化肥配施土壤调理剂对酸化红壤性水稻土改良效果研究

吴多基，姚冬辉，魏宗强，吴建富

（江西农业大学国土资源与环境学院，江西南昌 330045）

【研究意义】作物正常生长发育需要适宜的土壤酸度，但水稻生产偏施化肥等不合理的农业措施，使农田土壤酸化严重，特别是在我国南方，酸化土壤面积逐年增加[1]，土壤酸化加速了土壤中养分离子尤其是盐基离子的淋失，土壤日益贫瘠，释放出有害的铝离子和其他重金属离子[2]，导致农作物减产，制约农业生产可持续发展。因此，改变施肥方式，优化施肥结构，加强土壤质量的改良，减缓土壤酸化进程显得十分重要。【前人研究进展】施用土壤调理剂是修复退化土壤的重要措施之一。土壤调理剂能有效改善土壤理化性状和土壤养分状况，从而提高退化土壤的生产力[3]。近年来，随着肥料行业的发展，许多更优质安全的修复土壤、改良土壤酸化的土壤调理剂被不断开发，并得到广泛应用[4−5]。周杰文等[5]研究结果表明，土壤调理剂能有效提高植烟土壤pH、土壤养分效果和提高烤烟品质、产量。陈士更[6]研究发现，施用普通土壤调理剂和腐植酸土壤调理剂均能在一定程度上改善酸化果园土壤的理化性状，且随着施用年限的增加，改良效果越明显，还能提高苹果的产量和品质。【本研究切入点】土壤调理剂多应用于旱地或退化土壤改良[7−9]，在水田方面的应用则偏向于对重金属污染农田的修复[10−11]，而用于南方红壤性水稻土酸性改良的试验报道较少[12]，尤其在探究土壤调理剂配合化肥减施对水稻产量和土壤化学性质的影响方面鲜见报道。【拟解决的关键问题】本文通过大田试验设计化肥配施不同用量的土壤调理剂，研究不同处理对水稻产量和土壤化学性质的影响，探索土壤调理剂对南方酸性稻田的改良效果以及酸度调控过程，同时设计化肥减量配施土壤调理剂，试探求土壤调理剂在化肥“减量增效”中的可行性，以期为南方酸化红壤性稻田推广应用土壤调理剂提供科学依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年在江西省进贤县温圳镇杨溪村进行。供试土壤为第四纪红色粘土发育的水稻土，常年种植水稻。试验前耕作层（0～20 cm），土壤的基本性质为：全氮2.6 g/kg、碱解氮176.56 mg/kg、速效磷12.94 mg/kg、pH 5.11。

1.2 试验设计

试验设7个处理，完全随机区组设计，3次重复，小区面积为24 m2（长8 m×宽3 m）。各处理分别为：常量施肥（100%F），单施氮磷钾化肥；常量施肥，分别增施土壤调理剂750，1 500，2 250 kg/hm2（分别用100%F+50、100%F+100、100%F+150表示）；化肥减施10%、20%、30%，分别配施土壤调理剂750，1 500，2 250 kg/hm2（分别用90%F+50、80%F+100、70%F+150表示）。本试验所使用的土壤调理剂由江西瑞博特生物科技有限公司提供，主要成分与含量分别为钙（CaO）≥40%、pH 8～10，此外还含有一定量的生物烟碱、腐殖酸、氨基酸以及有益于作物生长的硅、镁、铁、锌、硼等中微量元素。单施氮磷钾化肥处理，施纯N 165 kg/hm2，P2O582.5 kg/hm2，K2O 165 kg/hm2，氮肥按基肥、分蘖肥、穗肥的质量比为4∶2∶4施用，土壤调理剂和磷肥一次性作基肥施用，钾肥按基肥、分蘖肥、穗肥的质量比为5∶2∶3施用，供试化肥为尿素（N 46%）、钙镁磷肥（P2O512%）和氯化钾（K2O 60%）。小区间土埂用塑料薄膜包裹，单排单灌。供试品种选用江西省农业厅主推杂交水稻品种H优518，6月18日播种，7月11日人工移栽，栽插密度为13.3 cm×26.6 cm，每蔸2谷粒苗，其他按常规高产栽培要求进行。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 产量及其构成因素 在水稻成熟期每个处理小区各调查30蔸的有效穗数，按平均数法取3蔸进行考种，应用水漂法考察穗粒结构。另外，各处理实割200蔸，脱粒后晒干、称量、测产。

