化肥配施土壤調(diào)理劑對酸化紅壤性水稻土改良效果研究

吳多基，姚冬輝，魏宗強(qiáng)，吳建富

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國土資源與環(huán)境學(xué)院，江西南昌 330045）

【研究意義】作物正常生長發(fā)育需要適宜的土壤酸度，但水稻生產(chǎn)偏施化肥等不合理的農(nóng)業(yè)措施，使農(nóng)田土壤酸化嚴(yán)重，特別是在我國南方，酸化土壤面積逐年增加[1]，土壤酸化加速了土壤中養(yǎng)分離子尤其是鹽基離子的淋失，土壤日益貧瘠，釋放出有害的鋁離子和其他重金屬離子[2]，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。因此，改變施肥方式，優(yōu)化施肥結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)土壤質(zhì)量的改良，減緩?fù)寥浪峄M(jìn)程顯得十分重要?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】施用土壤調(diào)理劑是修復(fù)退化土壤的重要措施之一。土壤調(diào)理劑能有效改善土壤理化性狀和土壤養(yǎng)分狀況，從而提高退化土壤的生產(chǎn)力[3]。近年來，隨著肥料行業(yè)的發(fā)展，許多更優(yōu)質(zhì)安全的修復(fù)土壤、改良土壤酸化的土壤調(diào)理劑被不斷開發(fā)，并得到廣泛應(yīng)用[4?5]。周杰文等[5]研究結(jié)果表明，土壤調(diào)理劑能有效提高植煙土壤pH、土壤養(yǎng)分效果和提高烤煙品質(zhì)、產(chǎn)量。陳士更[6]研究發(fā)現(xiàn)，施用普通土壤調(diào)理劑和腐植酸土壤調(diào)理劑均能在一定程度上改善酸化果園土壤的理化性狀，且隨著施用年限的增加，改良效果越明顯，還能提高蘋果的產(chǎn)量和品質(zhì)。【本研究切入點】土壤調(diào)理劑多應(yīng)用于旱地或退化土壤改良[7?9]，在水田方面的應(yīng)用則偏向于對重金屬污染農(nóng)田的修復(fù)[10?11]，而用于南方紅壤性水稻土酸性改良的試驗報道較少[12]，尤其在探究土壤調(diào)理劑配合化肥減施對水稻產(chǎn)量和土壤化學(xué)性質(zhì)的影響方面鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文通過大田試驗設(shè)計化肥配施不同用量的土壤調(diào)理劑，研究不同處理對水稻產(chǎn)量和土壤化學(xué)性質(zhì)的影響，探索土壤調(diào)理劑對南方酸性稻田的改良效果以及酸度調(diào)控過程，同時設(shè)計化肥減量配施土壤調(diào)理劑，試探求土壤調(diào)理劑在化肥“減量增效”中的可行性，以期為南方酸化紅壤性稻田推廣應(yīng)用土壤調(diào)理劑提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年在江西省進(jìn)賢縣溫圳鎮(zhèn)楊溪村進(jìn)行。供試土壤為第四紀(jì)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），土壤的基本性質(zhì)為：全氮2.6 g/kg、堿解氮176.56 mg/kg、速效磷12.94 mg/kg、pH 5.11。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)7個處理，完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，小區(qū)面積為24 m2（長8 m×寬3 m）。各處理分別為：常量施肥（100%F），單施氮磷鉀化肥；常量施肥，分別增施土壤調(diào)理劑750，1 500，2 250 kg/hm2（分別用100%F+50、100%F+100、100%F+150表示）；化肥減施10%、20%、30%，分別配施土壤調(diào)理劑750，1 500，2 250 kg/hm2（分別用90%F+50、80%F+100、70%F+150表示）。本試驗所使用的土壤調(diào)理劑由江西瑞博特生物科技有限公司提供，主要成分與含量分別為鈣（CaO）≥40%、pH 8～10，此外還含有一定量的生物煙堿、腐殖酸、氨基酸以及有益于作物生長的硅、鎂、鐵、鋅、硼等中微量元素。單施氮磷鉀化肥處理，施純N 165 kg/hm2，P2O582.5 kg/hm2，K2O 165 kg/hm2，氮肥按基肥、分蘗肥、穗肥的質(zhì)量比為4∶2∶4施用，土壤調(diào)理劑和磷肥一次性作基肥施用，鉀肥按基肥、分蘗肥、穗肥的質(zhì)量比為5∶2∶3施用，供試化肥為尿素（N 46%）、鈣鎂磷肥（P2O512%）和氯化鉀（K2O 60%）。小區(qū)間土埂用塑料薄膜包裹，單排單灌。供試品種選用江西省農(nóng)業(yè)廳主推雜交水稻品種H優(yōu)518，6月18日播種，7月11日人工移栽，栽插密度為13.3 cm×26.6 cm，每蔸2谷粒苗，其他按常規(guī)高產(chǎn)栽培要求進(jìn)行。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 在水稻成熟期每個處理小區(qū)各調(diào)查30蔸的有效穗數(shù)，按平均數(shù)法取3蔸進(jìn)行考種，應(yīng)用水漂法考察穗粒結(jié)構(gòu)。另外，各處理實割200蔸，脫粒后曬干、稱量、測產(chǎn)。

