硅鈣鉀鎂肥對浙江省酸性水稻土壤的改良效果

韓科峰，陳余平，胡鐵軍，張 豐，周 飛，陳劍秋，吳良歡，*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境重點實驗室，浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058； 2.浙江省余姚市農(nóng)技推廣總站，浙江 余姚 315400； 3.養(yǎng)分資源高效開發(fā)與綜合利用國家重點實驗室，金正大生態(tài)工程集團股份有限公司，山東 臨沭 276700)

土壤質(zhì)量直接關(guān)系到我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。由于各種原因，過去一段時間里，我國土壤質(zhì)量退化嚴重[1-2]，其中一個重要的原因就是土壤酸化[3]。土壤酸化會提高土壤酸度，加速土壤養(yǎng)分流失，抑制作物生長甚至導(dǎo)致作物死亡[4-6]。據(jù)相關(guān)資料報道，我國酸性土壤總面積達2.03×108hm2，約占耕地面積的21%[7]。傳統(tǒng)的改良酸性土壤的辦法大都施用生石灰，雖然該方法對提高土壤質(zhì)量有一定的效果，但是大量或長期施用石灰不但會引起土壤板結(jié)形成石灰板結(jié)田，而且會引起土壤鈣、鉀、鎂元素的平衡失調(diào)，從而導(dǎo)致減產(chǎn)[8-10]。 此外，在酸性土壤上施用石灰還可能引起鎂與鋁水化氧化物的共沉淀，降低土壤溶液中Mg2+的活度和植物有效性[11]。硅鈣鉀鎂肥是一種含氮、磷、鉀、硅、鈣、鐵、鋁、鎂的多元素肥料，水溶液呈堿性，可顯著改良酸性土壤，同時能平衡植物營養(yǎng)，防倒伏，促進開花結(jié)實，增強作物抗旱、抗寒、抗病蟲害能力，提高植物的產(chǎn)量和品質(zhì)[12-13]。本研究開展習(xí)慣施肥與配施不同用量硅鈣鉀鎂肥的對比試驗，探索硅鈣鉀鎂肥對水稻生長、產(chǎn)量，以及土壤質(zhì)量的影響，以期為改良浙江酸性土壤、提高作物產(chǎn)量品質(zhì)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在浙江省余姚市牟山鎮(zhèn)青港村謝友根農(nóng)戶的水稻田進行。單季稻試驗自2013年開始，連續(xù)開展3 a。供試土壤為青紫泥，pH值5.5，有機質(zhì)含量46.1 g·kg-1，全氮含量2.8 g·kg-1，堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為126.7、17.4、67.8 mg·kg-1，有效硅含量171.1 mg·kg-1，交換性鈣、鎂含量分別為7.2、3.0 cmol·kg-1，交換性氫、鋁含量分別為0.14、0.33 cmol·kg-1，陽離子交換量為17.0 cmol·kg-1，鹽基飽和度為97.24%。

供試肥料：普通復(fù)合肥(N-P2O5-K2O，16%-16%-16%)，尿素(N 46%)，金正大硅鈣鉀鎂肥(CaO 27.21%，MgO 11.64%，K2O 4.69%，P2O55.67%，SiO228.46%，F(xiàn)e2O33.19%，pH 8.8)。

供試水稻品種為寧88，栽培方式為移栽。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)6個處理：處理1(CK1)，農(nóng)民習(xí)慣施肥，基肥施復(fù)合肥562.5 kg·hm-2，2013年和2014年追施尿素260 kg·hm-2，2015年追施尿素326 kg·hm-2；處理2(CK2)，農(nóng)民習(xí)慣施肥，基肥施復(fù)合肥281.25 kg·hm-2、尿素98 kg·hm-2，追肥同CK1；處理3(T3)，在CK2的基礎(chǔ)上，基肥配施硅鈣鉀鎂肥750 kg·hm-2；處理4(T4)，在CK2的基礎(chǔ)上，基肥配施硅鈣鉀鎂肥1 125 kg·hm-2；處理5(T5)，在CK2的基礎(chǔ)上，基肥配施硅鈣鉀鎂肥1 500 kg·hm-2；處理6(T6)，在CK2的基礎(chǔ)上，基肥配施硅鈣鉀鎂肥1 875 kg·hm-2。由硅鈣鉀鎂肥帶入的磷、鉀養(yǎng)分不計，處理2～處理6中N-P2O5-K2O投入總量相同，2013年和2014年均為210、45、45 kg·hm-2，2015年為240、45、45 kg·hm-2。處理1與處理2的N投入量相同，P2O5和K2O投入量減半。處理1在2013年和2014年N-P2O5-K2O投入量均為210、90、90 kg·hm-2，2015年為240、90、90 kg·hm-2。

