施氮条件下不同株型水稻品种土壤还原性物质含量研究

全 革，付雪蛟，刘中卓，吕小红*，孟庆翠

（1 盘锦中天置业有限公司，辽宁 盘锦 124010；2 辽宁省盐碱地利用研究所，辽宁 盘锦 124010；3 内蒙古赤峰市赤林森林资源资产评估有限责任公司，内蒙古 赤峰 024000）

氧化还原过程是土壤中最重要的化学过程之一，此过程涉及大量物质的转化、迁移和积累。 还原性物质是氧化还原反应中的电子供体， 必不可缺，如果土壤中不存在还原性物质，那么就不产生氧化还原过程。 土壤中还原性物质数量与土壤营养状况、植物生长和水分管理等有一定的关系。稻田通透性差，土壤中氧气含量少，嫌气分解，易产生还原性毒害物质，造成禾苗中毒，产生黑根，不分蘖或少分蘖，严重影响水稻的生长发育［1］。 有研究指出，对于水稻土壤的氧化还原体系，应从其彼此相关而又不同的强度因素与数量因素两方面进行研究， 并提出了相应的研究方法研究施肥后水稻生育期间土壤中还原性物质的动态变化［2-3］。 李庆逵［4］对多个土壤剖面的研究结果显示，潜育型水稻土的还原性物质总量、 活性还原性物质和Fe2+浓度明显高于潴育型或氧化型水稻土。由此可见， 降低土壤中有害的还原性物质含量可能是改良稻田一条重要途径。 学者们从稻虾共作［5］、稻鱼共生［6］、施用改良剂［7］等方面研究还原性物质，但是多以杂交稻、籼稻为材料，对不同株型水稻品种的土壤还原性物质研究还比较少见。 本试验以穗型直立的紧凑型水稻品种沈农07425 和穗型弯曲的松散型水稻品种秋光为试材， 探讨不同施氮水平对不同株型水稻品种土壤还原性物质含量的影响，以期为改善土壤环境、促进土壤改良、提高水稻产量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在沈阳农业大学水稻研究所进行， 以沈农07425 和秋光为试验材料。 其中沈农07425 穗型直立，株型紧凑，耐肥抗倒，为典型的直立穗紧凑型品种。 秋光穗型弯曲，株型较松散，耐肥抗倒性较差，为典型的弯曲穗松散型品种。

1.2 试验设计

采用盆栽方式，盆钵直径30 cm，高26 cm，装土13.25 kg／盆。 土壤基本理化性质如下：全氮含量为1.1 g／kg，全磷含量为2.8 g／kg，全钾含量为34 g／kg，水解氮84.5 mg／kg，有效磷38.3 mg／kg，有效钾138.7 mg／kg，有机质29.8 g／kg，pH 值5.65。

两水稻品种分别设5 个氮肥水平： 低氮（N1，0.1 g／kg 土壤）、中氮（N2，0.15 g／kg 土壤）、高氮（N3，0.2 g／kg 土壤）、完全不施肥（CK）、不施氮肥（PK，磷钾肥正常施用），其中氮肥梯度参考毛达如［8］的《植物营养研究法》而设定。 共10 个处理组合，3 次重复，完全随机排列。 施用磷酸二铵300 kg／hm2，氯化钾225 kg／hm2。 氮肥分基肥、蘖肥、穗肥（按5∶3∶2 比例）施入，其中以尿素作为基肥，硫酸铵作为蘖肥、穗粒肥追施，磷肥和钾肥作为基肥一次性施入。 4 月12 日育苗，5 月20 日插秧， 插秧前选取整齐一致的秧苗，3 穴／盆，1 株／穴。阴雨天气采用遮雨棚防止雨水冲刷。其它栽培管理措施同生产田。

