化肥配施土壤改良劑對雙季稻產(chǎn)量、經(jīng)濟效益及土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

吳多基，姚冬輝，魏宗強，吳建富

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國土資源與環(huán)境學(xué)院/江西省鄱陽湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點實驗室，江西 南昌 330045）

【研究意義】隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，我國土壤退化問題日益嚴重，主要表現(xiàn)為土壤硬化、鹽堿化、酸化、化學(xué)污染和侵蝕等，嚴重限制了土壤的生產(chǎn)力［1］。對于南方稻田而言，酸化土壤的改良是眾多學(xué)者的熱議話題之一?；瘜W(xué)氮肥的長期使用導(dǎo)致土壤酸化［2-4］，而土壤酸化活化了重金屬元素，對土壤肥力質(zhì)量、健康質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全帶來一定的負面影響［2,5］。因此，土壤酸化和重金屬污染治理已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中迫切需要解決的重要課題?！厩叭搜芯窟M展】近年來，為適應(yīng)新時代農(nóng)業(yè)發(fā)展理念，土壤改良劑產(chǎn)品的研發(fā)得到迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于退化土壤的改良，取得了一系列研究成果，特別是對于我國沙化土壤、鹽堿地、石灰性土壤的改良效果顯著，大大提高了旱地作物的產(chǎn)量。研究表明，土壤改良劑能有效地改善土壤理化性狀［6-8］，修復(fù)重金屬污染的土壤和有效降低農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量［9-11］，并對土壤微生物產(chǎn)生積極影響［6,12］，從而提高土壤的生產(chǎn)力［13-15］。陳麗娜［16］研究表明，土壤改良劑能夠增加風(fēng)沙地土壤有機質(zhì)含量，對小麥生長十分有利，能夠調(diào)節(jié)土壤pH值，增強土壤肥力，促進小麥增產(chǎn)。董亮等［17］、秦萍等［18］研究發(fā)現(xiàn)，施用土壤改良劑可以優(yōu)化土壤團粒結(jié)構(gòu)，降低土壤容重及土壤鹽分含量，增加土壤有機質(zhì)含量，有效改良鹽漬化土壤，提高作物產(chǎn)量。湛潤生等［19］研究認為，硫磺作為一種新型的土壤改良劑，應(yīng)用于我國干旱和半干旱地區(qū)的石灰性土壤，不但能降低土壤的pH值，改善土壤的理化性狀，同時能活化土壤養(yǎng)分，從而提高土壤中有效養(yǎng)分的含量，促進作物的生長和發(fā)育，降低作物體NO3--N積累?！颈狙芯壳腥朦c】關(guān)于土壤改良劑的報道多是應(yīng)用于旱地土壤，促進旱地作物增產(chǎn)，但在我國南方紅壤酸性稻田生產(chǎn)上的應(yīng)用較少［7,15］，尤其是化肥配施不同用量土壤改良劑對雙季稻產(chǎn)量形成和經(jīng)濟效益的影響還鮮見報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】通過大田試驗，研究化肥配施土壤改良劑對我國南方紅壤酸性稻田早、晚稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、水稻經(jīng)濟效益和土壤化學(xué)性質(zhì)的影響，以期為雙季水稻生產(chǎn)大面積推廣應(yīng)用土壤改良劑提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年在江西省進賢縣溫圳鎮(zhèn)楊溪村進行。供試土壤為第四紀紅色粘土發(fā)育的水稻土，常年種植水稻。試驗前耕作層（0～20 cm）土壤基本性質(zhì)為：有機質(zhì) 26.8 g/kg、堿解氮 114.2 mg/kg、有效磷（P2O5）25.6 mg/kg、速效鉀（K2O）98.1 mg/kg，土壤CEC 13.1 cmol/kg，pH 5.1。土壤改良劑主要成分與含量分別為SiO2≥60%、CEC≥10 cmol/kg、S≤4.0%，pH6.8，由香港三谷集團有限公司提供。供試品種：早稻為中嘉早17，晚稻為H優(yōu)518。供試化肥為尿素（N 46%）、鈣鎂磷肥（含 P2O511.4%）、氯化鉀（含K2O 60%）。

