陳 昱，時(shí) 紅，才 碩*，曹 娜，王向光，徐 濤

(1.江西省灌溉試驗(yàn)中心站 江西省高效節(jié)水與面源污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330201； 2.江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所，江西 南昌 330200； 3.江西省吉水縣八都鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)綜合服務(wù)站,江西 吉水 331603)

峽江水利樞紐抬田工程總面積達(dá)到2400余hm2，抬田規(guī)模目前是國內(nèi)外最大的[1]。抬田工程[2]是指將水庫淺水淹沒區(qū)的耕地，墊高至不低于土地征用線，并對(duì)抬高后的耕地進(jìn)行田間工程建設(shè)，完善農(nóng)田灌排條件，使被抬高后的耕地滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求而采取的人工措施。在抬田工程中為避免耕地淹沒及作物澇漬災(zāi)害和保持耕作土壤水肥，需要對(duì)耕地土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，抬田的土層結(jié)構(gòu)從下而上由基礎(chǔ)料層、粘土層、耕作土層組成[3]。而耕作土層質(zhì)量對(duì)水稻的生長是至關(guān)重要的。有研究表明，抬田工程對(duì)耕地土壤的擾動(dòng)，會(huì)使土壤原有的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)遭到破壞，保水保肥能力下降，影響稻田土壤的生產(chǎn)能力，從而降低整個(gè)稻田區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力[4-5]。有研究表明，通過土壤改良方式，能有效地改善土壤理化性狀，提高土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)作物吸收水分和養(yǎng)分，從而提高和恢復(fù)土壤質(zhì)量[6-7]。因此，探索土壤改良方式對(duì)抬田稻田土壤養(yǎng)分和植株生長的影響機(jī)制，對(duì)恢復(fù)和提高抬田稻田土壤質(zhì)量、確保水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)及水利樞紐工程本身效益具有重要指導(dǎo)意義。

近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者就土壤改良方式對(duì)土壤理化性質(zhì)和植株生長發(fā)育的影響進(jìn)行了大量研究。土壤改良劑又稱土壤調(diào)理劑，可以改善土壤物理性質(zhì)，促進(jìn)作物養(yǎng)分吸收，而本身不給植物提供養(yǎng)分[8]。有研究表明，在煙草稻田土壤中添加改良劑可以提高土壤全氮、全磷、全鉀含量和pH值，還能提高土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量，從而有效地改善煙稻田的土壤性質(zhì)，促使烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)提升[9]。有機(jī)肥是施用于土壤為植物提供營養(yǎng)的含碳物料，多來源于動(dòng)物和植物[10]。LV等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥與無機(jī)肥配施處理后土壤總氮含量比原始土壤提高了135%～191%，同時(shí)不同程度地增加了土壤有機(jī)碳、全氮、速效氮和速效磷含量[11]。紫云英(AstragalussinicusL.)是豆科黃芪屬越年生草本植物，是我國南方稻田主要的冬季綠肥作物。馬艷芹等[12]通過翻壓紫云英+施用氮肥方式能提高水稻地上部植株群體氮素吸收量，有助于水稻植株的生長，促使水稻的群體干物質(zhì)量增加。在秸稈還田配施秸稈腐熟劑的研究中發(fā)現(xiàn)能夠改良低產(chǎn)黃泥田，通過提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，從而增加早晚稻的稻谷產(chǎn)量[13]。

