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Impacts of different fertilizers/amendments on rice yield and nutrient uptake and soil properties in the waterlogged paddy field

不同肥料/改良剂对冷泥田水稻生长、养分吸收及土壤性质的影响



全 文 :植物营养与肥料学报 2015,21(3):773-781 doi牶1011674/zwyf.20150325
JournalofPlantNutritionandFertilizer htp://www.plantnutrifert.org
收稿日期:2014-03-18   接受日期:2014-09-23   网络出版日期:2015-01-29
基金项目:公益性行业(农业)科研专项(201003016);国家自然基金(41201295);四川省杰出青年基金(13QNJJ0019);四川省农业科学院青
年基金(2013QNJJ-016);四川省农业科学院重点实验室运行专项(2013JCYJ-008)
作者简介:陈琨(1983—),男,四川资中人,硕士研究生,从事土壤肥料与资源环境可持续利用研究。Email:chenkun410@163com
 通信作者 Email:stu@ipni.net
不同肥料/改良剂对冷泥田水稻生长、养分
吸收及土壤性质的影响
陈 琨1,秦鱼生1,喻 华1,康思文1,2,樊红柱1,曾祥忠1,涂仕华1
(1四川省农业科学院土壤肥料研究所,四川成都 610066;2四川农业大学资源环境学院,四川温江 611130)
摘要:【目的】西南地区冷泥田的水稻生长不良可归因于多种障碍因子,包括土壤物理、化学和生物因子。本文针
对冷泥田影响水稻生长的土壤化学障碍因子,研究了不同肥料或改良剂对冷泥田水稻生长、养分吸收和土壤性质
的影响,旨在为这类土壤的培肥、改良利用和水稻高产提供科学依据和实用技术。【方法】试验地点选在四川省东
南地区冷泥田集中的泸县,试验历时2年。试验设无肥对照(CK)、全量化肥(NPK)、NPK+泥炭(NPK+Pe)、NPK
+商品有机肥(NPK+COF)、NPK+鸡粪(NPK+CM)、NPK+硅肥(NPK+Si)、NPK+石灰(NPK+L)、NPK+硅钙
肥(NPK+SiCa),NPK+锌肥(NPK+Zn)9个处理。在水稻收获前采集代表性植株样,调查水稻农艺性状,分析水
稻对氮、磷和钾的吸收量;水稻收获后采集土壤样品,测定不同处理的土壤pH、全氮、有效磷、速效钾、有机质、还原
性物质总量、活性还原物质以及亚铁和亚锰含量。【结果】结果表明,在所有处理中,NPK+L和NPK+SiCa处理可
改善水稻的产量构成因子,稻谷产量比 NPK处理显著提高1540%和1064%;而其他处理的增产效果则均不显
著。NPK+L和NPK+SiCa处理的土壤pH明显高于其他处理,土壤还原性物质总量和活性还原物质(含 Fe2+和
Mn2+)含量显著降低;NPK+L和NPK+SiCa处理可增加土壤养分的有效性,促进水稻对氮、磷、钾养分的吸收,改
善土壤的化学性质。同时,土壤分析结果表明,该试验土壤的有效钙和有效硅均缺乏,而NPK+L和NPK+SiCa处
理增加了土壤的有效钙和有效硅,对提高水稻产量有重要贡献。有机肥对土壤相关性质的影响与石灰和硅钙肥相
反,特别是鸡粪。施用锌肥对水稻有一定的增产效果,但差异不显著。水稻收获后土壤中氮、磷、钾养分残留量与
施肥量和水稻吸收携出量密切相关。【结论】对长期淹水地势低洼的酸性冷泥田来说,石灰和硅钙肥是比较理想的
土壤改良剂,能同时起到改善土壤性质和提高作物产量的效果;而有机肥,特别是未腐熟的有机肥或有机物料,则
不宜在冷泥田中施用或大量施用。
关键词:肥料;水稻产量;养分吸收;土壤性质
中图分类号:S51106201   文献标识码:A   文章编号:1008-505X(2015)03-0773-09
Impactsofdiferentfertilizers/amendmentsonriceyield
andnutrientuptakeandsoilpropertiesinthewaterloggedpaddyfield
CHENKun1,QINYusheng1,YUHua1,KANGSiwen1,2,FANHongzhu1,ZENGXiangzhong1,TUShihua1
(1SoilandFertilizerInstitute,SichuanAcademyofAgriculturalSciences,Chengdu610066,China;
2ColegeofResourcesandEnvironment,SichuanAgriculturalUniversity,Wenjiang,Sichuan611130,China)
Abstract:【Objectives】PoorricegrowthinwaterloggedpaddyfieldsofthesouthwestChinaisusualyatributedto
anumberofadversesoilfactors,includingphysical,chemicalandbiologicalfactors.Aimingattheadversesoil
factorslimitingricegrowthinwaterloggedpaddyfields,afieldexperimentwascariedouttostudyimpactsof
diferentfertilizers/amendmentsongrainyieldandnutrientuptakebyriceandsoilpropertiesandtooferscientific
andpracticaltechniquestoimprovesoilfertility,beterlanduseandenhancericeyieldinthistypeofsoils.
