李 菊，楊永志，甘 良，吳明鋒，高 偉*，阮云澤

（1.海南大學熱帶作物學院，海南 海口 570228；2.海南農墾自然資源開發(fā)運營有限公司，海南 海口 570100）

我國人口眾多，城市化、工業(yè)化快速發(fā)展使一些耕地變成非農業(yè)用地。自國土資源部執(zhí)行“占一補一”占補平衡的政策以來，后備耕地資源的開發(fā)成為補充耕地的重要途徑［1］。在土地整治過程中，為滿足“占水田補水田”的要求，旱田改水田已成為一個普遍現象［2-3］。在海南磚紅壤區(qū)域，眾多旱改水農田普遍存在土壤酸化和土壤貧瘠的問題，結合國家“占優(yōu)補優(yōu)”的要求，旱改水農田土壤改良成為土地整治的重點內容。施用土壤改良劑和有機肥是土壤改良的有效措施，能夠提高土壤pH值、有機質含量和土壤養(yǎng)分含量［4-6］。已有研究表明，生石灰、白云石粉、鈣鎂磷肥、碳酸鈣粉、草木灰、硅鈣鉀鎂等土壤改良劑能有效提高酸性土壤pH值［7-9］，秸稈、稻草等植物源有機肥以及豬糞、羊糞、雞糞等動物源有機肥則能提高土壤有機質和氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量［10-13］。海南等南方磚紅壤地區(qū)，氣候高溫多雨，土壤有機質礦化和養(yǎng)分淋溶損失快［14-15］，眾多經濟作物過量施用化肥也造成土壤酸化［16］，加上復種指數高，土壤地力下降迅速，而關于土地整治過程中土壤改良具體措施的研究相對缺乏。本研究通過大田試驗，設置土壤改良劑種類和用量以及有機肥種類和用量的處理，探究土壤改良劑和有機肥對旱改水稻田土壤的改良效果，以期為南方磚紅壤地區(qū)旱改水農田土壤改良提供科學依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗田位于海南省東方市廣壩農場（19°6′46″N，108°51′26″ E），海拔高度68.7 m，年降水量1150 mm。試驗田土壤為磚紅壤，且為2020年5月進行的旱改水土地整治農田，主要整治流程包括清理附屬物、表土（25 cm）剝離、機械壓實、表土回填等工序，以形成犁底層而降低漏水漏肥現象的發(fā)生。整治前主要種植的作物為檳榔、芒果等，試驗田初始pH值為5.54，有機質含量0.77%，堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為33.76、2.93和98.67 mg/kg。土壤改良試驗于2020年6月12日進行了水稻種植，種植品種為“博II優(yōu)泰占”，屬雜交稻，生育期約為120 d。

1.2 試驗設計

采用正交試驗設計，試驗處理包括不同類型土壤改良劑和有機肥（表1），土壤改良劑包括石灰、硅鈣鉀鎂肥和草木灰，每種改良劑施用量設定3個水平。有機肥包括羊糞、秸稈和混合發(fā)酵有機肥（商品化有機肥大多是由畜禽糞便和秸稈類物料混合發(fā)酵而成），每種有機肥3個水平，分別為0、30、60 t/hm2，土壤改良劑和有機肥的基本性質見表2。正交試驗采用L27（313）的設計，其中處理1為對照處理，既不施用土壤改良劑又不施用有機肥。

表1 田間試驗處理詳情 （t/hm2）

表2 土壤改良劑和有機肥化學性質

水稻于2020年5月13日開始育秧，育秧30 d后移栽插秧，采用小區(qū)種植模式，小區(qū)面積20.25 m2（4.5 m×4.5 m），隨機區(qū)組排列，小區(qū)間設子埂隔離施肥，試驗田總面積0.24 hm2。土壤改良劑和有機肥在移栽前1周一次性施用?；实剩蛩兀┛偸┯昧浚∟）180 kg/hm2，底肥施用40%，秧苗移栽后7 d進行第1次追肥，施肥量為30%，秧苗移栽后33～35 d進行第2次追肥，施用量為30%；磷肥（鈣鎂磷肥，pH值=8.35）總施用量（P2O5）為120 kg/hm2，全部作為底肥施用；鉀肥（氯化鉀）總施用量（K2O）為150kg/hm2，60%作為底肥施用，40%在秧苗移栽后45 d施用。

