沼液不同施用量對(duì)水稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響_唐微

1、農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)2010,29(12:2268-2273Journal of Agro-Environment Science摘要:沼液是一種含有豐富氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素和鈣、銅、鐵、鋅、錳等中微量營(yíng)養(yǎng)元素的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥,將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)提高作物產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)有重要的意義。將沼液的資源化利用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合,在四川省邛崍市進(jìn)行種植試驗(yàn),以水稻為供試材料,以清水和當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥(化肥為對(duì)照,設(shè)置不同的沼液施用量,研究了沼液農(nóng)用對(duì)稻谷產(chǎn)量及稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響,為優(yōu)質(zhì)大米的生產(chǎn)以及沼液的合理利用和科學(xué)處理提供依據(jù)。結(jié)果表明,施用沼液增產(chǎn)效果明顯,沼液用量在11.2518.75t ·hm -2

2、時(shí)稻谷的產(chǎn)量較高,比清水對(duì)照和常規(guī)化肥處理分別提高12.21%15.52%和6.78%9.93%;同時(shí),沼液還可以提高稻米中蛋白質(zhì)的含量,強(qiáng)化稻米中Fe 、Mn 、Ca 、Mg 等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng),有助于提升稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。關(guān)鍵詞:沼液;水稻;蛋白質(zhì);礦質(zhì)元素中圖分類(lèi)號(hào):S181文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1672-2043(201012-2268-06沼液不同施用量對(duì)水稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響唐微1,伍鈞1,孫百曄1,2,楊剛1,楊琴1(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,四川雅安625014;2.濰坊職業(yè)學(xué)院農(nóng)業(yè)工程系,山東濰坊261061Effects of Application Amounts of Bi

3、ogas Slurry on Yield and Quality of RiceTANG Wei 1,WU Jun 1,SUN Bai-ye 1,2,YANG Gang 1,YANG Qin 1(1.College of Resources and Environment,Sichuan Agricultural University,Ya an 625014,China;2.Department of Agricultural Engineering,Weifang Vocational College,Weifang 261061,China Abstract :Biogas is pro

4、moted widely in China both as a means of organic waste reduction and a renewable energy.Biogas slurry,residues of anaerobic digestion in biogas plants,increases with expansion of biogas plants and its appropriate uses will be crucial.It contains rich macro-and micro-nutrient elements,such as N,P,K,C

5、a,Cu,Fe,Zn,Mn,etc and is usually used as fertilizers.Previous studies have proved its ef -fectiveness in enhancing crop yield but its effects on crop quality are unknown.In the present study,the effects of different application rates of biogas slurry on both grain yield and quality of paddy rice wer

6、e investigated by field experiments with application of water and chemical fertilizers as controls.Chemical fertilizers were applied at the tillering stage following the local tradition.Ten application rates of biogas slurry,i.e.,3.75,7.50,11.25,15.00,18.75,22.50,26.25,30.00,37.50and 45.00t ·hm

7、 -2,were designed.For each rate 50%,40%and 20%was ap -plied at tillering,jointing and full-heading stage,respectively.Results revealed that application of biogas slurry enhanced significantly rice grain yield and the highest yield was obtained at the rate of 11.2518.75t ·hm -2,12.2%to 15.5%high

8、er than the control of water application and 6.8%to 9.9%higher than the control of chemical fertilizer application.Application of biogas slurry could also enhance significantly the contents of protein and mineral elements of rice grains.Use of biogas slurry in agriculture can not only reduce biogas

9、plant liquid wastes but also improve yield and quality of crops.Keywords :biogas;rice;protein;mineral elements收稿日期:2010-05-19基金項(xiàng)目:國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2008BADC4B04作者簡(jiǎn)介:唐微(1985,碩士研究生,主要從事環(huán)境污染化學(xué)與生物修復(fù)方面的研究。E-mail :tangwei1005通訊作者:伍鈞E-mail :wuj1962我國(guó)的畜禽養(yǎng)殖業(yè)所產(chǎn)生的固體廢棄物和廢水COD Cr 、NH 3-N 已經(jīng)超過(guò)了工業(yè)和城鎮(zhèn)生活污水排污總量,為了解決這一問(wèn)題,從20

