不同肥料/改良劑對冷泥田水稻生長、養分吸收及土壤性質的影響

陳 琨， 秦魚生， 喻 華， 康思文,2， 樊紅柱， 曾祥忠， 涂仕華*

(1四川省農業科學院土壤肥料研究所，四川成都 610066；2 四川農業大學資源環境學院，四川溫江 611130)

不同肥料/改良劑對冷泥田水稻生長、養分吸收及土壤性質的影響

陳 琨1， 秦魚生1， 喻 華1， 康思文1,2， 樊紅柱1， 曾祥忠1， 涂仕華1*

(1四川省農業科學院土壤肥料研究所，四川成都 610066；2 四川農業大學資源環境學院，四川溫江 611130)

【目的】西南地區冷泥田的水稻生長不良可歸因于多種障礙因子，包括土壤物理、化學和生物因子。本文針對冷泥田影響水稻生長的土壤化學障礙因子，研究了不同肥料或改良劑對冷泥田水稻生長、養分吸收和土壤性質的影響，旨在為這類土壤的培肥、改良利用和水稻高產提供科學依據和實用技術。【方法】試驗地點選在四川省東南地區冷泥田集中的瀘縣，試驗歷時2年。試驗設無肥對照(CK)、全量化肥(NPK)、NPK+泥炭(NPK+Pe)、NPK+商品有機肥(NPK+COF)、NPK+雞糞(NPK+CM)、NPK+硅肥(NPK+Si)、NPK+石灰(NPK+L)、NPK+硅鈣肥(NPK+SiCa)，NPK+鋅肥(NPK+Zn)9個處理。在水稻收獲前采集代表性植株樣，調查水稻農藝性狀，分析水稻對氮、磷和鉀的吸收量；水稻收獲后采集土壤樣品，測定不同處理的土壤pH、全氮、有效磷、速效鉀、有機質、還原性物質總量、活性還原物質以及亞鐵和亞錳含量。【結果】結果表明，在所有處理中，NPK+L和NPK+SiCa處理可改善水稻的產量構成因子，稻谷產量比NPK處理顯著提高15.40%和10.64%；而其他處理的增產效果則均不顯著。NPK+L和NPK+SiCa處理的土壤pH明顯高于其他處理，土壤還原性物質總量和活性還原物質(含Fe2+和Mn2+)含量顯著降低；NPK+L和NPK+SiCa處理可增加土壤養分的有效性，促進水稻對氮、磷、鉀養分的吸收，改善土壤的化學性質。同時，土壤分析結果表明，該試驗土壤的有效鈣和有效硅均缺乏，而NPK+L和NPK+SiCa處理增加了土壤的有效鈣和有效硅，對提高水稻產量有重要貢獻。有機肥對土壤相關性質的影響與石灰和硅鈣肥相反，特別是雞糞。施用鋅肥對水稻有一定的增產效果，但差異不顯著。水稻收獲后土壤中氮、磷、鉀養分殘留量與施肥量和水稻吸收攜出量密切相關。【結論】對長期淹水地勢低洼的酸性冷泥田來說，石灰和硅鈣肥是比較理想的土壤改良劑，能同時起到改善土壤性質和提高作物產量的效果；而有機肥，特別是未腐熟的有機肥或有機物料，則不宜在冷泥田中施用或大量施用。

肥料； 水稻產量； 養分吸收； 土壤性質

冷泥田是西南稻區廣泛分布的一類常年淹水、春夏季種稻、冬季閑置蓄水的低產稻田，習慣上稱為“冬水田”。四川省是西南地區冬水田分布最為廣泛的省份，現有冬水田面積約38萬公頃，其中大部分集中在川東南丘陵區[1]。由于長期淹水，這類稻田的土壤障礙因子較多，如土壤結構分散、水土溫度低、土壤酸化、營養元素有效性較低、還原性有毒有害物質多等[2-4]，導致水稻秧苗返青緩慢，稻苗返青遲[5]，分蘗少，甚至坐兜[6]，影響有效分蘗的形成，成為冷泥田低產的主要原因[7]。因此，研究探討冷泥田改良技術，對提高水稻產量具有重要意義和實用價值。