各處理重復(fù)3次，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積30 m2。小區(qū)之間設(shè)田埂，并覆蓋塑料薄膜。2013年：5月28日播種，6月19日施基肥，6月21日移栽，7月8日和9月5日分別等量追肥，11月1日收獲，分區(qū)計實產(chǎn)，并考種。2014年：5月28日播種，6月12日施基肥，6月13日移栽，6月19日和8月4日分別等量追肥，11月15日收獲，分區(qū)計實產(chǎn)，并考種。2015年：5月19日播種，6月17日施基肥，6月19日移栽，6月24日和7月31日分別等量追肥，11月18日收獲，分區(qū)計實產(chǎn)，并考種。

1.3 樣品采集與分析

土壤采集及分析。試驗地取0～20 cm耕層基礎(chǔ)土樣，第4年大田試驗結(jié)束后各小區(qū)分別采集土樣。用常規(guī)方法測定土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，以及pH值。有效硅含量采用檸檬酸浸提—硅鉬藍比色法測定；交換性鈣、鎂含量采用NH4OAc浸提—原子吸收分光光度法測定；土樣陽離子交換量(CEC)采用1 mol·L-1乙酸銨交換法測定；交換性酸采用氯化鉀-中和滴定法測定；鹽基飽和度(BS)=交換性鹽基總量/陽離子交換量×100%。

植株采集及分析。每小區(qū)挑選2叢有代表性的植株，測莖葉、籽粒產(chǎn)量，并分析含氮量，計算各施肥處理水稻植株地上部吸氮量。成熟期，分小區(qū)單打單曬測定實收產(chǎn)量。有效穗：考查每個小區(qū)選定的10叢水稻有效穗，通過計算得出單位面積有效穗數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Excel 2003 和Statistica 5.5統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對酸性土壤的改良效果

2.1.1 土壤pH值

從圖1可以看出，與CK1和CK2相比，施用硅鈣鉀鎂肥處理的土壤pH值升高0.1～0.4單位，且處理4～處理6與農(nóng)民習(xí)慣施肥(CK1、CK2)的差異達顯著水平(P<0.05)，處理6的土壤pH值最高，達到6.0。

柱上無相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Bars marked without the same letters indicated significant difference at P<0.05. The same as below.圖1 各施肥處理對土壤pH的影響Fig.1 Effects of treatments on soil pH value

2.1.2 土壤交換性酸

由表1可見，CK2在CK1的基礎(chǔ)上降低磷、鉀用量后，土壤交換性氫與交換性鋁的含量明顯降低。在CK2的基礎(chǔ)上配施不同用量的硅鈣鉀鎂肥(處理3～處理6)，土壤交換性氫、交換性鋁含量進一步降低，且隨著硅鈣鉀鎂肥用量增加，降幅增大。CK1和CK2交換性酸(交換性氫+交換性鋁)中以交換性鋁為主，而處理3～處理6的土壤交換性酸中交換性氫占比超過一半，而且隨著硅鈣鉀鎂肥用量的增加，土壤中交換性氫占交換性酸的比例增加。