抬田工程就是把田抬高使耕地高出水庫正常蓄水位，主要的目標(biāo)為避免耕地被淹沒及作物澇漬災(zāi)害，保持耕作土壤水肥[14]。由于抬田工程會(huì)導(dǎo)致稻田土壤理化和生物學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，確保水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)成為抬田工程亟待解決的問題。本研究以江西省峽江水利樞紐工程抬田稻田土壤為對(duì)象，以土壤改良劑(T2)、生物有機(jī)肥(T3)和紫云英還田+秸稈還田(T4)為供試物料，施入土壤進(jìn)行大田培育試驗(yàn)，調(diào)查水稻干物質(zhì)量和產(chǎn)量及其構(gòu)成因素，分析水稻對(duì)氮和磷的吸收量；水稻收獲后采集土壤樣品，測定不同處理的土壤養(yǎng)分含量，探究不同土壤改良方式對(duì)土壤養(yǎng)分及水稻生長的影響，以期為抬田工程建設(shè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田，為當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)水稻大面積穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2014年在吉水縣峽江水利樞紐工程抬田稻田白沙村進(jìn)行，選取抬田后未恢復(fù)種植的稻田為研究對(duì)象。抬田區(qū)試驗(yàn)稻田早稻品種為湘早秈9號(hào)，晚稻為湘晚秈12號(hào)。土壤基本理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)12.5 g/kg，全氮0.8 g/kg，全磷0.5 g/kg，堿解氮59.7 mg/kg，速效鉀26.7 mg/kg，有效磷1.45 mg/kg，pH值5.1。

紫云英于2013年10月初種植于江西省灌溉試驗(yàn)研究基地，在盛花期收割后托運(yùn)至抬田稻田試驗(yàn)田，根據(jù)試驗(yàn)要求進(jìn)行還田。紅中生物有機(jī)肥(氮、磷、鉀≥6%)、土壤改良劑(貴州產(chǎn))等均在市場上購買。其中紫云英、生物有機(jī)肥、土壤改良劑、早稻秸稈的營養(yǎng)成分見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，即不做改良處理的對(duì)照(T1)、土壤改良劑(T2)、生物有機(jī)肥(T3)、紫云英還田+秸稈還田(T4)，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，共計(jì)12個(gè)小區(qū)，小區(qū)長28.5 m，寬5.7 m，小區(qū)面積為162.5 m2。除晚稻秸稈還田處理外，其他試驗(yàn)處理稻田早、晚稻秸稈均不還田。各試驗(yàn)小區(qū)水稻栽插方式、灌溉模式以及病蟲害防治等農(nóng)藝措施均按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣操作，且處理間保持一致。

土壤改良措施如下：土壤改良劑、生物有機(jī)肥分別按3450 kg/hm2和3330 kg/hm2于早、晚稻耕田時(shí)一次性施入；早稻選用紫云英鮮草為肥源，播種量為30 kg/hm2，鮮草還田量為30000 kg/hm2，剪碎后于早稻栽插前15 d翻壓還田；晚稻采用機(jī)械化收割早稻秸稈全量還田。

試驗(yàn)稻田施肥方式如下：早晚稻氮肥用量均為210 kg/hm2，鉀肥(K2O)用量為180 kg/hm2，磷肥(P2O5)用量為75 kg/hm2。T1、T2、T4均以45%的復(fù)合肥為基肥，T3處理本身就是肥料的一種，故把生物有機(jī)肥作為基肥。各處理均以尿素和氯化鉀為追肥，具體肥料運(yùn)籌方式見表2?；视谝圃郧? d施用，分蘗肥在移栽后10 d施用，孕穗肥在移栽后35 d(葉齡余數(shù)為2)時(shí)施用。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 干物質(zhì)的測定 在水稻黃熟期按平均莖蘗數(shù)每個(gè)小區(qū)分別取樣3蔸，去除地下部分，按莖、葉、穗分裝。在烘箱內(nèi)恒溫105 ℃殺青20 min后80 ℃烘干稱重。

表1 不同改良劑的營養(yǎng)成分

表2 不同生育期試驗(yàn)稻田肥料運(yùn)籌方式 kg/hm2

1.3.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的測定 調(diào)查各小區(qū)水稻有效穗數(shù)(調(diào)查蔸數(shù)不少于60蔸)，根據(jù)各小區(qū)水稻平均有效穗數(shù)取考種樣品5蔸，考種項(xiàng)目包括：穗長、每穗實(shí)粒數(shù)、每穗空粒數(shù)、千粒重。另外每個(gè)處理隨機(jī)選取3點(diǎn)，每點(diǎn)割6 m2測定產(chǎn)量。