1.2 試驗方法

早稻、晚稻試驗在同一塊田進行，設(shè)8個處理：常量施肥（100%F）；常量施肥，每季分別增施土壤改良劑150、300、450 kg/hm2（分別用G1+100%F、G2+100%F、G3+100%F表示）；每季減施25%常量施肥，分別增施土壤改良劑150、300、450、600 kg/hm2（分別用G1-25%F、G2-25%F、G3-25%F、G4-25%F表示）。常量施肥處理，早稻施純N 150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，晚稻施純N 180 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2。各處理早稻氮肥、鉀肥均按基肥、分蘗肥與穗肥質(zhì)量比5∶2∶3施用。晚稻氮肥按基肥、分蘗肥與穗肥質(zhì)量比4∶2∶4施用，鉀肥按基肥、分蘗肥與穗肥質(zhì)量比5∶2∶3施用。磷肥和土壤改良劑作基肥一次性施用。試驗小區(qū)隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積24 m2。小區(qū)間土埂用塑料薄膜包裹，單排單灌。人工移栽，栽插密度早稻為13.3 cm×23.3 cm，晚稻為16.7 cm×23.3 cm，早稻每蔸3谷粒苗，晚稻每蔸2谷粒苗。其他按常規(guī)高產(chǎn)栽培要求進行。

1.3 測定指標及方法

早稻、晚稻收割前1 d，各處理在調(diào)查有效穗數(shù)的基礎(chǔ)上按平均數(shù)法取5蔸進行考種。各處理實割200蔸，脫粒后曬干、稱重、測產(chǎn)。同時，在晚稻成熟期，每個處理按五點法取耕作層（0～20 cm）土壤樣品以供土壤養(yǎng)分含量、CEC和pH值測定。土壤養(yǎng)分、CEC和pH均按常規(guī)分析法［15］測定。

試驗數(shù)據(jù)運用Excel 2007和SPSS16.0軟件進行處理和統(tǒng)計分析，采用Duncan新復(fù)極差法（LSR）進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥配施土壤改良劑對雙季稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可知，常量施肥條件下，增施土壤改良劑有利于提高早稻、晚稻產(chǎn)量，其產(chǎn)量增幅隨改良劑用量增加而增加。早稻產(chǎn)量處理間差異不顯著，而晚稻產(chǎn)量G1+100%F、G2+100%F、G3+100%F處理間差異不顯著，但均顯著高于100%F處理，增幅為4.0%～5.6%。說明常量施肥條件下，增施土壤改良劑有利于提高雙季水稻年總產(chǎn)量，且以增施450 kg/hm2土壤改良劑效果最好。

減施25%化肥條件下，早稻、晚稻產(chǎn)量均以G4-25%F處理最高，但與其他處理差異不顯著。早稻產(chǎn)量G1-25%F、G2-25%F、G3-25%F處理均低于常量施肥對應(yīng)的G1+100%F、G2+100%F、G3+100%F處理，但處理間差異不顯著。而晚稻產(chǎn)量則均顯著低于常量施肥對應(yīng)的處理，降幅為4.3%～6.5%，其降幅隨土壤改良劑用量增加呈下降趨勢。說明減施25%化肥條件下，增施土壤改良劑600 kg/hm2可以維持早稻、晚稻獲得高產(chǎn)。

表1 不同處理對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 1 Effects of different treatments on rice yield and its components

