肥料與調理劑配施對新墾紅壤性狀綜合改良及大豆產量的影響

吳夢潔,嚴建立,章明奎*,王道澤,呂曉菡

(1.浙江大學 環境與資源學院,浙江 杭州 310058;2.浙江省杭州市農業科學研究院,浙江 杭州 310024;3.浙江省杭州市植保土肥總站,浙江 杭州 310020)

0 引言

紅壤廣泛分布于熱帶、亞熱帶地區,是我國重要的糧食、果品和牧業生產基地[1-2]。由于紅壤分布地區高溫多濕,因此土壤風化強烈,土壤養分流失嚴重,導致土壤酸、粘、板、瘦、旱,影響作物的高產穩產[3-4]。相關研究結果表明,新墾旱地紅壤肥力低下,土地生產力較低[5-7],綜合培肥和全方位治理是提高紅壤旱地生產力的重要途徑。一些長期定位試驗結果[8-11]表明,施用化肥和有機肥、種植綠肥、施用石灰及合理輪作均對紅壤肥力有改良效果。施用有機肥可改善土壤結構與耕性、降低土壤容重、增加土壤養分的供應能力和微生物活性[12-15];種植綠肥可增加土壤的透水性與保水性,增加穩定性團聚體含量,降低水土流失[16-17];施用石灰可降低土壤酸度、降低鋁毒、促進作物生長[18-20]。同時,許多研究表明,在新墾紅壤上有機肥與化肥配合施用的改良效果明顯好于單施化肥[15,21-24]。但目前在生產中應用的紅壤改良技術多以單項措施為主,對多種改良方法的綜合效果研究較少。為此,本文以大豆為供試作物開展小區試驗,探討了不同肥料與調理劑配合施用對改良土壤質量和作物生產的綜合效果,旨在為紅壤新墾旱地作物的高產穩產提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年在浙江龍游縣金衢盆地進行,試驗地海拔50 m左右,地表坡度3°～6°,年平均氣溫為17.5 ℃,年降雨量約1350 mm。供試土壤為黃筋泥,屬紅壤土類、紅壤亞類,肥力較貧瘠,其基本性狀見表1。供試作物為大豆。

表1 供試土壤的基本性狀

1.2 試驗設計

采用田間小區試驗,小區面積為15 m2。設9個處理:(1)對照(CK,不施任何肥料和調理劑);(2)單施化肥(CF);(3)單施有機肥(OF);(4)單施石灰石粉(LM);(5)化肥-有機肥配施(CF-OF);(6)石灰石粉+化肥(LM-CF);(7)石灰石粉+單施有機肥(LM-OF);(8)石灰石粉+化肥-有機肥配施(LM-CF-OF);(9)石灰石粉+化肥-有機肥配施+結構改良劑(LM-CF-OF-SR)。每個處理設置3個重復,隨機區組排列。除CK外每個處理所施入的氮、磷、鉀量均保持一致。化肥施用量:氮肥(尿素)228 kg/hm2,其中50%作為底肥,50%作為追肥;磷肥(過磷酸鈣)600 kg/hm2,全部用作底肥;鉀肥(氯化鉀)150 kg/hm2,其中50%用作底肥,50%用作追肥。有機肥為商品有機肥,含N 0.35%、P2O50.23%、K2O 0.19%,施用量為30000 kg/hm2,養分不足部分用相應化肥補充,全部用作底肥。化肥-有機肥配施按照有機氮∶無機氮=5∶5的比例施用,在扣除有機肥中的磷、鉀養分后,不足部分用過磷酸鈣和氯化鉀補足。石灰石粉用量為4500 kg/hm2。結構改良劑聚丙烯酰胺(PAM)的施用量為200 kg/hm2。大豆于5月播種,播種密度為12穴/m2,每穴播2粒種子;于8月中旬收獲,每小區測定大豆的經濟產量和生物產量(干物質重)。

