一种沼液替代化肥施用种植单季茭白的方法与流程

1.本发明属于土地资源保护及农业废弃物资源综合绿色利用技术领域，尤其涉及一种沼液替代化肥施用种植单季茭白的方法。


背景技术：

2.沼气工程是浙江省处理养殖废水的主要技术，近年来省政府十分重视农村沼气工程的发展，浙江省政府设立专项基金对沼气工程进行支持，全省规模化畜禽养殖场大都建有沼气工程，各类沼气工程对浙江省畜禽养殖废水的降污减排做出了重要贡献。沼气生产过程中产生大量的沼液，沼液含有丰富的有机物质以及氨氮、水溶性钾、水溶性氨基酸和少量的磷等速效养分物质。同时，沼液中还含有丰富的钙、镁、锌、铁等微量元素和b族维生素、抗生素、赤霉素、吲哚乙酸等生物活性物质，对植物生长促进和病虫害防治具有重要调节作用，它既是优质的有机肥资源，也具有一定的药效功能，其排放对于水体是污染物，而对于农作物来说则是可利用的资源。沼液在土壤改良、土壤培肥、药肥减量等方面的研究已经成为当前生态循环农业领域最具吸引力的研究方向，但在实际生产中，由于沼液的产生具有集中、连续、量大的特点，很难在小范围内得到有效利用，而沼液的资源化利用技术、产业化推广、标准化施用是沼液肥料化科学利用的技术保障。在浙江省乃至全国层面，做好沼液的精准肥料化施用是保障沼气工程良性发展、促进农业生产废弃物沼气化利用、发挥沼气在种养循环中的纽带作用不能回避的重要问题。
3.化肥通常是指利用化学方法制成的含有一种或多种农作物生长发育所需的营养元素的肥料。近代以来，化肥的大规模使用在大幅增加世界各国粮食产量的同时，也带了农田地力衰退、土壤酸化、重金属污染等环境问题。此外，化肥的大量使用还导致了土壤微生物活性下降、抑制土壤有机质的转化与降解以及土壤养分失调等问题。面对化肥使用带来的诸多负面问题，农业上选择通过向土壤中施加有机肥来调理土壤的物理、化学、生物学结构。然而，有机肥的使用面临着购买费用高昂、有效养分含量相对较低、养分释放缓慢以及改良酸化土壤效果甚微等问题。
4.茭白，又名高瓜、菰笋、菰手、茭笋，高笋、茭瓜，是禾本科菰属多年生宿根草本植物。分为双季茭白和单季茭白(或分为两熟茭和一熟茭)，双季茭白(两熟茭)产量较高，品质也好。古人称茭白为“菰”。在唐代以前，茭白被当作粮食作物栽培，它的种子叫菰米或雕胡，是"六谷"(稌、黍、稷、粱、麦、菰)之一。后来人们发现，有些菰因感染上黑粉菌而不抽穗，且植株毫无病象，茎部不断膨大，逐渐形成纺锤形的肉质茎，这就是现在食用的茭白。这样，人们就利用黑粉菌阻止茭白开花结果，繁殖这种有病在身的畸型植株作为蔬菜。世界上把茭白作为蔬菜栽培的，只有中国和越南。茭白在山东新泰白庄子被誉为三好之一(三好即茭白、春芽、野鸭蛋)，自古流传至今。茭白多生长于长江湖地一带，适合淡水里生长。
5.当前，农户为了追求茭白高产，种植过程中大多存在基施化肥用量偏大，导致肥料利用率低和茭白田土壤酸化、板结、茭白品质下降等问题，严重制约茭白产业的可持续生产。因此，针对我国南方地区茭白肥料利用率低、茭白品质不高的问题，开展茭白田土壤物
理、化学性质和生物学活性方面的改良，形成区域种养结合循环农业模式，是降低化肥使用量，促进区域畜禽养殖
‑
生物能清洁开发
‑
绿色与生态农业协同发展的重要环节。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种沼液替代化肥施用种植单季茭白的方法。
7.这种沼液替代化肥施用种植单季茭白的方法，包括以下步骤：
