土壤調(diào)理劑對冷浸田土壤特性及水稻生長的影響①

劉 杰，羅尊長*，肖小平，瞿德明，羅賢樹，羅志勇，孫 耿，洪 曦，余崇祥（ 湖南省土壤肥料研究所，長沙 405； 瀏陽市土肥工作站，湖南瀏陽 40300）

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土壤調(diào)理劑對冷浸田土壤特性及水稻生長的影響①

劉 杰1，羅尊長1*，肖小平1，瞿德明2，羅賢樹2，羅志勇2，孫 耿1，洪 曦1，余崇祥1
（1 湖南省土壤肥料研究所，長沙 410125；2 瀏陽市土肥工作站，湖南瀏陽 410300）

摘 要：冷浸田因長期受冷泉水浸漬，土體封閉，通氣不良，土壤Eh值和有效養(yǎng)分低下，水稻產(chǎn)量偏低。本研究以單施化肥為對照，設(shè)置增施生物稻糠、脫硫灰、石膏、過氧化鈣和硅鈣肥處理，通過田間小區(qū)試驗(yàn)和定期觀測，探究了不同土壤調(diào)理劑對冷浸田土壤特性及水稻生長的影響。結(jié)果表明：與CK處理比較，施用生物稻糠和石膏土壤活性還原物質(zhì)含量分別降低了52% 和30%，從而提高了土壤的氧化性能；土壤細(xì)菌數(shù)分別提高200% 和96%，真菌數(shù)分別下降16% 和10%，進(jìn)而提高土壤供氮能力。而施用脫硫灰和石膏調(diào)節(jié)了土壤養(yǎng)分，土壤有效磷含量均增加83%，速效鉀含量分別增加50% 和13%，水稻葉綠素含量分別提高3% 和5%。施用石膏、生物稻糠和脫硫灰水稻分別增產(chǎn)13.0%、10.1% 和5.1%。研究認(rèn)為，施用土壤調(diào)理劑能消減冷浸田還原物質(zhì)毒害，提升土壤微生物活性，提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)，促進(jìn)水稻增產(chǎn)，并以生物稻糠、石膏和脫硫灰效果最佳。

關(guān)鍵詞：冷浸田；土壤調(diào)理劑；土壤特性；水稻生長；水稻產(chǎn)量

冷浸田是指長期受水浸漬的一類水田［1-2］，主要分布在山區(qū)、丘陵谷地、平原湖沼低洼地以及山塘、水庫堤壩的下部等區(qū)域，屬潛育型水稻土土類。該類土壤剖面中有藍(lán)灰色的潛育層（G），土壤受積滯水分的長期浸漬，土體封閉于靜水狀態(tài)下，難以通氣與氧化；同時(shí)，在易分解的有機(jī)物還原影響下，使土壤及積滯水的 Eh 值下降，土壤中 Fe、Mn 處于還原低價(jià)狀態(tài)，土體顯青色或青黑色［3］。地下水位高、冷、爛、酸、毒、瘦及潛在肥力不能發(fā)揮是冷浸田的重要特征［4］，因此在該類土壤上生長的水稻常表現(xiàn)為稻苗返青遲［5］、分蘗遲且少，甚至坐兜不長［1］，影響有效分蘗的形成，同時(shí)水稻根系在生育前期生長緩慢，生育后期容易早衰，這是形成冷浸田低產(chǎn)的主要原因。