1.3 樣品的采集與測定

分別在秧苗移栽后15、30、60、90和120 d進行土壤取樣，每個小區(qū)按照5點法取樣后混合為1個樣品，取樣深度為20 cm，測定耕作層土壤pH值和有機質、氮、磷、鉀含量的變化情況。pH值測定采用電位法（HJ 962-2018），土水比1∶2.5，土壤有機質含量采用重鉻酸鉀法（NY/T 1121.6-2006），堿解氮含量用堿解擴散法（LY/T 1228-2015），有效磷含量采用Olsen法（NY/T 1121.7-2014），速效鉀含量采用火焰光度法（LY/T 1234-2015）。水稻收獲前采集土壤鮮樣，保存于4℃冰箱測定微生物群落數量。土壤中微生物數量的測定用稀釋平板計數法，吸取用10 g土樣和90 mL無菌水制備的懸濁液，制備10-6～10-1稀釋液。細菌、真菌、放線菌的培養(yǎng)基分別采用10-4～10-2、10-3～10-1、10-4～10-2的稀釋度。細菌、真菌和放線菌分別采用LB培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基和高氏一號培養(yǎng)基培養(yǎng)。吸取100 μL土壤懸濁液，均勻涂抹于培養(yǎng)基表面。細菌、放線菌和真菌分別置于30、28和28℃恒溫箱培養(yǎng)3、5和7 d。培養(yǎng)結束后，選取具有合適菌落數的平板并計數。水稻收獲時采集植株樣品，烘干粉碎后測定植株的生物量和氮、磷、鉀含量。同時，將收獲的每個處理小區(qū)種植面積一半的水稻用來測定水稻產量。

1.4 統(tǒng)計與分析

采用SPSS 20.0對土壤理化性質、微生物群落數量以及水稻氮磷鉀含量和產量進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 土壤改良劑和有機肥對土壤pH值的影響

施用羊糞、秸稈以及混合有機肥對土壤pH值均有顯著提升效果（P＜0.05，圖1）。正交試驗結果分析表明，施用羊糞60 t/hm2與不施用羊糞相比，在水稻收獲時（120 d），能夠提高土壤pH值0.43個單位；秸稈有機肥提升效果和羊糞類似，土壤pH值能提升0.35個單位；石灰和草木灰等土壤改良劑提升水稻田土壤pH值的單獨效應不明顯。正交試驗結果表明，石灰和草木灰不同施用量和不施用處理間土壤pH值差異均不顯著。施用硅鈣鉀鎂4.50 t/hm2時，在試驗開始初期能顯著提高土壤pH值約0.16個單位，但在種植120 d后，差異不明顯。

圖1 施用土壤改良劑和有機肥對土壤pH值的影響

2.2 不同類型有機肥施用對土壤有機質的提升效果

羊糞、秸稈以及混合有機肥的施用均能顯著提高土壤有機質含量（圖2）。施用羊糞60 t/hm2和不施用羊糞相比，在試驗初期（移栽后15 d），羊糞提升土壤有機質的效應達到33.8%，在水稻收獲時（120 d），提升效應為29.5%。施用秸稈60 t/hm2時，在水稻移栽后15和120 d，土壤有機質含量分別有32.6%和31.9%的提升；施用混合有機肥60 t/hm2時，土壤有機質含量相對不施用混合有機肥處理則分別有25.5%和28.5%的提高。不同類型有機肥在提升土壤有機質含量的能力上則無顯著差異。

圖2 施用有機肥對土壤有機質含量的影響

2.3 有機肥施用對土壤速效氮、磷、鉀含量的影響

作物生長養(yǎng)分來源主要是土壤的有效態(tài)和速效態(tài)養(yǎng)分，如堿解氮、有效磷、速效鉀等。本研究結果表明，施用羊糞、秸稈和混合有機肥均能有效提高土壤堿解氮、有效磷、速效鉀養(yǎng)分的含量，如施用羊糞30 t/hm2時，比不施用羊糞處理的土壤堿解氮含量提升15.5%，有效磷和速效鉀含量分別提升90.3%和40.2%（表3）。秸稈和混合有機肥對土壤速效態(tài)氮、磷、鉀含量有顯著的提升效果，但是不同類型的有機肥對提高土壤速效態(tài)氮、磷、鉀含量的效果差異不顯著，因此對各處理有機肥施用總量和土壤速效養(yǎng)分做相關性分析，結果表明，隨著有機肥施用總量的提高，土壤堿解氮、有效磷、速效鉀均呈顯著上升的趨勢（數據未給出），表明土壤速效養(yǎng)分的提升主要來源于有機肥的施用。綜上，有機肥的施用，能提高土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分的含量，還能提高土壤地力水平。