8.步骤1、制备沼液原液：选用畜禽养殖的废弃物和农田废弃物为原料，农田废弃物在室温下自然风干后，将农田废弃物粉碎，然后用筛选装置筛分粉碎后的农田废弃物，将过筛后的粉碎农田废弃物与畜禽养殖的废弃物混合，将混合产物进料到厌氧发酵罐；在厌氧发酵罐中于设定温度下自然发酵设定时长后，进行干湿分离，将干湿分离获得的沼液原液存入密闭蓄水池中待用，用密闭输配管网输送；
9.步骤2、确定沼液原液施用量和化肥施用量，并联合施用沼液原液和化肥；
10.步骤2.1、以氮肥需肥量作为核算基准，采用沼液原液分别替代0％、25％、50％、75％和100％的氮肥需肥量，计算剩余化肥施用量，得到0％、25％、50％、75％和100％的氮肥需肥量被替代时的沼液原液用量和化肥施用量；分别在基肥期、茭白移栽前、拔节期、分蘖期和育茭期施用0％、25％、50％、75％和100％的氮肥需肥量被替代时对应用量的沼液原液和化肥；
11.步骤2.2、将磷肥作为基肥于茭白移栽前施入，将钾肥于拔节期和分蘖期对半施入，磷肥和钾肥不足时采用化肥补齐；未被替代的氮肥需肥量对应的氮肥的施用时期和常规化肥处理施用时一样；
12.步骤3、选取步骤2中对改善茭白田土壤理化性质效果较好的沼液原液与化肥配施模式进行田间试验，提高茭白田土壤肥力水平，提升茭白品质。
13.作为优选，步骤1中畜禽养殖的废弃物和农田废弃物混合后碳氮比在23～28内。
14.作为优选，步骤1中畜禽养殖的废弃物为养殖废弃猪粪尿，农田废弃物为农业废弃水稻秸秆。
15.作为优选，步骤1中筛选装置孔径为1～3mm；在厌氧发酵罐中在30℃下自然发酵20～25天。
16.作为优选，步骤2中化肥为复合肥或尿素。
17.作为优选，步骤2.1中沼液原液和化肥的施用时间同步。
18.作为优选，步骤2.1还为：以磷肥需肥量作为核算基准，采用沼液原液分别替代0％、25％、50％、75％和100％的磷肥需肥量，计算剩余化肥施用量，得到0％、25％、50％、75％和100％的磷肥需肥量被替代时的沼液原液用量和化肥施用量；分别在基肥期、茭白移栽前、拔节期、分蘖期和育茭期施用0％、25％、50％、75％和100％的磷肥需肥量被替代时对应用量的沼液原液和化肥。
19.作为优选，步骤2.1还为：以钾肥需肥量作为核算基准，采用沼液原液分别替代0％、25％、50％、75％和100％的钾肥需肥量，计算剩余化肥施用量，得到0％、25％、50％、75％和100％的钾肥需肥量被替代时的沼液原液用量和化肥施用量；分别在基肥期、茭白移栽前、拔节期、分蘖期和育茭期施用0％、25％、50％、75％和100％的钾肥需肥量被替代时对
应用量的沼液原液和化肥。
20.本发明的有益效果是：
21.本发明利用畜禽养殖的废弃物(混合猪粪尿)与农田废弃物(水稻秸秆)进行混合发酵后干湿分离获得沼液原液，操作简单、便于我国南方茭白种植区域内大规模推广应用；本发明利用现有沼气发酵设备、原料来源充足、沼液产生量大；在解决沼液资源化利用的条件下，利用沼液原液替代不同比例的化肥复配施用到茭白田中，得出了沼液原液与化肥配施种植茭白的最佳技术模式，通过多年沼液原液与化肥配施达到累积培肥茭白田土壤肥力的目的。本发明还减少农业生产中化肥的使用量，创新并整合了以农业废弃物绿色清洁还田为纽带的循环农业模式。
