化肥配施土壤調理劑對酸化紅壤性水稻土改良效果研究

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，江西南昌 330045）

【研究意義】作物正常生長發育需要適宜的土壤酸度，但水稻生產偏施化肥等不合理的農業措施，使農田土壤酸化嚴重，特別是在我國南方，酸化土壤面積逐年增加[1]，土壤酸化加速了土壤中養分離子尤其是鹽基離子的淋失，土壤日益貧瘠，釋放出有害的鋁離子和其他重金屬離子[2]，導致農作物減產，制約農業生產可持續發展。因此，改變施肥方式，優化施肥結構，加強土壤質量的改良，減緩土壤酸化進程顯得十分重要。【前人研究進展】施用土壤調理劑是修復退化土壤的重要措施之一。土壤調理劑能有效改善土壤理化性狀和土壤養分狀況，從而提高退化土壤的生產力[3]。近年來，隨著肥料行業的發展，許多更優質安全的修復土壤、改良土壤酸化的土壤調理劑被不斷開發，并得到廣泛應用[4?5]。周杰文等[5]研究結果表明，土壤調理劑能有效提高植煙土壤pH、土壤養分效果和提高烤煙品質、產量。陳士更[6]研究發現，施用普通土壤調理劑和腐植酸土壤調理劑均能在一定程度上改善酸化果園土壤的理化性狀，且隨著施用年限的增加，改良效果越明顯，還能提高蘋果的產量和品質。【本研究切入點】土壤調理劑多應用于旱地或退化土壤改良[7?9]，在水田方面的應用則偏向于對重金屬污染農田的修復[10?11]，而用于南方紅壤性水稻土酸性改良的試驗報道較少[12]，尤其在探究土壤調理劑配合化肥減施對水稻產量和土壤化學性質的影響方面鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】本文通過大田試驗設計化肥配施不同用量的土壤調理劑，研究不同處理對水稻產量和土壤化學性質的影響，探索土壤調理劑對南方酸性稻田的改良效果以及酸度調控過程，同時設計化肥減量配施土壤調理劑，試探求土壤調理劑在化肥“減量增效”中的可行性，以期為南方酸化紅壤性稻田推廣應用土壤調理劑提供科學依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019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），土壤的基本性質為：全氮2.6 g/kg、堿解氮176.56 mg/kg、速效磷12.94 mg/kg、pH 5.11。

1.2 試驗設計

試驗設7個處理，完全隨機區組設計，3次重復，小區面積為24 m2（長8 m×寬3 m）。各處理分別為：常量施肥（100%F），單施氮磷鉀化肥；常量施肥，分別增施土壤調理劑750，1 500，2 250 kg/hm2（分別用100%F+50、100%F+100、100%F+150表示）；化肥減施10%、20%、30%，分別配施土壤調理劑750，1 500，2 250 kg/hm2（分別用90%F+50、80%F+100、70%F+150表示）。本試驗所使用的土壤調理劑由江西瑞博特生物科技有限公司提供，主要成分與含量分別為鈣（CaO）≥40%、pH 8～10，此外還含有一定量的生物煙堿、腐殖酸、氨基酸以及有益于作物生長的硅、鎂、鐵、鋅、硼等中微量元素。單施氮磷鉀化肥處理，施純N 165 kg/hm2，P2O582.5 kg/hm2，K2O 165 kg/hm2，氮肥按基肥、分蘗肥、穗肥的質量比為4∶2∶4施用，土壤調理劑和磷肥一次性作基肥施用，鉀肥按基肥、分蘗肥、穗肥的質量比為5∶2∶3施用，供試化肥為尿素（N 46%）、鈣鎂磷肥（P2O512%）和氯化鉀（K2O 60%）。小區間土埂用塑料薄膜包裹，單排單灌。供試品種選用江西省農業廳主推雜交水稻品種H優518，6月18日播種，7月11日人工移栽，栽插密度為13.3 cm×26.6 cm，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

1.3.1 產量及其構成因素 在水稻成熟期每個處理小區各調查30蔸的有效穗數，按平均數法取3蔸進行考種，應用水漂法考察穗粒結構。另外，各處理實割200蔸，脫粒后曬干、稱量、測產。

