化肥配施土壤改良劑對雙季稻產量、經濟效益及土壤化學性質的影響

吳多基，姚冬輝，魏宗強，吳建富

（江西農業大學國土資源與環境學院/江西省鄱陽湖流域農業資源與生態重點實驗室，江西 南昌 330045）

【研究意義】隨著經濟的持續發展，我國土壤退化問題日益嚴重，主要表現為土壤硬化、鹽堿化、酸化、化學污染和侵蝕等，嚴重限制了土壤的生產力［1］。對于南方稻田而言，酸化土壤的改良是眾多學者的熱議話題之一?；瘜W氮肥的長期使用導致土壤酸化［2-4］，而土壤酸化活化了重金屬元素，對土壤肥力質量、健康質量和農產品質量安全帶來一定的負面影響［2,5］。因此，土壤酸化和重金屬污染治理已成為現代農業發展中迫切需要解決的重要課題?！厩叭搜芯窟M展】近年來，為適應新時代農業發展理念，土壤改良劑產品的研發得到迅速發展并廣泛應用于退化土壤的改良，取得了一系列研究成果，特別是對于我國沙化土壤、鹽堿地、石灰性土壤的改良效果顯著，大大提高了旱地作物的產量。研究表明，土壤改良劑能有效地改善土壤理化性狀［6-8］，修復重金屬污染的土壤和有效降低農產品中重金屬含量［9-11］，并對土壤微生物產生積極影響［6,12］，從而提高土壤的生產力［13-15］。陳麗娜［16］研究表明，土壤改良劑能夠增加風沙地土壤有機質含量，對小麥生長十分有利，能夠調節土壤pH值，增強土壤肥力，促進小麥增產。董亮等［17］、秦萍等［18］研究發現，施用土壤改良劑可以優化土壤團粒結構，降低土壤容重及土壤鹽分含量，增加土壤有機質含量，有效改良鹽漬化土壤，提高作物產量。湛潤生等［19］研究認為，硫磺作為一種新型的土壤改良劑，應用于我國干旱和半干旱地區的石灰性土壤，不但能降低土壤的pH值，改善土壤的理化性狀，同時能活化土壤養分，從而提高土壤中有效養分的含量，促進作物的生長和發育，降低作物體NO3--N積累。【本研究切入點】關于土壤改良劑的報道多是應用于旱地土壤，促進旱地作物增產，但在我國南方紅壤酸性稻田生產上的應用較少［7,15］，尤其是化肥配施不同用量土壤改良劑對雙季稻產量形成和經濟效益的影響還鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】通過大田試驗，研究化肥配施土壤改良劑對我國南方紅壤酸性稻田早、晚稻產量及其構成因素、水稻經濟效益和土壤化學性質的影響，以期為雙季水稻生產大面積推廣應用土壤改良劑提供科學依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年在江西省進賢縣溫圳鎮楊溪村進行。供試土壤為第四紀紅色粘土發育的水稻土，常年種植水稻。試驗前耕作層（0～20 cm）土壤基本性質為：有機質 26.8 g/kg、堿解氮 114.2 mg/kg、有效磷（P2O5）25.6 mg/kg、速效鉀（K2O）98.1 mg/kg，土壤CEC 13.1 cmol/kg，pH 5.1。土壤改良劑主要成分與含量分別為SiO2≥60%、CEC≥10 cmol/kg、S≤4.0%，pH6.8，由香港三谷集團有限公司提供。供試品種：早稻為中嘉早17，晚稻為H優518。供試化肥為尿素（N 46%）、鈣鎂磷肥（含 P2O511.4%）、氯化鉀（含K2O 60%）。

1.2 試驗方法

早稻、晚稻試驗在同一塊田進行，設8個處理：常量施肥（100%F）；常量施肥，每季分別增施土壤改良劑150、300、450 kg/hm2（分別用G1+100%F、G2+100%F、G3+100%F表示）；每季減施25%常量施肥，分別增施土壤改良劑150、300、450、600 kg/hm2（分別用G1-25%F、G2-25%F、G3-25%F、G4-25%F表示）。常量施肥處理，早稻施純N 150 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，晚稻施純N 180 kg/hm2、P2O590 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2。各處理早稻氮肥、鉀肥均按基肥、分蘗肥與穗肥質量比5∶2∶3施用。晚稻氮肥按基肥、分蘗肥與穗肥質量比4∶2∶4施用，鉀肥按基肥、分蘗肥與穗肥質量比5∶2∶3施用。磷肥和土壤改良劑作基肥一次性施用。試驗小區隨機區組排列，3次重復，小區面積24 m2。小區間土埂用塑料薄膜包裹，單排單灌。人工移栽，栽插密度早稻為13.3 cm×23.3 cm，晚稻為16.7 cm×23.3 cm，早稻每蔸3谷粒苗，晚稻每蔸2谷粒苗。其他按常規高產栽培要求進行。