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
【Methods】AtwoyearfieldexperimentwascariedoutinLuxianCountyofthesouthwestSichuan,where
waterloggedpaddyfieldsprevail.Theexperimentwassetupinarandomizeddesignconsistingofninetreatments,
includingCK(nofertilizers),NPK(nitrogen,phosphorus,potassiumchemicalfertilizer),NPK+Pe(NPKplus
peat),NPK+COF(NPKpluscommodityorganicfertilizer),NPK+CM(NPKpluschickenmanure),NPK+Si
(NPKplussiliconfertilizer),NPK+L(NPKpluslime),NPK+SiCa(NPKplussiliconcalciumfertilizer)and
NPK+Zn(NPKpluszincfertilizer).Riceplantsweresampledfromeachtreatmenttwodaysbeforetheharvestto
analyzeagronomictraits,uptakeoftotalnitrogen,phosphorusandpotassiumbyriceasafectedbydiferent
treatments.Soilsampleswerecolectedfromeachplotrightaftertheharvesttodetermineefectsofdiferent
treatmentsonsoilpH,totalnitrogen,availablephosphorus,availablepotassium,organicmater,totalreductants,
activereductants,totalironandmanganese.【Results】Thelimeandthesiliconcalciumfertilizertreatmentsare
capableofimprovingtheyieldformingfactorsandthus,significantlyincreasericeyieldsby1540% and1064%
comparedtotheNPKchemicalfertilizertreatment,whileothertreatmentsinsignificantlyincreasedthericeyield.
TheapplicationoflimeandsiliconcalciumfertilizersincreasesoilpH,significantlydecreasesoiltotalreductants
andactivereductantsincludingFe2+andMn2+andimprovesoilnutrientavailabilities,sostimulatetheN,PandK
uptakesofrice,whichisanindirectcontributionofthetwotreatmentstoriceyieldincreaseviatheimprovedsoil
chemicalproperties.Besides,thetwotreatmentsalsodirectlycontributetothericeyieldincreaseviatheimproved
nutritionalstatusofthericesincethesoilisbothcalciumandsilicondeficient.Theefectsoftheorganicfertilizers,
chickenmanureinparticular,onthemeasuredsoilpropertiesarejustoppositetothelimeandthesiliconcalcium
fertilizers.Additionofthezincfertilizerinsignificantlyincreasesriceyield.Thepostharvestsoilresidualnutrient
statusiscloselyrelatedtoquantityofnutrientinputandremovalbyriceplants.【Conclusions】Inthelongterm
waterloggedacidicpaddyfieldswithlowdepressionlandscape,limeandsiliconcalciumfertilizersarerecommonded
soilamendments,whichcanimprovenotonlythesoilpropertiesbutalsothericeyield.Organicmanure,thenot
fulydecomposedmanuresororganicmaterialsinparticular,shouldbeavoidedtouseinthiskindofpaddyfields.