興修水利、開溝排水等工程是改良冷浸田的基礎(chǔ)措施，陳士平等［6］研究認(rèn)為，采用塑料波紋管改造山區(qū)冷浸田，可使耕層土壤除漬、土體收縮、水溫和土溫升高、理化性狀改善，最終水稻增產(chǎn) 29.7%。沈秀英等［7］采用“W”模式改造冷浸田，即在冷浸田里挖地成溝，形成壟溝相間、高壟低溝的“W”模式，也能達(dá)到增產(chǎn)效果。但前人的研究多數(shù)僅在開溝排水上，對于排水之后冷浸田土壤結(jié)構(gòu)的改良，進(jìn)一步提升其生產(chǎn)力的措施則少見報(bào)道。近年來土壤調(diào)理劑的研制與應(yīng)用為冷浸田的進(jìn)一步改良提供了新思路。許曉平等［8］認(rèn)為土壤調(diào)理劑能夠培肥土壤，提高作物產(chǎn)量。Sudha 和 Dinesh［9］報(bào)道煤粉灰能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，有助于作物根系生長。董穩(wěn)軍等［10］發(fā)現(xiàn)，施用生物活性炭和脫硫灰能提高水稻傷流強(qiáng)度、根冠比和生物量。王文軍等［11］發(fā)現(xiàn)施用生物質(zhì)焦能提高水稻生育前期土溫，促進(jìn)水稻干物質(zhì)積累，提高水稻產(chǎn)量。為此，筆者以湖南省典型冷浸田為研究對象，在明溝排水的基礎(chǔ)上配合施用 5 種土壤調(diào)理劑對冷浸田進(jìn)行改良，研究其對土壤特性及水稻生長的影響，以期為同類型地區(qū)的土壤改良提供科學(xué)依據(jù)和有效的配套技術(shù)措施。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及施肥管理

試驗(yàn)地位于湖南省瀏陽市鎮(zhèn)頭鎮(zhèn)柏樹村（27°58′11.66″N，113°18′59.11″E），試驗(yàn)時(shí)間為2014年3—7月，試驗(yàn)土壤屬潛育型水稻土類、冷浸田土屬，試驗(yàn)前耕層土壤基礎(chǔ)理化性狀為：pH 5.0，有機(jī)質(zhì)含量32.5 g/kg，全氮2.02 g/kg，全磷0.59 g/kg，全鉀19.0 g/kg，堿解氮256 mg/kg，有效磷1.6 mg/kg，速效鉀61 mg/kg，還原物質(zhì)總量 10.17 cmol/kg，活性還原物質(zhì)

8.28 cmol/kg，亞鐵4.81 cmol/kg，亞錳0.35 cmol/kg。試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理： NPK① 化肥+生物稻糠； NPK② 化肥+脫硫灰； NPK③ 化肥+石膏； NPK④ 化肥+過氧化鈣； NPK⑤ 化肥+硅鈣肥； NPK⑥ 化肥（CK）。

施用氮肥為尿素，按純氮165 kg/hm2施用；磷肥為過磷酸鈣，按P2O590 kg/hm2施用；鉀肥為氯化鉀，按K2O 105 kg/hm2施用。磷肥做基肥一次性施用，氮肥和鉀肥分基肥和追肥施用，氮肥基肥︰追肥︰追肥 = 6︰2︰2，鉀肥基肥︰追肥 = 1︰1。各土壤調(diào)理劑作基施，其用量為：生物稻糠3 000 kg/hm2，脫硫灰3 000 kg/hm2，石膏 225 kg/hm2，過氧化鈣 120 kg/hm2，硅鈣肥1 050 kg/hm2。各土壤調(diào)理劑的理化性質(zhì)如表1所示。

表1 供試調(diào)理劑的理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of soil amendments used

每個(gè)處理重復(fù) 3次，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積20 m2（4 m × 5 m），每個(gè)小區(qū)周圍圍成20 cm寬、30 cm高的堤壩 （農(nóng)膜包裹堤壩防止水肥流失）。試驗(yàn)區(qū)四周開30 cm寬、30 cm深的排水溝，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)單灌單排，以便水稻生長季及時(shí)排出田內(nèi)過量積水。供試水稻品種為潭兩優(yōu) 83，采用移栽方式，種植密度為每公頃22.5萬窩，每窩插2粒谷秧苗，稻田病蟲害按當(dāng)?shù)亓?xí)慣采用農(nóng)藥進(jìn)行防治，人工拔除雜草。

1.2 取樣及分析測定方法

在作物生長期間定期觀測水稻的分蘗動態(tài)，在作物成熟期 （2014年7月） 收獲水稻測定產(chǎn)量，且每小區(qū)取樣5穴帶回室內(nèi)考察產(chǎn)量構(gòu)成因素；采用棋盤法于分蘗盛期 （2014年5月） 和收獲期采集0 ～ 20 cm耕層土壤和植株樣品用于分析測定，土壤樣品取回晾干磨碎后分別過2 mm篩和0.149 mm篩。

