将养殖粪污施入农田在我国有悠久历史，但随着集约化养殖的发展和种养分离的加剧，将养殖粪污施入农田的目的已从传统的培肥土壤转变为消纳粪污，粪污用量大幅增加，环境污染风险随之增加^[1-2]。目前，对猪粪农田利用的研究主要集中于猪粪或其堆肥产物用量^[3]、与其他物料配合施用^[4-5]以及对作物生长^[6]、培肥土壤^[7-9]、替代化肥^[10-11]和影响农田环境^[12-14]等方面，但对施用猪粪水的研究较少。

猪粪水是猪场干清粪后收集的高浓度污水或采用水冲粪、水泡粪收集的粪便与污水混合物。与粪便相比，猪粪水具有固含物和氮磷养分含量低、水溶性养分占比相对较高等特点^[15]。猪粪水用量大幅高于猪粪，加之猪粪水中水溶性养分占比较高的特点，其对农作物生长及农田土壤质量的影响并不十分清楚。张心良^[16]研究发现，与常规施肥相比，施用猪场废水后农田地表径流化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）、全磷（total phosphorus，TP）和可溶性磷年流失负荷分别增加了32.18%、15.46%和28.13%，地下水COD、硝态氮、TP和可溶性磷浓度分别提高了24.69%、17.04%、11.76%和21.05%；殷勤^[17]研究发现，施用猪粪水显著提高了土壤有机质、全氮（total nitrogen，TN）、TP、碱解氮、硝态氮、有效磷和速效钾含量，但也显著提高了锌在土壤、玉米籽粒及其秸秆中的含量；夏运红等^[18]研究发现，猪粪水中的有机质可在轻黏土中渗透至3 m以下，过多施用猪粪水会使土壤酸化，且对地下水位高于60 cm的水源有较大的生物安全威胁。长江中下游地区是我国重要的种养殖基地，稻麦轮作在该地区是最主要的轮作模式，且生猪养殖污染治理压力大，研究施用猪粪水对作物生长及农田土壤质量的影响对解决生猪养殖污染、保护农田土壤有重要意义。

本研究基于稻麦轮作模式，在实验室条件下研究了不同猪粪水用量及猪粪水50%、100%替代化肥对稻麦生长、产量、稻麦中氮磷含量、土壤渗滤液理化性质以及农田土壤质量的影响，较全面地评价施用猪粪水对稻麦生长及农田土壤质量的影响，为农业生产施用猪粪水提供理论指导。

猪粪水取自安徽芜湖某养猪场，取回的猪粪水经贮存3个月后用于实验。猪场采用干清粪工艺，猪粪水主要为猪尿液、少量饮水滴漏和粪便，pH为7.49，COD、TN、铵态氮（$ {\text{NH}}_4^ + $-N）和TP浓度分别为6 600、854.3、646.6和77.25 mg·L^–1。以尿素作为化学氮肥（含氮量460 g·kg^–1），以过磷酸钙（P₂O₅含量120 g·kg^–1）作为化学磷肥，以氯化钾（K₂O含量627 g·kg^–1）作为钾肥，均为分析纯，由国药集团化学试剂有限公司提供。小麦品种为苏麦11，水稻品种为南粳9108。实验用土壤取自安徽省阜阳市稻麦轮作农田，为黄棕壤，从上到下按照每20 cm一个土层取土，共取土80 cm，取回的土壤经风干、敲碎、过筛后依次分层装入土柱中（地表以下0~20 cm土壤过10目筛，地表以下20 ~80 cm土壤过5目筛）。由于风干、敲碎过程损失部分土壤以及去除杂物，过筛后的土壤放回土柱时，按照每15 cm一个土层回填土壤，整个土壤层厚度为60 cm。实验用土壤理化特性见表 1。

