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        化肥配施土壤改良劑對(duì)雙季稻產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益及土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

        2019-03-07 06:21:20吳多基姚冬輝魏宗強(qiáng)吳建富
        廣東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019年12期
        關(guān)鍵詞:產(chǎn)量差異

        吳多基,姚冬輝,魏宗強(qiáng),吳建富

        (江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院/江西省鄱陽(yáng)湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西 南昌 330045)

        【研究意義】隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,我國(guó)土壤退化問(wèn)題日益嚴(yán)重,主要表現(xiàn)為土壤硬化、鹽堿化、酸化、化學(xué)污染和侵蝕等,嚴(yán)重限制了土壤的生產(chǎn)力[1]。對(duì)于南方稻田而言,酸化土壤的改良是眾多學(xué)者的熱議話題之一。化學(xué)氮肥的長(zhǎng)期使用導(dǎo)致土壤酸化[2-4],而土壤酸化活化了重金屬元素,對(duì)土壤肥力質(zhì)量、健康質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全帶來(lái)一定的負(fù)面影響[2,5]。因此,土壤酸化和重金屬污染治理已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中迫切需要解決的重要課題?!厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來(lái),為適應(yīng)新時(shí)代農(nóng)業(yè)發(fā)展理念,土壤改良劑產(chǎn)品的研發(fā)得到迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于退化土壤的改良,取得了一系列研究成果,特別是對(duì)于我國(guó)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(chǎn)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(fù)重金屬污染的土壤和有效降低農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量[9-11],并對(duì)土壤微生物產(chǎn)生積極影響[6,12],從而提高土壤的生產(chǎn)力[13-15]。陳麗娜[16]研究表明,土壤改良劑能夠增加風(fēng)沙地土壤有機(jī)質(zhì)含量,對(duì)小麥生長(zhǎng)十分有利,能夠調(diào)節(jié)土壤pH值,增強(qiáng)土壤肥力,促進(jìn)小麥增產(chǎn)。董亮等[17]、秦萍等[18]研究發(fā)現(xiàn),施用土壤改良劑可以優(yōu)化土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu),降低土壤容重及土壤鹽分含量,增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,有效改良鹽漬化土壤,提高作物產(chǎn)量。湛潤(rùn)生等[19]研究認(rèn)為,硫磺作為一種新型的土壤改良劑,應(yīng)用于我國(guó)干旱和半干旱地區(qū)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(shí)能活化土壤養(yǎng)分,從而提高土壤中有效養(yǎng)分的含量,促進(jìn)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育,降低作物體NO3--N積累?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】關(guān)于土壤改良劑的報(bào)道多是應(yīng)用于旱地土壤,促進(jìn)旱地作物增產(chǎn),但在我國(guó)南方紅壤酸性稻田生產(chǎn)上的應(yīng)用較少[7,15],尤其是化肥配施不同用量土壤改良劑對(duì)雙季稻產(chǎn)量形成和經(jīng)濟(jì)效益的影響還鮮見(jiàn)報(bào)道?!緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】通過(guò)大田試驗(yàn),研究化肥配施土壤改良劑對(duì)我國(guó)南方紅壤酸性稻田早、晚稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、水稻經(jīng)濟(jì)效益和土壤化學(xué)性質(zhì)的影響,以期為雙季水稻生產(chǎn)大面積推廣應(yīng)用土壤改良劑提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        試驗(yàn)于2018年在江西省進(jìn)賢縣溫圳鎮(zhèn)楊溪村進(jìn)行。供試土壤為第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育的水稻土,常年種植水稻。試驗(yàn)前耕作層(0~20 cm)土壤基本性質(zhì)為:有機(jī)質(zhì) 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(tuán)有限公司提供。供試品種:早稻為中嘉早17,晚稻為H優(yōu)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(yàn)方法

        早稻、晚稻試驗(yàn)在同一塊田進(jìn)行,設(shè)8個(gè)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(zhì)量比5∶2∶3施用。晚稻氮肥按基肥、分蘗肥與穗肥質(zhì)量比4∶2∶4施用,鉀肥按基肥、分蘗肥與穗肥質(zhì)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(yàn)小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列,3次重復(fù),小區(qū)面積24 m2。小區(qū)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(guī)高產(chǎn)栽培要求進(jìn)行。

        1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

        早稻、晚稻收割前1 d,各處理在調(diào)查有效穗數(shù)的基礎(chǔ)上按平均數(shù)法取5蔸進(jìn)行考種。各處理實(shí)割200蔸,脫粒后曬干、稱(chēng)重、測(cè)產(chǎn)。同時(shí),在晚稻成熟期,每個(gè)處理按五點(diǎn)法取耕作層(0~20 cm)土壤樣品以供土壤養(yǎng)分含量、CEC和pH值測(cè)定。土壤養(yǎng)分、CEC和pH均按常規(guī)分析法[15]測(cè)定。

