硅钙钾镁肥对浙江省酸性水稻土壤的改良效果

韩科峰，陈余平，胡铁军，张 丰，周 飞，陈剑秋，吴良欢，*

(1.浙江省农业资源与环境重点实验室，浙江大学 环境与资源学院，浙江 杭州 310058； 2.浙江省余姚市农技推广总站，浙江 余姚 315400； 3.养分资源高效开发与综合利用国家重点实验室，金正大生态工程集团股份有限公司，山东 临沭 276700)

土壤质量直接关系到我国农业的可持续发展。由于各种原因，过去一段时间里，我国土壤质量退化严重[1-2]，其中一个重要的原因就是土壤酸化[3]。土壤酸化会提高土壤酸度，加速土壤养分流失，抑制作物生长甚至导致作物死亡[4-6]。据相关资料报道，我国酸性土壤总面积达2.03×108hm2，约占耕地面积的21%[7]。传统的改良酸性土壤的办法大都施用生石灰，虽然该方法对提高土壤质量有一定的效果，但是大量或长期施用石灰不但会引起土壤板结形成石灰板结田，而且会引起土壤钙、钾、镁元素的平衡失调，从而导致减产[8-10]。 此外，在酸性土壤上施用石灰还可能引起镁与铝水化氧化物的共沉淀，降低土壤溶液中Mg2+的活度和植物有效性[11]。硅钙钾镁肥是一种含氮、磷、钾、硅、钙、铁、铝、镁的多元素肥料，水溶液呈碱性，可显著改良酸性土壤，同时能平衡植物营养，防倒伏，促进开花结实，增强作物抗旱、抗寒、抗病虫害能力，提高植物的产量和品质[12-13]。本研究开展习惯施肥与配施不同用量硅钙钾镁肥的对比试验，探索硅钙钾镁肥对水稻生长、产量，以及土壤质量的影响，以期为改良浙江酸性土壤、提高作物产量品质提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在浙江省余姚市牟山镇青港村谢友根农户的水稻田进行。单季稻试验自2013年开始，连续开展3 a。供试土壤为青紫泥，pH值5.5，有机质含量46.1 g·kg-1，全氮含量2.8 g·kg-1，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为126.7、17.4、67.8 mg·kg-1，有效硅含量171.1 mg·kg-1，交换性钙、镁含量分别为7.2、3.0 cmol·kg-1，交换性氢、铝含量分别为0.14、0.33 cmol·kg-1，阳离子交换量为17.0 cmol·kg-1，盐基饱和度为97.24%。

供试肥料：普通复合肥(N-P2O5-K2O，16%-16%-16%)，尿素(N 46%)，金正大硅钙钾镁肥(CaO 27.21%，MgO 11.64%，K2O 4.69%，P2O55.67%，SiO228.46%，Fe2O33.19%，pH 8.8)。

供试水稻品种为宁88，栽培方式为移栽。

1.2 试验设计

试验共设6个处理：处理1(CK1)，农民习惯施肥，基肥施复合肥562.5 kg·hm-2，2013年和2014年追施尿素260 kg·hm-2，2015年追施尿素326 kg·hm-2；处理2(CK2)，农民习惯施肥，基肥施复合肥281.25 kg·hm-2、尿素98 kg·hm-2，追肥同CK1；处理3(T3)，在CK2的基础上，基肥配施硅钙钾镁肥750 kg·hm-2；处理4(T4)，在CK2的基础上，基肥配施硅钙钾镁肥1 125 kg·hm-2；处理5(T5)，在CK2的基础上，基肥配施硅钙钾镁肥1 500 kg·hm-2；处理6(T6)，在CK2的基础上，基肥配施硅钙钾镁肥1 875 kg·hm-2。由硅钙钾镁肥带入的磷、钾养分不计，处理2～处理6中N-P2O5-K2O投入总量相同，2013年和2014年均为210、45、45 kg·hm-2，2015年为240、45、45 kg·hm-2。处理1与处理2的N投入量相同，P2O5和K2O投入量减半。处理1在2013年和2014年N-P2O5-K2O投入量均为210、90、90 kg·hm-2，2015年为240、90、90 kg·hm-2。

