施氮條件下不同株型水稻品種土壤還原性物質含量研究

全 革，付雪蛟，劉中卓，呂小紅*，孟慶翠

（1 盤錦中天置業有限公司，遼寧 盤錦 124010；2 遼寧省鹽堿地利用研究所，遼寧 盤錦 124010；3 內蒙古赤峰市赤林森林資源資產評估有限責任公司，內蒙古 赤峰 024000）

氧化還原過程是土壤中最重要的化學過程之一，此過程涉及大量物質的轉化、遷移和積累。 還原性物質是氧化還原反應中的電子供體， 必不可缺，如果土壤中不存在還原性物質，那么就不產生氧化還原過程。 土壤中還原性物質數量與土壤營養狀況、植物生長和水分管理等有一定的關系。稻田通透性差，土壤中氧氣含量少，嫌氣分解，易產生還原性毒害物質，造成禾苗中毒，產生黑根，不分蘗或少分蘗，嚴重影響水稻的生長發育［1］。 有研究指出，對于水稻土壤的氧化還原體系，應從其彼此相關而又不同的強度因素與數量因素兩方面進行研究， 并提出了相應的研究方法研究施肥后水稻生育期間土壤中還原性物質的動態變化［2-3］。 李慶逵［4］對多個土壤剖面的研究結果顯示，潛育型水稻土的還原性物質總量、 活性還原性物質和Fe2+濃度明顯高于潴育型或氧化型水稻土。由此可見， 降低土壤中有害的還原性物質含量可能是改良稻田一條重要途徑。 學者們從稻蝦共作［5］、稻魚共生［6］、施用改良劑［7］等方面研究還原性物質，但是多以雜交稻、秈稻為材料，對不同株型水稻品種的土壤還原性物質研究還比較少見。 本試驗以穗型直立的緊湊型水稻品種沈農07425 和穗型彎曲的松散型水稻品種秋光為試材， 探討不同施氮水平對不同株型水稻品種土壤還原性物質含量的影響，以期為改善土壤環境、促進土壤改良、提高水稻產量提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在沈陽農業大學水稻研究所進行， 以沈農07425 和秋光為試驗材料。 其中沈農07425 穗型直立，株型緊湊，耐肥抗倒，為典型的直立穗緊湊型品種。 秋光穗型彎曲，株型較松散，耐肥抗倒性較差，為典型的彎曲穗松散型品種。

1.2 試驗設計

采用盆栽方式，盆缽直徑30 cm，高26 cm，裝土13.25 kg／盆。 土壤基本理化性質如下：全氮含量為1.1 g／kg，全磷含量為2.8 g／kg，全鉀含量為34 g／kg，水解氮84.5 mg／kg，有效磷38.3 mg／kg，有效鉀138.7 mg／kg，有機質29.8 g／kg，pH 值5.65。

兩水稻品種分別設5 個氮肥水平： 低氮（N1，0.1 g／kg 土壤）、中氮（N2，0.15 g／kg 土壤）、高氮（N3，0.2 g／kg 土壤）、完全不施肥（CK）、不施氮肥（PK，磷鉀肥正常施用），其中氮肥梯度參考毛達如［8］的《植物營養研究法》而設定。 共10 個處理組合，3 次重復，完全隨機排列。 施用磷酸二銨300 kg／hm2，氯化鉀225 kg／hm2。 氮肥分基肥、蘗肥、穗肥（按5∶3∶2 比例）施入，其中以尿素作為基肥，硫酸銨作為蘗肥、穗粒肥追施，磷肥和鉀肥作為基肥一次性施入。 4 月12 日育苗，5 月20 日插秧， 插秧前選取整齊一致的秧苗，3 穴／盆，1 株／穴。陰雨天氣采用遮雨棚防止雨水沖刷。其它栽培管理措施同生產田。