1.3.2 土壤养分 在晚稻成熟期，每处理按“S”型方法取耕作层（0～20 cm）土壤样品以供土壤养分含量和pH值的测定。采用碱解扩散法测定碱解氮、Olsen法测定有效磷、NH4OAc浸提火焰光度法测定速效钾[13]、pH计法（FE20）测定pH值、元素分析仪测定土壤全氮和总有机碳。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2016、Origin 2018和SPSS 25.0软件进行数据处理和统计分析，并利用Duncan法进行显著性检验，相关分析采用Pearson系数（双侧）。

2 结果与分析

2.1 化肥配施土壤调理剂对水稻产量及其构成因素的影响

由表1可见，处理100%F+100和100%F+150水稻产量表现一样，为最高，与处理100%F、100%F+50和处理90%F+50差异均不显著，却均显著高于处理80%F+100和70%F+150，增幅分别为8.79%和9.39%。而处理100%F、100%F+50、90%F+50、80%F+100和70%F+150差异均不显著。

常量施肥条件下，水稻产量由大到小依次为处理100%F+100=100%F+150>100%F+50>100%F，但处理间差异均未达到显著水平。说明常量施肥条件下，适当增施土壤调理剂有利于挖掘土壤生产潜力，提高水稻单产水平。

减施化肥条件下，水稻产量处理90%F+50高于处理100%F，但差异不显著，而处理80%F+100、70%F+150则低于处理100%F，差异不显著。说明增施750 kg/hm2土壤调理剂替代10%化肥可以维持水稻产量与单施化肥基本持平。

对于产量构成因素，有效穗表现为处理90%F+50显著低于处理100%F+50和100%F+150，降幅约为9.0%。而每穗粒数、结实率和千粒质量处理间差异均不显著。

表1 不同处理对产量及其构成因素的影响Tab.1 Influence of different treatments on yield and its constituent factors

2.2 化肥配施土壤调理剂对水稻干物质积累量的影响

由图1可知，处理100%F+100和100%F+150水稻总干物质积累量相对较大，80%F+100处理最小，但处理间差异均不显著。各处理茎干物质量占总干物质量的比例由大到小依次为100%F+50>100%F>90%F+50、100%F+150、70%F+150、100%F+100和80%F+100。叶片干物质量的比例100%F+100最大，而对于穗干物质量占总干物质量的比例来说，则表现为90%F+50最大，达到了64.73%。

图1 不同处理的水稻成熟期干物质积累量Fig.1 Amount of dry matter accumulation in mature rice during different treatments

图2 水稻实际产量与成熟期总干物质积累量的关系Fig.2 The relationship between the total dry matter accumulation and the yield of rice in the mature period

水稻成熟期的总干物质积累量与产量的Pearson相关系数为0.919**（表2），呈极显著关系（P<0.01）。由图2可得，产量与成熟期的总干物质积累量的关系为Y=4 014.95+4.388X，呈显著的直线正相关关系。

2.3 化肥配施土壤调理剂对稻田土壤化学性质的影响

2.3.1 化肥配施土壤调理剂对稻田土壤pH的影响 图3表明，土壤调理剂对土壤pH的影响比较显著，并且土壤pH随土壤调理剂用量的增加呈上升趋势，100%F+150、70%F+150、100%F+100和80%F+100处理都显著高于100%F处理，土壤pH提高了4.79%～9.58%。常量施肥的基础上，添加2 250 kg/hm2的土壤调理剂对pH的影响最大，相比常量施肥，pH提高了0.42个单位；化肥减量施用条件下，70%F+150处理的pH最高，并且也是所有处理中最高。说明化肥对农田土壤pH影响较大，同时，增施土壤调理剂对农田土壤的酸性具有一定的调控作用。

表2 水稻产量与成熟期总干物质积累量的相互关系Tab.2 Correlation between rice yield and total dry matter accumulation during maturity