取水稻分蘗盛期土壤樣測定土壤還原性物質(zhì)總量：測定采用重鉻酸鉀氧化法［12］，土壤活性還原物質(zhì)含量測定采用高錳酸鉀滴定法，亞錳測定采用高碘酸鉀比色法，亞鐵測定采用鄰菲羅啉或α，α’-聯(lián)吡啶比色法。

取水稻分蘗盛期土壤樣測定土壤微生物區(qū)系：細(xì)菌培養(yǎng)基用牛肉膏蛋白胨瓊脂，放線菌培養(yǎng)基用高澤氏一號瓊脂，真菌培養(yǎng)基用馬丁-孟加拉紅鏈霉素瓊脂，細(xì)菌、放線菌、真菌計(jì)數(shù)采用稀釋平板計(jì)數(shù)法。用土壤呼吸作用強(qiáng)度反映土壤微生物活性，其測定采用氫氧化鈉吸收法［13］。

其他項(xiàng)目均采用常規(guī)法測定［12］。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的整理及均值、標(biāo)準(zhǔn)差等計(jì)算在Excel 2003實(shí)現(xiàn)，采用SPSS 16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，顯著性水平設(shè)為0.05，結(jié)合Duncan法進(jìn)行多重比較。

表2 不同調(diào)理劑對土壤還原物質(zhì)含量的影響Table 2 Effects of different amendments on contents of soil reducing substances

2 結(jié)果與分析

2.1 不同調(diào)理劑對土壤還原性物質(zhì)含量的影響

從表2分析，添加調(diào)理劑后土壤還原物質(zhì)含量均較CK處理有所降低，其中以添加生物稻糠處理效果最好，還原物質(zhì)總量僅5.42 cmol/kg，較CK處理降低46.2%；活性還原物質(zhì)含量僅3.97 cmol/kg，較CK處理降低52.0%；土壤亞鐵離子含量僅2.34 cmol/kg，較CK處理降低50.0%。土壤亞錳離子含量也以CK處理最高，以過氧化鈣處理降低最明顯，僅0.22 cmol/kg，下降約33%?？梢?，施用調(diào)理劑能明顯降低冷浸田的還原性物質(zhì)含量，進(jìn)而減輕其毒害，為水稻的生長創(chuàng)造良好環(huán)境。

2.2 不同調(diào)理劑對土壤微生物區(qū)系及活性的影響

從表3可知，施入調(diào)理劑后土壤細(xì)菌數(shù)量均有不同程度的提升，其中以生物稻糠處理效果最好，細(xì)菌數(shù)達(dá)85.93×104cfu/g，較CK處理提升2倍；而施入調(diào)理劑后土壤真菌數(shù)量均有不同程度的降低，其中也以生物稻糠處理效果最明顯，較 CK處理下降約16%。土壤放線菌數(shù)量以石膏和過氧化鈣處理較高，分別達(dá)166.12×103和158.09×103cfu/g，分別較CK處理提升 15% 和 9%。土壤微生物活性以生物稻糠處理最高，達(dá)0.32 mg/（g·d），較CK處理提高23%。可見調(diào)理劑施入提高了土壤細(xì)菌數(shù)、放線菌數(shù)和微生物活性，降低了土壤真菌數(shù)量，以生物稻糠處理效果較明顯。

表3 不同調(diào)理劑對土壤微生物區(qū)系及活性的影響Table 3 Effects of different amendments on soil microbial contents and activity

2.3 不同調(diào)理劑對水稻收獲期土壤速效養(yǎng)分含量的影響

從表4分析，水稻收獲期各調(diào)理劑施入較CK處理土壤堿解氮含量有小幅提升，以生物稻糠處理較高，為234 mg/kg。土壤有效磷含量以CK處理最低，僅1.8 mg/kg，施用脫硫灰和石膏處理較高，達(dá)3.3 mg/kg，較CK處理增加了83%。土壤速效鉀含量以CK處理最低，僅38 mg/kg，施用脫硫灰處理較高，達(dá)57 mg/kg，較CK處理增加了50%?？梢姡┯谜{(diào)理劑能改善土壤理化性狀，使得水稻收獲期土壤肥力得到一定程度的提升。