1.3.3 植株養(yǎng)分的測定 在早稻抽穗期和黃熟期、晚稻黃熟期，按平均莖蘗數(shù)每個(gè)小區(qū)分別取樣3蔸。在烘箱內(nèi)恒溫105 ℃殺青20 min后，80 ℃烘干。烘干后將樣品粉碎，過100目篩，植株N含量用FOSS-2300定氮儀測定[15]，植株P(guān)含量用鉬藍(lán)比色法測定[15]。

1.3.4 稻田土壤理化性質(zhì)的測定 在早、晚稻收割后用土鉆取0～20 cm耕作層新鮮土樣。風(fēng)干土樣后，用于測定土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、全氮、全磷含量和土壤pH值。采用重鉻酸鉀滴定法測定土壤有機(jī)質(zhì)，采用堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮，采用硫酸-雙氧水消煮-蒸餾滴定法測定土壤全氮，采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定土壤有效磷，采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀，采用濃硫酸-雙氧水消煮-奈氏比色法測定土壤全氮，采用濃硫酸-雙氧水消煮-釩鉬黃比色法測定土壤全磷，采用電位法測定土壤pH[16]。

1.3.5 相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算公式 氮(磷)素積累量(kg/hm2)=施氮(磷)處理植株干物質(zhì)×施氮(磷)植株的含氮量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，采用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和單因素方差分析，多重比較采用Duncan 新復(fù)極差法，差異顯著性水平采用P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤改良方式對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

如表3所示，不同土壤改良方式均不同程度地提高了水稻產(chǎn)量，且差異顯著，但對(duì)不同構(gòu)成因素的影響也各有不同，其中穗長和千粒重?zé)o明顯差異。與T1(對(duì)照)相比，3種土壤改良方式均能提高早稻有效穗，其中以T3處理增幅最高。T3和T4處理可以提高晚稻有效穗，以T4處理增幅最為明顯，較對(duì)照增加了17.10%。無論是早稻還是晚稻，各處理均能顯著提高穗粒數(shù)，T2、T3和T4處理早稻穗粒數(shù)較對(duì)照分別提高了9.07%、18.15%和24.32%；晚稻穗粒數(shù)較對(duì)照分別提高了22.53%、13.02%和30.88%。早稻產(chǎn)量以T4處理最高，較對(duì)照增加了7.58%；晚稻產(chǎn)量以T3處理較高，比對(duì)照增加了13.73%。

表3 不同土壤改良方式對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

注： T1為對(duì)照處理；同列數(shù)字后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

2.2 不同土壤改良方式對(duì)水稻干物質(zhì)的影響

從圖1可以看出，不同土壤改良方式對(duì)早稻總干物質(zhì)積累(莖、葉、穗)量影響不大，其中葉片干物質(zhì)積累存在差異，排序?yàn)門3>T1>T4>T2。3種土壤改良方式能提高晚稻總干物質(zhì)積累量，其中穗和莖干物質(zhì)積累量增加明顯，與對(duì)照(T1)相比，T2處理分別增加了1.97%和28.51%；T3處理分別增加了1.04%和34.22%；T4處理分別增加了12.05%和41.39%。

圖1 不同土壤改良方式對(duì)水稻干物質(zhì)的影響

2.3 不同土壤改良方式對(duì)早、晚稻植株N、P含量的影響

從表4可以看出，不同土壤改良方式可以不同程度地提高早、晚稻植株N、P的含量。就早稻而言，3種土壤改良方式在抽穗期和黃熟期均能顯著提高植株N含量，其中以T4處理增幅最為明顯，較對(duì)照分別增加了18.83%和22.86%；在抽穗期和黃熟期，3種土壤改良方式也能顯著提高植株P(guān)含量(除黃熟期T2處理)，其中仍以T4處理增幅最為明顯，較對(duì)照分別增加了10.97%和43.18%。晚稻黃熟期T3和T4處理均能顯著提高植株N、P的含量，以T4處理增幅最為明顯；與對(duì)照相比，T3處理植株N、P的含量分別增加了6.05%和21.41%，T4處理植株N、P的含量分別增加了8.48%和29.05%。