22.本发明利用了沼液原液与化肥的互补优势，解决了沼液生态消纳、农业废弃物资源化和综合绿色利用的问题。单施沼液原液或纯施化肥的弊端十分明显，与单施化肥相比，本发明充分利用沼液原液和化肥对土壤理化性质影响的互补性，克服了单施沼液会导致磷、钾肥供给不足的问题，也客服了长期施用化肥造成的土壤酸化、土壤养分利用率低等问题；本发明在降低了单施化肥费用高的问题的同时，还实现了茭白品质的提升，还改善了茭白田土壤理化性质和生物学性质，增加土壤有机质和速效养分含量(钾含量)，提升土壤微生物碳、氮含量和土壤微生物量，提升酶活性，并提升了土壤肥力和生物学活性；符合农业废弃物资源化绿色循环利用和土地资源可持续利用的现实要求。
23.大量的畜禽粪污、水稻秸秆以及沼气发酵后的沼液若得不到妥善处置与有效利用，将会给农业农村环境带来极大的污染问题；而本发明既能够低成本的与现有沼气工程对接，解决环境污染问题，又能减少化肥用量，解决农业废弃物资源综合绿色利用等难题；是一种极佳的培肥土壤措施，改善土壤理化性质的效果十分明显。
24.与已有的技术相比，本发明采用的沼液含有丰富的有机物质以及氨、氮、磷、水溶性钾、水溶性氨基酸和少量的磷等速效养分物质和细胞分裂素等生命活性物质，是一种优质的有机肥资源。本发明利用沼液的偏碱性性质，通过与化肥调配施用来消除化肥施用在导致土壤酸化板结及肥力水平下降等方面的不利影响，弥补二者单独施用对土壤的持续不利影响，发挥了农业资源废弃物替代化肥和废弃物资源综合绿色利用的优势。
具体实施方式
25.下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
26.本发明利用沼液原液替代部分化肥这种少量多次的水肥一体化施肥方式施用到茭白田中，在减少化肥使用量和解决茭白种植肥料利用率低的问题的同时，还具有降低畜禽养殖引起的面源污染风险、改善土壤肥力和提升茭白品质等多重有益作用。这对促进我国农业废弃物资源化绿色综合利用和现代农业转型升级具有重要支撑作用。
27.实施例一
28.本技术实施例一提供了一种沼液替代化肥施用种植单季茭白的方法：
29.制备沼液原液：选用养殖废弃猪粪尿和废弃水稻秸秆为原料(混合后碳氮比在23～28内)，农田废弃物在室温下自然风干后，将农田废弃物粉碎，然后用孔径为1～3mm的筛
选装置筛分粉碎后的农田废弃物，将过筛后的粉碎农田废弃物与畜禽养殖的废弃物混合，将混合产物进料到厌氧发酵罐；在厌氧发酵罐中在30℃下自然发酵20～25天后，进行干湿分离，将干湿分离获得的沼液原液存入密闭蓄水池中待用，用密闭输配管网输送；
30.确定沼液原液施用量和化肥施用量，并联合施用沼液原液和化肥；以氮肥需肥量作为核算基准，采用沼液原液分别替代0％、25％、50％、75％和100％的氮肥需肥量，计算剩余化肥施用量，得到0％、25％、50％、75％和100％的氮肥需肥量被替代时的沼液原液用量和化肥施用量；分别在基肥期、茭白移栽前、拔节期、分蘖期和育茭期施用0％、25％、50％、75％和100％的氮肥需肥量被替代时对应用量的沼液原液和化肥；将磷肥作为基肥于茭白移栽前施入，将钾肥于拔节期和分蘖期对半施入，磷肥和钾肥不足时采用化肥补齐；沼液原液和化肥的施用时间同步
31.选取步骤2中对改善茭白田土壤理化性质效果较好的沼液原液与化肥配施模式进行田间试验，提高茭白田土壤肥力水平，提升茭白品质。
32.实施例二
33.在实施例一的基础上，本技术实施例二提供了实施例一中沼液替代化肥施用种植单季茭白的方法在浙江省衢州市年丰家庭农场的应用：