Keywords牶fertilizer牷riceyield牷nutrientuptake牷soilproperty
  冷泥田是西南稻区广泛分布的一类常年淹水、
春夏季种稻、冬季闲置蓄水的低产稻田,习惯上称为
“冬水田”。四川省是西南地区冬水田分布最为广
泛的省份,现有冬水田面积约38万公顷,其中大部
分集中在川东南丘陵区[1]。由于长期淹水,这类稻
田的土壤障碍因子较多,如土壤结构分散、水土温度
低、土壤酸化、营养元素有效性较低、还原性有毒有
害物质多等[2-4],导致水稻秧苗返青缓慢,稻苗返青
迟[5],分蘖少,甚至坐兜[6],影响有效分蘖的形成,
成为冷泥田低产的主要原因[7]。因此,研究探讨冷
泥田改良技术,对提高水稻产量具有重要意义和实
用价值。
针对这些问题,在有灌溉水源保障的地区,冬水
田已通过水旱轮作[8]等技术进行了改造,彻底解决
了原来土壤中存在的问题;而在无灌溉水源保障的
地区,水旱轮作技术难以推广和应用,冬水田多还处
于终年淹水状态,因此其障碍因子消除的技术有待
突破。从上世纪80年代起,候光炯教授致力于冬水
田的改良利用研究,采用以免耕、湿润为核心的小麦
或油菜半旱式耕作,该技术不但能改冬水田为一年
两熟,而且能解决或减轻稻田土壤因终年淹水存在
的土壤物理和化学障碍因子,提高土壤氧化还原电
位和改善土壤养分供应状况,有利于水稻的生长从
而促进了产量的提高[9]。该技术曾一度在我国西
南乃至其他地区大面积推广应用,但因劳动力投入
大,又随着农村劳动力向城市转移的加快,使农业劳
动力缺乏,特别是进入本世纪后,该技术已逐渐从冷
泥田地区淡出,那里的耕作方式又回到了从前。
为了寻找其它技术的突破,一些学者对土壤改
良剂和施肥技术对冷泥/浸田肥力和水稻生长影响
效果方面进行了研究,结果发现土壤改良剂能有效
改善土壤理化性状[10],降低南方稻田酸害[11],有效
减缓东北地区冷浸田水稻根系的衰退速度[12];在养
分管理上,通过增施磷肥[13]、钾肥[14-15]、锌肥[16]以
及平衡施肥[17]也可以促进冷泥/浸田水稻的生长,
防止坐蔸,提高产量。在此基础上,本研究进一步探
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3期    陈琨,等:不同肥料/改良剂对冷泥田水稻生长、养分吸收及土壤性质的影响
讨了不同肥料或改良剂对四川地区酸性冷泥田水稻
生长、养分吸收和土壤性质的影响,旨在为这类土壤
的培肥、改良利用和水稻高产提供科学依据和实用
技术。
1 材料与方法
11 试验设计
定位试验自2012年起在四川省农业科学院水
稻高粱研究所泸州基地进行。试验所在地年均温度
185℃左右,≥10℃的活动积温 6000℃左右,年日
照时数1200 1400h,年降水量1000 1200mm。
试验田为终年淹水的深脚烂泥田,地形部位属沟槽
田,土壤为紫色母岩发育经多年水耕熟化而成的暗
紫泥水稻土,土壤质地中壤,有机质含量 3328
g/kg,全氮 182g/kg,碱解氮 15830mg/kg,全磷
062g/kg,有效磷751mg/kg,全钾2130g/kg,速
效钾10031mg/kg,有效钙 244g/kg,有效锌 276
mg/kg,有效硅 4069mg/kg。pH46(水土比1∶
25)。根据测定结果,该土壤有效磷、有效钙和硅
缺乏,速效钾处于临界值水平,属中等肥力水平。
试验设9个处理:1)无肥对照(CK),2)氮、磷、
钾化肥(NPK),3)NPK+泥炭(NPK+Peat)、4)NPK
+商品有机肥(NPK+COF,商品有机肥含有机质≥
30%,氮≥2%,磷≥1%,钾≥1%),5)NPK+鸡粪
(NPK+CM,鸡粪含全氮099%,全磷035%,全钾
095%),6)NPK+硅肥(NPK+Si),7)NPK+石灰
(NPK+L),8)NPK+硅钙肥(NPK+SiCa),9)NPK
+锌肥(NPK+Zn)。每个处理3次重复,小区面积
20m2(4m×5m),田间随机排列。氮、磷、钾肥用
量分别为 N150kg/hm2、P2O575kg/hm
2和 K2O90
kg/hm2。氮肥用尿素(含N46%)、磷肥用磷酸一铵
(含N1217%,P2O552%),钾肥用氯化钾(含 K2O
60%)。肥料/改良剂分别为泥炭,用量为 3000