表4 不同土壤改良方式對(duì)早、晚稻植株N、P含量的影響 mg/g

2.4 不同土壤改良方式對(duì)早、晚稻植株N、P吸收的影響

不同土壤改良方式可以不同程度地提高早、晚稻植株對(duì)N、P的吸收(表5)與T1(對(duì)照)相比，不同土壤改良方式均不同程度提高了植株氮積累量，且差異顯著；而不同土壤改良方式間增加幅度有明顯差異，T4處理早稻植株氮積累量的提高幅度要明顯大于其他處理，而晚稻以T2處理增幅最為明顯。與T1(對(duì)照)相比，無論是抽穗期還是黃熟期，3種土壤改良方式均能顯著提高早稻植株氮積累量，其中以T4處理增幅最為明顯，分別增加了38.54%和27.17%。早稻植株磷積累量仍以T4處理最高，在抽穗期和黃熟期較對(duì)照分別增加了26.00%和16.97%。3種土壤改良方式均能不同程度地提高晚稻植株N、P積累量，其中以T2和T4增幅顯著，與T1(對(duì)照)相比，T2、T3和T4晚稻植株N積累量增幅分別為30.40%、9.14%和12.12%；P積累量增幅分別為21.92%、1.40%和44.34%。

2.5 不同土壤改良方式對(duì)耕作層土壤養(yǎng)分的影響

不同土壤改良方式對(duì)耕作層土壤養(yǎng)分的影響如表6所示。與T1(對(duì)照)相比，無論是早稻還是晚稻，不同土壤改良方式對(duì)稻田土壤的pH影響無顯著差異；而有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、全氮和全磷等土壤養(yǎng)分含量，不同土壤改良方式有著不同的影響。就早稻而言，T4處理的土壤有效磷、速效鉀和全磷含量均最高，且顯著高于其他3個(gè)處理，與對(duì)照相比分別顯著增加了39.73%、67.43%和69.45%。有機(jī)質(zhì)、堿解氮和全氮各處理間均無顯著差異。在晚稻上，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷含量以T4處理最高，較對(duì)照分別增加了27.14%、15.50%和178.80%；堿解氮?jiǎng)t以T3處理最高，且顯著高于對(duì)照，增幅為22.96%；而有效磷、速效鉀含量各處理間均無顯著差異?？梢姴煌寥栏牧挤绞皆谝欢ǔ潭壬峡梢蕴岣吒鲗油寥鲤B(yǎng)分。

表5 不同土壤改良方式對(duì)早、晚稻植株N、P吸收的影響 kg/hm2

表6 不同土壤改良方式對(duì)耕作層土壤養(yǎng)分含量的影響

3 討論

本研究結(jié)果表明，土壤改良方式對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子及產(chǎn)量有很大的促進(jìn)作用。在有關(guān)土壤改良對(duì)水稻生長的影響方面，前人研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥能提高結(jié)實(shí)率，增加千粒重，促進(jìn)水稻產(chǎn)量增長[17-18]；秸稈還田方式能顯著增加水稻有效穗數(shù)和水稻群體干物質(zhì)積累總量，進(jìn)而收獲指數(shù)和產(chǎn)量顯著增加[19]；長期紫云英還田方式，能增加有效穗數(shù)和粒數(shù)，從而促進(jìn)水稻增產(chǎn)[20]。本試驗(yàn)中，無論是早稻還是晚稻，T2、T3和T4處理均能增加水稻穗粒數(shù)和產(chǎn)量，這與以上前人研究結(jié)果類似；其中T4處理穗粒數(shù)均最高，綜合表現(xiàn)以T4(紫云英還田+秸稈還田)處理模式較佳?？赡艿脑蚴亲显朴⒑徒斩挶旧砭褪怯袡C(jī)肥的原料之一，含有一些水稻所需的養(yǎng)分[21]，保證水稻生長需求，通過提高穗粒數(shù)，促進(jìn)水稻增產(chǎn)。