各处理重复3次，随机区组排列，小区面积30 m2。小区之间设田埂，并覆盖塑料薄膜。2013年：5月28日播种，6月19日施基肥，6月21日移栽，7月8日和9月5日分别等量追肥，11月1日收获，分区计实产，并考种。2014年：5月28日播种，6月12日施基肥，6月13日移栽，6月19日和8月4日分别等量追肥，11月15日收获，分区计实产，并考种。2015年：5月19日播种，6月17日施基肥，6月19日移栽，6月24日和7月31日分别等量追肥，11月18日收获，分区计实产，并考种。

1.3 样品采集与分析

土壤采集及分析。试验地取0～20 cm耕层基础土样，第4年大田试验结束后各小区分别采集土样。用常规方法测定土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量，以及pH值。有效硅含量采用柠檬酸浸提—硅钼蓝比色法测定；交换性钙、镁含量采用NH4OAc浸提—原子吸收分光光度法测定；土样阳离子交换量(CEC)采用1 mol·L-1乙酸铵交换法测定；交换性酸采用氯化钾-中和滴定法测定；盐基饱和度(BS)=交换性盐基总量/阳离子交换量×100%。

植株采集及分析。每小区挑选2丛有代表性的植株，测茎叶、籽粒产量，并分析含氮量，计算各施肥处理水稻植株地上部吸氮量。成熟期，分小区单打单晒测定实收产量。有效穗：考查每个小区选定的10丛水稻有效穗，通过计算得出单位面积有效穗数。

1.4 数据处理

应用Excel 2003 和Statistica 5.5统计软件进行数据统计与方差分析。

2 结果与分析

2.1 对酸性土壤的改良效果

2.1.1 土壤pH值

从图1可以看出，与CK1和CK2相比，施用硅钙钾镁肥处理的土壤pH值升高0.1～0.4单位，且处理4～处理6与农民习惯施肥(CK1、CK2)的差异达显著水平(P<0.05)，处理6的土壤pH值最高，达到6.0。

柱上无相同字母的表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。Bars marked without the same letters indicated significant difference at P<0.05. The same as below.图1 各施肥处理对土壤pH的影响Fig.1 Effects of treatments on soil pH value

2.1.2 土壤交换性酸

由表1可见，CK2在CK1的基础上降低磷、钾用量后，土壤交换性氢与交换性铝的含量明显降低。在CK2的基础上配施不同用量的硅钙钾镁肥(处理3～处理6)，土壤交换性氢、交换性铝含量进一步降低，且随着硅钙钾镁肥用量增加，降幅增大。CK1和CK2交换性酸(交换性氢+交换性铝)中以交换性铝为主，而处理3～处理6的土壤交换性酸中交换性氢占比超过一半，而且随着硅钙钾镁肥用量的增加，土壤中交换性氢占交换性酸的比例增加。

表1不同处理对土壤交换性酸的影响

Table1Effects of different treatments on soil exchangeable acid

cmol·kg-1

2.1.3 土壤交换性钙镁和盐基饱和度

土壤盐基饱和度是评价土壤肥力的重要指标，盐基饱和度越高，说明土壤有效养分含量越好。一般盐基饱和度≥80%的土壤为较肥沃的土壤，50%～80%之间的土壤为中等肥力水平，而低于50%的土壤肥力较低[14]。如表2所示，与CK1相比，其他处理的交换性钙、交换性镁、阳离子交换量、盐基饱和度均有一定幅度的提高。这主要是因为硅钙钾镁肥不但呈碱性，而且含有部分盐基离子，施入土壤后OH-和土壤溶液中H+发生中和反应，同时盐基离子取代原本吸附在土壤胶体表面的致酸离子(H+和Al3+)，导致土壤胶体表面盐基离子含量增多，土壤pH上升。