1.3.2 土壤養分 在晚稻成熟期，每處理按“S”型方法取耕作層（0～20 cm）土壤樣品以供土壤養分含量和pH值的測定。采用堿解擴散法測定堿解氮、Olsen法測定有效磷、NH4OAc浸提火焰光度法測定速效鉀[13]、pH計法（FE20）測定pH值、元素分析儀測定土壤全氮和總有機碳。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2016、Origin 2018和SPSS 25.0軟件進行數據處理和統計分析，并利用Duncan法進行顯著性檢驗，相關分析采用Pearson系數（雙側）。

2 結果與分析

2.1 化肥配施土壤調理劑對水稻產量及其構成因素的影響

由表1可見，處理100%F+100和100%F+150水稻產量表現一樣，為最高，與處理100%F、100%F+50和處理90%F+50差異均不顯著，卻均顯著高于處理80%F+100和70%F+150，增幅分別為8.79%和9.39%。而處理100%F、100%F+50、90%F+50、80%F+100和70%F+150差異均不顯著。

常量施肥條件下，水稻產量由大到小依次為處理100%F+100=100%F+150>100%F+50>100%F，但處理間差異均未達到顯著水平。說明常量施肥條件下，適當增施土壤調理劑有利于挖掘土壤生產潛力，提高水稻單產水平。

減施化肥條件下，水稻產量處理90%F+50高于處理100%F，但差異不顯著，而處理80%F+100、70%F+150則低于處理100%F，差異不顯著。說明增施750 kg/hm2土壤調理劑替代10%化肥可以維持水稻產量與單施化肥基本持平。

對于產量構成因素，有效穗表現為處理90%F+50顯著低于處理100%F+50和100%F+150，降幅約為9.0%。而每穗粒數、結實率和千粒質量處理間差異均不顯著。

表1 不同處理對產量及其構成因素的影響Tab.1 Influence of different treatments on yield and its constituent factors

2.2 化肥配施土壤調理劑對水稻干物質積累量的影響

由圖1可知，處理100%F+100和100%F+150水稻總干物質積累量相對較大，80%F+100處理最小，但處理間差異均不顯著。各處理莖干物質量占總干物質量的比例由大到小依次為100%F+50>100%F>90%F+50、100%F+150、70%F+150、100%F+100和80%F+100。葉片干物質量的比例100%F+100最大，而對于穗干物質量占總干物質量的比例來說，則表現為90%F+50最大，達到了64.73%。

圖1 不同處理的水稻成熟期干物質積累量Fig.1 Amount of dry matter accumulation in mature rice during different treatments

圖2 水稻實際產量與成熟期總干物質積累量的關系Fig.2 The relationship between the total dry matter accumulation and the yield of rice in the mature period

水稻成熟期的總干物質積累量與產量的Pearson相關系數為0.919**（表2），呈極顯著關系（P<0.01）。由圖2可得，產量與成熟期的總干物質積累量的關系為Y=4 014.95+4.388X，呈顯著的直線正相關關系。

2.3 化肥配施土壤調理劑對稻田土壤化學性質的影響

2.3.1 化肥配施土壤調理劑對稻田土壤pH的影響 圖3表明，土壤調理劑對土壤pH的影響比較顯著，并且土壤pH隨土壤調理劑用量的增加呈上升趨勢，100%F+150、70%F+150、100%F+100和80%F+100處理都顯著高于100%F處理，土壤pH提高了4.79%～9.58%。常量施肥的基礎上，添加2 250 kg/hm2的土壤調理劑對pH的影響最大，相比常量施肥，pH提高了0.42個單位；化肥減量施用條件下，70%F+150處理的pH最高，并且也是所有處理中最高。說明化肥對農田土壤pH影響較大，同時，增施土壤調理劑對農田土壤的酸性具有一定的調控作用。

表2 水稻產量與成熟期總干物質積累量的相互關系Tab.2 Correlation between rice yield and total dry matter accumulation during maturity