kg/hm2;商品有机肥用量7500kg/hm2(由四川正圆
有限公司提供);鸡粪(干重)为养殖场发酵处理后
的产品,用量4500kg/hm2;硅肥用偏硅酸钠,用量
225kg/hm2;石灰为熟石灰,用量750kg/hm2;硅钙
肥用量750kg/hm2;锌肥为硫酸锌(ZnSO4·7H2O,
含Zn2238%),用量15kg/hm2。氮肥按60∶40(基
肥∶分蘖肥)比例施入,其它肥料均作基肥一次施
用。供试水稻品种为川谷优7329,2013年4月26
日移栽,栽插规格为20×30cm,灌溉、病虫害防治
等田间管理措施与大田生产相同。
12 测定项目与方法
在水稻生长期间的不同发育阶段分别调查水稻
基本苗、分蘖动态、有效穗、最高苗、产量等指标。收
获前两天每个小区采集3窝代表性水稻植株样,装
入尼龙网袋带回室内考察株高、有效穗、穗长、穗粒
重、千粒重、结实率、秸秆重等农艺性状。植株样品
经风干、研磨后测定氮、磷、钾含量。收获后在每个
试验小区内按“梅花法”采集0—25cm耕作层混合
土样1kg,再分为两份,一份作为鲜样测定土壤还原
性物质总量、活性还原物质、土壤亚铁和亚锰;另一
份作为风干样测定土壤有机质、全氮、有效磷、速效
钾。有机质含量用重铬酸钾容量法;全氮用半微量
凯氏法;有效磷用氟化铵 -稀盐酸浸提—分光光度
法;速效钾用乙酸铵浸提—火焰光度法;还原性物质
总量用硫酸铝浸提—重铬酸钾氧化法;活性还原物
质用硫酸铝浸提—高锰酸钾滴定法;土壤亚铁和亚
锰用原子吸收分光光度计测定[18]。
13 数据处理
试验数据用 DPS数据处理系统和 Microsoft
Excel软件进行处理;植株氮(磷、钾)吸收量
(kg/hm2)=地上部干物重 ×植株氮(磷、钾)含
量(%)。
2 结果与讨论
21 不同处理对冷泥田水稻生长的影响
表1结果表明,所有施肥处理的水稻株高、有效
穗数均明显高于无肥处理(CK)。硅肥处理(NPK+
Si)的有效穗数最多,达23812×104ear/hm2,其次
为石灰处理(NPK+L),为 23462×104ear/hm2。
水稻的千粒重变化幅度相对较小,但施硅钙肥(NPK
+SiCa)和锌肥(NPK+Zn)处理的千粒重在所有处
理中最高,分别为3072g和3071g,其次为石灰
处理(NPK+L)为3059g。各处理对水稻株高和每
穗实粒数的影响无显著差异。不同处理对水稻结实
率的影响差异明显,其中以 NPK+SiCa处理最高,
为9378%,其次为NPK+L处理(9346%)。
22 不同改良剂对冷泥田水稻产量的影响
2012 2013年不同处理的水稻产量见表 2。
总体来看,水稻产量受年度间气候的影响很大,2013
年所有处理的水稻产量均明显或显著高于2012年,
增长幅度在25% 136%之间。增长幅度最大的
为石灰处理 NPK+L,增幅为136%,增幅最小的
是鸡粪处理NPK+CM,为25%。2012年由于该试
验田遭受暴雨袭击,在水稻灌浆期遭洪水淹没两次,
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植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
第一次淹水时间长达36h,因此导致水稻结实率下
降和产量偏低。
在2012年水稻遭受洪水淹没的情况下,除鸡
粪、石灰、硅钙肥和锌肥处理比单施化肥处理
(NPK)增产外,其余处理均减产,也就是说在氮、
磷、钾化肥的基础上增加泥炭、商品有机肥或硅肥均
没有增产效果,反而出现小幅减产,说明影响水稻增
产的限制因子也不再是氮、磷、钾养分。在4个有增
产的处理中,以NPK+L和 NPK+SiCa处理的水稻
产量最高,其次为 NPK+CM和 NPK+Zn处理,这
与土壤的测定结果相吻合,由于该土壤的有效钙和
有效硅缺乏,补充钙和硅后增加了水稻产量。
表1 不同改良剂对冷泥田水稻产量性状的影响(2013)
Table1 Impactsofdiferentamendmentsonagronomictraitsofriceinwaterloggedpaddyfields
处理
Treatment
株高(cm)
Plantheight
穗数(×104/hm2)
EarNo.