表 1 Table 1

表 1 实验用土壤理化特性 Table 1 Physico-chemical properties of test soil 土壤类型 Soil type 土层 Soil layer 有机质 Organic matter/（g·kg–1） pH TN/（g·kg–1） TP/（g·kg–1） 铜 Cu/（mg·kg–1） 铅 Pb/（mg·kg–1） 锌 Zn/（mg·kg–1） 镉 Cd/（µg·kg–1） 黄棕壤 Yellow brown soil 0~15 cm 17.11 7.85 6.98 5.72 49.58 24.15 353.6 383.9 15~30 cm 11.98 7.92 1.40 4.92 56.93 24.04 342.2 353.0 30~45 cm 8.44 8.07 2.79 3.55 53.33 23.41 290.9 277.1 45~60 cm 8.58 7.98 2.79 2.91 52.10 26.68 516.2 453.6 注：TN，全氮；TP，全磷。Note：TN，total nitrogen；TP，total phosphorus.

表 1 实验用土壤理化特性 Table 1 Physico-chemical properties of test soil

实验在订做的装置（土柱）内进行，由聚氯乙烯（PVC）管制作，直径30 cm，有效高度80 cm，土壤填充高度60 cm。装置底部用纱布填充，纱布下面为一多孔支撑板，支撑板下方为倾斜挡板，支撑板与倾斜挡板间的空间用于汇集土壤渗滤液，装置底部侧面设一排水阀，用于排出支撑板与倾斜挡板间汇集的土壤渗滤液。土壤在装入装置时，每装入一层土壤，将土壤压实后再加入另一层土壤。在所有土壤均装入装置后，向装置内缓慢加入自来水，直至装置底部有水渗出。土壤在加水至饱和状态后，土壤与装置内壁充分接触，且整个实验过程中土壤均处于湿润状态，避免渗滤液沿管壁漏出的问题。

于2019年11月21日播种小麦，2020年5月20日收割，每个土柱播种8穴，每穴2粒种子（种植密度每公顷226万株）；水稻由江苏省农业科学院育苗，于2020年6月12日移栽至土柱内，11月5日收割，每个土柱种植8株苗（种植密度每公顷112.5万株）。按照基肥：追肥1：1施入，在小麦播种或水稻移栽前一周施入基肥，在小麦拔节期或水稻抽穗期施入追肥。

肥料用量根据当地习惯施肥量确定，小麦：N 210 kg·hm^–2，P₂O₅ 70 kg·hm^–2，K₂O 70 kg·hm^–2；水稻：N 240 kg·hm^–2，P₂O₅70 kg·hm^–2，K₂O 90 kg·hm^–2。试验设7个处理，分别为不施肥的对照（CK），基于化肥氮50%（50%W）、100%（100%W）、200%（200%W）和300%（300%W）用量的猪粪水，猪粪水用量分别为140、280、560和840 t·hm^–2，基于化肥氮50%用量的猪粪水+50%化肥氮（50%W+50%C）和100%化肥氮（100%C）。每处理4个重复，取平均值进行分析。在施用猪粪水时，为避免猪粪水过快下渗以及沿土柱内壁短流，采用少量多次的方式，以土柱表面不形成液面滞留为宜。

土柱置于室外，按照作物生长的常规方式管理。在土柱上方设置双层防虫网，避免虫害及掉入杂物。定期排出土柱底部的渗滤液，测定其体积、pH、TN、$ {\text{NH}}_4^ + $-N、硝态氮（$ {\text{NO}}_3^ - $-N）和TP含量。在水稻抽穗时测定叶片叶绿素含量。作物收获后，测定单株作物穗数、穗和秸秆质量及其氮磷含量，稻穗铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）和镉（Cd）含量。经1年的稻麦轮作后，采集表层土壤，分析土壤有机质、TN、TP和Cu、Pb、Zn、Cd含量。