2.1.4 土壤养分

与CK1比较，其他处理有机质含量均有不同程度提高，其中处理4的有机质含量最高，且显著(P<0.05)高于CK1。CK2与CK1的氮投入总量相同，只是磷、钾投入量减半，但CK2土壤中的碱解氮含量低于CK1。在CK2的基础上配施硅钙钾镁肥以后，土壤碱解氮含量增高，与CK1无显著差别，且除处理4外，其他处理的土壤碱解氮含量均显著高于CK2。CK2的有效磷和速效钾含量均小于CK1，但在CK2的基础上配施硅钙钾镁肥以后，这2项指标均得到一定提高。但需要注意的是，只有当用量在一定范围时(处理4、处理5)，硅钙钾镁肥才对提高土壤有效磷含量作用明显，当用量不足或过高时，提高作用不明显。从有效硅含量来看，CK1与CK2无显著差别，随着硅钙钾镁肥用量增加，土壤有效硅含量增加，说明施用硅钙钾镁肥能有效提高土壤中的有效硅含量。

表2不同处理对土壤盐基饱和度的影响

Table2Effect of different treatments on soil base saturation

处理Treatment交换性钙ExchangeableCa/(cmol·kg-1)交换性镁ExchangeableMg/(cmol·kg-1)阳离子交换量Cationexchangecapicity/(cmol·kg-1)盐基饱和度Basesaturationpercentage/%CK17.833.2917.2097.57CK28.583.8117.3398.24T38.633.6317.6799.15T49.884.3018.4399.37T58.613.7517.7399.46T68.954.0317.5799.48

表3不同处理对土壤养分含量的影响

Table3Effect of different treatments on soil nutrients contents

处理Treatment有机质Organicmatter/(g·kg-1)碱解氮AvailableN/(mg·kg-1)全氮TotalN/(g·kg-1)有效磷AvailableP/(mg·kg-1)速效钾AvailableK/(mg·kg-1)有效硅AvailableSi/(mg·kg-1)CK142.6b101.3ab3.9a18.1bc77.1a159.6bCK246.0ab94.3b3.5a16.7c60.1c157.6bT346.0ab102.9a3.6a17.3bc65.8bc164.2bT451.0a100.3ab3.7a25.0a70.8ab173.2bT544.6b102.4a3.8a23.5ab69.8ab195.2aT645.9ab103.6a3.8a17.9bc77.1a207.8a

同列数据后无相同小写字母的表示差异显著(P<0.05)。

Data followed by no same letters indicated significant difference atP<0.05.

2.2 对水稻的增产效应

3 a定位试验结果(图2)表明，CK2产量显著低于CK1，说明供试土壤磷、钾含量较低，增施磷、钾肥能提高水稻的产量。在CK2的基础上配施硅钙钾镁肥，水稻产量提高，除2015年处理3外，其他处理的产量均显著高于CK2，且高于CK1或与CK1无显著差别。从3 a产量均值来看，配施硅钙钾镁肥(处理3～处理6)的产量均高于CK2，随着硅钙钾镁肥用量的增加，各处理间的产量呈现出先增加后减少的现象，说明施用适量硅钙钾镁肥能提高水稻的产量。

2.3 对水稻产量构成的影响

图2 各施肥处理对水稻产量的影响Fig.2 Effects of different treatments on rice yield

如表4所示，各处理有效穗以处理6最高，CK1次之，CK2最低。各处理每穗总粒数和每穗实粒数以处理5最高，处理2最低，且施用硅钙钾镁肥处理的每穗总粒数和每穗实粒数均高于CK1和CK2。各处理结实率以处理3最高，处理1最低。各处理千粒重以CK2和处理6最高，CK1最低。这说明在CK2的基础上施用硅钙钾镁肥对提高水稻有效穗、每穗总粒数效果明显，对提高水稻结实率和千粒重无明显效果。

2.4 对地上部吸氮量的影响

表4硅钙钾镁肥对水稻产量性状的影响

Table4Effects of different treatments on rice yield components

处理Treatment有效穗Productiveearnumber/m-2每穗总粒数Grainsperpanicle每穗实粒数Filledgrainsperpanicle结实率Settingpercentage/%千粒重Thousandgrainweight/gCK1278.5138.3131.595.024.4CK2259.0129.9124.195.624.9T3259.1140.0133.995.724.6T4274.2144.0137.495.524.7T5274.8147.4140.595.224.6T6279.3143.4136.395.124.9

