随着规模化养殖业的快速发展,沼气工程成为畜禽粪便处理的重要手段。发酵产物沼液还田利用的农业效益和快速资源化处理的工程效益使得这一方法得以广泛应用,但沼液本身的组成成分就使得其还田的效益与风险并存,一方面沼液还田具有可行性,能提升作物产量和品质,改善土壤结构等,另一方面土壤系统对沼液的承载利用能力存在一定的限度,不合理、过量和长期施用会对水土环境等产生一定的污染风险。同时土壤类型、沼液发酵原料、气候条件、作物种类均存在差异,使得已有研究的沼液适宜还田量均难以在实际中有效应用。本研究选取西南地区分布广泛的紫色土和猪场沼液进行还田利用研究,采用周期性灌溉的土柱模拟试验,定期采样监测土壤、下渗液相关指标,采用盆栽试验,监测作物生物量和品质,以探究猪场沼液高负荷还田利用对紫色土养分累积淋失迁移、重金属累积、土壤微生物和栽种作物的影响,并综合影响结果最终得出紫色土对沼液高负荷还田的承载量。主要研究结果为:(1)通过周期性沼液灌溉土柱试验发现,随着土层深度增加,各处理土壤pH值逐渐增加,尽管沼液和复合肥一样过量施肥会使表层土壤酸化,但施用沼液使酸化发生时间更晚、程度更轻,施用等氮量的沼液可以在前期提高或稳定土壤pH值,延缓酸化发生的时间。灌溉沼液能够将土壤有机质含量提高约2.64%～15.56%,且表层土壤随着灌溉时间的增长整体呈现先增加后降低的趋势,中下层土壤则在灌溉中后期提升较大。施肥能够显著提升表层土壤的全氮、全磷含量,随着土壤深度的增加,各处理土壤全氮、全磷含量呈现降低趋势。随着灌溉天数的增加,施肥处理养分逐渐向下迁移,中下层土壤的全氮含量有一定的提升,全磷的增量较少。长时间或过量施肥会对地下水造成威胁,沼液能够一定程度缓解氮向下迁移淋失,且少量多次灌溉的效果更好。(2)土壤对沼液具有一定的缓冲、净化、承载能力,施用沼液后土壤氮淋失量较复合肥约降低0.13%～10.34%,少量多次灌溉沼液将进一步降低0.08%～19.78%的氮淋失量;施用沼液后土壤氮利用率较复合肥更高;少量多次浇灌沼液可以够延缓氮向地下水迁移,降低氮淋失风险。(3)沼液高负荷还田能够使表层土壤的Cu、Zn含量分别提升7.42%～8.07%、10.82%～14.05%,并促进其向下迁移,且增加量较复合肥分别高出0.34%～0.99%、3.33%～6.56%,各层土壤Cu、Zn含量均未超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)中农用地土壤铜、锌污染风险筛选值。但长期沼液还田的土壤应关注到Cu、Zn污染风险以及生物有效性,以确定安全施用年限及风险防范措施。(4)施用沼液的紫色土中,Proteobacteria(变形菌门)、Acidobacteria(酸杆菌门)、Actinobacteria(放线菌门)三种菌在土壤中的丰度之和超过60%。施用沼液和复合肥均改变了土壤微生物的丰度、多样性及群落结构,栽种作物(黑麦草)可以改善施肥导致的多样性改变现象。不同施肥种类对土壤微生物群落影响不同,产生了各自的特有物种,沼液处理较复合肥对土壤微生物群落的影响较小。施用沼液能够显著降低土壤中的Acidobacteria(酸杆菌门)丰度,显著提升土壤中Proteobacteria(变形菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Patescibacteria丰度,但升降程度均低于复合肥。施用复合肥或沼液均能显著提高土壤Gemmatimonadetes(芽单胞菌门)丰度,但不同肥料之间Gemmatimonadetes(芽单胞菌门)丰度差异不显著。(5)随着沼液施用量的增加,对种子萌发表现为先促进后抑制的作用,沼液直接浸种较施入土壤在低浓度(117.5 kgN/hm~2内)时更能促进种子萌发,在高浓度(超过167.5 kgN/hm~2)时抑制作用更强。沼液还田使小白菜和萝卜的生物量分别增加了0.17～1.75、0.49～2.58倍,随着施肥量的增加,小白菜和萝卜叶片中的硝酸盐含量逐渐增加,由于沼液的铵态氮比例高、含有多种微量元素和大量有机质,使得沼液较复合肥能在一定程度上能够降低蔬菜中的硝酸盐含量。沼液较复合肥更能促进小白菜和萝卜的叶绿素增加,增量均主要取决于叶绿a,施肥过量后,叶绿素则有降低趋势。(6)紫色土对沼液高负荷还田的承载量以1188 kgN/hm~2为宜,种植黑麦草后,其承载量提升到1296 kgN/hm~2。磷在土壤中为缓慢的持续累积过程,沼液长期还田应关注磷淋失风险。限于时间,该承载量仅为模拟试验结果,有待结合进一步的田间试验结果进行修正。同时可进一步探究沼液还田后土壤环境因子及沼液成分对微生物关联作用,与识别出可能影响土壤生态平衡的微生物。