針對這些問題，在有灌溉水源保障的地區，冬水田已通過水旱輪作[8]等技術進行了改造，徹底解決了原來土壤中存在的問題；而在無灌溉水源保障的地區，水旱輪作技術難以推廣和應用，冬水田多還處于終年淹水狀態，因此其障礙因子消除的技術有待突破。從上世紀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、濕潤為核心的小麥或油菜半旱式耕作，該技術不但能改冬水田為一年兩熟，而且能解決或減輕稻田土壤因終年淹水存在的土壤物理和化學障礙因子，提高土壤氧化還原電位和改善土壤養分供應狀況，有利于水稻的生長從而促進了產量的提高[9]。該技術曾一度在我國西南乃至其他地區大面積推廣應用，但因勞動力投入大，又隨著農村勞動力向城市轉移的加快，使農業勞動力缺乏，特別是進入本世紀后，該技術已逐漸從冷泥田地區淡出，那里的耕作方式又回到了從前。

為了尋找其它技術的突破，一些學者對土壤改良劑和施肥技術對冷泥/浸田肥力和水稻生長影響效果方面進行了研究，結果發現土壤改良劑能有效改善土壤理化性狀[10]，降低南方稻田酸害[11]，有效減緩東北地區冷浸田水稻根系的衰退速度[12]；在養分管理上，通過增施磷肥[13]、鉀肥[14-15]、鋅肥[16]以及平衡施肥[17]也可以促進冷泥/浸田水稻的生長，防止坐蔸，提高產量。在此基礎上，本研究進一步探討了不同肥料或改良劑對四川地區酸性冷泥田水稻生長、養分吸收和土壤性質的影響，旨在為這類土壤的培肥、改良利用和水稻高產提供科學依據和實用技術。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗設9個處理：1)無肥對照(CK)，2)氮、磷、鉀化肥(NPK)，3)NPK+泥炭(NPK+Peat)、4)NPK+商品有機肥(NPK+COF，商品有機肥含有機質≥30%，氮≥2%，磷≥1%，鉀≥1%)，5)NPK+雞糞 (NPK+CM，雞糞含全氮0.99%，全磷0.35%，全鉀0.95%)，6)NPK+硅肥(NPK+Si)，7)NPK+石灰(NPK+L)，8)NPK+硅鈣肥(NPK+SiCa)，9)NPK+鋅肥(NPK+Zn)。每個處理3次重復，小區面積20 m2(4 m×5 m)，田間隨機排列。氮、磷、鉀肥用量分別為N 150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2和K2O 90 kg/hm2。氮肥用尿素(含N 46%)、磷肥用磷酸一銨(含N 12.17%，P2O552%)，鉀肥用氯化鉀(含K2O 60%)。肥料/改良劑分別為泥炭，用量為3000 kg/hm2；商品有機肥用量7500 kg/hm2(由四川正圓有限公司提供)；雞糞(干重)為養殖場發酵處理后的產品，用量4500 kg/hm2；硅肥用偏硅酸鈉，用量225 kg/hm2；石灰為熟石灰，用量750 kg/hm2；硅鈣肥用量750 kg/hm2；鋅肥為硫酸鋅(ZnSO4·7H2O，含Zn 22.38%)，用量15 kg/hm2。氮肥按60 ∶40(基肥 ∶分蘗肥)比例施入，其它肥料均作基肥一次施用。供試水稻品種為川谷優7329，2013年4月26日移栽，栽插規格為20×30 cm，灌溉、病蟲害防治等田間管理措施與大田生產相同。

1.2 測定項目與方法

在水稻生長期間的不同發育階段分別調查水稻基本苗、分蘗動態、有效穗、最高苗、產量等指標。收獲前兩天每個小區采集3窩代表性水稻植株樣，裝入尼龍網袋帶回室內考察株高、有效穗、穗長、穗粒重、千粒重、結實率、秸稈重等農藝性狀。植株樣品經風干、研磨后測定氮、磷、鉀含量。收獲后在每個試驗小區內按“梅花法”采集0—25 cm耕作層混合土樣1 kg，再分為兩份，一份作為鮮樣測定土壤還原性物質總量、活性還原物質、土壤亞鐵和亞錳；另一份作為風干樣測定土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀。有機質含量用重鉻酸鉀容量法；全氮用半微量凱氏法；有效磷用氟化銨-稀鹽酸浸提—分光光度法；速效鉀用乙酸銨浸提—火焰光度法；還原性物質總量用硫酸鋁浸提—重鉻酸鉀氧化法； 活性還原物質用硫酸鋁浸提—高錳酸鉀滴定法；土壤亞鐵和亞錳用原子吸收分光光度計測定[18]。