1.3 测定指标及方法

于分蘖期（T1）、拔节期（T2）、齐穗期（T3）、灌浆15 d（T4）、灌浆30 d（T5）、灌浆45 d（T6）取土壤样品用于分析。 土样采集时用土钻在所选植株根部周围进行垂直铲挖， 使各个处理样点的土壤深浅一致，背阳风干后，除去土壤中夹杂的根系及杂质，过筛混合均匀，按四分法取样测定。采用Al2（SO4）3浸 提-K2Cr2O7滴 定 法、Al2（SO4）3浸 提-KMnO4滴定法测定土壤中还原性物质总量、活性还原物质含量［9］。

1.4 数据处理

应用Microsoft Excel 和DPS 数据处理系统分析。

2 结果与分析

2.1 施氮条件下不同株型水稻品种的土壤还原性物质总量

2.1.1 施氮条件下不同株型水稻品种土壤还原性物质总量的比较 水稻土渍水以后， 随着还原条件的逐渐加强，还原性物质的数量渐多，图1 中两株型品种的土壤还原性物质总量也表现出这种趋势，两品种均在齐穗期和灌浆15 d 还原性物质总量较大，而后植株逐渐成熟，开始控水，水层变薄至无，还原条件减弱，还原性物质总量减少，成熟期两品种各处理的还原性物质总量最少。 沈农07425 的PK、CK 对照的土壤还原性物质总量变化趋势一致， 灌浆15 d 土壤还原性物质总量最高，N1、N2 和N3 处理的变化趋势相同，在施加穗粒肥后齐穗期极显著的增加，达最大值，随后逐渐降低。 秋光的PK、CK 对照消长趋势与沈农07425基本相同， 灌浆15 d 达最高值而成熟期含量最小，但PK、CK 的还原性物质总量整体水平与N1、N2 和N3 差异不显著，齐穗前期加入的穗粒肥对N1、N2 和N3 中还原性物质总量的提升并不明显。

各处理间比较来看， 沈农07425 的还原性物质总量表现为N3＞N2＞N1。 秋光N1 与N2 之间还原性物质总量此消彼长，整体水平无显著差异，但齐穗期N1、N2 与N3 的差异均达到显著水平，说明高氮处理对秋光土壤的还原性物质总量起到了削减作用，后期N1 与N2、N3 差异极显著，说明低氮处理使秋光土壤的还原性物质总量在后期保持了很高的水平， 沈农07425 则没有这种表现。 可见， 不同氮肥处理对土壤还原性物质总量的影响随水稻品种的不同而有不同的消长规律， 紧凑型品种沈农07425 土壤还原性物质总量随氮肥施入而短时间内增长， 土壤还原性物质总量随施氮量的增加而增加； 松散型品种秋光高氮处理的土壤还原性物质总量明显低于中氮或低氮处理。

由图1 可知，PK 对照对两个水稻品种土壤还原性物质总量影响不大， 而CK 处理生育后期沈农07425 的下降趋势明显。低氮肥处理下，秋光的土壤还原性物质总量要明显高于沈农07425，而高氮处理下沈农07425 略高于秋光， 中氮处理下两水稻品种土壤还原性物质总量差异最大， 中氮正是盆栽水稻正常生长所采用的施氮水平， 正常盆栽栽培条件下秋光的土壤还原性物质总量在灌浆前高于沈农07425， 而灌浆后期低于沈农07425，土壤还原性物质总量表现出的差异可能是两种水稻品种对氮肥的适应性不同所致。2.1.2 品种株型与施氮水平对土壤还原性物质总量的交互作用分析 表1 中品种与施氮水平对土壤还原性物质总量的影响表明， 品种因素对土壤还原性物质总量的影响未达显著水平， 而施氮水平对土壤还原性物质总量的影响在分蘖期达到极显著水平。此外，品种和施氮水平对土壤还原性物质总量的影响存在一定的正交互作用，在拔节期、齐穗期、灌浆15 d 和灌浆45 d 均达显著、极显著水平。 说明土壤还原性物质总量主要受品种与施氮水平交互作用影响，相对而言，土壤还原性物质总量受施氮水平因素影响较大。