34.浙江省衢州市年丰家庭农场的茭白基地大田试验改良效果：采用随机区组试验设计，沼液替代化肥比例分别为0％(常规化肥处理，npk)、25％、50％、75％和100％氮肥施加量以及一个不施肥处理(ck)，共6个处理，每个处理3个重复。
35.试验开始于2019年7月，其中，常规施肥处理的化肥施用量为35kg n/亩，n:p2o5:k2o为1:0.5:0.7。每个处理设3个重复，共18个小区，随机区组排列。每个小区栽植44株茭白，单个小区面积为6m*5m＝20m2。供试土壤质地为第四纪红土母质发育的红壤，土壤有机质含量18.24g kg
‑1、全氮含量1.02g kg
‑1、全磷含量0.71g kg
‑1、全钾含量15.3g kg
‑1、碱解氮120.9mg kg
‑1、有效磷含量31.29mg kg
‑1、速效钾含量78.72mg kg
‑1、ph 5.17。
36.施肥处理小区分别在每年的茭白移栽前、拔节期、分蘖期和育茭期按3:3:2:2分次施用沼液和化肥，化肥以复合肥(n:p2o5:k2o,15:15:15)和尿素(46％n)为主，以氮肥施用量为基准计算尿素和复合肥施用量。沼液替代化肥处理磷钾肥不足部分通过过磷酸钙(16％p2o5)和硫酸钾(34.3％k2o)补齐。试验沼液有机质含量0.0893g/kg，全氮含量0.14％、全磷含量0.003％、全钾含量0.12％、钠含量310mg/kg、钙含量63mg/kg、镁含量84mg/kg、铜含量0.046mg/kg、锌含量0.25mg/kg、砷含量0.02mg/kg、ph 8.16。栽培茭白品种为“美人茭”，6个处理分别为：
37.(1)ck，试验期间全程不施用任何化肥和沼液原液。
38.(2)npk，常规施肥处理，化肥施用量35kg n/亩，n:p2o5:k2o＝1:0.5:0.7。
39.(3)25％np1k1z1，沼液原液替代25％等当量氮肥处理，磷钾肥不足部分用过磷酸钙(16％p2o5)和硫酸钾(k2o)补齐。
40.(4)50％np2k2z2，沼液原液替代50％等当量氮肥处理，磷钾肥不足部分用过磷酸钙(16％p2o5)和硫酸钾(k2o)补齐。
41.(5)75％np3k3z3，沼液原液替代75％等当量氮肥处理，磷钾肥不足部分用过磷酸钙(16％p2o5)和硫酸钾(k2o)补齐。
42.(6)100％np4k4z4，沼液原液替代100％等当量氮肥处理，磷钾肥不足部分用过磷酸
钙(16％p2o5)和硫酸钾(k2o)补齐。
43.以上(1)至(6)中，z1、z2、z3、z4代表沼液不同用量，n、p、k是指氮、磷、钾；
44.测定结果如下：
45.(1)沼液原液替代化肥施用对茭白田表层土壤(0～20cm)理化性质和养分的影响见表1。与ck处理相比，沼液替代化肥能够提升茭白田土壤的ph，但是各处理间差异不显著(p>0.05)。与ck处理相比，施肥(无论沼液施用与否)均能够提高土壤有机质和全量氮、磷、钾的含量，但是各处理间的差异依然不显著。与ck处理相比，各施肥处理(无论沼液施用与否)均能够显著提高土壤碱解氮含量，提高幅度在11.0％
‑
27.0％之间。与ck处理相比，施肥均能够提高土壤有效磷含量提高幅度在2.5％
‑
38.5％之间，其中>75％沼液替代化肥处理提高的幅度最为显著(p<0.05)。与ck处理相比，npk处理和25％沼液替代化肥处理速效钾含量分别下降了6.2％和10.1％，而>50％沼液替代化肥各处理速效钾含量显著提高了10.8％
‑