表4 不同調(diào)理劑對水稻收獲期土壤養(yǎng)分的影響Table 4 Effects of different amendments on soil fertility at rice harvest stage

2.4 不同調(diào)理劑對水稻分蘗數(shù)的影響

從圖1來看，施入調(diào)理劑均能不同程度增加水稻營養(yǎng)生長期分蘗數(shù)，至分蘗盛期以過氧化鈣和硅鈣肥處理較高，分別達(dá)每穴20.2個(gè)和每穴18.6個(gè)，分別較CK處理增加49% 和37%?？梢?，調(diào)理劑改善了冷浸田土壤理化性狀，進(jìn)而增強(qiáng)了水稻的分蘗能力。

圖1 不同調(diào)理劑對水稻分蘗的影響Fig.1 Effects of different soil amendments on rice tiller

2.5 不同調(diào)理劑對水稻分蘗盛期葉綠素含量的影響

從圖2可知，添加調(diào)理劑后水稻分蘗盛期葉綠素含量均較CK處理有所提高，其中以添加石膏和硅鈣肥效果最明顯，均較對照提升約5%。葉綠素含量的提高意味著水稻光合作用效率的提升，有利于增加水稻干物質(zhì)的積累。

圖2 不同調(diào)理劑對水稻葉綠素含量的影響Fig.2 Effects of different soil amendments on rice chlorophyll

2.6 不同調(diào)理劑對水稻產(chǎn)量及構(gòu)成的影響

從表 5 分析，水稻產(chǎn)量以 CK 處理最低，僅6 003.0 kg/hm2，施入調(diào)理劑后水稻均有增產(chǎn)，其中以石膏和生物稻糠處理效果較好，分別達(dá) 6 892.3和6 714.5 kg/hm2，較CK處理增產(chǎn)13.0%和10.1%，脫硫灰處理增產(chǎn) 5.1%，過氧化鈣和硅鈣肥處理增產(chǎn)1.5%。從產(chǎn)量構(gòu)成來看，各調(diào)理劑均明顯提高了水稻有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率，從而獲得增產(chǎn)。

3 結(jié)論與討論

土壤理化性狀是土壤環(huán)境健康程度的直接評價(jià)指標(biāo)，直接影響水稻的生長發(fā)育和產(chǎn)量高低。本試驗(yàn)結(jié)果表明：冷浸田施用 5 種土壤調(diào)理劑后，土壤還原性物質(zhì)含量明顯消減，土壤速效養(yǎng)分缺乏和微生物活性低的問題得到明顯改善。

表5 不同調(diào)理劑對水稻產(chǎn)量及構(gòu)成的影響Table 5 Effects of different soil amendments on rice yield

脫硫灰處理在土壤有效磷和速效鉀方面改善效果明顯，分別較CK處理增加了83% 和50%，這一結(jié)果與董穩(wěn)軍等［14］在廣東省冷浸田改良試驗(yàn)中的結(jié)果相一致。

陳進(jìn)紅等［15］認(rèn)為施用硅肥能促進(jìn)水稻植株對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收與積累，從而增加水稻干物質(zhì)積累與籽粒產(chǎn)量。從本試驗(yàn)結(jié)果可看出硅鈣肥通過補(bǔ)充土壤所缺乏的硅和鈣元素，協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分供應(yīng)，促進(jìn)了水稻分蘗發(fā)育，使水稻分蘗數(shù)較 CK處理增加37%，增產(chǎn)效果明顯，這一結(jié)果與全成哲等［16］的研究結(jié)果相似。