实粒数(No./ear)
Grainperear
千粒重(g)
1000grainwt.
结实率(%)
Setingrate
CK 9819a 17509c 22824a 2964ab 8816
NPK 10030a 18909c 21428a 3013ab 8666
NPK+Pe 10214a 23287a 22015a 2953b 8828
NPK+COF 10185a 21011b 23830a 2999ab 9069
NPK+CM 10023a 23112a 22230a 2996ab 9069
NPK+Si 10237a 23812a 24603a 3025ab 9242
NPK+L 10257a 23462a 23468a 3059ab 9346
NPK+SiCa 10246a 22936a 23189a 3072a 9378
NPK+Zn 10192a 21011b 23049a 3071a 9101
  注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Valuesfolowedbydiferentletersinacolumnaresignificantamongthe
treatmentsatthe5% level.
表2 不同处理对2012 2013年冷泥田水稻产量的影响
Table2 Impactsofdiferentamendmentsonriceyieldinwaterloggedpaddyfieldsin2012-2013
处理
Treatment
2012产量
Yieldin2012
(kg/hm2)
比NPK增产
Vs.NPK
(kg/hm2) (%)
2013产量
Yieldin2013
(kg/hm2)
比NPK增产
Vs.NPK
(kg/hm2) (%)
CK 74010c -3450 -445 81654c -1221 -147
NPK 77460b 82875bc
NPK+Pe 75657c -1803 -233 83532bc 657 079
NPK+COF 75734c -1727 -223 84876b 2001 241
NPK+CM 80964ab 3504 452 82979b 104 012
NPK+Si 76505b -956 -123 84960b 2085 252
NPK+L 84189a 6729 869 95642a 12767 1540
NPK+SiCa 83646a 6186 799 91691a 8816 1064
NPK+Zn 79563ab 2103 271 83871bc 996 120
  注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5%显著水平 Valuesfolowedbydiferentletersinacolumnaresignificantamong
treatmentsatthe5% level.
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3期    陈琨,等:不同肥料/改良剂对冷泥田水稻生长、养分吸收及土壤性质的影响
  2013年水稻生长期间的气候条件相对适宜,水
稻产量能更真实地反映出各处理的施肥效应。水稻
产量的高低通常取决于产量构成因子。由表1中的
水稻产量构成因子看出,石灰和硅钙肥处理的产量
构成因子优于其它处理,因而产量也最高;相反,对
照处理的产量构成因子较差,水稻产量也最低。在
本试验中,在施氮、磷、钾化肥的基础上增施锌肥、商
品有机肥或硅肥虽能增加水稻产量,但差异不显著。
连续施用锌肥的水稻增产量下降。说明在本试验条
件下,水稻产量的主要限制因子可能不是氮、磷、钾、
锌等,而是钙或石灰和硅钙对水稻的营养作用和这
些物料自身的碱性对土壤pH、还原性物质含量的影
响以及对水稻吸收养分的影响。
23 不同处理对冷泥田水稻养分吸收的影响
从表3可以看出,不同处理对水稻植株吸收氮、
磷、钾养分的影响差异显著。水稻籽粒中的氮、磷含
量远远高于秸秆,氮比秸秆高35% 90%,而磷则
高42% 128%。钾在籽粒和秸秆中的分配与氮、
磷相反,即钾主要集中在秸秆中,秸秆中的钾大约为
籽粒钾的8 10倍。
不同处理水稻籽粒的氮含量变化没有明显的规
律性,各处理间的差异也不显著;秸秆中的氮含量以
NPK+CM处理最低,NPK、NPK+Pe、NPK+L、NPK
+Si和NPK+Zn处理最高,但与其余处理之间差异
不显著。不同处理秸秆和籽粒中的磷含量差异均不
显著,表明这些处理对水稻吸收磷肥没有影响。与
氮的情况类似,各处理水稻籽粒钾含量没有显著差
异,而秸秆中的钾含量差异显著。秸秆钾含量最高
的为硅钙肥(NPK+SiCa)处理,最低的是 NPK处
理。产生这一现象的原因目前尚不清楚,有待进一