表1 品种与施氮水平对土壤还原性物质总量、活性还原物质含量交互作用的F 测验

2.2 施氮条件下不同株型水稻品种的土壤活性还原物质含量

2.2.1 施氮条件下不同株型水稻品种土壤活性还原物质含量的比较 如图2 所示， 沈农07425 各处理间N1、N2 和N3 土壤活性还原物质含量的消长趋势较为一致，均在齐穗期最高，灌浆15 d 含量较低。 而对照PK 土壤活性还原物质含量在灌浆15 d 最高而拔节期最低，CK 则在齐穗期最高而拔节期最低。 秋光N1、N2 和N3 处理的土壤活性还原物质含量随生育期呈现相同的变化趋势，PK、CK 处理的土壤活性还原物质含量随生育期变化趋势一致。 齐穗期N1、N2 和N3 土壤活性还原物质含量达最高随后迅速降低， 灌浆15 d 最小， 成熟期土壤活性还原物质含量略有升高；PK对照灌浆15 d 土壤活性还原物质含量最高，拔节期含量最低，CK 则在齐穗期最高而拔节期最低。由此可见，PK、CK 对照的土壤活性还原物质含量因不同生育时期而异， 拔节期土壤活性还原物质含量较低，在齐穗后到成熟含量均很高，可见，水稻的生长发育对土壤中活性还原物质含量产生了很大的影响， 含量大小与水稻籽粒的灌浆有一定程度的联系。

拔节期沈农07425 的N1、N2、N3 处理土壤活性还原物质含量与PK、CK 差异极显著，可见高氮提高了沈农07425 的土壤活性还原物质含量。 灌浆后N1、N2 和N3 的整体水平都低于PK 和CK，施氮的三种处理整体水平为N3＞N2＞N1， 说明施氮量对其土壤中活性还原物质含量有很大的影响，随氮肥量的增加土壤活性还原物质含量变大。分蘖期秋光N1 处理的土壤活性还原物质含量显著低于其他处理，拔节期、齐穗期N2 和N3 的土壤活性还原物质含量均高于N1、PK 和CK， 灌浆15 d 至45 d，PK、CK 处理的土壤活性还原物质含量高于N1、N2 和N3，且N1 处理的土壤活性还原物质含量低于N2 和N3 处理。 PK、CK 的缺氮使土壤活性还原物质含量在拔节期显著下降，灌浆期PK、CK 处理的土壤活性还原物质含量提升，且PK 处理比CK 处理的提升程度更明显，可能是因为土壤中磷和钾的作用。

可见， 不同氮肥处理对土壤活性还原物质含量的影响随水稻品种的不同而有不同的消长规律。 紧凑型品种沈农07425 表现为随施氮量的不同土壤活性还原物质各时期含量也不同， 土壤活性还原物质含量随施氮量的增加而增加； 松散型品种秋光表现为N1 处理的土壤活性还原物质含量低于N2 和N3 处理。 低氮和中氮处理使秋光拔节期的土壤活性还原物质含量极显著低于沈农07425，高氮处理下两个品种间并无显著差异。 磷钾肥对照两个水稻品种间土壤活性还原物质的含量差异较大， 这可能是两种水稻品种分蘖能力不同所致。可见磷、钾肥对分蘖力不同的水稻品种土壤活性还原物质含量的影响不一。

2.2.2 品种株型与施氮水平对土壤活性还原物质含量的交互作用分析 表1 中品种与施氮水平对土壤活性还原物质含量的影响表明， 品种因素对土壤活性还原物质含量的影响未达显著水平，而施氮水平对土壤活性还原物质含量的影响在灌浆15 d、灌浆30 d 达到极显著水平。此外，品种和施氮水平对土壤活性还原物质含量存在正交互作用，在分蘖期、拔节期、灌浆30 d 和灌浆45 d 均达显著或极显著水平。 说明土壤活性还原物质含量主要受品种与施氮水平的交互作用影响， 相对而言， 土壤活性还原物质含量受施氮水平因素影响较大。