表3 施用土壤改良劑和有機肥對土壤速效態(tài)氮磷鉀以及植株氮磷鉀含量和產量的影響

2.4 有機肥施用對土壤微生物數量的影響

土壤微生物對土壤結構、有機質礦化以及植物生長具有重要的作用。本研究測定了土壤細菌、真菌以及放線菌的群落數。結果表明，羊糞、秸稈以及混合有機肥的施用，均顯著地提高了土壤細菌、真菌和放線菌群落的數量（圖3a、b、c）。例如，施用羊糞60 t/hm2與不施用羊糞相比，細菌、真菌和放線菌群落數分別提高176%、119%和52%；施用秸稈60 t/hm2時，細菌、真菌和放線菌群落數則能夠分別提高194%、92%和32%；施用混合有機肥60 t/hm2時，細菌、真菌和放線菌數量分別提高166%、136%和68%；說明不同類型有機肥對土壤微生物數量提高的效果沒有顯著差異。整合不同有機肥的數據結果，表明施用有機肥30 t/hm2和不施用相比，土壤細菌、真菌和放線菌數量分別提高86%、47%和7%；施用有機肥60 t/hm2時，細菌、真菌和放線菌數量分別平均提高178%、115%和51%。有機肥施用提高了土壤微生物的數量，而微生物數量與土壤堿解氮含量則呈現很好的正相關關系（圖3d），表明微生物數量的提升有可能增加土壤難分解物質的礦化，促進土壤礦質態(tài)養(yǎng)分的提高。

圖3 施用有機肥對土壤微生物的影響及微生物總量與土壤堿解氮含量的關系

2.5 有機肥施用對水稻生長的影響

有機肥施用在改良土壤、提高土壤地力水平的同時，對植株氮素營養(yǎng)也有一定的影響。施用羊糞30和60 t/hm2與不施用羊糞處理相比，水稻植株氮含量分別顯著增加了11.8%和14.8%，混合有機肥的施用對植株氮含量也有顯著的提升效果（表3）。有機肥施用對植株磷和鉀含量并無顯著影響，可能與土壤磷、鉀較為豐富有關。各種類型有機肥的施用對水稻產量均沒有顯著影響（表3），但是綜合各處理有機肥施用總量和產量進行回歸分析表明，過量有機肥施用會導致水稻倒伏現象（圖4）。當有機肥施用總量小于90 t/hm2時，田間水稻生長未出現倒伏現象，當有機肥用量超過90 t/hm2時，隨著有機肥用量的提高，倒伏率顯著上升，施用150～180 t/hm2有機肥時，倒伏率甚至會超過50%。

圖4 施用有機肥對水稻倒伏的影響

3 討論

3.1 土壤改良劑和有機肥施用對土壤pH值的提升效果

土壤酸堿度是土壤質量的重要指標，對土壤養(yǎng)分有效性、微生物活性以及植物病蟲害的發(fā)生都有重要的影響［17-20］。因此，調節(jié)土壤的酸堿度是土壤改良過程中尤為重要的內容。淹水條件下，土壤氧化還原電位降低，土壤處于厭氧狀態(tài)，pH值趨于中性而達到平衡［21-22］。本研究試驗田改良前土壤初始pH值平均為5.54，在淹水種植水稻120 d后，土壤pH值達到6.83，提升1.29個單位。已有研究表明，生石灰、白云石粉、鈣鎂磷肥、碳酸鈣粉等土壤改良劑均能增加土壤陽離子含量，有效提升酸性土壤pH值［5，7］。硅鈣鉀鎂也是近年來研究的熱點，對提升土壤pH值有很好的效果［8，23］。本研究中施用生石灰和草木灰在水稻種植120 d后對土壤pH值提升效果不顯著（圖1），硅鈣鉀鎂提升土壤pH值的能力也有限，可能與長時間淹水已經將土壤pH值提升很高的幅度有關。有機肥也是重要的土壤改良劑，Wang等［12］研究表明，連續(xù)15年施用豬糞與施用化肥相比，能顯著提高土壤pH值。本研究中羊糞、秸稈以及混合發(fā)酵有機肥的施用均能顯著提高土壤pH值（圖1），對調節(jié)土壤酸度具有重要作用。因此，淹水種植水稻結合有機肥的施用，是提高旱改水農田土壤pH值的有效措施。