不同年份各处理地上部吸氮量如表5所示，从3 a平均值来看，CK2的地上部吸氮量明显小于CK1，说明磷钾不足会制约水稻对氮的吸收。在CK2的基础上配施硅钙钾镁肥，水稻地上部吸氮量迅速回升，且超过CK1，并且随着施用量的增加，地上部吸氮量亦相应增加，说明施用硅钙钾镁肥能明显促进水稻对氮素的吸收利用效果。

表5各施肥处理的地上部吸氮量

Table 5 Nitrogen uptake of rice aboveground part under different treatments kg·hm-2

3 讨论

水稻是典型的喜硅作物，随着水稻产量不断提高，需吸收大量硅来维持其正常生长[15]。硅钙钾镁肥与普通复合肥配施，不但能保证营养供应，满足作物各生育期对各种元素的需求，而且对土壤改良的效果也比较理想，尤其是对土壤硅元素含量的提高效果十分明显。3 a定位试验结果表明，在农户习惯施肥基础上施用硅钙钾镁肥能有效提高水稻产量，当硅钙钾镁肥用量为1 500 kg·hm-2时就能达到很好的增产效果，其增产作用主要通过提高每穗总粒数和每穗实粒数实现。

在土壤改良方面，施用硅钙钾镁肥碱性肥料，随着硅钙钾镁肥用量的增加，土壤pH不断提高，而交换性氢、交换性铝和交换性酸含量不断下降。不同用量的硅钙钾镁肥施入土壤中对土壤全氮、全磷、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量基本无影响，但对提高土壤有效硅含量和盐基离子含量效果十分明显。李敏等[16]的超级稻大田试验也得到类似结果，施用硅钙钾镁肥可以改善土壤理化性状，提高土壤抗酸化能力。本试验结果是硅钙钾镁肥在单季稻上的施用效果，可为单季稻上合理施用提供参考与借鉴。为了全面了解硅钙钾镁肥肥效特性，今后应进一步研究其在双季稻上的施用效应，以及在不同土壤环境中的效应。

[1] 易杰祥， 吕亮雪， 刘国道. 土壤酸化和酸性土壤改良研究[J]. 华南热带农业大学学报， 2006， 12(1): 23-28.

YI J X， LYU L X， LIU G D. Research on soil acidification and acidic soil’s melioration[J].JournalofSouthChinaUniversityofTropicalAgriculture， 2006， 12(1): 23-28. (in Chinese with English abstract)

[2] BØRJA I， NILSEN P. Long term effect of liming and fertilization on ectomycorrhizal colonization and tree growth in old Scots pine (PinussylvestrisL.) stands[J].Plant&Soil， 2009， 314(2):109-119.

[3] 刘琼峰， 蒋平， 李志明，等. 湖南省水稻主产区酸性土壤施用石灰的改良效果[J]. 湖南农业科学， 2014(13): 29-32.

LIU Q F， JIANG P， LI Z M， et al. Amelioration effects of liming on acid soil in main rice producing areas in Hunan[J].HunanAgriculturalSciences， 2014(13):29-32. (in Chinese with English abstract)

[4] 文星， 李明德， 涂先德， 等. 湖南省耕地土壤的酸化问题及其改良对策[J]. 湖南农业科学， 2013(1): 56-60.

WEN X， LI M D， TU X D， et al. Acidification problems of arable land in Hunan Province and its improvement countermeasures[J].HunanAgriculturalSciences， 2013(1):56-60. (in Chinese with English abstract)

[5] 黄运湘， 曾希柏， 张杨珠，等. 湖南省丘岗茶园土壤的酸化特征及其对土壤肥力的影响[J]. 土壤通报， 2010， 41(3):633-638.

HUANG Y X， ZENG X B， ZHANG Y Z， et al. Tea garden soil acidification and its impact on soil fertility in hillock of Hunan Province[J].ChineseJournalofSoilScience， 2010， 41(3):633-638. (in Chinese with English abstract)

[6] 蔡泽江， 孙楠， 王伯仁，等. 长期施肥对红壤pH、作物产量及氮、磷、钾养分吸收的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2011， 17(1): 71-78.