10、世紀(jì)70年代起就在全國(guó)廣大農(nóng)村范圍內(nèi)推廣沼氣化工程,并取得了顯著成效,但是由此產(chǎn)生的大量沼液卻并未得到很好的利用,許多地方直接將沼液外排,成為另一個(gè)重大環(huán)境問(wèn)題。據(jù)研究,沼液的養(yǎng)分主要是速效性養(yǎng)分1,不僅含有豐富的氮、磷、鉀等大量營(yíng)養(yǎng)元素和鈣、銅、鐵、鋅、錳等中微量營(yíng)養(yǎng)元素,還含有大量的氨基酸、B 族維生素、各種水解酶、某些植物激素、對(duì)病蟲(chóng)害有抑制作用的物質(zhì)等2。施用沼液能顯著地改善土壤環(huán)境、有效地調(diào)節(jié)土壤水、肥、氣、熱,促進(jìn)土壤生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)3,同時(shí)又能防治病蟲(chóng)害4,促進(jìn)作物增產(chǎn),提高農(nóng)第29卷第12期農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)產(chǎn)品品質(zhì)5-7。從資源化優(yōu)先和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的角度考慮,處理沼液最直接、最有效

11、的方式就是農(nóng)業(yè)利用。本研究正是從這一點(diǎn)出發(fā),利用土壤-植物系統(tǒng)對(duì)沼液進(jìn)行凈化,期望通過(guò)田間試驗(yàn),較深入地研究不同沼液施用量對(duì)稻谷產(chǎn)量和稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響,探索沼液資源化利用取得最佳經(jīng)濟(jì)效益的適宜施用量,為沼液的科學(xué)處理和合理利用提供科學(xué)依據(jù)。1材料與方法1.1試驗(yàn)材料水稻:秈稻“T優(yōu)8086”。沼液:四川省邛崍市金利實(shí)業(yè)有限公司生豬黑石養(yǎng)殖場(chǎng)已發(fā)酵完全的沼液,其養(yǎng)分指標(biāo)為:總氮323.2 mg·L-1,氨氮290.0mg·L-1,總磷87.63mg·L-1,總鉀330.4mg·L-1,鐵29.25mg·L-1,錳21.71mg·L-1

12、,鈣81.27mg·L-1,鎂11.58mg·L-1,pH值為7.101。1.2試驗(yàn)地點(diǎn)及條件試驗(yàn)于2009年39月在四川省邛崍市固驛鎮(zhèn)新安鄉(xiāng)黑石村三組的承包田(淺丘,水稻土內(nèi)進(jìn)行,試驗(yàn)田的土壤基本理化特性為:全氮2.113g·kg-1,堿解氮184.8mg·kg-1,有效磷80.44mg·kg-1,速效鉀33.13mg·kg-2,有機(jī)質(zhì)42.10g·kg-1,pH值為4.80,CEC 為12.21cmol·kg-1。1.3試驗(yàn)方案試驗(yàn)共設(shè)置12個(gè)處理,3次重復(fù),包括1個(gè)清水對(duì)照(1#、1個(gè)當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理(2#,

13、施肥量為8kg 尿素、35kg磷肥、10kg鉀肥作為分蘗肥一次性施入和10個(gè)純沼液處理(分別標(biāo)記為3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#,隨機(jī)區(qū)組排列。純沼液試驗(yàn)小區(qū)的沼液總用量分別設(shè)計(jì)為 3.75、7.50、11.25, 15.00、18.75、22.50、26.25、30.00、37.50、45.00t·hm-2。按照當(dāng)?shù)氐母髑闆r,移栽前不施基肥,全部用肥均作為追肥施用。追肥采取穩(wěn)前、攻中、補(bǔ)后的方法進(jìn)行8,用肥比例為分蘗期拔節(jié)期齊穗期=541。小區(qū)面積4m×5m,小區(qū)間壘土埂,寬30cm,高20cm,并用塑料膜包埂,防止水肥串流;單排單灌,

14、周?chē)O(shè)1m寬的保護(hù)行;重復(fù)間設(shè)走道50cm。栽插行株距為25cm×18cm,每穴帶蘗基本苗2.5苗·窩-1,合41.25萬(wàn)基本苗·hm-2。其他栽培管理措施按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)進(jìn)行。1.4樣品處理與分析1.4.1收獲及考種收獲時(shí)各小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn),每處理分別選取5株進(jìn)行考種。1.4.2稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)分析各處理取稻谷1kg測(cè)定稻米蛋白質(zhì)(粗蛋白質(zhì)及礦質(zhì)元素(Fe、Mn、Ca、Mg含量。蛋白質(zhì)測(cè)定方法為半微量凱氏定氮法,測(cè)定結(jié)果乘以5.95換算成蛋白質(zhì)含量;礦質(zhì)元素的測(cè)定方法為(4+1NHO3-HClO4浸泡過(guò)夜消解-原子吸收分光光度法。1.5數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft

