斜發(fā)沸石對干濕交替條件下水稻產(chǎn)量和氮素累積的影響

摘要： 【目的】斜發(fā)沸石作為一種優(yōu)良的土壤改良劑，因其具有改善土壤養(yǎng)分、提高水稻產(chǎn)量、減少氮素流失等積極作用而廣泛用于水稻生產(chǎn)中。通過田間定位試驗(yàn)，探究干濕交替灌溉條件下斜發(fā)沸石對水稻氮素吸收利用和產(chǎn)量的長期影響?！痉椒ā吭?017—2021 年連續(xù)5 年進(jìn)行原位大田試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)為隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，設(shè)置常規(guī)淹灌條件下不施斜發(fā)沸石（IC FZ0 ），干濕交替灌溉下不施斜發(fā)沸石（IA W DZ0） 和干濕交替灌溉下施加10 t/hm2 斜發(fā)沸石（IAWDZ10） 3 個處理，斜發(fā)沸石于2017 年施入土壤，之后4 年（2018—2021） 不再施用。水稻生育期內(nèi)定期取0—30 cm 土壤樣品用于測定無機(jī)氮含量，每年水稻成熟期，調(diào)查籽粒產(chǎn)量量及主要產(chǎn)量構(gòu)成因子，計(jì)算地上部氮累積量、氮肥偏生產(chǎn)力。【結(jié)果】ICFZ0 和IAWDZ0 處理的水稻產(chǎn)量、地上部氮累積量和氮肥偏生產(chǎn)力差異均不顯著。與ICFZ0 和IAWDZ0 處理相比，IAWDZ10 處理連續(xù)5 年均顯著提高了地上部氮累積量和產(chǎn)量，但增長率隨定位試驗(yàn)的延長有所下降。IA W DZ1 0 處理氮肥偏生產(chǎn)力較IC FZ0 和IA W DZ0 處理分別增加了9.67～13.44 和5.53～9.55 kg/kg，產(chǎn)量分別增加了1.26～2.42 和1.00～1.72 t/hm2。與IAWDZ0 相比，IAWDZ10 處理地上部干物質(zhì)累積量在拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期和成熟期分別增加了20.96%～31.24%、16.89%～30.44%、17.87%～25.45% 和13.43%～21.12%，地上部氮累積量分別增加了19.92%～47.14%、14.90%～43.88%、21.68%～31.37% 和7.18%～30.27%。IAWDZ0 與ICFZ0 處理土壤無機(jī)氮含量差異不顯著，IAWDZ10 處理土壤無機(jī)氮含量最高，較IAWDZ0 處理增加了19.88%～40.96%。在分蘗—穗肥階段，5 年間IAWDZ10 處理的土壤NH4+-N 含量較ICFZ0 和IAWDZ0 處理分別增加了31.83%～48.84% 和28.35%～52.80%。IAWDZ0 和ICFZ0 處理收獲后土壤全氮含量差異不顯著，IAWDZ10 較ICFZ0 處理顯著提高了收獲期土壤全氮含量，提升幅度為9.27%～11.41%，這表明隨著時間的延長，斜發(fā)沸石并不會對土壤養(yǎng)分產(chǎn)生負(fù)面影響，反而對土壤養(yǎng)分具有長期改善的作用?！窘Y(jié)論】在干濕交替灌溉條件下，一次性施用斜發(fā)沸石可連續(xù)多年提高水稻生育期土壤銨態(tài)氮含量、增加土壤全氮，進(jìn)而促進(jìn)水稻氮吸收，提高氮肥偏生產(chǎn)力和產(chǎn)量。因此，斜發(fā)沸石可用于新型灌溉技術(shù)下提高水稻產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)稻田可持續(xù)利用。