CAI Z J， SUN N， WANG B R， et al. Effects of long-term fertilization on pH of red soil， crop yields and uptakes of nitrogen， phosphorous and potassium[J].PlantNutrition&FertilizerScience， 2011，17(1):71-78. (in Chinese with English abstract)

[7] 任立民， 刘鹏， 谢忠雷，等. 植物对铝毒害的抗逆性研究进展[J]. 土壤通报， 2008， 39(1): 177-181.

REN L M， LIU P， XIE Z L， et al. Research progress in plant adaptation to aluminum toxicity[J].ChineseJournalofSoilScience， 2008，39(1):177-181. (in Chinese with English abstract)

[8] 蔡东， 肖文芳， 李国怀. 施用石灰改良酸性土壤的研究进展[J]. 中国农学通报， 2010， 26(9): 206-213.

CAI D， XIAO W F， LI G H. Advance on study of liming on acid soils[J].ChineseAgriculturalScienceBulletin， 2010， 26(9): 206-213.

[9] 孟赐福， 傅庆林. 浙江中部红壤施用石灰对土壤交换性钙、镁及土壤酸度的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 1999， 5(2):129-136.

MENG C F， FU Q L. Effect of liming on acidity and exchangeable calcium and magnesium of red soil in central Zhejiang[J].PlantNutrition&FertilizerScience， 1999， 5(2):129-136. (in Chinese with English abstract)

[10] HALING R E， SIMPSON R J， DELHAIZE E， et al. Effect of lime on root growth， morphology and the rhizosheath of cereal seedlings growing in an acid soil[J].Plant&Soil， 2010， 327(1/2):199-212.

[11] KREUTZER K. Effects of forest liming on soil processes[J].Plant&Soil， 1995， 168(1):447-470.

[12] 侯文通， 代明， 陈日远， 等.硅钙磷钾肥对花生产量品质及经济效益的影响[J]. 山东农业科学， 2014， 46(2): 89-91.

HOU W T， DAI M， CHEN R Y， et al. Effects of silicon-calcium-phosphorus-potassium fertilizer on yield， quality and economic benefit of peanut[J].ShandongAgriculturalSciences， 2014,46(2):89-91. (in Chinese with English abstract)

[13] 冯琛. 硅钙镁钾肥在陕西省农作物应用效果试验研究初报[J]. 陕西农业科学， 2005 (6): 14-15， 23.

FENG C. Primary report on application effect of silicon， calcium， magnesium and potassium fertilizer on crops in Shaanxi Province[J].ShanaxiJournalofAgriculturalSciences， 2005(6):14-15，23. (in Chinese)

[14] 汪文强， 王子芳， 高明， 等. 施氮对紫色土交换性酸及盐基饱和度的影响[J]. 水土保持学报， 2014， 28(3): 138-142.

WANG W Q， WANG Z F， GAO M， et al. Effects of nitrogen application on exchangeable acidity and base saturation in purple soil[J].JournalofSoilandWaterConservation， 2014， 28(3):138-142. (in Chinese with English abstract)

[15] 郭彬， 娄运生， 梁永超， 等.氮硅肥配施对水稻生长、产量及土壤肥力的影响[J]. 生态学杂志， 2004， 23(6): 33-36

GUO B， LOU Y S， LIANG Y C， et al. Effects of nitrogen and silicon applications on the growth and yield of rice and soil fertility[J].ChineseJournalofEcology， 2004， 23(6):33-36. (in Chinese with English abstract)

[16] 李敏， 叶舒娅， 刘枫，等. 硅钙镁磷钾肥不同用量对超级稻产量及磷钾吸收利用的影响[J]. 中国农学通报， 2014， 30(30): 122-126.

LI M， YE S Y， LIU F， et al. The effects of silicon，calcium，magnesium，phosphorus and potassium fertilization level on yield and phosphorus and potassium absorption of super rice[J].ChineseAgriculturalScienceBulletin， 2014， 30(30): 122-126. (in Chinese with English abstract)