土壤渗滤液TN采用碱性过硫酸钾氧化紫外分光光度法测定，$ {\text{NH}}_4^ + $-N采用纳氏试剂法，$ {\text{NO}}_3^ - $-N采用紫外分光光度法，TP采用钼锑抗比色法，COD采用重铬酸钾容量法^[19]，pH采用SX751型pH计测定；植株TN采用浓硫酸-双氧水消解凯氏定氮法，TP采用钼锑抗比色法^[20]，水稻叶片叶绿素含量采用叶绿素测定仪（SPAD-502 Plus型，柯尼卡美能达，日本）测定；土壤重金属采用原子吸收分光光度计（AA6800型，岛津，日本）测定。

实验数据采用Excel 2016处理，绘图采用Origin 2017，采用SPSS 24.0对实验数据进行统计分析，并使用邓肯（Duncan's）新复极差法检验差异显著性（P < 0.05）。

各处理稻麦株均穗数的结果见图 1。可以看出，施肥显著提高了小麦株均穗数；随着猪粪水用量增加，小麦株均穗数逐渐增加，当猪粪水用量为300%化肥氮时，小麦株均穗数最高，为每株4.09个，表明增施猪粪水对促进小麦分蘖有明显效果，但施用猪粪水的各处理间差异不显著；与单施化肥相比，100%W和50%W+50%C的处理小麦株均穗数均有提高，但处理间差异不显著。水稻的结果显示，施用猪粪水提高了水稻株均穗数，但当猪粪水用量为300%化肥氮时，水稻株均穗数较200%W的处理反而降低，即过量施用猪粪水对水稻分蘖有一定的抑制作用，这与小麦的结果不同；与对照相比，无论施用猪粪水还是化肥，均可显著提高水稻株均穗数，这与小麦的结果一致；与施100%C的处理相比，100%W和50%W+50%C的处理水稻分蘖数均有提高，且大小顺序为：50%W+50%C＞100%W＞100%C，50%W+50%C的处理水稻分蘖数较100%C和100%W处理分别提高42.14%和16.08%，表明在等氮条件下将猪粪水与化肥配施对促进水稻生长有更好的效果。

注：CK：对照；50%W：施用化肥氮50%的猪粪水；100%W：施用化肥氮100%的猪粪水；200%W：施用化肥氮200%的猪粪水；300%W：施用化肥氮300%的猪粪水；50%W+50%C：施用化肥氮50%的猪粪水+50%化肥氮；100%C：施用100%化肥氮。不同的小写字母表示不同处理间差异显著（P < 0.05），下同。  Note: CK means control; 50%W, 100%W, 200%W and 300%W mean the replacement percentage of the amount of pig slurry application to chemical nitrogen fertilizer is 50%, 100%, 200% and 300%;50%W+50%C means the application amount of 50% pig slurry and 50% chemical nitrogen fertilizer; 100%C means the application amount of 100% chemical nitrogen fertilizer. Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments(P < 0.05). 图 1 各处理水稻和小麦株均穗数 Fig. 1 The average number of spikes of rice and wheat plants in each treatment

各处理在分蘖期叶绿素含量的结果见图 2。可以看出，水稻叶片叶绿素含量与株均穗数的变化趋势相似，均与猪粪水用量成正比，当猪粪水用量为200%化肥氮时达最高，猪粪水用量为300%化肥氮时反而降低，但100%W、200%W和300%W间差异不显著；200%W的处理叶绿素含量较CK、50%W、100%W、300%W分别提高了62.98%、26.99%、10.57%和9.01%；施肥处理叶绿素含量均高于对照，除50%W外，其他处理均显著高于对照；在同等施氮量下，单施猪粪水、化肥以及猪粪水与化肥配合施用对水稻叶片叶绿素含量未表现出明显的影响。但是，在水稻生长前期，高用量猪粪水的处理出现水稻生长受到抑制（烂根、死苗），约两周后抑制作用逐步消除，这与游来勇^[21]研究结果一致，可能与猪粪水带入大量COD造成田间水溶解氧不足有关。