關(guān)鍵詞： 斜發(fā)沸石； 氮； 干濕交替灌溉； 水稻； 產(chǎn)量

氮是植物生長必需的營養(yǎng)元素之一，對調(diào)節(jié)土壤肥力、維持作物生產(chǎn)具有重要意義[1?2]。增氮是提高水稻產(chǎn)量的重要手段，農(nóng)民往往通過過量施肥來獲得較高的產(chǎn)量，尤其是氮肥[3]。然而過量、不合理、不均衡的氮肥施用造成了大量氮損失，導(dǎo)致地下水污染、水體富營養(yǎng)化等一系列環(huán)境問題[4]。中國是世界上最大的氮肥消耗國，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年中國農(nóng)業(yè)氮肥用量占到全球農(nóng)業(yè)氮肥用量的22.7%[5]，然而中國的氮肥利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平[6]。因此，提高土壤保肥能力，增加作物氮吸收和提高氮肥利用率對減少環(huán)境污染和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

中國是世界上最大的水稻生產(chǎn)國，水稻產(chǎn)量占全球水稻產(chǎn)量的27%[7]。水稻是一種高耗水型作物，我國的水稻種植面積約占糧食種植總面積的28% 左右，其耗水量占農(nóng)業(yè)總用水量的65% 以上[8]。我國又是一個水資源匱乏的國家，傳統(tǒng)淹灌耗水量大，水分利用率低，加劇了我國水資源匱乏的狀況。因此，研究水稻節(jié)水灌溉技術(shù)，提高水資源利用效率對我國糧食生產(chǎn)安全具有重要意義。干濕交替灌溉（alternate wetting and drying irrigation，AWD） 具有減少水分消耗、改善土壤通氣狀況、減少甲烷排放、提高氮肥利用率、增產(chǎn)或穩(wěn)產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[9?10]。然而，在干濕交替條件下，稻田土壤水分總處于飽和與非飽和交替狀態(tài)，土壤氧化與還原狀態(tài)的快速更替改變了稻田氮循環(huán)過程，促進(jìn)了硝化?反硝化作用，導(dǎo)致了N2O 排放增加，造成氮損失和環(huán)境污染[11?12]。因此，有必要研究干濕交替灌溉下土壤氮素動態(tài)及水稻氮素吸收的變化，以減少氮素?fù)p失，提高氮肥利用率，減少環(huán)境污染。

斜發(fā)沸石是一種硅酸鹽礦物，主要由二氧化硅（SiO2）、氧化鋁（Al2O3）、水（H2O） 和堿金屬（如Na、K）、堿土金屬（如Ca、Mg） 離子組成，其中硅氧四面體和鋁氧四面體構(gòu)成了沸石的三維空間架狀結(jié)構(gòu)，堿金屬、堿土金屬和水分子結(jié)合松散、易于置換，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得沸石具有很高的陽離子交換量、吸附和離子交換等作用[13]。而且沸石無毒、無害，使其成為一種綠色、高效的土壤改良劑，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[14]。目前，斜發(fā)沸石對農(nóng)業(yè)的積極作用已得到諸多證實(shí)。王甲辰等[15]通過土柱試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)適宜粒徑組成的沸石可以促進(jìn)玉米對氮、鉀營養(yǎng)的吸收和生物量累積。一些學(xué)者通過田間研究也發(fā)現(xiàn)，施加斜發(fā)沸石可顯著提高氮肥利用率，增加作物產(chǎn)量，其效應(yīng)至少可持續(xù)2 年[16?17]。而Szatanik-Kloc 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，第一年沸石增加了春小麥的產(chǎn)量，而在第二年和第三年沸石對植物生長發(fā)育并沒有積極作用。Zaman 等[19]認(rèn)為，與田間研究不同，在室內(nèi)培養(yǎng)期間，沸石與篩分土壤均勻混合，可能會增加其吸附能力，以捕獲更多的NH4+，因此，還需要進(jìn)行長期田間試驗(yàn)研究，以評估沸石的生命周期。綜上，目前關(guān)于斜發(fā)沸石對稻田氮素吸收利用特征和產(chǎn)量影響的研究主要利用培養(yǎng)試驗(yàn)和短期田間試驗(yàn)，關(guān)于斜發(fā)沸石施用后連續(xù)多年對稻田植株生長、氮吸收和產(chǎn)量影響的研究還較少。因此，本研究通過連續(xù)5 年的原位大田試驗(yàn)，探究干濕交替灌溉下添加斜發(fā)沸石對土壤無機(jī)氮動態(tài)變化以及植株氮吸收的影響，以探索斜發(fā)沸石對稻田氮素的長期影響，以期為斜發(fā)沸石在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。