隴西河流域水稻平衡施肥對土壤氮磷鉀養分的影響研究

摘要：采用“３４１４”二次回歸最優設計方案，研究了隴西河流域水稻平衡施肥對土壤氮、磷、鉀養分變化的影響。結果表明，水稻種植后，各處理土壤堿解氮、速效鉀含量均有不同程度地提高；土壤全磷含量不同程度地降低，而土壤速效磷含量變化差異較大；大多數處理土壤全氮含量不同程度地降低；土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的含量分別與施氮量、施磷量、施鉀量呈極顯著正相關。同時，隨著施氮量的增加，土壤速效磷的含量也隨之增加。

關鍵字：水稻；“３４１４”試驗；肥力；面源污染；隴西河流域

中圖分類號：Ｓ１５８．３文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）13－2618-05

Effect of Balanced Fertilization of Rice on the Content of NPK in Soil

in Longxi River Basin

ＱＩ Ｈｕｉ１，ＷＵ Ｊｕｎ１，ＨＡＮ Ｑｉａｏ１，ＹＥ Ｘｉａｏ－ｌｉ２，ＹＡＮＧ Ｑｉｎ１

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｓｉｃｈｕａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６11130， Ｃｈｉｎａ；

２．Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｙｕｃｈｅｎｇ Ｃｏｕｎｔｙ ｉｎ Ｙａ’ａｎ Ｃｉｔｙ， Ｙａ’ａｎ ６２５０１４， Ｓｉｃｈｕａｎ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： “３４１４” ｏｐｔｉｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｔｅｓｔ ｐｒｏｇｒａｍ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｂａｌａｎｃｅｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｉｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ Ｎ， Ｐ ａｎｄ Ｋ ｉｎ ｓｏｉｌ， in order ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｏ ｍａｉｎｔａｉｎ ｓｏｉｌ ｆｅｒｔｉｌｉｔｙ， ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ ａｒｅａ－ｓｏｕｒｃｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｌｏｎｇｘｉ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｆｔｅｒ ｐｌａｎｔｉｎｇ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ａｌｋａｌｉ－ｈｙｄｒｏｌｙｚａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｉｎ ｓｏｉｌ ｏｆ ａｌｌ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ to ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒｅｅｓ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｏ ｓｏｍｅ ｅｘｔｅｎｔ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗｅｒｅ greatly ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ． Ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ６，７，８，１１ ａｎｄ １２， ｗｈｉｌｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ all the ｏｔｈｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ． Ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ａｌｋａｌｉ－ｈｙｄｒｏｌｙｚａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ.

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒｉｃｅ； “３４１４” ｔｅｓｔ； ｆｅｒｔｉｌｉｔｙ； ａｒｅａ－ｓｏｕｒｃｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ； Ｌｏｎｇｘｉ ｒｉｖｅｒ ｂａｓｉｎ

施肥的目的不僅在于提高作物產量、改善作物質量，還在于不斷培育和提高土壤肥力，創造高產穩產的土壤條件，同時減少農業面源污染［１］。近年來，化肥的過量施用帶來的肥效降低以及對環境的不良影響已經引起人們的高度關注［２－５］。隨著化肥施用量的不斷增加，農田徑流及排水中的營養元素對受納水體的污染越來越嚴重，特別是在目前點源污染逐步得到控制后，化肥對水環境的面源污染問題顯得更加突出。雅安市雨城區位于隴西河流域，水稻是當地主要的糧食作物。從該區施肥養分結構變化和肥料品種結構特點來看，施肥投入的養分比例不平衡、與作物需求不匹配是導致肥料面源污染嚴重的重要原因之一［６］。由于農業面源污染涉及范圍大，分布區域廣，污染分量小但總量極大，污染源極度分散，其治理難度甚至大于工業污染［７－９］。本研究以控制源頭為切入點，通過田間試驗，深入研究氮磷鉀肥配施對稻田土壤氮磷鉀養分變化的影響，以期為維持土壤肥力、防治面源污染、指導區域農業生產合理施肥等提供理論依據。

