長期不均衡施肥對水稻土土壤肥力及水稻生物量的影響

李文昭 顏雄 柳葉紅 馮博 趙君

(遵義師范學(xué)院，貴州 遵義 563006)

南方紅壤稻田是我國水稻主產(chǎn)區(qū)之一，但紅壤性水稻土土壤肥力水平總體偏低，中低產(chǎn)田面積依然占較大比例[1]。而合理的肥料施入在提高紅壤稻田生產(chǎn)能力、肥力水平以及作物產(chǎn)量方面被認(rèn)為是一項(xiàng)重要的措施。目前，長期不均衡施肥情況下對水稻土土壤肥力及水稻生物量的影響研究并不多見。因此，在長期定位試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本研究以江西省進(jìn)賢縣紅壤研究所內(nèi)的紅壤性水稻田為試驗(yàn)地，分析了長期不均衡施肥對水稻生物量及水稻土土壤肥力的影響研究，探討了水稻土土壤肥力與水稻生物量之間的相關(guān)性，旨在選擇更加合適的施肥方式，為提高耕地質(zhì)量及作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于江西省進(jìn)賢縣紅壤研究所長期定位紅壤性雙季稻田(E116°20′24″，N28°15′30″)。土壤類型為潴育型水稻土，耕作制度為“稻-稻-冬閑”制，試驗(yàn)始于1981年，小區(qū)面積為46.7m2，隨機(jī)區(qū)組排列。耕層土壤初始基本化學(xué)性狀，pH為5.4，有機(jī)質(zhì)16.3g·kg-1，全氮1.49g·kg-1，全磷0.48g·kg-1，全鉀10.4g·kg-1，有效氮144mg·kg-1，有效磷(NaHCO3-P)4.15mg·kg-1，有效鉀(NH4OAc-K)80.52mg·kg-1。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，不施肥(CK)；施氮磷肥(NP)；施氮鉀肥(NK)。3個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，年均施肥量具體詳見表1。

表1 試驗(yàn)地不同施肥處理的年均施肥量

施肥量均為有效成分含量；基肥(有機(jī)肥)一次施入，氮肥(尿素)和鉀肥(氯化鉀)分2次追施，分別施在水稻返青后和分蘗盛期[2]。

1.2 樣品采集

1.2.1 土壤樣品采集

從3個(gè)不同施肥處理的每個(gè)小區(qū)中隨機(jī)采取5點(diǎn)，用土鏟采集耕層0～20cm的土壤樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干過2mm篩后儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 植物樣品采集

從3個(gè)不同施肥處理的每個(gè)小區(qū)中隨機(jī)采取籽粒、秸稈樣品，水稻根茬采取土深20cm的，每個(gè)小區(qū)各個(gè)樣品各采集3份，帶回實(shí)驗(yàn)室在65°C下烘干后，測定水稻各器官生物量。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤基本理化性質(zhì)測定

用電位法測定土壤pH；用H2SO4-K2Cr2O7外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)(SOC)；用凱氏定氮儀定氮法測定土壤全氮(TN)；用NaOH堿融-鉬銻抗比色法測定土壤全磷(TP)；用NaOH堿融-火焰光度計(jì)法測定土壤全鉀(TK)，用堿解擴(kuò)散法對有效氮進(jìn)行測定；用NaHCO3法對有效磷進(jìn)行測定；用1mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度計(jì)法對有效鉀進(jìn)行測定，詳細(xì)步驟參考《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[3]。

1.3.2 水稻生物量的測定

烘干水分后稱重得其生物量，并計(jì)算不同施肥處理總的生物量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻土土壤肥力在長期不均衡施肥下的變化