生物稻糠處理對土壤速效養(yǎng)分、土壤還原性物質(zhì)及微生物活性方面改善效果明顯，土壤堿解氮含量提升了6%，活性還原物質(zhì)和亞鐵離子含量分別較對照降低 52.0% 和 50.0%，細(xì)菌數(shù)和土壤微生物活性分別提升200% 和23%，真菌數(shù)下降約16%。主要原因可能是施用生物稻糠增加了土壤通透性，同時(shí)補(bǔ)充有機(jī)碳，不僅可消減土壤還原性物質(zhì)毒害，還能增加微生物活性并培肥土壤，這一結(jié)果與張文玲等［17］的研究結(jié)果相似。

因冷浸田長期處于淹水的特殊狀態(tài)，土壤中硫酸根離子常還原形成硫化氫導(dǎo)致水稻黑根現(xiàn)象，石膏處理增加鈣離子的同時(shí)還增加了硫酸根離子，提高了土壤的氧化性能，有效消減了土壤還原性物質(zhì)毒害，還原物質(zhì)總量和活性還原物質(zhì)含量分別較對照降低39% 和 30.0%，進(jìn)而提高了土壤微生物活性，土壤細(xì)菌數(shù)量和放線菌數(shù)量分別較對照提高 96% 和15%，土壤有效磷和速效鉀均顯著高于CK處理，增產(chǎn)效果明顯。

施用土壤調(diào)理劑通過對土壤理化性狀的改善，有利于冷浸田水稻分蘗和光合作用物質(zhì)積累，最終通過提高水稻產(chǎn)量主要構(gòu)成因子成穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，使水稻明顯增產(chǎn)。綜合來看，生物稻糠、石膏和脫硫灰更適合用于冷浸田土壤改良。此外，應(yīng)進(jìn)一步開展定位試驗(yàn)，以驗(yàn)證其改良效果的穩(wěn)定性，同時(shí)分析調(diào)理劑施入土壤后各離子與養(yǎng)分之間的相互作用及機(jī)理，為冷浸田合理施用土壤調(diào)理劑及配套改良措施提供技術(shù)支撐。

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中圖分類號：S156.8

DOI:10.13758/j.cnki.tr.2016.03.017

基金項(xiàng)目：①國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD05B05-3）、公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（201503119-05-2）、湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2014JJ6064）和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤質(zhì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目（201501）資助。

* 通訊作者（luozunchang@vip.sohu.com）

作者簡介：劉杰（1980—），男，湖南湘潭人，博士，助理研究員，主要從事中低產(chǎn)田改良研究。E-mail: jiebaz@163.com

Effects of Amendments on Soil Properties and Rice Growth in Cold Waterlogged Paddy Field

LIU Jie1， LUO Zunchang1*， XIAO Xiaoping1， QU Deming2， LUO Xianshu2，

LUO Zhiyong2， SUN Geng1， HONG Xi1， YU Chongxiang1
（1 Institute of Soil and Fertilizer in Hunan Province， Changsha 410125， China；2 Soil and Fertilizer Station of Liuyang County， Liuyang， Hunan 410300， China）

Abstract:The soil oxidation-reduction potential， soil available nutrients and rice yield were low in cold spring paddy fields because of long-term flooding by cold spring water.A field experiment and laboratory analysis were performed to study the effects of different amendments on improving soil properties and rice growth.Experimental treatments were control， biomass charcoal， desulphurization ash， gypsum， calcium peroxide and silicon calcium fertilizer.The results showed that the application of biomass charcoal and gypsum reduced soil active reducing substances by 52% and 30%， respectively， and thus increased soil oxidation capacity evidently， compared with control.Application of biomass charcoal and gypsum also increased soil bacteria by 200% and 96%， respectively， and reduced the number of soil fungi by 16% and 10%， respectively， while soil available N was increased evidently.Application of desulphurization ash increased soil available P， soil available K and rice chlorophyll content by 83%， 50% and 3%， and the corresponding data were 83%， 13% and 5% for the treatment with gypsum applied.Consequently，the rice yield was increased by 13.0%， 10.1% and 5.1% due to application of gypsum， biomass charcoal and desulphurization ash.In conclusion， application of biomass charcoal， gypsum and desulphurization ash could reduce toxicity of soil reducing substances， increased soil microorganism activity， contents of soil available nutrients and rice yield.

Key words:Cold waterlogged paddy field； Soil amendments； Soil properties； Rice growth； Rice yield