１材料與方法

１．１試驗材料

試驗于２００７年３～９月在雅安市雨城區中里鎮龍泉村二組承包地內進行。供試水稻品種為當地大面積推廣種植的優良品種宜香７０７。供試肥料：氮肥為尿素（含Ｎ ４６％），磷肥為過磷酸鈣（含Ｐ２Ｏ５ １２％），鉀肥為氯化鉀（含Ｋ２Ｏ ６０％）。供試土壤基本理化性質為：ｐＨ值 ５．１９，有機質５９．２２ ｇ／ｋｇ，全氮２．63 ｇ／ｋｇ，堿解氮２４５．１０ ｍｇ／ｋｇ，全磷０．６９ ｇ／ｋｇ，速效磷２２．７４ ｍｇ／ｋｇ，速效鉀６０．６０ ｍｇ／ｋｇ。

１．２試驗設計

試驗采用“３４１４”二次回歸最優設計方案。即氮、磷、鉀３個因素、４個水平、１４個處理。０水平為不施肥，２水平為當地推薦施肥量，１水平＝２水平×０．５，３水平＝２水平×１．５。具體設計見表１。試驗設３次重復，隨機區組排列，共４２個社區。

１．３主要栽培管理措施

２００７年４月８日播種育苗，５月１３日移栽。試驗田于移栽前３～５ ｄ，將四周雜草清除，耕翻耙平后，按照試驗設計，３次重復，隨機區組排列，重復間走道５０ ｃｍ，保護行寬度１００ ｃｍ，重復間壘土埂寬２０～２５ ｃｍ，高２０ ｃｍ，用塑膠膜包埂。社區長５ ｍ，寬４ ｍ，社區間壘土埂，用塑膠膜包埂，寬２０ ｃｍ，高２０ ｃｍ。每區種１７行，每行３０穴，每穴４．５苗，行株距２３．３ ｃｍ×１７.0 ｃｍ。按試驗設計進行施肥，試驗中水稻底肥與追肥質量比為７∶３。分社區單施肥和單灌水，各種管理措施一致，并在同一天完成；其他栽培管理措施與大田生產相同。

１．４測定項目與方法

土壤ｐＨ值測定采用電位法；土壤有機質測定采用重鉻酸鉀外加熱容量法；土壤全氮測定采用凱氏定氮法；土壤堿解氮測定采用堿解擴散法；全磷測定采用硫酸－高氯酸消煮鉬銻抗比色法；速效磷測定采用碳酸氫鈉浸提－鉬銻抗比色法；速效鉀測定采用乙酸銨浸提－火焰光度法。

１．５數據處理分析

采用Ｅｘｃｅｌ、ＳＰＳＳ １３．０等數理統計分析軟件，對數據進行統計分析。

２結果與分析

２．１不同施肥組合下土壤氮素變化比較

由圖１可知，在各處理中，除處理６、７、８、１１、１２在水稻種植后全氮含量略有上升外，其余處理全氮含量均有不同程度地下降。其中土壤全氮含量降低較多的是對照處理１、缺氮處理２、缺磷處理４，分別比種植前降低了２５．０４％、１９．１７％和１６．８９％。土壤全氮含量的降低，說明土壤全氮養分含量一方面與施氮量直接有關，另一方面也與水稻施Ｎ、Ｐ、Ｋ肥的平衡度有關。處理７土壤全氮含量提高最大，提高了１６．４１％；Ｎ、Ｐ、Ｋ平衡施肥的處理６，全氮含量提高了５．２８％，使水稻在生長過程中能合理利用各種土壤養分，從而減少Ｎ素養分的流失和提高土壤養分利用率；雖然高氮施肥處理１１全氮含量也增長了０．９８％，但這種提高是過量施用氮肥的結果，雖在一定時期內可以保持土壤的總氮含量，但這種施肥方式會加速土壤板結、改變土壤理化性質，將導致氮素養分通過揮發、徑流和滲漏方式流失，而且對保持土壤氮素養分和控制隴西河流域壩區農田氮素流失極為不利，從而形成隴西河流域的農業面源重要污染源。