2.3.2 化肥配施土壤调理剂对稻田土壤养分的影响 由表3可知，各处理土壤养分含量表现出的差异均不一致。常量施肥的条件下，土壤养分含量随土壤调理剂用量的增加呈现增长趋势，其中100%F+150处理的速效磷和有机质含量显著高于处理100%F，增幅分别为31.26%和18.06%；全氮、碱解氮和速效钾含量差异都不显著。化肥减量施用的条件下，90%F+50、80%F+100和70%F+150处理之间土壤养分含量均无显著性差异，但70%F+150处理全氮和有机质含量却高于其他处理，比处理100%F分别增长5.32%和33.54%；碱解氮和速效钾含量则表现为先增加后减少的趋势，这可能与化肥减量施用有关。

图3 不同处理对土壤pH的影响Fig.3 Effect of different treatments on soil pH

表3 不同处理的土壤养分含量Tab.3 Soil nutrient content between different treatments

3 讨论

中国南方红壤稻区土壤酸化问题日益明显。众所周知，稻田土壤酸化会导致营养元素的流失和营养元素的利用率下降，严重影响作物产量及品质[14]。对于南方红壤酸性稻田的改良，人们习惯使用石灰，对产量的提高效果确实显著，但其修复效果会随着时间变化逐渐减弱[15−16]，长期施用石灰易造成土壤板结、养分失衡、甚至复酸化[17]。而在作物栽培中增施土壤调理剂能够改善土壤理化性质和土壤养分状况，改善作物生长环境[18−20]，对作物的生长过程具有明显的积极作用[21]。众多研究[19,22−24]发现，施用土壤改良剂具有提高pH，增加N、P、K有效养分和代换性K、Ca和Mg的效果。本次研究得到了相似的结果，增施土壤调理剂能够明显提高稻田土壤pH，这可能是因为土壤调理剂的碱性物质释放到土壤中，水解后增加了土壤OH−的浓度，中和了土壤酸度。大量研究[25−27]表明，化肥的过量施用能导致土壤酸化，是稻田酸化加速的主要原因之一。对比常量施肥添加土壤调理剂与化肥减量配施土壤调理剂发现，化肥减量配施土壤调理剂对土壤pH的提高更加显著，本试验的结果进一步证实，化肥的大量施用会导致土壤酸化。

土壤pH是影响土壤养分有效性的重要因素之一，对有机物质的分解和养分的释放有促进作用。本试验结果显示，随着土壤酸度的降低，土壤有机质含量增加和有效磷活性增强，这与陈琨[28]、Rama[29]、文星[30]等的研究结果类似。但对碱解氮和速效钾含量的影响不显著，这与已有的报道并非完全一致[23,31−33]，其原因可能与土壤调理剂的性质、成分有关，CaO含量≥40%的土壤调理剂施入土壤中打破了Ca2+/K+平衡，增强了土壤对K+的固定，使得各处理的速效钾含量差异不大；而土壤调理剂中的其它成分（生物烟碱、腐殖酸、氨基酸以及硅、镁、铁、锌、硼等中微量元素）虽然短期内对土壤氮素养分影响不显著，但土壤全氮和碱解氮含量在一定程度上随土壤调理剂的使用量增加而呈现上升趋势。

施用土壤调理剂能促进南方酸性稻田土壤pH升高，土壤化学特性得到改善，土壤养分的有效性随之发生变化，进而影响水稻生长发育和产量[34]。对于南方红壤性稻田，在不改变耕作方式的条件下，优化施肥并施用土壤调理剂，可以促进水稻生长，增强产量性状，协调养分吸收，最终实现水稻高产[35−36]。本试验结果显示，常量施肥条件下，增施土壤调理剂能提高水稻生物学产量、有利于挖掘土壤生产潜力，提高水稻单产；化肥减量施用的条件下，随着化肥施用量的减少水稻产量逐渐降低；而增施750 kg/hm2土壤调理剂减施10%化肥可以维持水稻产量与单施化肥基本持平。说明土壤调理剂对实现化肥“减量增效”具有一定的可行性。

4 结论

常量施肥基础上，土壤调理剂的施用在一定程度上可以提高水稻成熟期总干物质积累量；增施2 250 kg/hm2土壤调理剂有利于提高水稻产量；增施750 kg/hm2土壤调理剂替代10%化肥可以维持水稻产量与单施化肥基本持平。常量施肥添加2 250 kg/hm2土壤调理剂能改良酸性土壤、提高土壤有机质、全氮和有效养分含量。