2.3.2 化肥配施土壤調理劑對稻田土壤養分的影響 由表3可知，各處理土壤養分含量表現出的差異均不一致。常量施肥的條件下，土壤養分含量隨土壤調理劑用量的增加呈現增長趨勢，其中100%F+150處理的速效磷和有機質含量顯著高于處理100%F，增幅分別為31.26%和18.06%；全氮、堿解氮和速效鉀含量差異都不顯著。化肥減量施用的條件下，90%F+50、80%F+100和70%F+150處理之間土壤養分含量均無顯著性差異，但70%F+150處理全氮和有機質含量卻高于其他處理，比處理100%F分別增長5.32%和33.54%；堿解氮和速效鉀含量則表現為先增加后減少的趨勢，這可能與化肥減量施用有關。

圖3 不同處理對土壤pH的影響Fig.3 Effect of different treatments on soil pH

表3 不同處理的土壤養分含量Tab.3 Soil nutrient content between different treatments

3 討論

中國南方紅壤稻區土壤酸化問題日益明顯。眾所周知，稻田土壤酸化會導致營養元素的流失和營養元素的利用率下降，嚴重影響作物產量及品質[14]。對于南方紅壤酸性稻田的改良，人們習慣使用石灰，對產量的提高效果確實顯著，但其修復效果會隨著時間變化逐漸減弱[15?16]，長期施用石灰易造成土壤板結、養分失衡、甚至復酸化[17]。而在作物栽培中增施土壤調理劑能夠改善土壤理化性質和土壤養分狀況，改善作物生長環境[18?20]，對作物的生長過程具有明顯的積極作用[21]。眾多研究[19,22?24]發現，施用土壤改良劑具有提高pH，增加N、P、K有效養分和代換性K、Ca和Mg的效果。本次研究得到了相似的結果，增施土壤調理劑能夠明顯提高稻田土壤pH，這可能是因為土壤調理劑的堿性物質釋放到土壤中，水解后增加了土壤OH?的濃度，中和了土壤酸度。大量研究[25?27]表明，化肥的過量施用能導致土壤酸化，是稻田酸化加速的主要原因之一。對比常量施肥添加土壤調理劑與化肥減量配施土壤調理劑發現，化肥減量配施土壤調理劑對土壤pH的提高更加顯著，本試驗的結果進一步證實，化肥的大量施用會導致土壤酸化。

土壤pH是影響土壤養分有效性的重要因素之一，對有機物質的分解和養分的釋放有促進作用。本試驗結果顯示，隨著土壤酸度的降低，土壤有機質含量增加和有效磷活性增強，這與陳琨[28]、Rama[29]、文星[30]等的研究結果類似。但對堿解氮和速效鉀含量的影響不顯著，這與已有的報道并非完全一致[23,31?33]，其原因可能與土壤調理劑的性質、成分有關，CaO含量≥40%的土壤調理劑施入土壤中打破了Ca2+/K+平衡，增強了土壤對K+的固定，使得各處理的速效鉀含量差異不大；而土壤調理劑中的其它成分（生物煙堿、腐殖酸、氨基酸以及硅、鎂、鐵、鋅、硼等中微量元素）雖然短期內對土壤氮素養分影響不顯著，但土壤全氮和堿解氮含量在一定程度上隨土壤調理劑的使用量增加而呈現上升趨勢。

施用土壤調理劑能促進南方酸性稻田土壤pH升高，土壤化學特性得到改善，土壤養分的有效性隨之發生變化，進而影響水稻生長發育和產量[34]。對于南方紅壤性稻田，在不改變耕作方式的條件下，優化施肥并施用土壤調理劑，可以促進水稻生長，增強產量性狀，協調養分吸收，最終實現水稻高產[35?36]。本試驗結果顯示，常量施肥條件下，增施土壤調理劑能提高水稻生物學產量、有利于挖掘土壤生產潛力，提高水稻單產；化肥減量施用的條件下，隨著化肥施用量的減少水稻產量逐漸降低；而增施750 kg/hm2土壤調理劑減施10%化肥可以維持水稻產量與單施化肥基本持平。說明土壤調理劑對實現化肥“減量增效”具有一定的可行性。

4 結論

常量施肥基礎上，土壤調理劑的施用在一定程度上可以提高水稻成熟期總干物質積累量；增施2 250 kg/hm2土壤調理劑有利于提高水稻產量；增施750 kg/hm2土壤調理劑替代10%化肥可以維持水稻產量與單施化肥基本持平。常量施肥添加2 250 kg/hm2土壤調理劑能改良酸性土壤、提高土壤有機質、全氮和有效養分含量。