1.3 測定指標及方法

早稻、晚稻收割前1 d，各處理在調查有效穗數的基礎上按平均數法取5蔸進行考種。各處理實割200蔸，脫粒后曬干、稱重、測產。同時，在晚稻成熟期，每個處理按五點法取耕作層（0～20 cm）土壤樣品以供土壤養分含量、CEC和pH值測定。土壤養分、CEC和pH均按常規分析法［15］測定。

試驗數據運用Excel 2007和SPSS16.0軟件進行處理和統計分析，采用Duncan新復極差法（LSR）進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 化肥配施土壤改良劑對雙季稻產量及其構成因素的影響

由表1可知，常量施肥條件下，增施土壤改良劑有利于提高早稻、晚稻產量，其產量增幅隨改良劑用量增加而增加。早稻產量處理間差異不顯著，而晚稻產量G1+100%F、G2+100%F、G3+100%F處理間差異不顯著，但均顯著高于100%F處理，增幅為4.0%～5.6%。說明常量施肥條件下，增施土壤改良劑有利于提高雙季水稻年總產量，且以增施450 kg/hm2土壤改良劑效果最好。

減施25%化肥條件下，早稻、晚稻產量均以G4-25%F處理最高，但與其他處理差異不顯著。早稻產量G1-25%F、G2-25%F、G3-25%F處理均低于常量施肥對應的G1+100%F、G2+100%F、G3+100%F處理，但處理間差異不顯著。而晚稻產量則均顯著低于常量施肥對應的處理，降幅為4.3%～6.5%，其降幅隨土壤改良劑用量增加呈下降趨勢。說明減施25%化肥條件下，增施土壤改良劑600 kg/hm2可以維持早稻、晚稻獲得高產。

表1 不同處理對水稻產量及其構成因素的影響Table 1 Effects of different treatments on rice yield and its components

產量構成因素（表1）中，常量施肥條件下，早稻單位面積有效穗數G3+100%F處理與G2+100%F處理差異不顯著，但均顯著高于G1+100%F、100%F處理，而G1+100%F處理和100%F處理差異不顯著。晚稻4個處理間差異不顯著；減施25%化肥條件下，施用改良劑對早、晚稻單位面積有效穗數影響較小，處理間差異不顯著；各處理早稻每穗粒數變化規律不明顯，而晚稻處理間差異不顯著；早稻、晚稻結實率均隨土壤改良劑用量的增加而增加。常量施肥水平下，早稻結實率G1+100%F、G2+100%F、G3+100%F處理較100%F處理增幅達5.5%～19.1%，且差異顯著。而晚稻結實率G3+100%F處理與G2+100%F處理差異不顯著，但顯著高于G1+100%F、100%F處理，增幅為4.3%和5.8%，而G1+100%F處理和100%F處理差異不顯著。減施25%化肥條件下，早稻結實率增施土壤改良劑的處理較100%F處理增幅達5.9%～16.0 %，且差異顯著；而晚稻結實率以G4-25%F處理為最高，較100%F處理增幅8.0%，且差異顯著；早稻、晚稻千粒重處理間差異不顯著。說明施用土壤改良劑有利于促進水稻籽粒灌漿，提高其結實率，從而提高水稻產量。這可能與土壤改良劑中含有大量的硅素營養有關，其作用機理還有待進一步研究。

2.2 化肥配施土壤改良劑對雙季稻經濟效益的影響

從表2可以看出，稻谷產值的變化趨勢與產量變化基本一致，隨土壤改良劑用量增加基本呈增加的趨勢。早稻稻谷產值以G3+100%F、G4-25%F處理最高，達2.15萬元/hm2，但處理間差異不顯著。晚稻稻谷產值以G3+100%F處理最高，較100%F處理增加5.2%，且差異顯著。其他增施土壤改良劑的處理與100%F處理差異不顯著。稻草產值處理間差異不顯著。早稻凈收益處理間差異不顯著。晚稻凈收益常量施肥增施土壤改良劑的處理間差異不顯著，但均顯著高于100%F處理，平均增幅為4.8%。減施25%化肥的處理晚稻凈收益與100%F處理差異不顯著，但均低于常量施肥增施土壤改良劑的處理。產投比早稻以G1-25%F處理最好，晚稻以 G1+100%F處理最好。從凈收益和產投比來看，早稻減施25%化肥、配施150 kg/hm2土壤改良劑和晚稻常量施肥、配施150 kg/hm2土壤改良劑有利于提高周年水稻種植的經濟效益。