步研究。
表3 不同改良剂对冷泥田水稻养分吸收量的影响(2013)
Table3 ImpactsofdiferentamendmentsonNPKuptakebyriceinthewaterloggedpaddyfields
处理
Treatment
氮含量(%)
Ncontent
籽粒
Grain
秸秆
Straw
磷含量(%)
Pcontent
籽粒
Grain
秸秆
Straw
钾含量(%)
Kcontent
籽粒
Grain
秸秆
Straw
吸氮量
Nuptake
(kg/hm2)
吸磷量
Puptake
(kg/hm2)
吸钾量
Kuptake
(kg/hm2)
CK 140a 089ab 025a 015a 029a 236ab 15350bc 2765a 12725c
NPK 152a 101a 024a 016a 024a 219b 17905abc 2860a 13540c
NPK+Pe 150a 102a 030a 017a 030a 228ab 17740abc 3410a 14275bc
NPK+COF 149a 092ab 032a 014a 028a 241ab 16765abc 3335a 13005c
NPK+CM 137a 072b 027a 018a 028a 246ab 14890c 3105a 14325bc
NPK+Si 154a 100a 029a 019a 025a 256ab 18600a 3535a 16510ab
NPK+L 137a 101a 028a 017a 029a 242ab 19205a 3710a 17250a
NPK+SiCa 135a 095ab 029a 014a 027a 269a 18255ab 3495a 18955a
NPK+Zn 148a 100a 027a 019a 026a 253ab 18215ab 3395a 16660ab
  注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5%显著水平 Valuesfolowedbydiferentletersinacolumnaresignificantamong
treatmentsatthe5% level.
  在水稻植株吸收的氮、磷、钾总量中,石灰和硅
肥处理的氮吸收量最高,其次为硅钙肥和锌肥,而鸡
粪处理的氮吸收量最低;各处理间磷的吸收量没有
显著差异;硅钙肥和石灰处理的水稻钾吸收量最高,
对照、单施化肥、商品有机肥处理的钾吸收量最低。
通过对植株氮、磷、钾养分吸收量的比较分析看出,
植株氮、钾的吸收量与水稻籽粒产量的关系更为密
切,石灰和硅钙肥处理促进水稻吸收氮、磷、钾养分
的作用显著优于其它处理,因而产量也最高。施用
石灰和硅钙肥促进水稻吸收氮、磷、钾养分的机理在
于:1)能有效置换出土壤胶体上吸附的 NH+4 和
K+[19-20];2)给作物补充钙素营养;3)提高土壤
pH,消除酸害,增加酸性土中NH+4 和K
+的有效性,
活化FeP和AlP[21],促进水稻对养分的吸收,增加
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植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
水稻产量[22]。
24 不同处理对冷泥田土壤性质的影响
241土壤还原性物质总量与活性还原物质 不同
处理对土壤 pH(强酸性)的影响相对较小,而对土
壤还原性物质总量和活性还原物质影响的差异显著
(表4)。比NPK处理增加土壤pH02及以上的处
理只有NPK+L和 NPK+SiCa处理。与 NPK处理
相比,能显著降低土壤还原性物质总量和活性还原
物质的处理为 NPK+Si(分别为 -2821%和 -
2859%)和 NPK+SiCa(分别为 -1699%和 -
1738%);石灰处理(NPK+L)对土壤还原性物质
总量的增加量最小,但能减少土壤活性还原物质的
含量164%;其它处理均不同程度地增加了土壤还
原性物质总量和活性还原物质,其中以鸡粪(NPK+
CM)和商品有机肥(NPK+COF)处理的增加值最
大,NPK+CM处理分别增加了2509%和705%,
NPK+COF处理分别增加了1006%和693%。
一些研究[23-24]认为,施硅可提高水稻根系的氧
化能力,降低土壤还原性物质的含量,特别是可溶性
的二价铁或锰在根表面或附近氧化沉积,增加水稻
对氮、磷的吸收,从而提水稻产量。本研究结果也证
实了硅对土壤还原性物质的抑制效果,但对水稻产
量的增加效果却并不显著。结合 2012-2013年的
水稻产量,提高土壤 pH和降低土壤还原性物质可
能是该试验条件下水稻增产的主要原因,因此石灰
和硅钙肥处理的水稻产量最高;相反,鸡粪和商品有