由圖２可知，種植后各處理土壤堿解氮含量均有不同程度地提高。其中處理６、７堿解氮含量上升較多，分別比種植前上升了３２．０３％、３２．８８％。這可能有兩方面原因，一是氮素化肥施用量較多，過量的氮素化肥施入可在短期內提高土壤堿解氮的含量；二是Ｎ、Ｐ、Ｋ配比較均衡時土壤堿解氮提高量也相對較高。對照處理１和缺氮處理２，種植后土壤堿解氮含量也比種植前分別提高了７．５０％、１９．２８％，由此可見，土壤在水稻種植收獲后其堿解氮含量明顯上升，這對冬季作物的生長較有利。

進一步分析種植水稻后土壤堿解氮的含量與施氮量的關系，如圖３所示，土壤堿解氮含量與施氮量達到極顯著正相關，兩者關系可以用直線方程ｙ＝０．１３６ｘ＋２９0．４８０（ｒ２＝０．５１８ ３**）表示；通過該方程的截距看出，在完全不施氮的情況下，土壤堿解氮為２６３．５、２９２.４ ｍｇ／ｋｇ。對該方程求導ｄｙ／ｄｘ＝０．１３６，即每增加1 ｋｇ/hm2的Ｎ，每千克土壤的堿解氮含量將增加０．１３６ ｍｇ；以此速率增長，增施氮肥將不斷增加土壤氮素流失的環境風險。

２．２不同施肥組合下土壤磷素變化比較

由圖４可知，水稻種植收獲后各處理土壤全磷含量均有不同程度地降低，降低較多的是對照處理１和缺磷處理４，分別降低了２６．６６％、２５．７２％。缺氮處理２、缺鉀處理８、高磷處理７也分別降低了２１．３１％、１８．００％、１４．９１％。盡管土壤具有較高的磷素吸附容量，但土壤長期或大量地接受磷肥將導致土壤磷素的積累。土壤磷水平的提高將意味著土壤磷素向土壤環境遷移的能力增強，存在很大的磷素流失風險。因此，通過測試土壤磷水平可以在一定程度上反映土壤磷素流失的潛能大小。

由圖５可知，種植前后不同處理間速效磷變化差異很大，其中處理１、２、４、６、８、１２、１３、１４在種植后土壤速效磷含量有不同程度地降低，以處理１的降低幅度最大，減少了３６．８３％。而其他處理在種植后速效磷含量則有不同程度地上升，其中處理９、１０、１１增長較大，分別增加了３５．８６％、３２．２１％、４４．８２％；雖然在一定程度上提高了土壤速效磷含量，但也為磷素養分的流失制造了誘因，尤其是隴西河流域水稻種植季節正好為本地區雨季集中時期，這更加速了可溶態磷素養分的流失。由于在處理６中Ｎ、Ｐ、Ｋ配比比較平衡，使水稻在生長過程中消耗較多的速效磷，從而降低了土壤速效磷含量。

進一步分析可知，磷肥的施用量與土壤速效磷含量的關系可以用直線擬合（圖６），其線性擬合方程為ｙ＝０．０４０ １ｘ＋１６．０１５ ０，ｒ２＝０．４２３ ７**，兩者呈極顯著正相關。從該方程的截距可以看出，在不施磷肥情況下，土壤中速效磷含量為１４．３７、１５．１５ ｍｇ／ｋｇ，對此方程求導ｄｙ／ｄｘ＝０．０４０ １，即每增施1 ｋｇ/hm2的Ｐ２O５，每千克土壤的速效磷含量將增加０．０４０ １ ｍｇ，以此速率增長，增施磷肥將不斷增加土壤磷素流失的環境風險。

施氮對土壤速效磷的含量有顯著影響（圖７），總的趨勢是隨著施氮量的增加，土壤速效磷含量也隨之增加。在不施氮的情況下，土壤速效磷的含量最低為１４．３７ ｍｇ／ｋｇ；當施氮量達到３１５ ｋｇ／ｈｍ２時，土壤速效磷含量顯著高于不施氮的處理。