1.3 測定指標及方法

于分蘗期（T1）、拔節期（T2）、齊穗期（T3）、灌漿15 d（T4）、灌漿30 d（T5）、灌漿45 d（T6）取土壤樣品用于分析。 土樣采集時用土鉆在所選植株根部周圍進行垂直鏟挖， 使各個處理樣點的土壤深淺一致，背陽風干后，除去土壤中夾雜的根系及雜質，過篩混合均勻，按四分法取樣測定。采用Al2（SO4）3浸 提-K2Cr2O7滴 定 法、Al2（SO4）3浸 提-KMnO4滴定法測定土壤中還原性物質總量、活性還原物質含量［9］。

1.4 數據處理

應用Microsoft Excel 和DPS 數據處理系統分析。

2 結果與分析

2.1 施氮條件下不同株型水稻品種的土壤還原性物質總量

2.1.1 施氮條件下不同株型水稻品種土壤還原性物質總量的比較 水稻土漬水以后， 隨著還原條件的逐漸加強，還原性物質的數量漸多，圖1 中兩株型品種的土壤還原性物質總量也表現出這種趨勢，兩品種均在齊穗期和灌漿15 d 還原性物質總量較大，而后植株逐漸成熟，開始控水，水層變薄至無，還原條件減弱，還原性物質總量減少，成熟期兩品種各處理的還原性物質總量最少。 沈農07425 的PK、CK 對照的土壤還原性物質總量變化趨勢一致， 灌漿15 d 土壤還原性物質總量最高，N1、N2 和N3 處理的變化趨勢相同，在施加穗粒肥后齊穗期極顯著的增加，達最大值，隨后逐漸降低。 秋光的PK、CK 對照消長趨勢與沈農07425基本相同， 灌漿15 d 達最高值而成熟期含量最小，但PK、CK 的還原性物質總量整體水平與N1、N2 和N3 差異不顯著，齊穗前期加入的穗粒肥對N1、N2 和N3 中還原性物質總量的提升并不明顯。

各處理間比較來看， 沈農07425 的還原性物質總量表現為N3＞N2＞N1。 秋光N1 與N2 之間還原性物質總量此消彼長，整體水平無顯著差異，但齊穗期N1、N2 與N3 的差異均達到顯著水平，說明高氮處理對秋光土壤的還原性物質總量起到了削減作用，后期N1 與N2、N3 差異極顯著，說明低氮處理使秋光土壤的還原性物質總量在后期保持了很高的水平， 沈農07425 則沒有這種表現。 可見， 不同氮肥處理對土壤還原性物質總量的影響隨水稻品種的不同而有不同的消長規律， 緊湊型品種沈農07425 土壤還原性物質總量隨氮肥施入而短時間內增長， 土壤還原性物質總量隨施氮量的增加而增加； 松散型品種秋光高氮處理的土壤還原性物質總量明顯低于中氮或低氮處理。

由圖1 可知，PK 對照對兩個水稻品種土壤還原性物質總量影響不大， 而CK 處理生育后期沈農07425 的下降趨勢明顯。低氮肥處理下，秋光的土壤還原性物質總量要明顯高于沈農07425，而高氮處理下沈農07425 略高于秋光， 中氮處理下兩水稻品種土壤還原性物質總量差異最大， 中氮正是盆栽水稻正常生長所采用的施氮水平， 正常盆栽栽培條件下秋光的土壤還原性物質總量在灌漿前高于沈農07425， 而灌漿后期低于沈農07425，土壤還原性物質總量表現出的差異可能是兩種水稻品種對氮肥的適應性不同所致。2.1.2 品種株型與施氮水平對土壤還原性物質總量的交互作用分析 表1 中品種與施氮水平對土壤還原性物質總量的影響表明， 品種因素對土壤還原性物質總量的影響未達顯著水平， 而施氮水平對土壤還原性物質總量的影響在分蘗期達到極顯著水平。此外，品種和施氮水平對土壤還原性物質總量的影響存在一定的正交互作用，在拔節期、齊穗期、灌漿15 d 和灌漿45 d 均達顯著、極顯著水平。 說明土壤還原性物質總量主要受品種與施氮水平交互作用影響，相對而言，土壤還原性物質總量受施氮水平因素影響較大。