15、Excel2003、SPSS13.0和Origin8.0等軟件進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)和繪圖。2結(jié)果與分析2.1沼液農(nóng)用的產(chǎn)量效應(yīng)當(dāng)沼液施用量在11.2518.75t·hm-2時(shí),水稻生長(zhǎng)發(fā)育較好,且稻谷產(chǎn)量處于最高水平,比清水對(duì)照和常規(guī)化肥處理的產(chǎn)量分別提高12.21%15.52%和6.78%9.93%。試驗(yàn)各處理間的產(chǎn)量方差分析結(jié)果表明,各處理水稻產(chǎn)量間無(wú)明顯差異(F=0.542,P= 0.855,說(shuō)明沼液施用量對(duì)水稻產(chǎn)量影響不大。各處理間的產(chǎn)量比較如圖1所示。由圖1可知,7#處理(18.75t沼液·hm-2的產(chǎn)量最高,達(dá)5542.5kg·hm-2,比清水對(duì)照高出15.

16、52%,比常規(guī)施肥高出9.93%,12#處理的產(chǎn)量最低,為4761.5 kg·hm-2,比清水對(duì)照的產(chǎn)量還低0.76%,比常規(guī)施肥低5.56%;而常規(guī)施肥的產(chǎn)量為5042.0kg·hm-2,比清水對(duì)照高5.09%?？傮w上,沼液比常規(guī)施肥有利于提高水稻產(chǎn)量,但是當(dāng)沼液用量過(guò)高(超過(guò)30t·hm-2時(shí),水稻產(chǎn)量又會(huì)下降,甚至低于常規(guī)化肥處理,所以,水稻對(duì)沼液的承受量是有一定限度的。從提高稻谷產(chǎn)量的角度來(lái)說(shuō),本試驗(yàn)研究認(rèn)為當(dāng)沼液施用量在11.25 18.75t·hm-2時(shí),稻谷產(chǎn)量相對(duì)較高,比清水對(duì)照和常規(guī)化肥處理的產(chǎn)量分別提高12.21%15.52%和6.7

17、8%9.93%。2.2沼液不同施用量對(duì)稻米品質(zhì)的影響2.2.1對(duì)水稻蛋白質(zhì)含量的影響方差分析結(jié)果表明,各處理間稻米蛋白質(zhì)含量達(dá)到極顯著差異(F=4.680*,P=0.001,沼液施用對(duì)稻米蛋白質(zhì)含量有顯著影響。稻米蛋白質(zhì)的LSD檢驗(yàn)結(jié)果及各處理間的稻米蛋白質(zhì)比較如圖2所示。從圖2(a可知,隨沼液施用量的提高,各處理的稻米蛋白質(zhì)含量均高于清水處理;常規(guī)化肥亦使稻米中的蛋白質(zhì)含量提高,但低于沼液處理的含量。8#處理(22.50t沼液·hm-2的稻米蛋白質(zhì)含量最高,含量22692010年12月11.010.510.09.59.08.58.07.57.06.56.0處理Treatment蛋白

18、質(zhì)含量P r o t e i n c o n t e n t o f r i c e /%10#11#12#CD1#2#3#4#5#6#7#8#9#DBCBCABCABCABAABCABCABCBCF =4.680*,P =0.001圖1不同處理間的稻谷產(chǎn)量比較Figure 1Comparison of rice yield among treatments為10.08%,其次是7#處理,含量為9.93%,二者比清水對(duì)照和常規(guī)施肥處理分別提高了23.68%、21.84%和17.35%、15.60%。由此可見(jiàn),沼液比常規(guī)化肥和清水更有利于稻米蛋白質(zhì)的積累。對(duì)稻米蛋白質(zhì)含量與沼液施用量之間的相關(guān)關(guān)

19、系進(jìn)行分析,見(jiàn)圖2(b 。結(jié)果表明,稻米中蛋白質(zhì)含量和水稻產(chǎn)量呈不顯著的一元三次函數(shù)關(guān)系,其回歸方程為y =-2×10-10x 3-1×10-6x 2+0.0021x +8.4823(R 2=0.5158,P =0.198。在本試驗(yàn)沼液施用范圍內(nèi),稻米蛋白質(zhì)的含量隨沼液施用量的增加呈先增后減的趨勢(shì)。650060005500500045004000350030002500200015001000500處理Treatment產(chǎn)量Y i e l d o f r i c e /k g ·h m -210#11#12#F =0.542,P =0.8551#2#3#4#5#6