1.3 數據處理

試驗數據用DPS 數據處理系統和 Microsoft Excel 軟件進行處理；植株氮(磷、鉀)吸收量(kg/hm2)=地上部干物重×植株氮(磷、鉀)含量(%)。

2 結果與討論

2.1 不同處理對冷泥田水稻生長的影響

表1結果表明，所有施肥處理的水稻株高、有效穗數均明顯高于無肥處理(CK)。硅肥處理(NPK+Si)的有效穗數最多，達238.12×104ear/hm2，其次為石灰處理(NPK+L)，為234.62×104ear/hm2。水稻的千粒重變化幅度相對較小，但施硅鈣肥(NPK+SiCa)和鋅肥(NPK+Zn)處理的千粒重在所有處理中最高，分別為30.72 g和30.71 g，其次為石灰處理(NPK+L)為30.59 g。各處理對水稻株高和每穗實粒數的影響無顯著差異。不同處理對水稻結實率的影響差異明顯，其中以NPK+SiCa處理最高，為93.78%，其次為NPK+L處理(93.46%)。

2.2 不同改良劑對冷泥田水稻產量的影響

在2012年水稻遭受洪水淹沒的情況下，除雞糞、石灰、硅鈣肥和鋅肥處理比單施化肥處理(NPK)增產外，其余處理均減產，也就是說在氮、磷、鉀化肥的基礎上增加泥炭、商品有機肥或硅肥均沒有增產效果，反而出現小幅減產，說明影響水稻增產的限制因子也不再是氮、磷、鉀養分。在4個有增產的處理中，以NPK+L和NPK+SiCa處理的水稻產量最高，其次為NPK+CM和NPK+Zn處理，這與土壤的測定結果相吻合，由于該土壤的有效鈣和有效硅缺乏，補充鈣和硅后增加了水稻產量。

表1 不同改良劑對冷泥田水稻產量性狀的影響(2013)

注(Note): 同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among the treatments at the 5% level.

表2 不同處理對20122013年冷泥田水稻產量的影響

注(Note): 同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2013年水稻生長期間的氣候條件相對適宜，水稻產量能更真實地反映出各處理的施肥效應。水稻產量的高低通常取決于產量構成因子。由表1中的水稻產量構成因子看出，石灰和硅鈣肥處理的產量構成因子優于其它處理，因而產量也最高；相反，對照處理的產量構成因子較差，水稻產量也最低。在本試驗中，在施氮、磷、鉀化肥的基礎上增施鋅肥、商品有機肥或硅肥雖能增加水稻產量，但差異不顯著。連續施用鋅肥的水稻增產量下降。說明在本試驗條件下，水稻產量的主要限制因子可能不是氮、磷、鉀、鋅等，而是鈣或石灰和硅鈣對水稻的營養作用和這些物料自身的堿性對土壤pH、還原性物質含量的影響以及對水稻吸收養分的影響。

2.3 不同處理對冷泥田水稻養分吸收的影響

不同處理水稻籽粒的氮含量變化沒有明顯的規律性，各處理間的差異也不顯著；秸稈中的氮含量以NPK+CM處理最低，NPK、NPK+Pe、NPK+L、NPK+Si和NPK+Zn處理最高，但與其余處理之間差異不顯著。不同處理秸稈和籽粒中的磷含量差異均不顯著，表明這些處理對水稻吸收磷肥沒有影響。與氮的情況類似，各處理水稻籽粒鉀含量沒有顯著差異，而秸稈中的鉀含量差異顯著。秸稈鉀含量最高的為硅鈣肥(NPK+SiCa)處理，最低的是NPK處理。產生這一現象的原因目前尚不清楚，有待進一步研究。

表3 不同改良劑對冷泥田水稻養分吸收量的影響(2013)

注(Note): 同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.4 不同處理對冷泥田土壤性質的影響