表1 品種與施氮水平對土壤還原性物質總量、活性還原物質含量交互作用的F 測驗

2.2 施氮條件下不同株型水稻品種的土壤活性還原物質含量

2.2.1 施氮條件下不同株型水稻品種土壤活性還原物質含量的比較 如圖2 所示， 沈農07425 各處理間N1、N2 和N3 土壤活性還原物質含量的消長趨勢較為一致，均在齊穗期最高，灌漿15 d 含量較低。 而對照PK 土壤活性還原物質含量在灌漿15 d 最高而拔節期最低，CK 則在齊穗期最高而拔節期最低。 秋光N1、N2 和N3 處理的土壤活性還原物質含量隨生育期呈現相同的變化趨勢，PK、CK 處理的土壤活性還原物質含量隨生育期變化趨勢一致。 齊穗期N1、N2 和N3 土壤活性還原物質含量達最高隨后迅速降低， 灌漿15 d 最小， 成熟期土壤活性還原物質含量略有升高；PK對照灌漿15 d 土壤活性還原物質含量最高，拔節期含量最低，CK 則在齊穗期最高而拔節期最低。由此可見，PK、CK 對照的土壤活性還原物質含量因不同生育時期而異， 拔節期土壤活性還原物質含量較低，在齊穗后到成熟含量均很高，可見，水稻的生長發育對土壤中活性還原物質含量產生了很大的影響， 含量大小與水稻籽粒的灌漿有一定程度的聯系。

拔節期沈農07425 的N1、N2、N3 處理土壤活性還原物質含量與PK、CK 差異極顯著，可見高氮提高了沈農07425 的土壤活性還原物質含量。 灌漿后N1、N2 和N3 的整體水平都低于PK 和CK，施氮的三種處理整體水平為N3＞N2＞N1， 說明施氮量對其土壤中活性還原物質含量有很大的影響，隨氮肥量的增加土壤活性還原物質含量變大。分蘗期秋光N1 處理的土壤活性還原物質含量顯著低于其他處理，拔節期、齊穗期N2 和N3 的土壤活性還原物質含量均高于N1、PK 和CK， 灌漿15 d 至45 d，PK、CK 處理的土壤活性還原物質含量高于N1、N2 和N3，且N1 處理的土壤活性還原物質含量低于N2 和N3 處理。 PK、CK 的缺氮使土壤活性還原物質含量在拔節期顯著下降，灌漿期PK、CK 處理的土壤活性還原物質含量提升，且PK 處理比CK 處理的提升程度更明顯，可能是因為土壤中磷和鉀的作用。

可見， 不同氮肥處理對土壤活性還原物質含量的影響隨水稻品種的不同而有不同的消長規律。 緊湊型品種沈農07425 表現為隨施氮量的不同土壤活性還原物質各時期含量也不同， 土壤活性還原物質含量隨施氮量的增加而增加； 松散型品種秋光表現為N1 處理的土壤活性還原物質含量低于N2 和N3 處理。 低氮和中氮處理使秋光拔節期的土壤活性還原物質含量極顯著低于沈農07425，高氮處理下兩個品種間并無顯著差異。 磷鉀肥對照兩個水稻品種間土壤活性還原物質的含量差異較大， 這可能是兩種水稻品種分蘗能力不同所致。可見磷、鉀肥對分蘗力不同的水稻品種土壤活性還原物質含量的影響不一。

2.2.2 品種株型與施氮水平對土壤活性還原物質含量的交互作用分析 表1 中品種與施氮水平對土壤活性還原物質含量的影響表明， 品種因素對土壤活性還原物質含量的影響未達顯著水平，而施氮水平對土壤活性還原物質含量的影響在灌漿15 d、灌漿30 d 達到極顯著水平。此外，品種和施氮水平對土壤活性還原物質含量存在正交互作用，在分蘗期、拔節期、灌漿30 d 和灌漿45 d 均達顯著或極顯著水平。 說明土壤活性還原物質含量主要受品種與施氮水平的交互作用影響， 相對而言， 土壤活性還原物質含量受施氮水平因素影響較大。