图 2 各处理水稻叶片叶绿素含量 Fig. 2 Chlorophyll content of rice leaves in each treatment

各处理稻、麦穗和秸秆产量的结果见表 2。可以看出，施肥对提高稻、麦的穗和秸秆产量均有较好的效果，随着施肥量增加作物生物量随之增加，水稻穗和秸秆最大产量分别为处理200%W和300%W，且显著高于其他处理，表明在一定范围内增加猪粪水用量有利于提高水稻植株产量，但过量施用不利于养分向营养器官运移，造成作物疯长，这与梁靖越等^[22]研究结果一致。与水稻的结果不同，麦穗和麦秸产量均随着猪粪水用量增加而增加，最大产量均为300%W的处理，且不同猪粪水用量的处理麦穗产量间差异不显著，但300%W的麦秸产量显著高于其他处理，进一步表明虽然小麦地上部生物量与猪粪水用量成正比，但过量施用猪粪水不利于养分向穗转移。与单施化肥相比，无论是50%W+50%C还是100%W处理，稻、麦穗和秸秆产量均增加，表明施用猪粪水对提高稻、麦地上部生物量均有较好效果，但处理间差异不显著。

表 2 Table 2

表 2 各处理水稻/小麦产量 Table 2 Yield of wheat/rice under pig slurry application in each treatment 处理 Treatment 水稻 Rice/（kg·hm–2） 小麦 Wheat/（kg·hm–2） 穗 Spike 秸秆 Straw 穗 Spike 秸秆 Straw CK 2 391±386e 3 604±655f 4 714±1 054c 3 409±681c 50%W 5 149±1 046d 7 455±1 020de 11 440±6 641ab 5 830± 2 031b 100%W 7 152±1 564bc 10 650±585c 10 160±3 921ab 7 036±2 045b 200%W 11 960±4 466a 11 590±5 401a 9 934±999ab 7 185±2 162b 300%W 9 196±4 858b 17 980±7 964b 10 820±2 486a 8 360±950a 50%W +50%C 6 637±5 32bcd 7 656±1 745cd 7 945±1 455abc 5 485±546bc 100%C 5 453±406cd 6 150±734e 6 477±313bc 5 115±768bc 注：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著（P < 0.05）。下同。Note：Different lowercase letters in the same column indicate significant differences between different treatments（P < 0.05）. The same below.

表 2 各处理水稻/小麦产量 Table 2 Yield of wheat/rice under pig slurry application in each treatment

稻/麦穗及秸秆中氮、磷含量及肥料氮、磷利用率的结果见表 3。可以看出，施肥提高了稻麦秸秆及穗中氮、磷含量，猪粪水用量与稻、麦秸秆氮、磷含量呈正相关，表明施用猪粪水促进了作物对氮、磷养分的吸收及在穗和秸秆中的积累。稻、麦穗TN含量间接反映蛋白质含量的高低，穗TN含量增加间接表明增施猪粪水提高了稻麦穗中蛋白质含量，提高了产品品质。随着猪粪水用量增加，肥料氮、磷利用率反而降低，即低施肥水平下肥料利用率高，高施肥水平下肥料利用率低。在低施肥水平下，尽管肥料利用率较高，但出现肥料氮、磷利用率超过100%的情况，即低施肥水平下进行作物生产存在透支土壤地力的问题，降低土壤肥力，造成土壤质量下降。