机肥处理的还原性物质含量最高,水稻产量相对最
低。施用鸡粪和商品有机肥后导致土壤还原性物质
含量最高,可能的原因是这两种有机肥中存在很多
易被分解的成分,其厌氧分解形成了很多还原性物
质,降低了土壤的氧化还原电位(数据未列出),使
土壤条件向不利于水稻生长的方向发展,这可能也
是鸡粪和商品有机肥处理水稻产量不高的原因之
一。关于稻田施用有机肥的效果,丁昌璞[25]认为有
机质可提供本身分解的还原性物质,对还原性物质
的数量有直接影响,一般情况为有机质含量愈多,分
解的还原性物质量愈大。另一方面,有机还原性物
质作为土壤中的电子供体,可促进Fe和 Mn氧化物
的还原,从而影响还原性物质的数量[26-27]。因此,
在生产实践中冷泥田不宜大量施用未腐熟的有机物
质,包括秸秆、绿肥和未发酵的畜禽粪便等。
表4 不同改良剂对土壤还原性物质总量和活性还原物质的影响(2013)
Table4 Impactsofdiferentamendmentsontotalreducingsubstancesandactivereducingsubstancesinsoil
处理
Treatment
pH
还原性物质总量
Totalreducingsubstance
(coml/kg)
与NPK比较
Vs.NPK
(±%)
活性还原物质
Activereducingsubstance
(coml/kg)
与NPK比较
Vs.NPK
(±%)
CK 455 892±053c 312 806±073a 151
NPK 456 865±067c — 794±043a —
NPK+Pe 468 907±014c 486 817±081a 290
NPK+COF 462 952±049b 1006 849±045a 693
NPK+CM 464 1082±021a 2509 850±110a 705
NPK+Si 452 621±041d -2821 567±102b -2859
NPK+L 482 877±032c 139 781±093a -164
NPK+SiCa 476 718±107d -1699 656±154b -1738
NPK+Zn 453 905±038c 462 832±035a 479
  注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5%显著水平 Valuesfolowedbydiferentletersinacolumnaresignificantamong
treatmentsatthe5% level.
242对土壤Fe2+与 Mn2+的影响 土壤中的 Fe2+
与Mn2+也属于还原性物质,因此不同处理对土壤中
Fe2+与Mn2+含量的影响也应与对土壤还原性物质
总量和活性还原物质的影响趋势大体一致。本试验
877
3期    陈琨,等:不同肥料/改良剂对冷泥田水稻生长、养分吸收及土壤性质的影响
结果(图1)基本与之吻合。硅肥(NPK+Si)和硅钙
肥(NPK+SiCa)处理对土壤 Fe2+含量的降幅最大,
其次为石灰(NPK+L)处理,而锌肥(NPK+Zn)、商
品有机肥(NPK+COF)和鸡粪(NPK+CM)处理对
土壤Fe2+含量的增加幅度相对较大(图1)。除商
品有机肥处理外,其他不同处理对土壤Mn2+含量的
影响与对Fe2+含量的影响趋势基本一致,数值大小
存在差异(图1)。
如前所述,硅肥和硅钙肥能显著降低土壤中的
Fe2+与Mn2+含量,归因于二者可提高水稻根系的氧
化能力[23];相反,鸡粪和商品有机肥能增加土壤中
Fe2+与Mn2+的含量,因为这两种肥料可为土壤中铁
锰氧化物的还原提供电子[26-27]。石灰处理降低土
壤中的Fe2+与Mn2+含量的原因则主要是它对土壤
酸性的中和作用,从而降低了 Fe2+与 Mn2+的溶解
度。易琼等[28]在反酸田上的研究也表明,富含有效
钙或磷的无机矿物质改良效果显著优于有机物料改
良剂,其改良效果主要体现在降低土壤酸化上。本
文各处理风干土样的 pH值为强酸性,不属于淹水
条件下的真实 pH值,因为无论是酸性土壤还是碱
性土壤,淹水后土壤 pH总是趋近中性(70)[29]。
虽然石灰处理的风干土pH仅比全化肥处理提高了
026个pH单位,但田间土壤 pH值的实时监测值
(本文未列出数据)为64 68,施入石灰后开始
的土壤 pH与对照处理的差值为20,但5d后迅速
缩小为03,反映了石灰与土壤的反应速度与土壤
对碱性物质的缓冲能力。
图1 不同处理土壤亚铁和亚锰的变化
Fig.1 SoilFe2+andMn2+contentsindiferenttreatments
[注(Note):柱上不同字母表示处理间差异达5% Diferentletersabovethebarsmeansignificantamongtreatmentsatthe5% level.]
