不同措施改良反酸田及水稻产量效果

2015-06-15王秀斌唐栓虎荣勤雷孙静文梁国庆杨少海

植物营养与肥料学报 2015年2期

关键词：钙镁磷肥专用肥反酸

王秀斌，唐栓虎，荣勤雷，张倩，孙静文，梁国庆，周卫*，杨少海*

(1 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与肥料重点实验室，北京 100081；2 广东省农业科学院农业资源与环境研究所，广州 510640)

不同措施改良反酸田及水稻产量效果

王秀斌1，唐栓虎2，荣勤雷1，张倩1，孙静文1，梁国庆1，周卫1*，杨少海2*

(1 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与肥料重点实验室，北京 100081；2 广东省农业科学院农业资源与环境研究所，广州 510640)

反酸田；改良措施；土壤团聚体；腐殖质组分；水稻产量

反酸田是酸性硫酸盐土发育而成的水稻土，由还原性硫经氧化形成硫酸盐，并释放出大量酸形成强烈酸害，对土壤环境及区域生态系统造成严重威胁[1-2]。我国酸性硫酸盐土主要分布于广东、广西及福建等省区的沿海区域，总面积约11.6×104hm2[3]，其中广东省东部沿海地区反酸田面积约在2×104hm2以上[4]。其主要特征表现为土壤酸性强、有效磷含量极低、活性铝铁毒性重及结构性差等[5]，已成为我国南方主要的低产水稻土类型之一，也是增产潜力较大的土壤之一。因此，一直以来改良反酸田、提升生产力是农业生产中亟待解决的热点问题。

酸性土壤改良剂在一定程度上能够有效降低土壤酸度、缓减土壤养分亏缺状况，达到增产效果[6-8]。然而酸性土壤的改良效果与改良剂、土壤本身的性质有关，不同改良剂的性质、组成、作用机理及在不同土壤类型上的施用效果相差较大[9-11]，且多集中在有机肥与化肥施用，或单一施用改良剂等方面的研究[12-13]。此外，施肥对水稻土团聚体、腐殖质组成的影响研究已有一些报道[14-16]，其在不同土壤条件下影响的程度有明显差异[17-18]，然而这些研究多数针对中高肥力水田，低产水稻土研究报道较少。迄今为止，有关反酸田的分布、形成机制和危害机理方面的研究已有一些报道[19-21]，而针对反酸田改良效果的研究报道较少，且综合比较不同有机、无机物质对反酸田土壤团聚体组分及腐殖质等方面研究更少。本文以华南稻区反酸田低产水稻土为研究对象，研究不同改良措施对反酸田土壤酸度、养分状况、团聚体、腐殖质组分及水稻产量的影响，为施用合理的改良剂消减各种障碍因素、提高土壤肥力、恢复土壤的生产力提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2011年至2013年在广东省台山市冲蒌镇进行，供试土壤为典型酸性硫酸盐土壤，耕作层(0—20 cm)基本理化性状为pH 4.07、交换性酸6.23 cmol/kg、交换性铝5.78 cmol/kg、有机质40.7 g/kg、全氮1.90 g/kg、碱解氮154.60 mg/kg、有效磷10.45 mg/kg、速效钾94.50 mg/kg、有效硫1.36 g/kg、活性铁1.29 g/kg、活性锰13.29 mg/kg。供试肥料包括尿素、氯化钾，水稻专用肥(1-0.3-0.87)；供试酸性土壤改良剂包括钙镁磷肥(主要成分包括磷酸钙、硅酸钙和硅酸镁，有效磷 P2O515%，pH 8.5)，磷矿粉(主要成分磷酸钙，全磷 P2O529%，pH 8.0)，石灰(氢氧化钙， pH 14.0)，粉煤灰(氧化硅、氧化铝、氧化铁等氧化物组成，pH 9.1)，生物有机肥(由鸡粪、菇渣、稻糠堆制腐熟，添加解磷、解钾等复合微生物，pH 8.0)。