表 3 Table 3

表 3 各处理稻/麦穗及秸秆中氮、磷含量 Table 3 Nitrogen and phosphorus content of ears of rice and wheat and their straw in each treatment 处理 Treatment 水稻 Rice 穗 Spike 秸杆 Straw 肥料利用率 Fertilizer utilizeation TN/（g·kg–1） TP/（g·kg–1） TN/（g·kg–1） TP/（g·kg–1） TN/% TP/% CK 14.01±0.81c 3.20±0.11b 8.11±1.09bc 1.39±0.21b — — 50%污 16.20±1.02c 4.24±0.26ab 7.37±1.38c 1.81±0.40ab 108.60 83.12 100%污 18.31±1.14b 3.63±1.45a 2.02±2.42ab 1.89±0.42ab 95.05 51.64 200%污 19.14±0.21b 4.28±0.19ab 11.30±4.51ab 2.09±0.45bc 75.14 42.72 300%污 21.02±1.61a 4.51±0.28ab 14.78±1.51a 2.11±0.19a 59.61 31.47 50%污+50%化 16.10±0.82c 4.24±0.21ab 9.71±1.78bc 1.71±0.20ab 66.43 50.11 100%化 18.30±0.52b 3.89±0.27b 11.30±0.77ab 1.23±0.07c 66.78 39.31 处理 Treatment 小麦 Wheat 穗 Spike 秸杆 Straw 肥料利用率 Fertilizer utilizeation TN/（g·kg–1） TP/（g·kg–1） TN/（g·kg–1） TP/（g·kg–1） TN/% TP/% CK 12.56±1.78d 7.08±0.56c 2.18±0.22d 10.27±0.89b — — 50%污 13.78±2.89d 9.45±2.42bc 6.21±2.19c 11.01±1.02b 52.49 186.10 100%污 16.02±2.51cd 7.51±0.47bc 3.10±0.33bc 12.99±1.28b 46.52 104.90 200%污 22.01±3.50a 9.62±0.37ab 13.12±1.89ab 13.51±0.37b 43.69 55.17 300%污 21.11±1.64ab 11.10±2.03a 18.42±0.78a 17.03±2.70a 28.59 46.84 50%污+50%化 15.43±0.78cd 8.61±0.72abc 10.81±1.79bc 5.32±1.47c 41.99 72.40 100%化 18.80±3.44bc 8.80±0.72abc 11.12±2.31bc 6.10±0.61c 40.26 72.72

表 3 各处理稻/麦穗及秸秆中氮、磷含量 Table 3 Nitrogen and phosphorus content of ears of rice and wheat and their straw in each treatment

从土壤渗滤液的结果（表 4）可以看出，与对照相比，施肥增加了土壤渗滤液氮、磷含量以及EC、pH。具体为：施肥处理土壤渗滤液pH普遍增加，但pH与施肥量及施肥方式间并无明显规律；施用猪粪水提高了土壤渗滤液的EC，且EC与猪粪水用量成正比（R²=0.980 8），表明过量施用猪粪水存在地下水盐分超标及土壤盐碱化的风险。土壤渗滤液TN、$ {\text{NH}}_4^ + $-N和$ {\text{NO}}_3^ - $-N含量与猪粪水用量成正比，全磷含量有不同程度的增加，但其含量变化与猪粪水用量间的关系受作物种类影响较大，其含量在水稻种植中与猪粪水用量无明显规律，但在小麦种植中受猪粪水用量影响显著，其含量与猪粪水用量呈正相关（R²=0.914 7）；与单施化肥相比，在水稻种植中施用猪粪水降低了土壤渗滤液中氮素含量，即减少了氮素进入地下水的风险，但在小麦生产中存在增加土壤渗滤液氮素含量的风险。