產(chǎn)量構(gòu)成因素（表1）中，常量施肥條件下，早稻單位面積有效穗數(shù)G3+100%F處理與G2+100%F處理差異不顯著，但均顯著高于G1+100%F、100%F處理，而G1+100%F處理和100%F處理差異不顯著。晚稻4個處理間差異不顯著；減施25%化肥條件下，施用改良劑對早、晚稻單位面積有效穗數(shù)影響較小，處理間差異不顯著；各處理早稻每穗粒數(shù)變化規(guī)律不明顯，而晚稻處理間差異不顯著；早稻、晚稻結(jié)實率均隨土壤改良劑用量的增加而增加。常量施肥水平下，早稻結(jié)實率G1+100%F、G2+100%F、G3+100%F處理較100%F處理增幅達5.5%～19.1%，且差異顯著。而晚稻結(jié)實率G3+100%F處理與G2+100%F處理差異不顯著，但顯著高于G1+100%F、100%F處理，增幅為4.3%和5.8%，而G1+100%F處理和100%F處理差異不顯著。減施25%化肥條件下，早稻結(jié)實率增施土壤改良劑的處理較100%F處理增幅達5.9%～16.0 %，且差異顯著；而晚稻結(jié)實率以G4-25%F處理為最高，較100%F處理增幅8.0%，且差異顯著；早稻、晚稻千粒重處理間差異不顯著。說明施用土壤改良劑有利于促進水稻籽粒灌漿，提高其結(jié)實率，從而提高水稻產(chǎn)量。這可能與土壤改良劑中含有大量的硅素營養(yǎng)有關(guān)，其作用機理還有待進一步研究。

2.2 化肥配施土壤改良劑對雙季稻經(jīng)濟效益的影響

從表2可以看出，稻谷產(chǎn)值的變化趨勢與產(chǎn)量變化基本一致，隨土壤改良劑用量增加基本呈增加的趨勢。早稻稻谷產(chǎn)值以G3+100%F、G4-25%F處理最高，達2.15萬元/hm2，但處理間差異不顯著。晚稻稻谷產(chǎn)值以G3+100%F處理最高，較100%F處理增加5.2%，且差異顯著。其他增施土壤改良劑的處理與100%F處理差異不顯著。稻草產(chǎn)值處理間差異不顯著。早稻凈收益處理間差異不顯著。晚稻凈收益常量施肥增施土壤改良劑的處理間差異不顯著，但均顯著高于100%F處理，平均增幅為4.8%。減施25%化肥的處理晚稻凈收益與100%F處理差異不顯著，但均低于常量施肥增施土壤改良劑的處理。產(chǎn)投比早稻以G1-25%F處理最好，晚稻以 G1+100%F處理最好。從凈收益和產(chǎn)投比來看，早稻減施25%化肥、配施150 kg/hm2土壤改良劑和晚稻常量施肥、配施150 kg/hm2土壤改良劑有利于提高周年水稻種植的經(jīng)濟效益。

表2 經(jīng)濟效益分析（萬元/hm2）Table 2 Analysis of economic benefits（104 yuan/hm2）

2.3 化肥配施土壤改良劑對稻田土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.3.1 對土壤pH值的影響 由圖1可知，隨著土壤改良劑用量的增加，稻田土壤pH值呈上升趨勢。常量施肥條件下，土壤pH值以G3+100%F處理最高，達5.35，較100%F處理上升0.27，且差異達顯著水平。減施25%常量施肥條件下，增施土壤改良劑的處理土壤pH值均高于常量施肥100%F處理，且以G4-25% F處理最高，顯著高于100% F、G1-25% F、G2-25% F處理，增幅分別為7.28%、5.42%和4.81%。表明增施土壤改良劑對紅壤酸性稻田土壤pH值具有一定的調(diào)節(jié)作用，且以G4-25% F處理的改良效果為最佳。其原因可能與土壤改良劑的性質(zhì)有關(guān)。

圖1 不同處理土壤的pH值Fig.1 Soil pH of different treatments

2.3.2 對土壤養(yǎng)分含量的影響 從表3可以看出，相同施肥條件下，增施土壤改良劑對土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量影響不大。常量施肥處理土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量均高于減施25%常量施肥處理。土壤CEC均隨改良劑用量增加而增加，且以G3+100%F處理為最高，顯著高于100%F、G1+100%F、G1-25%F、G2-25%F處理，增幅分別為13.43%、9.35%、25.62%和15.16%。說明增施土壤改良劑有利于提高土壤的保肥、供肥能力。其原因可能與土壤改良劑的成分有關(guān)。