1.3 分析方法

在試驗結束時采樣分析耕層土壤的性質,用常規方法對土樣進行預處理。土壤pH值以及有機碳、全氮、全磷、交換性酸、CEC、有效磷、堿解氮、速效鉀含量采用常規方法分析[25];土壤有效硅含量用乙酸緩沖液浸提-硅鉬藍比色法測定;土壤有效鈣和有效鎂含量用乙酸銨提取-原子吸收法測定;土壤有效銅、鋅、鐵、錳含量用DTPA提取-原子吸收法測定;土壤有效鉬含量用草酸-草酸銨提取-極譜法測定。土壤容重和飽和持水量采用環刀法測定。土壤水穩性團聚體含量的測定采用濕篩法。土壤飽和導水率依據森林土壤滲透性測定方法(LY/T 1218─1999)測定。采用Microsoft Excel 2003對所有試驗數據進行處理；統計分析采用軟件SPSS 12.0完成；采用LSD法進行差異多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同處理對大豆產量和性狀的影響

表2是不同施肥和土壤調理劑處理下大豆的產量和農藝性狀的結果。從中可知,與對照相比,施肥或調理劑處理后大豆產量均有不同程度的提高。大豆產量以石灰石粉+化肥-有機肥配施+結構改良劑處理為最高,比對照增加了94.63%;其次為石灰石粉+化肥-有機肥配施處理,產量比對照增加了73.52%;單施化肥、單施有機肥、單施石灰石粉、化肥-有機肥配施、石灰石粉+化肥、石灰石粉+單施有機肥處理分別比對照增產28.18%、17.17%、23.85%、47.71%、59.11%和55.57%。施用化肥的增產效果好于施用有機肥;施用石灰石粉的增產效果與施用化肥的效果接近;化肥-有機肥配施的增產效果好于單獨施用化肥或有機肥的效果。在施用石灰石粉及肥料的基礎上,加施結構改良劑也具有一定的增產效果。

表2 不同改良處理對大豆產量和農藝性狀的影響

施肥或調理劑處理后大豆的農藝性狀也有明顯的改善；除對飽莢率影響較小外,施肥或調理劑處理對大豆的其他農藝性狀均有明顯的改善作用。其中,石灰石粉+化肥-有機肥配施處理后株高、單株莢數、百粒重分別比對照增加了59.50%、75.38%和21.54%,石灰石粉+化肥-有機肥配施+結構改良劑處理后株高、單株莢數、百粒重分別比對照增加了64.88%、87.87%和20.84%。

2.2 不同處理對土壤物理性狀的影響

由表3可知：單施化肥對土壤物理性狀無改善作用,且與對照相比，土壤中>0.25 mm水穩定性團聚體的含量、飽和導水率和飽和持水量有輕微下降趨勢；單施有機肥明顯降低了土壤的容重,增加了土壤中>0.25 mm水穩定性團聚體的含量和飽和導水率,輕微增加了飽和持水量,與對照比較,土壤容重降低了4.41%,土壤中>0.25 mm水穩定性團聚體的含量、飽和導水率和飽和持水量分別增加了12.53%、5.26%和2.01%；施用石灰石粉對土壤容重和飽和持水量的影響較小,但可輕微增加>0.25 mm水穩定性團聚體的含量和飽和導水率,分別比對照增加了8.53%和2.24%；化肥-有機肥配施對土壤物理性狀的改善作用略低于單施有機肥的作用,但明顯高于單施化肥的作用，而石灰石粉+單施有機肥或石灰石粉+化肥-有機肥配施對土壤物理性狀的改善作用高于單施有機肥的作用；石灰石粉+化肥-有機肥配施+結構改良劑處理對改善土壤物理性狀的效果最優,表明結構改良劑的施用對改善土壤物理性狀具有明顯的效果；與對照比較,石灰石粉+化肥-有機肥配施+結構改良劑處理后土壤容重降低了11.03%,土壤中>0.25 mm水穩定性團聚體的含量、飽和導水率和飽和持水量分別增加了59.76%、14.21%和6.22%；與石灰石粉+化肥-有機肥配施處理比較,石灰石粉+化肥-有機肥配施+結構改良劑處理后土壤容重降低了6.20%,土壤中>0.25 mm水穩定性團聚體的含量和飽和導水率分別增加了35.18%和6.69%,但兩者的飽和持水量接近。