        試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用Excel 2007和SPSS16.0軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析,采用Duncan新復(fù)極差法(LSR)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 化肥配施土壤改良劑對(duì)雙季稻產(chǎn)量及其構(gòu)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(chǎn)量,其產(chǎn)量增幅隨改良劑用量增加而增加。早稻產(chǎn)量處理間差異不顯著,而晚稻產(chǎn)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(shuō)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(chǎn)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(chǎn)量均以G4-25%F處理最高,但與其他處理差異不顯著。早稻產(chǎn)量G1-25%F、G2-25%F、G3-25%F處理均低于常量施肥對(duì)應(yīng)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(chǎn)量則均顯著低于常量施肥對(duì)應(yīng)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(shì)。說(shuō)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(chǎn)。

        表1 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 1 Effects of different treatments on rice yield and its components

        產(chǎn)量構(gòu)成因素(表1)中,常量施肥條件下,早稻單位面積有效穗數(shù)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(gè)處理間差異不顯著;減施25%化肥條件下,施用改良劑對(duì)早、晚稻單位面積有效穗數(shù)影響較小,處理間差異不顯著;各處理早稻每穗粒數(shù)變化規(guī)律不明顯,而晚稻處理間差異不顯著;早稻、晚稻結(jié)實(shí)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(jié)實(shí)率G1+100%F、G2+100%F、G3+100%F處理較100%F處理增幅達(dá)5.5%~19.1%,且差異顯著。而晚稻結(jié)實(shí)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(jié)實(shí)率增施土壤改良劑的處理較100%F處理增幅達(dá)5.9%~16.0 %,且差異顯著;而晚稻結(jié)實(shí)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(shuō)明施用土壤改良劑有利于促進(jìn)水稻籽粒灌漿,提高其結(jié)實(shí)率,從而提高水稻產(chǎn)量。這可能與土壤改良劑中含有大量的硅素營(yíng)養(yǎng)有關(guān),其作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

        2.2 化肥配施土壤改良劑對(duì)雙季稻經(jīng)濟(jì)效益的影響

        從表2可以看出,稻谷產(chǎn)值的變化趨勢(shì)與產(chǎn)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(shì)。早稻稻谷產(chǎn)值以G3+100%F、G4-25%F處理最高,達(dá)2.15萬(wàn)元/hm2,但處理間差異不顯著。晚稻稻谷產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)投比來(lái)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(jīng)濟(jì)效益。

        表2 經(jīng)濟(jì)效益分析(萬(wàn)元/hm2)Table 2 Analysis of economic benefits(104 yuan/hm2)

        2.3 化肥配施土壤改良劑對(duì)稻田土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

        2.3.1 對(duì)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(shì)。常量施肥條件下,土壤pH值以G3+100%F處理最高,達(dá)5.35,較100%F處理上升0.27,且差異達(dá)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(duì)紅壤酸性稻田土壤pH值具有一定的調(diào)節(jié)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(zhì)有關(guān)。

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

        2.3.2 對(duì)土壤養(yǎng)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(duì)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(shuō)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(guān)。

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

        3 討論

        從20世紀(jì)80年代至今,我國(guó)農(nóng)田土壤pH值平均下降了0.5個(gè)單位,酸化現(xiàn)象十分普遍[2]。而日趨嚴(yán)重的土壤酸化所引起的土壤理化性質(zhì)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(wèn)題,影響農(nóng)作物生長(zhǎng)及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)[8,22-23],已嚴(yán)重制約了我國(guó)特別是南方酸性紅壤地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)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(xué)性質(zhì)[6-8,12,25],促進(jìn)農(nóng)作物正常生長(zhǎng)并提高其產(chǎn)量和品質(zhì)[6-8,13-14],而且還能有效降低土壤重金屬活性,減輕對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的污染[9-11,26]。趙金星等[7]研究表明,與空白對(duì)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(rèn)為,施用土壤改良劑對(duì)鄱陽(yáng)湖區(qū)潛育化稻田土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量無(wú)顯著影響,但對(duì)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(jié)果表明,在等量氮磷鉀養(yǎng)分供應(yīng)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(guān)系。說(shuō)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(duì)土壤堿解氮、有效磷、速效鉀養(yǎng)分含量的影響不大,這與已有的報(bào)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(zhì)和研究對(duì)象不同有關(guān)。

        有研究認(rèn)為,施用土壤改良劑能顯著提高水稻產(chǎn)量[7,27]。本研究結(jié)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(chǎn)量與單施化肥處理沒(méi)有明顯差異,而晚稻產(chǎn)量均顯著高于單施化肥處理,產(chǎn)量增幅達(dá)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(chǎn)量均無(wú)顯著差異。無(wú)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(jié)實(shí)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(yíng)養(yǎng)有關(guān),其機(jī)理有待研究。從凈收益和產(chǎn)投比來(lái)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(jīng)濟(jì)效益。

        4 結(jié)論

        (1)增施土壤改良劑有利于調(diào)控土壤酸性,提高土壤pH值和CEC;對(duì)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(chǎn),其增產(chǎn)原因主要是提高了結(jié)實(shí)率。(3)從凈收益和產(chǎn)投比來(lái)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(jīng)濟(jì)效益。

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