15.8％(p<0.05)；其中p为统计分析的指标，p>0.05代表处理间差异不显著，p<0.05代表处理间差异达显著水平。
46.表1沼液替代化肥对茭白田土壤基本理化性质的影响表
[0047][0048]
(2)沼液原液替代化肥对茭白田土壤微生物群落组成的影响见表2。与常规施肥npk处理相比，施用沼液能够显著提高茭白田土壤细菌、放线菌、真菌及总微生物量的数量(p<0.05)。其中，茭白田土壤中细菌比例最大，放线菌比例次之，而真菌比例最小。与ck处理相比，施用化肥或者沼液替代化肥施用均显著增加了细菌的比例，并显著降低了放线菌的比例(npk处理除外)(p<0.05)；与ck处理相比，单独施用化肥或沼液替代化肥施用对真菌的比例的影响不显著(p>0.05)。与ck处理相比，施肥(无论沼液施用与否)能够提高茭白田土壤细菌与真菌数量的比值，提高幅度在1.3％
‑
27.4％，其中npk处理提高幅度最大，沼液替代化肥各处理提高幅度与ck处理相比均不显著。
[0049]
表2沼液替代化肥对茭白田土壤微生物的影响表
[0050][0051]
(3)沼液原液替代化肥对茭白田土壤微生物量的影响见表3。微生物是土壤中有机质与养分循环、转化的推动者，土壤微生物量碳、氮对环境条件非常敏感，是土壤肥力的重要指标。从表3可以看出，施用化肥或者沼液替代化肥混施能够提高茭白田土壤微生物量碳和微生物量氮的含量。与ck处理相比，npk处理的微生物量碳和氮分别提高了6.3％和10.5％，但是这两个处理的微生物量碳和氮之间的差异均不显著(p>0.05)。与ck处理相比，施用沼液能够显著提高微生物量碳和氮的含量(p<0.05)，其中微生物量碳的含量提高了10.9％
‑
53.6％，微生物量氮的含量提高了41.6％
‑
120.2％；微生物量碳和氮的含量均以>75％沼液替代化肥处理提高的幅度最为显著(p<0.05)。在土壤有机碳中，土壤微生物量碳虽然含量较小，但却是有机碳中最活跃的部分，其参与土壤中有机质的分解、腐殖质的形成、养分转化和循环的过程，可以在一定程度上反映土壤微生物的活动状态，能够快速反应土壤养分的变化，易受土壤温度、水分、养分等条件的影响。而土壤微生物量氮指标反映了土壤氮素的有效性，能够直观反映土壤中的微生物对氮素的矿化、固持作用。可见，>75％沼液替代化肥处理与其他处理相比，更有利于土壤微生物量的累积及土壤养分的转化。
[0052]
表3沼液替代化肥对茭白田土壤微生物量的影响表
[0053][0054]
土壤微生物量碳氮比可以反映出土壤中微生物的区系构成。由表3可知，施用化肥及沼液替代化肥混施能够显著降低茭白田土壤微生物量碳氮的比值(p<0.05)。与ck处理相比，随着沼液施用的增加，各施肥处理的微生物量氮碳比随之逐渐降低，降低的幅度在3.7％
‑
33.3％之间。研究表明，当土壤微生物量碳氮比范围在3
‑
6时，微生物中细菌活性较高，碳氮比范围在7
‑
12时，真菌活性较高。可见，随着沼液施用量的增加，茭白田土壤微生物的群落结构发生不同程度的改变，有促进了土壤由真菌型向细菌型转化的趋势。细菌是土壤物质转化的主要动力，许多细菌类群可增加土壤中可利用氮和磷的含量，提高土壤肥力。
所以，沼液的施用不仅可以直接为土壤带来速效养分物质，还可以从微生物代谢的角度间接促进土壤肥力的提升。
[0055]