表3 不同改良處理對土壤物理性狀的影響

2.3 不同處理對土壤酸堿性和保肥性的影響

從表4可以看出：單施化肥輕微降低了土壤的pH值,輕微增加了土壤的交換性酸含量,但對土壤CEC和有機碳含量的影響不明顯；單施有機肥和化肥-有機肥配施輕微增加了土壤的pH值和CEC含量,輕微降低了土壤的交換性酸含量,明顯增加了土壤有機碳的積累,其中,有機碳含量分別比對照增加了58.91%和41.46%；所有施石灰石粉處理的土壤pH值均明顯增加(增加了1.29～1.37),土壤交換性酸含量均顯著下降(下降了3.96～4.04 cmol/kg);同時,石灰石粉的施用對土壤CEC含量也有一定的提升效果,增幅為0.20～0.54 cmol/kg。從單施有機肥與石灰石粉+單施有機肥，以及化肥-有機肥配施與石灰石粉+化肥-有機肥配施結果的對比可知,石灰石粉的施用可促進土壤有機碳含量的下降;從石灰石粉+化肥-有機肥配施+結構改良劑與石灰石粉+化肥-有機肥配施的比較可知,結構改良劑的施用輕微增加了土壤的CEC和土壤有機碳的積累。

表4 不同改良處理對土壤酸堿度和保肥性的影響

2.4 不同處理對土壤肥力狀況的影響

從表5處理之間的兩兩比較可知,無論是施用化肥還是有機肥,均可促進土壤磷素和氮素的積累,且有機肥對土壤有效磷和堿解氮含量的提升作用大于化肥,但化肥對速效鉀含量的提升效果略強于有機肥。單施石灰石粉對提升土壤磷素和氮素以及速效鉀、堿解氮含量的作用不明顯,但可輕微增加有效磷水平。化肥-有機肥配施對土壤養分的平衡作用與單施有機肥處理相近,無明顯的差異。在施肥料的同時施用石灰石粉對土壤磷素積累的影響較小,但可輕微降低氮的積累和速效鉀的水平,輕微提高有效磷和堿解氮的含量。結構改良劑的施用輕微增加了速效鉀和堿解氮水平,但對其他土壤養分含量的影響不明顯。

表5 不同改良處理對土壤養分狀況的影響

從表6石灰石粉+化肥-有機肥配施+結構改良劑與石灰石粉+化肥-有機肥配施處理的結果可知,結構改良劑的施用對土壤有效態中量和微量元素含量的影響不明顯。單施化肥對土壤有效鐵和有效錳含量有輕微的提升作用,但對其他有效態中量和微量元素含量的影響不明顯。單施有機肥和化肥-有機肥配施對多數土壤有效態中量和微量元素含量有一定的提升作用,其中單施有機肥的作用略高于化肥-有機肥配施。石灰石粉的施用顯著增加了土壤有效鈣、有效鎂、有效硅和有效鉬含量,降低了土壤中有效鐵、有效錳和有效鋅含量,輕微增加了土壤有效銅含量。

表6 不同改良處理對土壤中量和微量元素有效態含量的影響

3 小結與討論

新墾紅壤旱地具有肥力低、酸度高等特點,其生產力較低,導致作物產量普遍不高[3-5]。本研究結果表明：化肥、有機肥、調理劑都能改善土壤質量,但它們對不同土壤質量指標具有不一樣的效果；施用石灰的增產效果與施用化肥的效果接近,但高于施用有機肥;單施化肥對土壤物理性狀無改善作用,單施有機肥明顯降低了土壤的容重,增加了土壤中>0.25 mm水穩定性團聚體的含量和飽和導水率；施用石灰明顯增加了土壤pH值,單施有機肥輕微增加了土壤的pH值,但單施化肥輕微降低了土壤的pH值；施用化肥和有機肥均可促進土壤磷素和氮素的積累,且有機肥對有效磷和堿解氮含量的提升作用大于化肥,但化肥對速效鉀含量的提升效果略強于有機肥；單施有機肥和化肥-有機肥配施對土壤多數有效態中量和微量元素含量有一定的提升作用,其中單施有機肥的作用略高于化肥-有機肥配施；與對照相比,對土壤質量和大豆生長效果最佳的處理為石灰石粉+化肥-有機肥配合施用+結構改良劑,其次為石灰石粉+化肥-有機肥配合施用。由于新墾紅壤同時存在多種限制因素,僅僅施用化肥、有機肥、調理劑中的一種難以全面改善其質量,因此應考慮化肥、有機肥和調理劑的搭配施用，這樣可以在改善土壤多項質量指標的同時,促進作物的生長發育,從而獲得較高的產量。