表1不同處理對土壤交換性酸的影響

Table1Effects of different treatments on soil exchangeable acid

cmol·kg-1

2.1.3 土壤交換性鈣鎂和鹽基飽和度

土壤鹽基飽和度是評價土壤肥力的重要指標，鹽基飽和度越高，說明土壤有效養(yǎng)分含量越好。一般鹽基飽和度≥80%的土壤為較肥沃的土壤，50%～80%之間的土壤為中等肥力水平，而低于50%的土壤肥力較低[14]。如表2所示，與CK1相比，其他處理的交換性鈣、交換性鎂、陽離子交換量、鹽基飽和度均有一定幅度的提高。這主要是因為硅鈣鉀鎂肥不但呈堿性，而且含有部分鹽基離子，施入土壤后OH-和土壤溶液中H+發(fā)生中和反應(yīng)，同時鹽基離子取代原本吸附在土壤膠體表面的致酸離子(H+和Al3+)，導(dǎo)致土壤膠體表面鹽基離子含量增多，土壤pH上升。

2.1.4 土壤養(yǎng)分

與CK1比較，其他處理有機質(zhì)含量均有不同程度提高，其中處理4的有機質(zhì)含量最高，且顯著(P<0.05)高于CK1。CK2與CK1的氮投入總量相同，只是磷、鉀投入量減半，但CK2土壤中的堿解氮含量低于CK1。在CK2的基礎(chǔ)上配施硅鈣鉀鎂肥以后，土壤堿解氮含量增高，與CK1無顯著差別，且除處理4外，其他處理的土壤堿解氮含量均顯著高于CK2。CK2的有效磷和速效鉀含量均小于CK1，但在CK2的基礎(chǔ)上配施硅鈣鉀鎂肥以后，這2項指標均得到一定提高。但需要注意的是，只有當(dāng)用量在一定范圍時(處理4、處理5)，硅鈣鉀鎂肥才對提高土壤有效磷含量作用明顯，當(dāng)用量不足或過高時，提高作用不明顯。從有效硅含量來看，CK1與CK2無顯著差別，隨著硅鈣鉀鎂肥用量增加，土壤有效硅含量增加，說明施用硅鈣鉀鎂肥能有效提高土壤中的有效硅含量。

表2不同處理對土壤鹽基飽和度的影響

Table2Effect of different treatments on soil base saturation

處理Treatment交換性鈣ExchangeableCa/(cmol·kg-1)交換性鎂ExchangeableMg/(cmol·kg-1)陽離子交換量Cationexchangecapicity/(cmol·kg-1)鹽基飽和度Basesaturationpercentage/%CK17.833.2917.2097.57CK28.583.8117.3398.24T38.633.6317.6799.15T49.884.3018.4399.37T58.613.7517.7399.46T68.954.0317.5799.48

表3不同處理對土壤養(yǎng)分含量的影響

Table3Effect of different treatments on soil nutrients contents

處理Treatment有機質(zhì)Organicmatter/(g·kg-1)堿解氮AvailableN/(mg·kg-1)全氮TotalN/(g·kg-1)有效磷AvailableP/(mg·kg-1)速效鉀AvailableK/(mg·kg-1)有效硅AvailableSi/(mg·kg-1)CK142.6b101.3ab3.9a18.1bc77.1a159.6bCK246.0ab94.3b3.5a16.7c60.1c157.6bT346.0ab102.9a3.6a17.3bc65.8bc164.2bT451.0a100.3ab3.7a25.0a70.8ab173.2bT544.6b102.4a3.8a23.5ab69.8ab195.2aT645.9ab103.6a3.8a17.9bc77.1a207.8a

同列數(shù)據(jù)后無相同小寫字母的表示差異顯著(P<0.05)。

Data followed by no same letters indicated significant difference atP<0.05.

2.2 對水稻的增產(chǎn)效應(yīng)

3 a定位試驗結(jié)果(圖2)表明，CK2產(chǎn)量顯著低于CK1，說明供試土壤磷、鉀含量較低，增施磷、鉀肥能提高水稻的產(chǎn)量。在CK2的基礎(chǔ)上配施硅鈣鉀鎂肥，水稻產(chǎn)量提高，除2015年處理3外，其他處理的產(chǎn)量均顯著高于CK2，且高于CK1或與CK1無顯著差別。從3 a產(chǎn)量均值來看，配施硅鈣鉀鎂肥(處理3～處理6)的產(chǎn)量均高于CK2，隨著硅鈣鉀鎂肥用量的增加，各處理間的產(chǎn)量呈現(xiàn)出先增加后減少的現(xiàn)象，說明施用適量硅鈣鉀鎂肥能提高水稻的產(chǎn)量。