表3 不同處理土壤的養(yǎng)分含量Table 3 Soil nutrients of different treatments

3 討論

從20世紀80年代至今，我國農(nóng)田土壤pH值平均下降了0.5個單位，酸化現(xiàn)象十分普遍［2］。而日趨嚴重的土壤酸化所引起的土壤理化性質(zhì)惡化［21］、鋁離子和重金屬活度提高［22］、土壤微生物活性降低［6］等問題，影響農(nóng)作物生長及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)［8,22-23］，已嚴重制約了我國特別是南方酸性紅壤地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［24］。研究表明，土壤改良劑不僅能有效改善退化土壤理化和生物學(xué)性質(zhì)［6-8,12,25］，促進農(nóng)作物正常生長并提高其產(chǎn)量和品質(zhì)［6-8,13-14］，而且還能有效降低土壤重金屬活性，減輕對農(nóng)產(chǎn)品的污染［9-11,26］。趙金星等［7］研究表明，與空白對照相比，施用土壤改良劑顯著降低了鹽化草甸土土壤pH值。鄧小華等［8］研究指出，施用土壤改良劑可以提高黃紅壤的pH值、堿解氮和速效磷含量，增加土壤CEC。侯紅乾等［27］研究認為，施用土壤改良劑對鄱陽湖區(qū)潛育化稻田土壤有機質(zhì)、堿解氮含量無顯著影響，但對土壤速效磷、速效鉀和pH 值均有顯著的提升作用。范呈根等［28］、吳建富等［29］研究指出，增施土壤改良劑（鋼渣粉）能顯著提高紅壤稻田和紅壤旱地土壤pH、CEC 和堿解氮、有效磷、速效鉀。本研究結(jié)果表明，在等量氮磷鉀養(yǎng)分供應(yīng)條件下，增施土壤改良劑能提高紅壤酸性稻田土壤pH和CEC，其增幅與土壤改良劑的用量呈線性關(guān)系。說明增施土壤改良劑有利于提高紅壤酸性稻田土壤pH和土壤的保肥供肥能力。而對土壤堿解氮、有效磷、速效鉀養(yǎng)分含量的影響不大，這與已有的報道并非完全一致［8,27-29］。其原因可能與土壤改良劑的成分、含量、性質(zhì)和研究對象不同有關(guān)。

有研究認為，施用土壤改良劑能顯著提高水稻產(chǎn)量［7,27］。本研究結(jié)果表明，在常量施肥條件下，增施不同用量改良劑的處理早稻產(chǎn)量與單施化肥處理沒有明顯差異，而晚稻產(chǎn)量均顯著高于單施化肥處理，產(chǎn)量增幅達4.0%～5.6%。而在減施25%化肥條件下，增施土壤改良劑處理早、晚稻產(chǎn)量均無顯著差異。無論是常量施肥處理，還是減施25%化肥的處理，增施土壤改良劑均有利于提高早、晚稻結(jié)實率，且其增幅隨改良劑用量增加而增加，這可能與土壤改良劑中含有大量的硅素營養(yǎng)有關(guān)，其機理有待研究。從凈收益和產(chǎn)投比來看，早稻減施25%化肥、配施150 kg/hm2土壤改良劑和晚稻常量施肥、配施150 kg/hm2土壤改良劑有利于提高周年水稻種植的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)論

（1）增施土壤改良劑有利于調(diào)控土壤酸性，提高土壤pH值和CEC；對土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量影響不大。（2）常量施肥條件下，增施土壤改良劑450 kg/hm2，或者減施25%化肥，增施土壤改良劑600 kg/hm2均有利于雙季稻獲得高產(chǎn)，其增產(chǎn)原因主要是提高了結(jié)實率。（3）從凈收益和產(chǎn)投比來看，早稻減施25%化肥、配施土壤改良劑150 kg/hm2和晚稻常量施肥、配施土壤改良劑150 kg/hm2，均有利于提高周年水稻種植的經(jīng)濟效益。