1.3.2 土壤養(yǎng)分 在晚稻成熟期，每處理按“S”型方法取耕作層（0～20 cm）土壤樣品以供土壤養(yǎng)分含量和pH值的測定。采用堿解擴(kuò)散法測定堿解氮、Olsen法測定有效磷、NH4OAc浸提火焰光度法測定速效鉀[13]、pH計法（FE20）測定pH值、元素分析儀測定土壤全氮和總有機(jī)碳。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016、Origin 2018和SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析，并利用Duncan法進(jìn)行顯著性檢驗，相關(guān)分析采用Pearson系數(shù)（雙側(cè)）。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥配施土壤調(diào)理劑對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表1可見，處理100%F+100和100%F+150水稻產(chǎn)量表現(xiàn)一樣，為最高，與處理100%F、100%F+50和處理90%F+50差異均不顯著，卻均顯著高于處理80%F+100和70%F+150，增幅分別為8.79%和9.39%。而處理100%F、100%F+50、90%F+50、80%F+100和70%F+150差異均不顯著。

常量施肥條件下，水稻產(chǎn)量由大到小依次為處理100%F+100=100%F+150>100%F+50>100%F，但處理間差異均未達(dá)到顯著水平。說明常量施肥條件下，適當(dāng)增施土壤調(diào)理劑有利于挖掘土壤生產(chǎn)潛力，提高水稻單產(chǎn)水平。

減施化肥條件下，水稻產(chǎn)量處理90%F+50高于處理100%F，但差異不顯著，而處理80%F+100、70%F+150則低于處理100%F，差異不顯著。說明增施750 kg/hm2土壤調(diào)理劑替代10%化肥可以維持水稻產(chǎn)量與單施化肥基本持平。

對于產(chǎn)量構(gòu)成因素，有效穗表現(xiàn)為處理90%F+50顯著低于處理100%F+50和100%F+150，降幅約為9.0%。而每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量處理間差異均不顯著。

表1 不同處理對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Tab.1 Influence of different treatments on yield and its constituent factors

2.2 化肥配施土壤調(diào)理劑對水稻干物質(zhì)積累量的影響

由圖1可知，處理100%F+100和100%F+150水稻總干物質(zhì)積累量相對較大，80%F+100處理最小，但處理間差異均不顯著。各處理莖干物質(zhì)量占總干物質(zhì)量的比例由大到小依次為100%F+50>100%F>90%F+50、100%F+150、70%F+150、100%F+100和80%F+100。葉片干物質(zhì)量的比例100%F+100最大，而對于穗干物質(zhì)量占總干物質(zhì)量的比例來說，則表現(xiàn)為90%F+50最大，達(dá)到了64.73%。

圖1 不同處理的水稻成熟期干物質(zhì)積累量Fig.1 Amount of dry matter accumulation in mature rice during different treatments

圖2 水稻實際產(chǎn)量與成熟期總干物質(zhì)積累量的關(guān)系Fig.2 The relationship between the total dry matter accumulation and the yield of rice in the mature period

水稻成熟期的總干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.919**（表2），呈極顯著關(guān)系（P<0.01）。由圖2可得，產(chǎn)量與成熟期的總干物質(zhì)積累量的關(guān)系為Y=4 014.95+4.388X，呈顯著的直線正相關(guān)關(guān)系。

2.3 化肥配施土壤調(diào)理劑對稻田土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.3.1 化肥配施土壤調(diào)理劑對稻田土壤pH的影響 圖3表明，土壤調(diào)理劑對土壤pH的影響比較顯著，并且土壤pH隨土壤調(diào)理劑用量的增加呈上升趨勢，100%F+150、70%F+150、100%F+100和80%F+100處理都顯著高于100%F處理，土壤pH提高了4.79%～9.58%。常量施肥的基礎(chǔ)上，添加2 250 kg/hm2的土壤調(diào)理劑對pH的影響最大，相比常量施肥，pH提高了0.42個單位；化肥減量施用條件下，70%F+150處理的pH最高，并且也是所有處理中最高。說明化肥對農(nóng)田土壤pH影響較大，同時，增施土壤調(diào)理劑對農(nóng)田土壤的酸性具有一定的調(diào)控作用。

表2 水稻產(chǎn)量與成熟期總干物質(zhì)積累量的相互關(guān)系Tab.2 Correlation between rice yield and total dry matter accumulation during maturity

2.3.2 化肥配施土壤調(diào)理劑對稻田土壤養(yǎng)分的影響 由表3可知，各處理土壤養(yǎng)分含量表現(xiàn)出的差異均不一致。常量施肥的條件下，土壤養(yǎng)分含量隨土壤調(diào)理劑用量的增加呈現(xiàn)增長趨勢，其中100%F+150處理的速效磷和有機(jī)質(zhì)含量顯著高于處理100%F，增幅分別為31.26%和18.06%；全氮、堿解氮和速效鉀含量差異都不顯著?；蕼p量施用的條件下，90%F+50、80%F+100和70%F+150處理之間土壤養(yǎng)分含量均無顯著性差異，但70%F+150處理全氮和有機(jī)質(zhì)含量卻高于其他處理，比處理100%F分別增長5.32%和33.54%；堿解氮和速效鉀含量則表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢，這可能與化肥減量施用有關(guān)。