20、#7#8#9#圖2不同沼液施用量對(duì)稻米蛋白質(zhì)含量的影響Figure 2Effects of different amounts of biogas slurry on content of protein of rice10.210.09.89.69.49.29.08.8沼液施入量Biogas slurry input/t ·hm -2稻米蛋白質(zhì)含量P t o t e i n c o n t e n t o f r i c e /%y =-2E-10x 3-1E-06x 2+0.0021x +8.4823R 2=0.51587.50(b (a 唐微等:沼液不同施用量對(duì)水稻產(chǎn)量及稻米品

21、質(zhì)的影響15.0022.5030.0037.5045.0052.5002270第29卷第12期農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)2.2.2對(duì)稻米中礦質(zhì)元素含量的影響稻米礦質(zhì)元素含量的方差分析結(jié)果表明,各處理間稻米中Mn含量存在極顯著差異(F=3.895*,P=0.003, Mg含量存在顯著差異(F=2.610*,P=0.024,而Fe、Ca含量差異不顯著(Fe:F=1.452,P=0.214;Ca:F=1.643,P= 0.149。其LSD檢驗(yàn)結(jié)果及其比較如圖3所示。由圖3可知,3#處理的稻米Fe含量最低,為11.84mg·kg-1,8#處理最高,達(dá)19.37mg·kg-1,其次為12#、1

22、1#處理,含量分別為18.68、18.30mg·kg-1;清水對(duì)照稻米中Mn含量最低,為18.37mg·kg-1;以8#、12#處理Mn含量最高,分別為25.68、25.21mg·kg-1;清水對(duì)照稻米中Ca含量最低,為1.777mg·kg-1;9#處理含量最高,為3.262mg·kg-1;在不同處理中稻米Mg含量以8#處理最高,達(dá)113.5mg·kg-1;其次為7#處理,為113.3mg·kg-1,而以清水對(duì)照的最低,僅為112.2mg·kg-1。對(duì)稻米中4種礦質(zhì)元素的含量作變異性分析可知,變異性大小為:Mg&g

23、t;Fe>Ca>Mn,Mg的變異系數(shù)最大為26.39%,說(shuō)明沼液對(duì)稻米Mg含量改善和調(diào)控的余地相對(duì)更大。沼液施用量與稻米中礦質(zhì)元素含量的關(guān)系如表1所示。由表1可知,稻米中Fe、Mn含量與沼液施用量呈極顯著的對(duì)數(shù)關(guān)系,二者在稻米中的含量均隨著沼液用量的增加而增加;稻米中Mg含量與沼液施用量呈極顯著的二次拋物線(xiàn)關(guān)系,隨著沼液用量的增加,稻米Mg含量先升高后降低;稻米中Ca含量與沼液施用量呈不顯著的二次拋物線(xiàn)關(guān)系?？傮w上,沼液施用量對(duì)稻米的Fe、Mn和Mg含量影響較大,而對(duì)Ca 的影響不明顯。3討論本研究表明,施用沼液可顯著提高稻谷產(chǎn)量。這可能是由于沼液中含有大量的速效氮磷鉀等速效養(yǎng)分1

24、,而且由于沼液的施用提高了葉片中葉綠素的含量9-10,促進(jìn)了光合作用,增加了干物質(zhì)積累量,因此,施用沼液有利于提高稻谷產(chǎn)量。蛋白質(zhì)是生命的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)基礎(chǔ),是構(gòu)成人體和動(dòng)植物細(xì)胞組織的重要成分之一。人體蛋白質(zhì)的來(lái)源主要靠食物供給,我國(guó)目前膳食蛋白質(zhì)的供給主要來(lái)自谷類(lèi)食物,約占總攝入量的60%以上,因此,谷物中蛋白質(zhì)的多少成為評(píng)價(jià)食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)之一11。本研究表明,施用沼液可顯著提高稻米的蛋白質(zhì)含量。所有沼液處理的稻米蛋白質(zhì)含量均大于9%,屬于1級(jí)秈米;而清水對(duì)照和常規(guī)施肥處理的稻米蛋白質(zhì)含量在8%9%之間,屬于2級(jí)秈米12。礦質(zhì)元素是一切植物生長(zhǎng)不可缺少的物質(zhì),也是人和其他動(dòng)物的重要營(yíng)養(yǎng)物