２．３不同施肥組合下土壤鉀素變化比較

由圖８可知，水稻種植后，各處理速效鉀含量均有不同程度地提高，其中提高較大的是處理３、５，分別提高了３６．１０％、３１．０２％；其次為處理１０，提高了３０．８２％；最低的是對照處理１，提高了８．０６％。處理８雖然沒有施用鉀肥，但社區速效鉀含量依然有所上升。這說明在本研究區域水稻土壤鉀素含量比較容易得到恢復。從本研究區域種植結構和種植習慣上看，該地區冬季作物一般習慣以油菜為主要輪作作物進行種植，而油菜是需鉀作物，因此，在水稻種植季節適量施用鉀肥，不僅在水稻生長過程中可提高其抗病能力、稻米產量和質量，而且還可對油菜有較好的作用。

由圖９可知，土壤速效鉀含量與施鉀量達到極顯著正相關。兩者關系可用直線方程ｙ＝０．０５６ ３ｘ＋６６．９４５ ０（ｒ２＝０．４９７ ５**）來表示，通過該方程的截距可以看出，在完全不施鉀肥的情況下，土壤速效鉀分別為６５．４８、６４．１７ ｍｇ／ｋｇ，而土壤本底的速效鉀含量為６０．６０ ｍｇ／ｋｇ，這說明在不施鉀的情況下，種植一季水稻后，土壤中的速效鉀含量增加了４．８８、３．５７ ｍｇ／ｋｇ。對方程求導得ｄｙ／ｄｘ＝０．０５６ ３，由此可以看出土壤速效鉀的含量隨施鉀量的增長速率為每增施1 ｋｇ/hm2的Ｋ２Ｏ，每千克土壤的速效鉀含量將增加０．０５６ ３ ｍｇ。

２．４土壤養分的變異分析

從各處理全量養分之間的變異來看，全氮＞全磷。從土壤速效養分的變異情況來看，速效磷＞速效鉀＞堿解氮，速效磷的變異性最大，這說明施肥對土壤速效磷的影響相對較大。由各處理土壤養分變異性來看，土壤速效磷的變異系數大于全磷的變異系數，這是因為全磷的變異主要取決于土壤的本底特征，人為活動不易對全磷產生重大影響。由此可見，對于高度集約化保護地土壤來說，在某一田塊微小的區域范圍內，土壤養分也存在著較大的空間變異（表２）。

３結論與討論

水稻種植后各處理土壤氮磷鉀養分含量變化結果表明，大多數處理土壤全氮含量不同程度地下降。各處理土壤堿解氮含量均有不同程度地提高，這可能是施用氮肥可以增加根茬、根系和根分泌物的產量，亦增加了歸還土壤的有機氮量，這部分氮比土壤中原有有機氮易礦化［１０，１１］；不同處理間土壤全磷含量均有不同程度地降低，而速效磷含量變化差異很大，由于磷的移動性和損失相對較少，土壤全磷的增減主要取決于農田磷素的收支狀況［１２，１３］；各處理土壤速效鉀含量均有不同程度地提高，雖然鉀庫很大，即使不施用鉀肥，土壤速效鉀仍保持在一定的水平，但從維系土壤供鉀能力及其可持續利用的角度出發，農業生產中仍需合理施用鉀肥，以保持農業生產系統中鉀素的收支平衡和促進土壤供鉀能力的提高。

施肥量與土壤養分含量的相關分析表明，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的含量分別與施氮量、施磷量、施鉀量呈極顯著正相關。同時，施氮對土壤速效磷的含量有顯著影響，總的趨勢是隨著施氮量的增加，土壤速效磷含量也隨之增加，增施氮肥和磷肥將不斷增加土壤氮素和磷素流失的環境風險。土壤養分變異為：土壤全氮含量＞土壤全磷含量，速效養分中速效磷含量的變異性最大，土壤全磷含量的變異系數小于速效磷含量的變異系數。

研究結果表明，在本研究區域過量增施Ｎ、Ｐ肥將使大量Ｎ、Ｐ養分隨地表、地下水流失，增加Ｎ、Ｐ肥向隴西河流域水體釋放流失的風險，最終形成隴西河流域農業主要面源污染源。因此，只有遵循Ｎ、Ｐ、Ｋ肥平衡施用理論，進行合理施肥，才能從根本上減少Ｎ、Ｐ肥的農田流失，從施肥入手堵住面源污染的源頭。

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