圖3 不同處理對土壤pH的影響Fig.3 Effect of different treatments on soil pH

表3 不同處理的土壤養(yǎng)分含量Tab.3 Soil nutrient content between different treatments

3 討論

中國南方紅壤稻區(qū)土壤酸化問題日益明顯。眾所周知，稻田土壤酸化會導(dǎo)致營養(yǎng)元素的流失和營養(yǎng)元素的利用率下降，嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量及品質(zhì)[14]。對于南方紅壤酸性稻田的改良，人們習(xí)慣使用石灰，對產(chǎn)量的提高效果確實顯著，但其修復(fù)效果會隨著時間變化逐漸減弱[15?16]，長期施用石灰易造成土壤板結(jié)、養(yǎng)分失衡、甚至復(fù)酸化[17]。而在作物栽培中增施土壤調(diào)理劑能夠改善土壤理化性質(zhì)和土壤養(yǎng)分狀況，改善作物生長環(huán)境[18?20]，對作物的生長過程具有明顯的積極作用[21]。眾多研究[19,22?24]發(fā)現(xiàn)，施用土壤改良劑具有提高pH，增加N、P、K有效養(yǎng)分和代換性K、Ca和Mg的效果。本次研究得到了相似的結(jié)果，增施土壤調(diào)理劑能夠明顯提高稻田土壤pH，這可能是因為土壤調(diào)理劑的堿性物質(zhì)釋放到土壤中，水解后增加了土壤OH?的濃度，中和了土壤酸度。大量研究[25?27]表明，化肥的過量施用能導(dǎo)致土壤酸化，是稻田酸化加速的主要原因之一。對比常量施肥添加土壤調(diào)理劑與化肥減量配施土壤調(diào)理劑發(fā)現(xiàn)，化肥減量配施土壤調(diào)理劑對土壤pH的提高更加顯著，本試驗的結(jié)果進(jìn)一步證實，化肥的大量施用會導(dǎo)致土壤酸化。

土壤pH是影響土壤養(yǎng)分有效性的重要因素之一，對有機(jī)物質(zhì)的分解和養(yǎng)分的釋放有促進(jìn)作用。本試驗結(jié)果顯示，隨著土壤酸度的降低，土壤有機(jī)質(zhì)含量增加和有效磷活性增強(qiáng)，這與陳琨[28]、Rama[29]、文星[30]等的研究結(jié)果類似。但對堿解氮和速效鉀含量的影響不顯著，這與已有的報道并非完全一致[23,31?33]，其原因可能與土壤調(diào)理劑的性質(zhì)、成分有關(guān)，CaO含量≥40%的土壤調(diào)理劑施入土壤中打破了Ca2+/K+平衡，增強(qiáng)了土壤對K+的固定，使得各處理的速效鉀含量差異不大；而土壤調(diào)理劑中的其它成分（生物煙堿、腐殖酸、氨基酸以及硅、鎂、鐵、鋅、硼等中微量元素）雖然短期內(nèi)對土壤氮素養(yǎng)分影響不顯著，但土壤全氮和堿解氮含量在一定程度上隨土壤調(diào)理劑的使用量增加而呈現(xiàn)上升趨勢。

施用土壤調(diào)理劑能促進(jìn)南方酸性稻田土壤pH升高，土壤化學(xué)特性得到改善，土壤養(yǎng)分的有效性隨之發(fā)生變化，進(jìn)而影響水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量[34]。對于南方紅壤性稻田，在不改變耕作方式的條件下，優(yōu)化施肥并施用土壤調(diào)理劑，可以促進(jìn)水稻生長，增強(qiáng)產(chǎn)量性狀，協(xié)調(diào)養(yǎng)分吸收，最終實現(xiàn)水稻高產(chǎn)[35?36]。本試驗結(jié)果顯示，常量施肥條件下，增施土壤調(diào)理劑能提高水稻生物學(xué)產(chǎn)量、有利于挖掘土壤生產(chǎn)潛力，提高水稻單產(chǎn)；化肥減量施用的條件下，隨著化肥施用量的減少水稻產(chǎn)量逐漸降低；而增施750 kg/hm2土壤調(diào)理劑減施10%化肥可以維持水稻產(chǎn)量與單施化肥基本持平。說明土壤調(diào)理劑對實現(xiàn)化肥“減量增效”具有一定的可行性。

4 結(jié)論

常量施肥基礎(chǔ)上，土壤調(diào)理劑的施用在一定程度上可以提高水稻成熟期總干物質(zhì)積累量；增施2 250 kg/hm2土壤調(diào)理劑有利于提高水稻產(chǎn)量；增施750 kg/hm2土壤調(diào)理劑替代10%化肥可以維持水稻產(chǎn)量與單施化肥基本持平。常量施肥添加2 250 kg/hm2土壤調(diào)理劑能改良酸性土壤、提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和有效養(yǎng)分含量。