3 結論與討論

還原物質的相對含量作為土壤氧化還原狀況的容量因素， 與土壤的電化學性質和水稻生長有密切的關系。當土壤處于強烈的還原條件下時，對水稻生長有不良的影響， 如果將土壤中的氧化還原條件改善，則對水稻的生長有益。陳琨等［10］試驗發現全量化肥＋石灰和全量化肥＋硅鈣肥處理的土壤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。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。 張賡等［11］研究認為合理施肥、秸稈還田、石灰和秸稈混合施用可以顯著地降低冷浸田土壤還原性物質總量。一些研究認為，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［12，13］。 本試驗研究得出， 兩水稻品種的土壤還原性物質總量在施氮處理間的差異比較明顯， 中氮處理正是盆栽水稻生長所需的正常施氮水平，因此，正常盆栽栽培條件下秋光的土壤還原性物質總量在灌漿前高于沈農07425，而收獲前低于沈農07425。低氮處理下，秋光的土壤還原性物質總量明顯高于沈農07425，高氮處理則沈農07425 略高于秋光。 土壤還原性物質總量表現出的差異很可能是兩水稻品種對氮肥的適應性不同產生的。 不同氮肥處理對土壤還原性物質總量的影響隨水稻品種不同而有不同的消長規律， 緊湊型品種沈農07425 土壤還原性物質總量隨施氮量的增加而增加； 松散型品種秋光， 高氮處理的土壤還原性物質總量明顯低于中氮或低氮處理， 齊穗期各施氮處理的土壤還原性物質總量均顯著提升。

活性還原性物質代表一組易于提取的、 迅速參與氧化還原反應的化合物。 本試驗中三種施氮處理土壤活性還原物質含量相比PK、CK 對照含量差異較大。 不同氮肥處理對土壤活性還原物質含量的影響品種間差異較大， 緊湊型品種沈農07425 隨氮肥施入量的不同土壤活性還原物質各時期含量也不同， 土壤活性還原物質含量隨施氮量的增加而增加； 對秋光而言，N1 處理的土壤活性還原物質含量低于N2 和N3 處理。 由于PK、CK 處理氮肥缺失使土壤中活性還原物質含量在拔節期顯著下降， 在灌漿期提升， 且PK 處理比CK 處理的提升程度更明顯，可能是因為土壤中磷和鉀的作用。 低氮和中氮處理下秋光拔節期的土壤活性還原物質含量極顯著低于沈農07425。 無氮磷鉀肥對照兩個水稻品種間土壤活性還原物質的含量差異較大， 這種表現很可能是由于兩種水稻品種分蘗能力的不同所致。

此外， 本試驗分析了品種株型與施氮水平對土壤還原性物質含量的互作效應， 發現土壤還原物質總量、 活性還原物質含量均受二者一定的正交互作用影響，但受施氮水平因素影響更大。丁昌璞［14］研究發現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。崔長俊等［15］也證實有機質參與鐵錳的氧化還原與絡合反應，影響土壤還原性物質總量，特別是增加亞鐵濃度。 丁昌璞［16］認為土壤對有機還原性物質的吸附量達加入量的60%～75%，其中強、弱還原性有機物質各約占1／2。 負電荷物質的吸附量隨土壤鐵、錳氧化物及其所帶負電荷量而變，在氧化-還原平衡中該類物質作為電子供體還原了鐵、 錳而自身被氧化，絡合態亞鐵、亞錳的形成服從絡合-離解平衡［16］。同時可見，稻田土壤的氧化還原性質是一個復雜的狀態，還涉及有機質、Fe2+、Mn2+及其他絡合物。 今后將進一步深入研究。