2.4.1 土壤還原性物質總量與活性還原物質 不同處理對土壤pH(強酸性)的影響相對較小，而對土壤還原性物質總量和活性還原物質影響的差異顯著(表4)。比NPK處理增加土壤pH 0.2及以上的處理只有NPK+L和NPK+SiCa處理。與NPK處理相比，能顯著降低土壤還原性物質總量和活性還原物質的處理為NPK+Si(分別為-28.21%和-28.59%) 和NPK+SiCa(分別為-16.99%和-17.38%)；石灰處理(NPK+L)對土壤還原性物質總量的增加量最小，但能減少土壤活性還原物質的含量1.64%；其它處理均不同程度地增加了土壤還原性物質總量和活性還原物質，其中以雞糞(NPK+CM)和商品有機肥(NPK+COF)處理的增加值最大， NPK+CM處理分別增加了25.09%和7.05%，NPK+COF處理分別增加了10.06%和6.93%。

一些研究[23-24]認為，施硅可提高水稻根系的氧化能力，降低土壤還原性物質的含量，特別是可溶性的二價鐵或錳在根表面或附近氧化沉積，增加水稻對氮、磷的吸收，從而提水稻產量。本研究結果也證實了硅對土壤還原性物質的抑制效果，但對水稻產量的增加效果卻并不顯著。結合2012-2013年的水稻產量，提高土壤pH和降低土壤還原性物質可能是該試驗條件下水稻增產的主要原因，因此石灰和硅鈣肥處理的水稻產量最高；相反，雞糞和商品有機肥處理的還原性物質含量最高，水稻產量相對最低。施用雞糞和商品有機肥后導致土壤還原性物質含量最高，可能的原因是這兩種有機肥中存在很多易被分解的成分，其厭氧分解形成了很多還原性物質，降低了土壤的氧化還原電位(數據未列出)，使土壤條件向不利于水稻生長的方向發展，這可能也是雞糞和商品有機肥處理水稻產量不高的原因之一。關于稻田施用有機肥的效果，丁昌璞[25]認為有機質可提供本身分解的還原性物質，對還原性物質的數量有直接影響，一般情況為有機質含量愈多，分解的還原性物質量愈大。另一方面，有機還原性物質作為土壤中的電子供體，可促進Fe和Mn氧化物的還原，從而影響還原性物質的數量[26-27]。因此，在生產實踐中冷泥田不宜大量施用未腐熟的有機物質，包括秸稈、綠肥和未發酵的畜禽糞便等。

表4 不同改良劑對土壤還原性物質總量和活性還原物質的影響(2013)

注(Note): 同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.4.2 對土壤Fe2+與Mn2+的影響 土壤中的Fe2+與Mn2+也屬于還原性物質，因此不同處理對土壤中Fe2+與Mn2+含量的影響也應與對土壤還原性物質總量和活性還原物質的影響趨勢大體一致。本試驗結果(圖1)基本與之吻合。硅肥(NPK+Si)和硅鈣肥(NPK+SiCa)處理對土壤Fe2+含量的降幅最大，其次為石灰(NPK+L)處理，而鋅肥(NPK+Zn)、商品有機肥(NPK+COF)和雞糞(NPK+CM)處理對土壤Fe2+含量的增加幅度相對較大(圖1)。除商品有機肥處理外，其他不同處理對土壤Mn2+含量的影響與對Fe2+含量的影響趨勢基本一致，數值大小存在差異(圖1)。

圖1 不同處理土壤亞鐵和亞錳的變化 Fig.1 Soil Fe2+ and Mn2+ contents in different treatments [注(Note)： 柱上不同字母表示處理間差異達5% Different letters above the bars mean significant among treatments at the 5% level.]

表5 不同改良劑對土壤養分的影響

注(Note): 同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

3 結論

在所有處理中，石灰和硅鈣肥處理具有較好的產量構成因子，產量也最高。在氮、磷、鉀化肥的基礎上增施鋅肥、商品有機肥或硅肥雖能增加水稻產量，但差異不顯著。增施雞糞和商品有機肥顯著增加了包括Fe2+、Mn2+在內的土壤還原性物質含量，造成不利的水稻生長環境，因而降低了水稻產量。年度間氣候的差異顯著影響了水稻產量，也影響了不同處理的施肥效應。 水稻收獲后土壤養分含量的高低主要取決于施肥量與植株攜出量之差。對照處理的土壤有機質和氮、磷、鉀養分含量最低；雞糞和商品有機肥處理較其它處理帶入了額外的磷和鉀，土壤磷、鉀殘留量最高；而石灰和硅鈣肥處理的水稻產量和磷、鉀攜出量最高，所以土壤磷、鉀殘留量也低。本試驗結果表明，石灰和硅鈣肥是比較理想的土壤改良劑，施用后有利于提高土壤pH，降低土壤中有害還原性物質含量，促進水稻對養分的吸收，從而增加水稻產量。