表2 經濟效益分析（萬元/hm2）Table 2 Analysis of economic benefits（104 yuan/hm2）

2.3 化肥配施土壤改良劑對稻田土壤化學性質的影響

2.3.1 對土壤pH值的影響 由圖1可知，隨著土壤改良劑用量的增加，稻田土壤pH值呈上升趨勢。常量施肥條件下，土壤pH值以G3+100%F處理最高，達5.35，較100%F處理上升0.27，且差異達顯著水平。減施25%常量施肥條件下，增施土壤改良劑的處理土壤pH值均高于常量施肥100%F處理，且以G4-25% F處理最高，顯著高于100% F、G1-25% F、G2-25% F處理，增幅分別為7.28%、5.42%和4.81%。表明增施土壤改良劑對紅壤酸性稻田土壤pH值具有一定的調節作用，且以G4-25% F處理的改良效果為最佳。其原因可能與土壤改良劑的性質有關。

圖1 不同處理土壤的pH值Fig.1 Soil pH of different treatments

2.3.2 對土壤養分含量的影響 從表3可以看出，相同施肥條件下，增施土壤改良劑對土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量影響不大。常量施肥處理土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量均高于減施25%常量施肥處理。土壤CEC均隨改良劑用量增加而增加，且以G3+100%F處理為最高，顯著高于100%F、G1+100%F、G1-25%F、G2-25%F處理，增幅分別為13.43%、9.35%、25.62%和15.16%。說明增施土壤改良劑有利于提高土壤的保肥、供肥能力。其原因可能與土壤改良劑的成分有關。

表3 不同處理土壤的養分含量Table 3 Soil nutrients of different treatments

3 討論

從20世紀80年代至今，我國農田土壤pH值平均下降了0.5個單位，酸化現象十分普遍［2］。而日趨嚴重的土壤酸化所引起的土壤理化性質惡化［21］、鋁離子和重金屬活度提高［22］、土壤微生物活性降低［6］等問題，影響農作物生長及農產品品質［8,22-23］，已嚴重制約了我國特別是南方酸性紅壤地區農業的可持續發展［24］。研究表明，土壤改良劑不僅能有效改善退化土壤理化和生物學性質［6-8,12,25］，促進農作物正常生長并提高其產量和品質［6-8,13-14］，而且還能有效降低土壤重金屬活性，減輕對農產品的污染［9-11,26］。趙金星等［7］研究表明，與空白對照相比，施用土壤改良劑顯著降低了鹽化草甸土土壤pH值。鄧小華等［8］研究指出，施用土壤改良劑可以提高黃紅壤的pH值、堿解氮和速效磷含量，增加土壤CEC。侯紅乾等［27］研究認為，施用土壤改良劑對鄱陽湖區潛育化稻田土壤有機質、堿解氮含量無顯著影響，但對土壤速效磷、速效鉀和pH 值均有顯著的提升作用。范呈根等［28］、吳建富等［29］研究指出，增施土壤改良劑（鋼渣粉）能顯著提高紅壤稻田和紅壤旱地土壤pH、CEC 和堿解氮、有效磷、速效鉀。本研究結果表明，在等量氮磷鉀養分供應條件下，增施土壤改良劑能提高紅壤酸性稻田土壤pH和CEC，其增幅與土壤改良劑的用量呈線性關系。說明增施土壤改良劑有利于提高紅壤酸性稻田土壤pH和土壤的保肥供肥能力。而對土壤堿解氮、有效磷、速效鉀養分含量的影響不大，這與已有的報道并非完全一致［8,27-29］。其原因可能與土壤改良劑的成分、含量、性質和研究對象不同有關。

有研究認為，施用土壤改良劑能顯著提高水稻產量［7,27］。本研究結果表明，在常量施肥條件下，增施不同用量改良劑的處理早稻產量與單施化肥處理沒有明顯差異，而晚稻產量均顯著高于單施化肥處理，產量增幅達4.0%～5.6%。而在減施25%化肥條件下，增施土壤改良劑處理早、晚稻產量均無顯著差異。無論是常量施肥處理，還是減施25%化肥的處理，增施土壤改良劑均有利于提高早、晚稻結實率，且其增幅隨改良劑用量增加而增加，這可能與土壤改良劑中含有大量的硅素營養有關，其機理有待研究。從凈收益和產投比來看，早稻減施25%化肥、配施150 kg/hm2土壤改良劑和晚稻常量施肥、配施150 kg/hm2土壤改良劑有利于提高周年水稻種植的經濟效益。

4 結論

（1）增施土壤改良劑有利于調控土壤酸性，提高土壤pH值和CEC；對土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量影響不大。（2）常量施肥條件下，增施土壤改良劑450 kg/hm2，或者減施25%化肥，增施土壤改良劑600 kg/hm2均有利于雙季稻獲得高產，其增產原因主要是提高了結實率。（3）從凈收益和產投比來看，早稻減施25%化肥、配施土壤改良劑150 kg/hm2和晚稻常量施肥、配施土壤改良劑150 kg/hm2，均有利于提高周年水稻種植的經濟效益。