3 结论与讨论

还原物质的相对含量作为土壤氧化还原状况的容量因素， 与土壤的电化学性质和水稻生长有密切的关系。当土壤处于强烈的还原条件下时，对水稻生长有不良的影响， 如果将土壤中的氧化还原条件改善，则对水稻的生长有益。陈琨等［10］试验发现全量化肥＋石灰和全量化肥＋硅钙肥处理的土壤pH 明显高于其他处理， 土壤还原性物质总量和活性还原物质 （含Fe2＋和Mn2＋） 含量显著降低。对长期淹水地势低洼的酸性冷泥田来说，石灰和硅钙肥是比较理想的土壤改良剂， 能同时起到改善土壤性质和提高作物产量的效果。 张赓等［11］研究认为合理施肥、秸秆还田、石灰和秸秆混合施用可以显著地降低冷浸田土壤还原性物质总量。一些研究认为，施硅可提高水稻根系的氧化能力，降低土壤还原性物质的含量， 特别是可溶性的二价铁或锰在根表面或附近氧化沉积， 增加水稻对氮、磷的吸收，从而提水稻产量［12，13］。 本试验研究得出， 两水稻品种的土壤还原性物质总量在施氮处理间的差异比较明显， 中氮处理正是盆栽水稻生长所需的正常施氮水平，因此，正常盆栽栽培条件下秋光的土壤还原性物质总量在灌浆前高于沈农07425，而收获前低于沈农07425。低氮处理下，秋光的土壤还原性物质总量明显高于沈农07425，高氮处理则沈农07425 略高于秋光。 土壤还原性物质总量表现出的差异很可能是两水稻品种对氮肥的适应性不同产生的。 不同氮肥处理对土壤还原性物质总量的影响随水稻品种不同而有不同的消长规律， 紧凑型品种沈农07425 土壤还原性物质总量随施氮量的增加而增加； 松散型品种秋光， 高氮处理的土壤还原性物质总量明显低于中氮或低氮处理， 齐穗期各施氮处理的土壤还原性物质总量均显著提升。

活性还原性物质代表一组易于提取的、 迅速参与氧化还原反应的化合物。 本试验中三种施氮处理土壤活性还原物质含量相比PK、CK 对照含量差异较大。 不同氮肥处理对土壤活性还原物质含量的影响品种间差异较大， 紧凑型品种沈农07425 随氮肥施入量的不同土壤活性还原物质各时期含量也不同， 土壤活性还原物质含量随施氮量的增加而增加； 对秋光而言，N1 处理的土壤活性还原物质含量低于N2 和N3 处理。 由于PK、CK 处理氮肥缺失使土壤中活性还原物质含量在拔节期显著下降， 在灌浆期提升， 且PK 处理比CK 处理的提升程度更明显，可能是因为土壤中磷和钾的作用。 低氮和中氮处理下秋光拔节期的土壤活性还原物质含量极显著低于沈农07425。 无氮磷钾肥对照两个水稻品种间土壤活性还原物质的含量差异较大， 这种表现很可能是由于两种水稻品种分蘖能力的不同所致。

此外， 本试验分析了品种株型与施氮水平对土壤还原性物质含量的互作效应， 发现土壤还原物质总量、 活性还原物质含量均受二者一定的正交互作用影响，但受施氮水平因素影响更大。丁昌璞［14］研究发现有机质可提供本身分解的还原性物质，对还原性物质的数量有直接影响，一般情况为有机质含量愈多，分解的还原性物质量愈大。崔长俊等［15］也证实有机质参与铁锰的氧化还原与络合反应，影响土壤还原性物质总量，特别是增加亚铁浓度。 丁昌璞［16］认为土壤对有机还原性物质的吸附量达加入量的60%～75%，其中强、弱还原性有机物质各约占1／2。 负电荷物质的吸附量随土壤铁、锰氧化物及其所带负电荷量而变，在氧化-还原平衡中该类物质作为电子供体还原了铁、 锰而自身被氧化，络合态亚铁、亚锰的形成服从络合-离解平衡［16］。同时可见，稻田土壤的氧化还原性质是一个复杂的状态，还涉及有机质、Fe2+、Mn2+及其他络合物。 今后将进一步深入研究。