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

CHEN Kun1, QIN Yu-sheng1, YU Hua1, KANG Si-wen1,2, FAN Hong-zhu1, ZENG Xiang-zhong1, TU Shi-hua1*

(1SoilandFertilizerInstitute,SichuanAcademyofAgriculturalSciences,Chengdu610066,China;2CollegeofResourcesandEnvironment,SichuanAgriculturalUniversity,Wenjiang,Sichuan611130,China)

【Objectives】 Poor rice growth in waterlogged paddy fields of the southwest China is usually attributed to a number of adverse soil factors, including physical, chemical and biological factors. Aiming at the adverse soil factors limiting rice growth in waterlogged paddy fields, a field experiment was carried out to study impacts of different fertilizers/amendments on grain yield and nutrient uptake by rice and soil properties and to offer scientific and practical techniques to improve soil fertility, better land use and enhance rice yield in this type of soils. 【Methods】 A two-year field experiment was carried out in Luxian County of the southwest Sichuan, where waterlogged paddy fields prevail. The experiment was set up in a randomized design consisting of nine treatments, including CK(no fertilizers), NPK(nitrogen, phosphorus, potassium chemical fertilizer), NPK+Pe(NPK plus peat), NPK+COF(NPK plus commodity organic fertilizer), NPK+CM(NPK plus chicken manure), NPK+ Si(NPK plus silicon fertilizer), NPK + L(NPK plus lime), NPK +SiCa(NPK plus silicon-calcium fertilizer) and NPK + Zn(NPK plus zinc fertilizer). Rice plants were sampled from each treatment two days before the harvest to analyze agronomic traits, uptake of total nitrogen, phosphorus and potassium by rice as affected by different treatments. Soil samples were collected from each plot right after the harvest to determine effects of different treatments on soil pH, total nitrogen, available phosphorus, available potassium, organic matter, total reductants, active reductants, total iron and manganese. 【Results】 The lime and the silicon-calcium fertilizer treatments are capable of improving the yield forming factors and thus, significantly increase rice yields by 15.40% and 10.64% compared to the NPK chemical fertilizer treatment, while other treatments insignificantly increased the rice yield. The application of lime and silicon-calcium fertilizers increase soil pH, significantly decrease soil total reductants and active reductants including Fe2+and Mn2+and improve soil nutrient availabilities, so stimulate the N, P and K uptakes of rice, which is an indirect contribution of the two treatments to rice yield increase via the improved soil chemical properties. Besides, the two treatments also directly contribute to the rice yield increase via the improved nutritional status of the rice since the soil is both calcium and silicon deficient. The effects of the organic fertilizers, chicken manure in particular, on the measured soil properties are just opposite to the lime and the silicon-calcium fertilizers. Addition of the zinc fertilizer insignificantly increases rice yield. The post-harvest soil residual nutrient status is closely related to quantity of nutrient input and removal by rice plants. 【Conclusions】 In the long-term waterlogged acidic paddy fields with low depression landscape, lime and silicon-calcium fertilizers are recommonded soil amendments, which can improve not only the soil properties but also the rice yield. Organic manure, the not fully decomposed manures or organic materials in particular, should be avoided to use in this kind of paddy fields.

fertilizer; rice yield; nutrient uptake; soil property

2014-03-18 接受日期： 2014-09-23 網絡出版日期: 2015-01-29

公益性行業(農業)科研專項(201003016); 國家自然基金(41201295); 四川省杰出青年基金(13QNJJ0019); 四川省農業科學院青年基金(2013QNJJ-016); 四川省農業科學院重點實驗室運行專項(2013JCYJ-008)

陳琨(1983—), 男, 四川資中人， 碩士研究生, 從事土壤肥料與資源環境可持續利用研究。 E-mail: chenkun410@163.com * 通信作者 E-mail: stu@ipni.net

S511.062.01

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1008-505X(2015)03-0773-09