1.2 试验设计

1.3 测定项目与方法

1.3.1 水稻产量于2011、 2012和2013年早稻、晚稻成熟后对各小区测产。

1.3.2 土壤基本理化性状测定 2013年7月早稻收获后，按各小区采集0—20 cm多点混合土壤，取3次重复，各指标的测定参照土壤农化分析方法[22]。pH值用pH计测定；土壤交换性酸、交换性铝用KCl交换-酸碱中和滴定法；有机质用外加热重铬酸钾氧化—容量法；土壤全氮用浓硫酸消煮，自动定氮仪测定；有效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提—钼锑抗比色法；速效钾用NH4OAc浸提—火焰光度法；有效硫用磷酸盐-乙酸浸提—硫酸钡比浊法；活性铁和活性锰均用pH 3.2草酸-草酸铵浸提，原子吸收分光光度计。

团聚体破坏率(PAD，%)=(>0.25 mm风干团聚体->0.25 mm水稳性团聚体)/> 0.25 mm 风干团聚体×100

1.3.4 土壤腐殖质组分的测定主要参照Kumada方法，但修改了提取温度和分组方法[23]。用称取过60目筛的风干土样5.00 g，在(70±2)℃恒温水浴振荡条件下提取1 h，取下后以3500 r/min离心15 min，将上清液用中速定量滤纸过滤到50 mL容量瓶中，再用蒸馏水洗残渣2次(每次用10 mL)，上清液合并，用蒸馏水定容，此溶液即为水溶性物质(Water Soluble Substance，WSS)；将上述提取残渣在(70±2)℃恒温水浴振荡条件下，用 0.1 mol/L NaOH和0.1 mol/L Na2P2O7混合液(pH 13)提取1 h，然后以3500 r/min离心15 min，得到可提取腐殖物质(HE)，酸沉降法处理HE分离得到胡敏酸 (HA)和富里酸 (FA)。剩余不溶性残渣为胡敏素(HM)，用蒸馏水清洗、离心，风干后过60目筛。

用重铬酸钾容量法测定土壤总有机碳(TOC)以及WSS、HE、HA、HM组分的碳量，WFS、FA则用差减法计算。

WFS=TOC-(WSS + HE + HM)；

FA=HE-HA。

1.4 数据分析

数据经 Excel 2003整理后，用 DPS v3.01软件进行方差分析，多重比较采用LSD最小极差法，用Excel 软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同改良措施对水稻产量的影响

表1 不同改良措施下水稻的产量及增产率

注(Note): CK1—不施肥No fertilizer；CK2—水稻专用肥 Compound fertilizer special for rice; CaMgP—NK+钙镁磷肥 NK+Calcium magnesium phosphate fertilizer; GPR—NK+磷矿粉NK+Ground phosphate rock; LIME—CK2+lime; FLA—专用肥+粉煤灰CK2+Fly ash; BOF—CK2+生物有机肥CK2+ Bio-organic fertilizer; 同列数值后不同字母表示差异显著 (P<0.05) Values followed by different letters in the same column mean significant difference(P<0.05).

2.2 不同改良措施对土壤酸度的影响

CK1与CK2处理土壤交换性H+和交换性Al3+

表2 不同改良处理对土壤酸度的影响(2013年)

2.3 不同改良措施对土壤养分状况的影响

表3 不同改良处理对土壤养分状况的影响(2013年)

注(Note): CK1—不施肥No fertilizer；CK2—水稻专用肥 Compound fertilizer special for rice; CaMgP—NK+钙镁磷肥 NK+Calcium magnesium phosphate fertilizer; GPR—NK+磷矿粉NK+Ground phosphate rock; LIME—CK2+lime; FLA—专用肥+粉煤灰CK2+Fly ash; BOF—CK2+生物有机肥CK2+ Bio-organic fertilizer; 同列不同字母表示差异显著 (P<0.05) Different letters mean significant difference in the same column (P<0.05).