表 4 Table 4

表 4 各处理土壤渗滤液理化特性 Table 4 Physicochemical properties of soil leachate in each treatment 处理 Treatment 水稻 Rice pH EC/（µS·cm–1） $ {\text{NH}}_4^ + $-N/（mg·L–1） NO3–-N/（mg·L–1） TN/（mg·L–1） TP/（mg·L–1） CK 7.37±0.15ab 605±35c 0.14±0.04b 0.08±0.01c 0.25±0.02b 0.0339±0.0085b 50%W 7.28±0.14b 786±17c 0.25±0.22b 0.20±0.06c 0.47±0.01b 0.0413±0.0142b 100%W 7.52±0.15a 1 034±52c 0.35±0.15ab 0.42±0.15bc 0.97±0.22b 0.0381±0.0079b 200%W 7.47±0.12ab 1 312±400b 0.46±0.27ab 1.38±1.22ab 7.03±5.77b 0.0691±0.0385ab 300%W 7.44±0.05ab 1 928±560a 0.73±0.38a 5.22±3.87a 25.92±12.80a 0.1079±0.0648a 50%W +50%C 7.33±0.09b 888±102c 0.56±0.28ab 0.19±0.05c 0.87±0.09b 0.0360±0.0063b 100%C 7.36±0.11ab 784±27c 0.55±0.19ab 0.58±0.41bc 1.29±0.67b 0.0349±0.0125b 处理 Treatment 小麦 Wheat pH EC/（µS·cm–1） $ {\text{NH}}_4^ + $-N/（mg·L–1） NO3–-N/（mg·L–1） TN/（mg·L–1） TP/（mg·L–1） CK 8.36±0.06d 0.64±0.04e 0.90±0.07bcd 0.89±0.06e 1.88±0.28c 0.0627±0.0058b 50%W 8.47±0.13cd 1.19±0.06de 0.97±0.06cd 6.03±0.98cd 7.25±1.23b 0.0733±0.0050b 100%W 8.65±0.06ab 1.75±0.11c 0.70±0.13d 9.98±2.04b 11.60±0.38b 0.0792±0.0236b 200%W 8.54±0.08bc 4.13±0.51b 1.03±0.10bc 20.67±1.84a 37.58±6.39a 0.0556±0.0128b 300%W 8.52±0.14bc 4.78±0.65a 1.40±0.28a 20.62±3.77a 38.22±5.04a 0.0697±0.0071b 50%W +50%C 8.74±0.08a 1.36±0.22cd 1.13±0.30b 4.33±3.08d 5.55±3.43bc 0.1104±0.0519a 100%C 8.55±0.11bc 1.40±0.17cd 1.01±0.21bc 8.03±1.39bc 9.56±2.19b 0.0568±0.0319b

表 4 各处理土壤渗滤液理化特性 Table 4 Physicochemical properties of soil leachate in each treatment

参考国家标准（GB/T 14848-2017）^[23]发现，以铵态氮含量为参照，当猪粪水用量为300%化肥氮时，土壤渗滤液水质属于Ⅳ类水；以硝态氮为参考时，当猪粪水用量为300%化肥氮时，水稻土壤渗滤液水质属于Ⅲ类水，小麦土壤渗滤液水质属于Ⅳ类水。土壤渗滤液中磷的浓度较低，在GB/T 14848-2017中未对磷含量有规定，故磷的环境风险相对较低，基于氮素确定施用猪粪水量更合适。以上结果表明，施用猪粪水存在污染地下水风险，且风险程度与猪粪水用量成正比；在施用猪粪水时，需严格控制猪粪水用量，在本试验条件下猪粪水用量需控制在200%化肥氮以下。

从试验后表层土壤质量的结果（表 5）可以看出，试验后土壤有机质、TN、TP和重金属（Cu、Pb、Zn和Cd）含量均发生了较大变化。与试验前相比，土壤有机质和TN含量均下降，全磷含量除CK外均增加，除Zn以外的3种重金属均有不同程度的积累，Zn含量无明显规律。与试验前相比，CK土壤有机质、TN和TP含量均显著降低，重金属含量均下降（下降幅度与重金属种类有关），Zn的下降幅度最大，其他3种间差异不显著，表明在不施肥条件下种植作物造成土壤地力明显下降；与CK相比，施肥提高了土壤有机质及氮、磷含量，且其含量与猪粪水用量呈正相关，当猪粪水用量为300%化肥氮时土壤有机质、氮、磷含量最高，分别为11.18、8.24和24.74 g·kg^–1，表明增施猪粪水可提高土壤肥力；施肥提高了土壤Cu、Pb和Cd含量，尤其是Cu含量与施肥量有较好的正相关关系，表明过量施肥存在土壤重金属积累和污染的风险，但对Zn含量未表现出明显规律，这可能与Zn化合物具有较强的水溶性和迁移性有关；与单施化肥相比，配施或单施猪粪水对提高土壤有机质和氮磷含量有较好的效果，但处理间差异不显著（P＞0.05），对土壤重金属含量无明显影响。