2.3 對水稻產(chǎn)量構(gòu)成的影響

圖2 各施肥處理對水稻產(chǎn)量的影響Fig.2 Effects of different treatments on rice yield

如表4所示，各處理有效穗以處理6最高，CK1次之，CK2最低。各處理每穗總粒數(shù)和每穗實粒數(shù)以處理5最高，處理2最低，且施用硅鈣鉀鎂肥處理的每穗總粒數(shù)和每穗實粒數(shù)均高于CK1和CK2。各處理結(jié)實率以處理3最高，處理1最低。各處理千粒重以CK2和處理6最高，CK1最低。這說明在CK2的基礎(chǔ)上施用硅鈣鉀鎂肥對提高水稻有效穗、每穗總粒數(shù)效果明顯，對提高水稻結(jié)實率和千粒重?zé)o明顯效果。

2.4 對地上部吸氮量的影響

表4硅鈣鉀鎂肥對水稻產(chǎn)量性狀的影響

Table4Effects of different treatments on rice yield components

處理Treatment有效穗Productiveearnumber/m-2每穗總粒數(shù)Grainsperpanicle每穗實粒數(shù)Filledgrainsperpanicle結(jié)實率Settingpercentage/%千粒重Thousandgrainweight/gCK1278.5138.3131.595.024.4CK2259.0129.9124.195.624.9T3259.1140.0133.995.724.6T4274.2144.0137.495.524.7T5274.8147.4140.595.224.6T6279.3143.4136.395.124.9

不同年份各處理地上部吸氮量如表5所示，從3 a平均值來看，CK2的地上部吸氮量明顯小于CK1，說明磷鉀不足會制約水稻對氮的吸收。在CK2的基礎(chǔ)上配施硅鈣鉀鎂肥，水稻地上部吸氮量迅速回升，且超過CK1，并且隨著施用量的增加，地上部吸氮量亦相應(yīng)增加，說明施用硅鈣鉀鎂肥能明顯促進水稻對氮素的吸收利用效果。

表5各施肥處理的地上部吸氮量

Table 5 Nitrogen uptake of rice aboveground part under different treatments kg·hm-2

3 討論

水稻是典型的喜硅作物，隨著水稻產(chǎn)量不斷提高，需吸收大量硅來維持其正常生長[15]。硅鈣鉀鎂肥與普通復(fù)合肥配施，不但能保證營養(yǎng)供應(yīng)，滿足作物各生育期對各種元素的需求，而且對土壤改良的效果也比較理想，尤其是對土壤硅元素含量的提高效果十分明顯。3 a定位試驗結(jié)果表明，在農(nóng)戶習(xí)慣施肥基礎(chǔ)上施用硅鈣鉀鎂肥能有效提高水稻產(chǎn)量，當(dāng)硅鈣鉀鎂肥用量為1 500 kg·hm-2時就能達到很好的增產(chǎn)效果，其增產(chǎn)作用主要通過提高每穗總粒數(shù)和每穗實粒數(shù)實現(xiàn)。

在土壤改良方面，施用硅鈣鉀鎂肥堿性肥料，隨著硅鈣鉀鎂肥用量的增加，土壤pH不斷提高，而交換性氫、交換性鋁和交換性酸含量不斷下降。不同用量的硅鈣鉀鎂肥施入土壤中對土壤全氮、全磷、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量基本無影響，但對提高土壤有效硅含量和鹽基離子含量效果十分明顯。李敏等[16]的超級稻大田試驗也得到類似結(jié)果，施用硅鈣鉀鎂肥可以改善土壤理化性狀，提高土壤抗酸化能力。本試驗結(jié)果是硅鈣鉀鎂肥在單季稻上的施用效果，可為單季稻上合理施用提供參考與借鑒。為了全面了解硅鈣鉀鎂肥肥效特性，今后應(yīng)進一步研究其在雙季稻上的施用效應(yīng)，以及在不同土壤環(huán)境中的效應(yīng)。

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