25、質(zhì),是維持人體健康必不可少的條件。目前,通過(guò)大量施用化肥滿(mǎn)足植物生長(zhǎng)對(duì)各種礦質(zhì)元素的需求已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要措施之一,所以植物體的各種礦質(zhì)元素的檢測(cè)分析也已成為判斷植物營(yíng)養(yǎng)水平和檢測(cè)環(huán)境污染的主要指標(biāo)之一12。本研究表明,施用沼液顯著強(qiáng)化了稻米中Fe、Mn、Ca、Mg等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng),這與張進(jìn)等13的研究成果一致。但是,由于大部分禽畜在飼養(yǎng)過(guò)程中都會(huì)使用添加劑,而添加劑中的大部分重金屬(如Cu、Zn和部分激素未被動(dòng)物吸收利用而隨糞便排出體外,形成沼肥的潛在污染源14-15。因此,在考慮沼液農(nóng)用所帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),還應(yīng)考慮其所帶來(lái)的環(huán)境負(fù)效益,在今后的研究中,要進(jìn)一步研究沼液中重金屬和激素等污染

26、物對(duì)稻米品質(zhì)及土壤環(huán)境的影響,以便為沼液的資源化利用提供更合理更科學(xué)的依據(jù)。4結(jié)論沼液比常規(guī)施肥有利于提高稻谷產(chǎn)量,但是當(dāng)沼液用量過(guò)高時(shí),水稻產(chǎn)量又會(huì)下降,甚至低于常規(guī)化肥處理,因此,在水稻種植中必須將沼液用量控制在一定范圍內(nèi)。從提高稻谷產(chǎn)量的角度考慮,本試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)沼液施用量在11.2518.75t·hm-2時(shí),水稻產(chǎn)量相對(duì)較高,沼液比常規(guī)化肥和清水更有利于稻米蛋白質(zhì)和礦質(zhì)元素含量的增加。當(dāng)沼液施用量為18.7522.50t·hm-2時(shí),稻米蛋白質(zhì)含量較高;當(dāng)施用量為18.7526.25t·hm-2時(shí),稻米中Fe、Mn、Ca、Mg4種礦質(zhì)元素的含量均較高。綜

27、合考慮稻谷產(chǎn)量和稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì),本研究認(rèn)為,以養(yǎng)豬場(chǎng)糞尿?yàn)樵辖?jīng)厭氧沼氣發(fā)酵后的沼液用于水稻種植,其施用量以18.75t·hm-2左右為宜。表1稻米中四種礦質(zhì)元素含量與沼液施入量的回歸方程Table1The regressive equation of mineral elements andbiogas slurry input礦質(zhì)元素方程R2P鐵y=2.7318ln x-2.96520.7023*0.002錳y=1.1939ln x+15.470.6283*0.006鈣y=2×10-7x2+0.0008x+2.03610.37210.196鎂y=4×10-7x2

28、+0.0013x+112.280.8210*0.00222712010年12月圖3不同處理間稻米中礦質(zhì)元素含量的比較Figure 3The content of mineral elements in rice among treatments處理Treatment10#11#12#1#2#3#4#5#6#7#8#9#115.0114.5114.0113.5113.0112.5112.0111.5111.0110.5110.0稻米鎂含量M g c o n t e n t o f r i c e /m g ·k g -1bcd dcdabcabcababaabcabcabccdF =2

29、.610*,P =0.024(d Mg4.03.63.22.82.42.01.61.20.80.40.0處理Treatment稻米鈣含量C a c o n t e n t o f r i c e /m g ·k g -110#11#12#abc1#2#3#4#5#6#7#8#9#cbcabbcababcabaabcabcabcF =1.643,P =0.149(c Ca302724211815129630處理Treatment稻米鐵含量F e c o n t e n t o f r i c e /m g ·k g -110#11#12#ab1#2#3#4#5#6#7#8#9

30、#abbbabababaababaaF =1.452,P =0.214(a Fe 3028262422201816141210處理Treatment稻米錳含量M n c o n t e n t o f r i c e /m g ·k g -110#11#12#ab1#2#3#4#5#6#7#8#9#cbbab ababaabababaF =3.895*,P =0.003(b Mn唐微等:沼液不同施用量對(duì)水稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響2272第 29 卷第 12 期 參考文獻(xiàn)： 農(nóng) 業(yè) 環(huán) 境 科 學(xué) 82. 學(xué) 報(bào) 2273 （6） ： 47, slurry on riceJ. Serve

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