2.4 不同改良措施对土壤团聚体及稳定性的影响

干筛法所测得>0.25 mm粒级团聚体不同处理间其含量差异不大，而氮钾+钙镁磷肥、专用肥分别配施石灰、粉煤灰和生物有机肥处理>0.25 mm水稳性团聚体含量较CK1和CK2处理均有所提高，团聚体破坏率均有降低，其中添加粉煤灰和生物有机肥处理团聚体破坏率降幅较大，分别降低至14.11%和16.99%。可见，添加粉煤灰和生物有机肥处理土壤团聚体的稳定性较好。

2.5 不同改良措施对土壤腐殖质组分的影响

表4 不同改良处理下不同粒径土壤团聚体的百分比以及破坏率 (2013年)

注(Note): CK1—不施肥No fertilizer；CK2—水稻专用肥 Compound fertilizer special for rice；CaMgP—NK+钙镁磷肥 NK+Calcium magnesium phosphate fertilizer; GPR—NK+磷矿粉NK+Ground phosphate rock; LIME—CK2+lime; FLA—专用肥+粉煤灰CK2+Fly ash; BOF—CK2+生物有机肥CK2+ Bio-organic fertilizer; 同列数值后不同字母表示差异显著 (P<0.05) Values followed by different letters mean significant difference in the same column (P<0.05).

表5 不同改良处理对土壤腐殖质组分的影响(2013年)

注(Note): CK1—不施肥No fertilizer；CK2—水稻专用肥 Compound fertilizer special for rice; CaMgP—NK+钙镁磷肥 NK+Calcium magnesium phosphate fertilizer; GPR—NK+磷矿粉NK+Ground phosphate rock; LIME—CK2+lime; FLA—专用肥+粉煤灰CK2+Fly ash; BOF—CK2+生物有机肥CK2+ Bio-organic fertilizer; 同列数值后不同字母表示差异显著 (P<0.05) Values followed by different letters mean significant difference in the same column (P<0.05).

3 结论与讨论

酸性土壤中的低酸度和铝毒是共同制约植物生长的主要因子，而反酸田不仅具有酸性土壤的共性，还具有其特殊性，如在氧化条件下具有反酸特性，有效磷含量低、铝锰毒害等[24]。由于障碍因子较多，反酸田土壤的改良尤为复杂。本研究结果表明，专用肥配施石灰处理反酸田土壤交换性H+、交换性Al3+、有效硫和活性锰含量较不施肥(CK1)和专用肥(CK2)处理均显著降低，而土壤pH、速效钾及水稻产量均显著增加，这说明施用石灰改良土壤效果显著，与前人的研究结果一致[25]。然而石灰的长期施用易引起有机质下降、土壤板结、复酸化程度加强等负面效应，本试验条件下也发现土壤有机碳含量较CK1处理有下降趋势，与何电源等[26]的研究结果相吻合。近年来已发现磷矿粉、粉煤灰等工业副产物及有机物料也能起到改良酸性土壤的效果[5,8-9]。本研究结果也显示，添加磷矿粉、粉煤灰和生物有机肥处理土壤酸度(pH、交换性H+及交换性Al3+)及有效硫含量较CK1和CK2处理均显著降低，而与石灰处理差异均未达到显著水平。同时还发现，连续3年添加粉煤灰和有机肥的处理有效磷含量、早稻及晚稻产量较钙镁磷肥处理均有增加，而易琼等[6]的盆栽实验结果显示，钙镁磷肥处理有效磷含量和水稻产量高于粉煤灰和有机肥处理。添加粉煤灰增产的原因可能与其具有多孔松散、比表面大、活性基团较多等特性有关，长期施用能够较好地改良土壤结构，提高土壤pH以及有效硅和有效磷等营养元素的含量，从而提高水稻产量[27]。生物有机肥主要由鸡粪、菇渣、稻糠堆制腐熟，添加解磷、解钾等复合微生物形成，长期施用生物有机肥较钙镁磷肥增产的原因有待进一步的研究。

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Effects of different ameliorant measures on the chemical and physical properties of soil in acid sulfate paddy field and rice yield

WANG Xiu-bin1, TANG Shuan-hu2, RONG Qin-lei1, ZHANG Qian1, SUN Jing-wen1, LIANG Guo-qing1, ZHOU Wei1*, YANG Shao-hei2*

(1KeyLaboratoryofPlantNutritionandFertilizer,MinistryofAgriculture/InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081，China; 2InstituteofAgriculturalResourcesandEnvironment,GuangdongAcademyofAgriculturalSciences,Guangzhou510640，China)