243对土壤养分状况的影响 经过两年的试验
后,不同处理对土壤有机质、有效磷和速效钾含量的
影响差异显著,而对土壤全氮含量的影响差异不显
著(表5)。土壤有机质含量均处于含量丰富的范围
(3614 4359mg/kg),其最高值为鸡粪处理
(NPK+CM),其次为商品有机肥(NPK+COF)、泥
炭(NPK+Pe)和锌肥(NPK+Zn)处理,CK处理最
低。参考表2的数据,各处理有机质含量的高低与
稻谷产量没有明显的相关性。不同处理间土壤全氮
含量没有显著差异,可能是土壤有机质含量丰富的
直接反映,因为土壤有机质具有相对稳定的 C/N比
例,一般为8∶1 15∶1,中值为10∶1 12∶1[30]。
水稻收获后土壤中有效磷和速效钾含量的大小在一
定程度上反映了施入量与吸收量之间的差值。因
此,肥料带入土壤的磷越多和水稻吸收带走的磷越
少,土壤残留就越多。本试验中,CK、NPK+COF和
NPK+CM处理外,其它处理均带入了等量的氮、磷、
钾养分。鸡粪和商品有机肥带入了额外的氮、磷和
钾,而水稻植株携出的磷、钾量又相对较低(表3),
因此土壤中残留的有效磷、速效钾量最高。对照处
理没有施入磷、钾肥,土壤中残留的有效磷、速效钾
量也最低。石灰处理(NPK+L)没有带入额外的
磷、钾养分,但水稻产量最高,携出的磷、钾量最大,
因而土壤中残留的有效磷、速效钾量在所有施肥处
理中也最低。其它处理的土壤有效磷、速效钾含量
的高低基本上与水稻植株的携出量相对应。
977
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
表5 不同改良剂对土壤养分的影响
Table5 Impactsofdiferentamendmentsonsoilnutrients
处理
Treatment
有机质(g/kg)
Organicmater
全氮(g/kg)
TotalN
有效磷(mg/kg)
AvailableP
速效钾(mg/kg)
AvailableK
CK 3614±050c 207±018a 1588±173f 7125±1546b
NPK 3831±241bc 213±011a 2319±195e 8605±1429ab
NPK+Pe 4224±161ab 213±017a 3200±171c 9684±2217a
NPK+COF 4315±598ab 234±015a 4182±218b 10133±1534a
NPK+CM 4359±203a 233±021a 5670±285a 10236±1447a
NPK+Si 3937±334abc 214±021a 2967±476cd 10457±1260a
NPK+L 4075±161abc 228±021a 2448±050e 9221±896ab
NPK+SiCa 4103±193abc 221±014a 3110±348c 8939±1169ab
NPK+Zn 4156±269ab 221±013a 2612±225de 8490±1071ab
  注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5%显著水平 Valuesfolowedbydiferentletersinacolumnaresignificantamong
treatmentsatthe5% level.
3 结论
在所有处理中,石灰和硅钙肥处理具有较好的
产量构成因子,产量也最高。在氮、磷、钾化肥的基
础上增施锌肥、商品有机肥或硅肥虽能增加水稻产
量,但差异不显著。增施鸡粪和商品有机肥显著增
加了包括Fe2+、Mn2+在内的土壤还原性物质含量,
造成不利的水稻生长环境,因而降低了水稻产量。
年度间气候的差异显著影响了水稻产量,也影响了
不同处理的施肥效应。水稻收获后土壤养分含量的
高低主要取决于施肥量与植株携出量之差。对照处
理的土壤有机质和氮、磷、钾养分含量最低;鸡粪和
商品有机肥处理较其它处理带入了额外的磷和钾,
土壤磷、钾残留量最高;而石灰和硅钙肥处理的水稻
产量和磷、钾携出量最高,所以土壤磷、钾残留量也
低。本试验结果表明,石灰和硅钙肥是比较理想的
土壤改良剂,施用后有利于提高土壤 pH,降低土壤
中有害还原性物质含量,促进水稻对养分的吸收,从
而增加水稻产量。
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