(4)沼液原液替代化肥对茭白田土壤酶活性的影响见表4。与ck处理相比，单独施用化肥能够提高土壤蔗糖酶的活性，但是这两个处理间的差异不显著(p>0.05)，而沼液替代化肥施用的各处理均能显著提高土壤蔗糖酶的活性(p<0.05)，提高幅度在31.8％～143.2％之间，其中>75％沼液替代化肥处理提高的幅度最大。与ck处理相比，单独施用化肥或者沼液替代化肥施用均能够显著提高茭白田土壤脲酶的活性(p<0.05)，提高幅度在1.3
‑
3.4倍之间，表明沼液能提高茭白田土壤脲酶活性，这与沼液中含有大量的易分解的含氮化合物、生物活体及可以分泌脲酶等土壤酶类有关。与ck处理相比，各施肥处理的酸性磷酸酶的活性随着沼液施用量的增加呈现出先增大后降低的趋势。与ck处理相比，npk和25％沼液替代化肥的处理土壤酸性磷酸酶活性显著提高(p<0.05)，而>50％沼液替代化肥各处理的酸性磷酸酶活性与ck处理之间的差异不显著(p>0.05)。随着沼液的施用量的增加，各施肥处理过氧化氢酶的活性随之增加。然而，npk和25％沼液替代化肥处理过氧化氢酶的活性与ck处理相比，差异不显著(p>0.05)，>50％沼液替代化肥各处理过氧化氢酶的活性得到显著地提高(p<0.05)。
[0056]
表4沼液替代化肥对茭白田土壤酶活性的影响表
[0057][0058]
(5)土壤铜、铬、铅和锌的国家二级标准限量值分别为50mg kg
‑1、150mg kg
‑1、250mg kg
‑1和200mg kg
‑1，沼液原液替代化肥施用茭白田，土壤中这四种重金属元素的含量均未产生富集(p>0.05)或超出国家二级标准限量值(表5)。
[0059]
表5沼液替代化肥对茭白田土壤重金属含量的影响表
[0060][0061]
(6)沼液原液替代化肥对茭白品质的影响见表6。与ck处理相比，施肥能够提高了茭白总糖含量，提高幅度在4.0％
‑
11.5％之间，但是各处理(无论施用沼液与否)间总糖含
量的差异不显著(p>0.05)。与ck处理相比，单施化肥或者沼液替代化肥施用均能够显著提高茭白粗蛋白的含量(p<0.05)，提高幅度在8.6％
‑
32.5％之间；与常规施肥npk处理相比，25％沼液替代化肥处理茭白粗蛋白的含量没有显著提高，而>50％沼液替代化肥各处理茭白粗蛋白的含量均得到显著的提高(p<0.05)，其中以75％和100％沼液替代化肥的两个处理最高。与ck处理相比，沼液替代化肥施用均降低了茭白纤维素的含量，降低幅度在2.3％
‑
5.8之间；与npk处理相比，沼液替代化肥施用同样降低了茭白纤维素的含量0.1％
‑
3.7％，但各处理间的差异不显著(p>0.05)。与ck处理相比，单施化肥或者沼液替代化肥施用均能够显著提高茭白维生素c含量，提高幅度在17.1％
‑
34.1％之间(p<0.05)；与常规施肥npk处理相比，>75％沼液替代化肥两个处理茭白维生素c提高的幅度最为显著。随着施肥沼液替代化肥量的增加茭白的硝酸盐含量呈先增加后降低的趋势，与ck处理相比，施肥普遍增加了茭白硝酸盐含量，幅度在3.5％
‑
23.8％之间；与npk处理相比，沼液替代化肥均显著降低茭白硝酸盐的含量7.7％
‑
18.2％，其中以>75％沼液替代化肥两个处理茭白硝酸盐提高的幅度最为显著。叶绿素是影响茭白品质的一个重要指标，本研究结果：施用化肥或沼液替代化肥施用均未检查出茭白叶绿素ab的含量，表明施肥与否对茭白叶绿素含量没有影响。
[0062]
表6沼液替代化肥对茭白品质的影响表
[0063][0064]
综上所述，沼液替代化肥施用对土壤理化、生物学性质及茭白品质影响方面来说，均以75％沼液替代化肥处理最佳。