值降幅大于下層土壤。
2.3 液態(tài)肥施用對水稻生理生長的影響
2.3.1 液態(tài)肥施用對水稻株高的影響
株高對形成水稻產(chǎn)量群體有重要的意義，植株過高，營養(yǎng)體生長過旺，與生殖生長競爭養(yǎng)分，最終會影響產(chǎn)量；植株過矮，營養(yǎng)體生長不良，不能為生殖生長提供必要的養(yǎng)分，也會降低產(chǎn)量。在一定的程度上可以通過增加施肥量來增加株高和產(chǎn)量，但過度施肥使得株高過高，容易造成水稻倒伏和減產(chǎn)。從總體來看，液態(tài)肥施用下，較低施肥量與較高施肥量相比，株高明顯低于較高施肥，說明在一定的施肥范圍內(nèi)，水稻株高與施肥量呈正相關(guān)。表 6 中可以看出，20d 時(shí)不同處理水稻株高已有差異，其中 CK處理最低，僅為 23.8cm,N2 處理最高，達(dá)到 35.9cm;20d 后水稻株高增長顯著，但并非一直增長；100d 時(shí)，水稻株高為 84.5cm-110.0cm,仍以 CK 株高最低，為 84.5cm,Q1 最高，達(dá)到 110.0cm.液態(tài)肥 Q1 與Q2 之間的株高差異不大，這從側(cè)面說明施肥量并非越大越好。圖 1中株高變化更為直觀，總體來看，不同處理株高變化可分為三個(gè)階段，20d-30d 為快速增長，30d-75d 為緩慢增長，75d-100d 各處理株高變化不大。就株高這一單因素來看，Q1 與 N2 肥效較好，對株高增長的影響顯著。
2.3.2 液態(tài)肥施用對水稻葉綠素含量的影響
光合作用是水稻葉綠素利用二氧化碳和水把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過程，所以在一定的范圍內(nèi)，水稻葉片的葉綠素含量和水稻葉片氮素營養(yǎng)、葉片顏色、水稻產(chǎn)量、水稻品質(zhì)存在著密切關(guān)系。水稻對養(yǎng)分的變化反應(yīng)敏感，為了獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的水稻，生產(chǎn)上通過將水稻葉片葉綠素含量變化引起的葉色變化作為營養(yǎng)管理、水稻氮素營養(yǎng)狀況跟蹤和科學(xué)施肥判斷的重要指標(biāo)。而施肥條件將影響葉片中葉綠素 a 和葉綠素 b 的含量，通過影響光合作用進(jìn)而影響作物產(chǎn)量。表 7 所示為葉綠素含量速測儀所測在液態(tài)肥施用條件下，水稻葉綠素含量的動態(tài)變化，由于光合作用減弱，葉片開始衰老，水稻成熟期時(shí)葉綠素含量有所下降，整體來看，水稻葉綠素衰退的時(shí)間在移栽后 75d 左右，75d 達(dá)到峰值，這種變化趨勢也由于水稻生長過程中，前期作物不斷積累營養(yǎng)，后期由于生理代謝的需要，營養(yǎng)物質(zhì)不斷地轉(zhuǎn)化到籽粒中，符合植物生長的源庫流協(xié)調(diào)機(jī)制。對于同一類液態(tài)肥，施氮量較高的處理其水稻葉綠素含量高于施氮量較低的處理；液態(tài)肥 N2 的水稻葉綠素含量總體要略高于其他處理，移栽 75d時(shí)其葉片相對葉綠素含量達(dá)到 38.9;CK 處理水稻葉綠素含量減低，說明 CK 處理水稻植株的營養(yǎng)狀況相對較差。
圖 2 中可以更直觀地看出液態(tài)肥施用條件下，水稻葉綠素含量的變化，其中 CK 處理的曲線基本一直位于最下方，說明 CK 處理各生育期葉綠素含量均低于液態(tài)肥處理，營養(yǎng)狀況不佳。N2 處理曲線位于最上方，Q2 次之，說明，N2 與 Q2 對水稻葉綠素含量的增加效果顯著，也從側(cè)面說明施用液態(tài)肥 N 與液態(tài)肥 Q 的水稻營養(yǎng)狀況較優(yōu)。總體來看，葉綠素的變化隨時(shí)間分為三個(gè)階段，20-30d 為快速增長階段，各液態(tài)肥處理增幅較為一致，CK 處理增幅較低；30d-75d 為緩慢增長階段；75d-100d 為衰退階段。
3 結(jié)束語
綜合上述分析，三種液態(tài)有機(jī)肥均表現(xiàn)出很高的肥效，并且對土壤中氮磷養(yǎng)含量的增加、土壤物理化學(xué)特性和土壤生理生長有重要影響，具體內(nèi)容總結(jié)如下：
�。�1）液態(tài)肥對土壤中速效氮和速效磷含量有速進(jìn)作用，土壤中施用液態(tài)肥后，土壤速效氮和速效磷含量隨施用時(shí)間呈先上升后下降趨勢，三種處理中，液態(tài)肥 N2 處理效果最好，液態(tài)肥處理 N 與液態(tài)肥處理 Q 對增加表層土壤速效磷含量效果顯著。
�。�2）液態(tài)肥對土壤基本物理化學(xué)特性有很大影響，三種處理對土壤容重有明顯的減少作用，對三種不同液態(tài)肥處理容重降幅的比較分析發(fā)現(xiàn)，N2,Z2 處理土壤容重整體降幅較大，改良效果較好。就改善孔隙度這一單因素而言，N2 與 Q2 處理最好。
�。�3）液態(tài)肥對水稻生理生長影響顯著，液態(tài)肥施用下，較低施肥量與較高施肥量相比，株高明顯低于較高施肥，說明在一定的施肥范圍內(nèi)，水稻株高與施肥量呈正相關(guān)。液態(tài)肥對葉綠素的影響顯著，水稻葉綠素的變化隨時(shí)間分為三個(gè)階段，20-30d 為快速增長階段，各液態(tài)肥處理增幅較為一致，CK 處理增幅較低；30d-75d 為緩慢增長階段；75d-100d 為衰退階段。
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