3.2 有機肥施用量與土壤有機質的提高

土壤有機質的提升能顯著改善土壤團聚體組成，提高土壤透氣性，增加土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分的有效含量，進而提高土壤地力［24］。已有研究表明，秸稈、菌渣、豬糞、羊糞、豬糞等有機肥的施用，能顯著提高土壤的有機質含量［10-11，25］。本研究中羊糞有機肥、秸稈有機肥以及混合有機肥的施用，均提高了旱改水稻田土壤的有機質水平（圖2）。土壤有機質含量隨著水稻的生長逐漸下降（數據未給出），因此旱改水農田在后續(xù)生產中應當持續(xù)施用有機肥，來保證土壤的高生產力。由于不同類型有機肥在提升土壤有機質含量能力上沒有顯著差異，所以整合不同有機肥的用量，發(fā)現當有機肥總施用量達到90 t/hm2時，土壤有機質含量能從0.77%提升至1.50%，若達到2.00%，需施用180t/hm2有機肥，但試驗結果表明，有機肥施用量超過90 t/hm2時，水稻倒伏率隨有機肥施用量的增加而顯著提高（圖4）。結合Zhou等［13］的研究，長期適量施用牛糞，在穩(wěn)步提高土壤有機質含量的同時，還能保證小麥的產量。因此，建議有機質含量較低的旱改水農田有機質提升要循序漸進，改良初期有機肥施用量不超過90 t/hm2。

3.3 有機肥施用提升土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分的效果

土壤養(yǎng)分含量是旱改水農田質量得以保證的重要指標，關系到土地整治后土壤能否實現高產穩(wěn)產。施用有機肥是提升旱改水農田土壤養(yǎng)分含量的重要方式［10］。本研究結果表明，有機肥施用在提升土壤有機質含量的同時，對土壤堿解氮含量、有效磷和速效鉀含量也有很大的提升（表3）。有機肥施用還增加了土壤細菌、真菌和放線菌群落數量（圖3）。研究表明，微生物含量的提高，能加速土壤中難分解物質的分解礦化，增加土壤有效態(tài)養(yǎng)分的含量［10，25-27］。本研究不同處理中微生物總量和土壤堿解氮含量呈現極顯著的正相關關系（圖4），表明微生物總量的提升可能對土壤有效態(tài)氮含量的提升具有重要促進作用。有機肥施用能夠有效提高土壤養(yǎng)分含量，但施用化肥的意義也不容忽視。洪瑜等［28］的研究表明，有機肥化肥配施能更有效地提升土壤有機質和養(yǎng)分含量，進而提高作物產量和養(yǎng)分利用效率。本研究試驗小區(qū)在施用有機肥的同時，依照《主要農作物科學施肥指導意見》和《全國水稻產區(qū)氮肥定額用量（試行）》，施用適量的化肥，有效提高了土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分的含量。

4 結論

旱改水農田淹水種植水稻并結合羊糞、秸稈或混合有機肥的施用，能夠有效提高磚紅壤土壤的pH值。在施用有機肥的前提下，石灰和草木灰等土壤改良劑提升水稻田土壤pH值的單獨效應不明顯，施用硅鈣鉀鎂僅在水稻種植前期（15 d）有顯著提高的效果。羊糞、秸稈和混合有機肥的施用均能夠顯著增加土壤有機質含量，提升土壤微生物總量，并提高土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分的含量，達到改良土壤、提升地力的效果，但土壤改良和地力提升需循序漸進，過量施用有機肥可能造成水稻倒伏，因此，不宜一次性施用過量有機肥，且最佳施用量為90 t/hm2。