表 5 Table 5

表 5 施用猪粪水对土壤质量的影响 Table 5 Effect of pig slurry application on soil quality of farmland 处理Treatment 有机质①/（g·kg–1） TN/（g·kg–1） TP/（g·kg–1） Cu/（mg·kg–1） Pb/（mg·kg–1） Zn/（mg·kg–1） Cd/（mg·kg–1） 试验前② 17.11±0.41a 6.98±1.03a 5.72±0.21b 49.58±1.36c 24.15±1.51b 353.6±16.30a 0.38±0.01a CK 7.86±0.65c 3.24±0.32 a 4.92±0.33b 47.79±1.53c 24.09±1.25b 302.2±32.14a 0.32±0.03a 50%W 8.32±0.55bc 5.70±1.09 a 7.76±0.90b 60.91±3.55bc 31.93±0.76ab 310.7±84.02a 0.41±0.06a 100%W 9.69±1.39bc 5.03±1.64 a 11.12±1.21b 66.98±2.61b 33.49±2.58a 424.7±108.7a 0.53±0.11a 200%W 10.33±1.10bc 6.91±3.74a 24.41±8.02a 86.40±5.93a 30.09±3.19ab 265.7±31.98a 0.43±0.02a 300%W 11.18±1.05b 8.24±5.83a 24.74±2.92a 58.65±4.63bc 33.32±2.40a 352.2±25.97a 0.48±0.04a 50%W +50%C 10.31±0.53bc 3.92±1.52 a 9.71±0.71b 54.96±1.87c 26.86±2.12ab 359.5±81.04a 0.44±0.05a 100%C 8.72±0.88bc 3.81±0.23 a 6.03±0.81b 50.89±0.81c 25.92±2.79b 363.1±69.10a 0.41±0.06a ①Organic matter，②Before the experiment.

表 5 施用猪粪水对土壤质量的影响 Table 5 Effect of pig slurry application on soil quality of farmland

施用猪粪可促进作物生长，提高作物产量已有大量研究报道^[24-25]。与猪粪相比，猪粪水中氮、磷和有机物浓度均较低，且大多为水溶态，故施用猪粪水对作物生长的影响与猪粪可能不同。由研究结果（图 2）看出，施用猪粪水提高了植物光合作用能力，水稻叶片叶绿素含量明显增加，促进了植株分蘖，稻麦分蘖数较不施肥和单施化肥均大幅增加，但促进效果与猪粪水用量并不总呈正相关，水稻和小麦单株分蘖数最高分别出现在200%W和300%W的处理，表明在水稻生长中过量施用猪粪水不利于提高水稻植株产量。金熠^[24]研究发现，增施猪粪有机肥增加了水稻谷粒结实率和千粒重，水稻产量随有机肥用量增加而增加；游来勇^[21]认为，施用猪粪増产的途径主要通过提高稻-麦有效穗数和穗粒数来实现；韩蕊^[8]将猪粪用于玉米和小麦轮作也有相同的发现；张涛^[26]基于猪粪长期定位试验发现，增施猪粪对小麦产量有正向作用，但高量增施猪粪会降低对小麦增产的正向效应。梁靖越等^[22]研究发现，适量施用猪粪有利于稻麦干物质积累和氮素向籽粒运移，达到增产及提高氮素利用率的效果，但过量施用猪粪导致土壤氮素供应过量，干物质向经济器官运移受阻，氮素向茎秆富集，贪青晚熟严重，稻麦籽粒产量显著下降；游来勇^[21]研究发现，当猪粪氮替代率大于100%时显著抑制水稻生育前期的生长，表现为水稻株高和生物量降低，但随着生育期推进，抑制作用减弱，这在本试验水稻种植中也出现该现象。然而，有研究认为，施用猪粪并不影响作物产量^[27]，过量施用还会增加温室气体排放^[28]。