如表2所示，長期不均衡施肥后試驗(yàn)地的pH在5.07～5.20，較1981年試驗(yàn)開始時(shí)的pH值5.4相比，3個(gè)施肥處理的pH值都有所降低，其中以施用氮肥和磷肥的下降最多，下降了0.33。pH的降低說明長期施肥會使土壤酸性呈現(xiàn)增強(qiáng)的趨勢，可能是氮肥的長期施入，使其在土壤中轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，而硝酸鹽的淋洗帶走了大量鈣、鎂等堿性離子從而導(dǎo)致土壤的酸化。與CK處理相比，有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、有效氮、有效磷在長期不均衡施肥處理后含量變化范圍分別為20.5～21g·kg-1、2.02～2.06g·kg-1、10.68～10.9g·kg-1、182～189mg·kg-1、7.19～11.95mg·kg-1，較試驗(yàn)前的含量相比均有上升；而全磷為0.44～0.60g·kg-1，較試驗(yàn)前的含量(0.48g·kg-1)相比，NP處理增加，NK處理降低；有效鉀為58.33～82.5mg·kg-1，較試驗(yàn)前的含量(80.52mg·kg-1)相比，NP處理降低，NK處理增加。CK處理和NK處理的全鉀含量存在極顯著性差異，NK處理則極顯著低于CK處理，降低了0.41g·kg-1。廖育林[4]等研究認(rèn)為，長期施鉀肥導(dǎo)致土壤固鉀能力降低，鉀肥不易被吸附固定，從而不能及時(shí)被作物吸收利用，因此則極易被淋失。CK處理和NP處理的有效磷含量存在極顯著性差異，NP處理則極顯著高于CK處理，提高了6.4mg·kg-1，說明氮磷肥的施入能極顯著提高土壤有效磷含量，這是因?yàn)榱追实氖┤胍欢ǔ潭壬霞铀倭送寥懒姿氐睦鄯e，且磷肥的后效性強(qiáng)，磷在土壤中移動(dòng)性不強(qiáng)，溶解性又很小，不易隨水流失[5]。

表2 長期不均衡施肥處理水稻土土壤養(yǎng)分含量的變化

2.2 水稻生物量在長期不均衡施肥下的變化

如表3所示，長期不均衡施肥處理的籽粒生物量占水稻總生物量的50%以上，而秸稈的生物量為30.9%～33.3%，根茬的生物量只有12.5%～12.9%，這說明籽粒在水稻各器官生物量中占重要位置。與對照處理的籽粒生物量相比，氮肥加磷肥處理增產(chǎn)了1.6%，而氮肥加鉀肥處理減產(chǎn)了11.7%。由此可知，磷肥對水稻籽粒產(chǎn)量方面有促進(jìn)作用，缺磷對水稻產(chǎn)量有影響，缺鉀對水稻產(chǎn)量影響不大。與CK處理相比，NK處理的秸稈、根茬的生物量和總生物量分別降低了3.7%、5.8%和8.5%，NP處理則分別增加了15.1%、10.4%和6.9%，說明磷肥在提升秸稈和根茬的生物量方面也有重要作用。這是因?yàn)榱自谒旧a(chǎn)中起重要作用，如促進(jìn)水稻根系生長發(fā)育、增加分蘗、增加作物抗逆能力，促進(jìn)糧食產(chǎn)量的提高等[6]。

表3 長期不均衡施肥處理水稻生物量的變化

3個(gè)處理間總生物量及水稻各器官的生物量均無顯著差異性，說明僅有2種化肥配施導(dǎo)致作物生長發(fā)育所必需的肥料3要素缺乏，養(yǎng)分不平衡供應(yīng)，使稻田土壤微生物多樣性及微生物生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重影響從而制約了作物的生長[7]。

2.3 水稻土土壤肥力變化與水稻生物量的相關(guān)性

由表4可知，水稻各器官的生物量與pH呈負(fù)相關(guān)趨勢。有效磷養(yǎng)分含量與水稻根茬生物量之間存在顯著的正相關(guān)性(p<0.05)，有效磷與根茬的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.68，表明有效磷有助于水稻根茬生物量的增加。這與呂真真[6]等研究結(jié)果一致，認(rèn)為磷能促進(jìn)水稻的根系生長發(fā)育，增加作物抗逆能力，進(jìn)一步促進(jìn)糧食產(chǎn)量的提高。

表4 水稻生物量與土壤性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論

長期不均衡施肥導(dǎo)致土壤酸性呈增強(qiáng)趨勢，且使土壤耕層養(yǎng)分含量提升不明顯甚至出現(xiàn)下降的趨勢。氮磷肥的施入極顯著提高了土壤有效磷含量，而氮鉀肥的施入?yún)s極顯著降低了土壤全鉀含量，因此均衡施肥或有機(jī)無機(jī)配施將是補(bǔ)充土壤養(yǎng)分庫的重要措施。

長期不均衡施肥對水稻各器官的生物產(chǎn)量影響不大，各施肥處理的水稻總生物量順序?yàn)镹P>CK>NK。

長期不均衡施肥情況下，水稻土土壤肥力與水稻生物量之間無明顯相關(guān)性，其中，僅土壤有效磷養(yǎng)分含量與水稻根茬生物量之間存在顯著的正相關(guān)性。因此，建議要均衡施肥及有機(jī)無機(jī)配施。