土壤養(yǎng)分含量與土壤環(huán)境健康程度息息相關(guān)，直接影響作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量高低。多年研究數(shù)據(jù)表明，抬田工程區(qū)域的水稻耕作層土壤養(yǎng)分含量受到抬田工程土壤擾動(dòng)的影響較大，土壤的結(jié)構(gòu)性能和保肥性能整體呈下降趨勢(shì)，在一定程度上水稻生長所需土壤養(yǎng)分含量會(huì)降低[5]。然而提高土壤養(yǎng)分含量的方法有很多，比如施用化肥是比較直接和有效的方法，但是長期施用化肥易導(dǎo)致土壤板結(jié)，因此需要通過其他方式來提高土壤養(yǎng)分含量。研究表明，秸稈還田或紫云英翻埋方式能夠增加土壤有效磷和速效鉀含量[22]，還可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[23]；鄧小華等采用盆栽試驗(yàn)，通過施用土壤改良劑可以提高土壤養(yǎng)分含量，尤其對(duì)提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和有效磷含量最為明顯[6]；李影等施用不同種類有機(jī)肥研究對(duì)土壤養(yǎng)分的影響發(fā)現(xiàn)，復(fù)方有機(jī)菌肥能提高土壤堿解氮、銨態(tài)氮和速效鉀含量[7]。本試驗(yàn)研究表明，不同土壤改良方式均對(duì)耕作層土壤養(yǎng)分產(chǎn)生積極的影響(表6)，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷和速效鉀等土壤養(yǎng)分，在不同土壤改良方式間有不同表現(xiàn)。在早稻時(shí)期，T4處理土壤有效磷、速效鉀和全磷含量均最高，而在晚稻時(shí)期土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷含量最高，且顯著高于對(duì)照處理。這與呂玉虎等[24]采用紫云英作為稻田綠肥還田的研究中的結(jié)論一致，即翻壓紫云英處理與空白對(duì)比，能顯著提高土壤耕層速效鉀含量，并且能提高水稻穗粒數(shù)?？赡茉蚴亲显朴⒆鳛榫G肥，能通過生物固氮作用，連續(xù)不斷地補(bǔ)充稻田系統(tǒng)中外源氮素，并且還能夠提升土壤磷、鉀及微量元素含量，改良土壤養(yǎng)分狀況；還有稻草秸稈中鉀含量豐富，其C/N值高，而紫云英氮素含量較高，C/N值低，兩者配施還田有利于平衡施肥以及調(diào)優(yōu)C/N值，對(duì)于水稻增產(chǎn)及土壤培肥起到一定積極作用[25]。

水稻生長發(fā)育所需的3種營養(yǎng)元素分別是氮、磷、鉀，它們與水稻的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)緊密相關(guān)。國內(nèi)外關(guān)于土壤改良方式對(duì)水稻氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收的影響報(bào)道很多，比如綠肥還田[26-27]，稻草還田[28-29]、土壤改良劑或有機(jī)肥還田[30-31]，而本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)3種土壤改良方式均可以不同程度地提高早、晚稻植株N、P的含量，促進(jìn)水稻植株對(duì)N、P養(yǎng)分的吸收，其中以T4處理較對(duì)照增幅最為明顯，這與本試驗(yàn)水稻干物質(zhì)量和穗粒數(shù)的數(shù)據(jù)相吻合，也可能是水稻增產(chǎn)的原因之一。有學(xué)者設(shè)計(jì)不施肥、單施化肥、化肥+秸稈還田、化肥+紫云英、化肥+秸稈還田+紫云英5個(gè)處理，研究對(duì)水稻氮、磷養(yǎng)分吸收的影響，結(jié)果表明紫云英+秸稈還田處理的水稻氮、磷養(yǎng)分吸收量均高于其他處理[25]。

綜上所述，3種土壤改良方式(土壤改良劑、生物有機(jī)肥和紫云英還田+秸稈還田)對(duì)水稻產(chǎn)量、植株養(yǎng)分及土壤養(yǎng)分含量均有著顯著影響。無論是從土壤養(yǎng)分含量的提升，還是從水稻產(chǎn)量的提高，3種土壤改良方式均起到一定的作用；均能增加耕作層土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)水稻植株生長，從而增強(qiáng)植株對(duì)N、P的吸收和植株N、P積累量，進(jìn)而提高水稻干物質(zhì)量，使水稻產(chǎn)量上升。因此，3種土壤改良方式均能提高土壤及植株養(yǎng)分含量，其中以紫云英還田+秸稈還田技術(shù)模式較佳。