本研究中，施用猪粪水不仅提高了稻麦产量，还提高了稻麦穗中氮、磷含量（表 2，表 3），这在其他研究中也有报道，如金熠^[24]研究发现，增施猪粪有机肥增加了水稻谷粒和秸秆中TN、TP累积量；张奇茹等^[29]研究发现，施用有机肥小麦籽粒氮含量较施化肥显著提高9.6%~12.8%。

施用猪粪可有效阻控土壤酸化^[25]，提高土壤TN^[13，30]、总有机碳及活性有机碳^[31-32]、TP、有效磷^[33]和速效钾含量^[8]，提高土壤微生物数量和酶活性^[33]。猪粪水中有机物、氮磷等含量远低于猪粪，故等氮量施用猪粪水时其用量远大于猪粪。就本研究结果（表 5）而言，各处理土壤有机质和TN含量均较试验前下降，施用猪粪水的处理下降幅度小于单施化肥的处理，且猪粪水用量与土壤有机质、TN含量下降幅度成反比。陈晓锋等^[34]研究发现，一定浓度的猪场废水灌溉配合追肥可增加土壤TN、TP、硝态氮和有机质含量。大量施用猪粪不仅提高了表层土壤中氮磷含量，对深层土壤硝态氮含量的提高也有显著作用^[30]。

施用猪粪在改善土壤理化性质和肥力的同时，也带来一系列潜在的环境问题。齐伟等^[35]认为，土壤TN含量的增加与地下水硝态氮含量有一定的相关性，即猪粪还田虽然提高了土壤中全氮含量，但也增加了地下水硝态氮含量提高的风险；陈晓锋等^[34]研究发现，污水灌溉增加了土层硝态氮含量，存在污染地下水风险。此外，在农田生态系统中，粪肥的大量施用导致土壤磷大量流失进入地表水，使水体富营养化，系统流失的磷主要是正磷酸盐、磷酸单酯、磷酸二酯^[14]。Bakhsh等^[36]研究发现，在玉米-大豆系统中，施用液态猪粪存在地下水硝酸盐增加风险。在水稻生产中，大量施用猪粪增加了稻田TN、TP径流流失量和流失率^[3]，高粪污用量下还可能导致地表水污染和地下水水质退化^[1-2]。

尽管本研究仅进行了一年，但土壤Cu、Pb和Cd含量均有增加，表明施用猪粪水存在重金属在土壤积累的风险。殷勤^[17]将猪粪水用于苹果及玉米种植，发现施用猪粪水显著提高了苹果地土壤Cu、Zn含量（P < 0.05），施用猪粪水11年和5年土壤表层Cu含量较施化肥处理分别提高82.4%和94.5%，Zn含量分别提高116.5%和145.5%，在玉米地也有相似的结果；史艳财^[37]认为，长期施用猪粪导致土壤Cu、Zn污染；柳开楼等^[25]研究发现，长期施用猪粪还会导致土壤砷（As）累积。

在本研究条件下，将猪粪水用于稻麦生产是可行的，稻麦植株产量与猪粪水用量成正比，稻麦植株产量均在猪粪水用量为200%化肥氮时达最高，但过量施用造成植株疯长，不利于增产。施用猪粪水提高了稻麦株均穗数、穗和秸秆中氮磷含量，对减缓土壤有机质和氮素损失、提高土壤磷素含量效果较好，但过量施用造成土壤渗滤液中氮、磷浓度升高，在小麦种植中尤为突出，存在污染地下水风险。施用猪粪水对促进作物生长、提高作物产量有较好效果，但过量施用存在污染地下水及农田土壤重金属富集风险，需严格控制猪粪水用量。在稻麦生产中，建议猪粪水用量为200%化肥氮以内，且分次施用，降低环境污染风险。