長期不均衡施肥對(duì)水稻土土壤肥力及水稻生物量的影響

李文昭 顏雄 柳葉紅 馮博 趙君

(遵義師范學(xué)院，貴州 遵義 563006)

南方紅壤稻田是我國水稻主產(chǎn)區(qū)之一，但紅壤性水稻土土壤肥力水平總體偏低，中低產(chǎn)田面積依然占較大比例[1]。而合理的肥料施入在提高紅壤稻田生產(chǎn)能力、肥力水平以及作物產(chǎn)量方面被認(rèn)為是一項(xiàng)重要的措施。目前，長期不均衡施肥情況下對(duì)水稻土土壤肥力及水稻生物量的影響研究并不多見。因此，在長期定位試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本研究以江西省進(jìn)賢縣紅壤研究所內(nèi)的紅壤性水稻田為試驗(yàn)地，分析了長期不均衡施肥對(duì)水稻生物量及水稻土土壤肥力的影響研究，探討了水稻土土壤肥力與水稻生物量之間的相關(guān)性，旨在選擇更加合適的施肥方式，為提高耕地質(zhì)量及作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于江西省進(jìn)賢縣紅壤研究所長期定位紅壤性雙季稻田(E116°20′24″，N28°15′30″)。土壤類型為潴育型水稻土，耕作制度為“稻-稻-冬閑”制，試驗(yàn)始于1981年，小區(qū)面積為46.7m2，隨機(jī)區(qū)組排列。耕層土壤初始基本化學(xué)性狀，pH為5.4，有機(jī)質(zhì)16.3g·kg-1，全氮1.49g·kg-1，全磷0.48g·kg-1，全鉀10.4g·kg-1，有效氮144mg·kg-1，有效磷(NaHCO3-P)4.15mg·kg-1，有效鉀(NH4OAc-K)80.52mg·kg-1。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，不施肥(CK)；施氮磷肥(NP)；施氮鉀肥(NK)。3個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，年均施肥量具體詳見表1。

表1 試驗(yàn)地不同施肥處理的年均施肥量

施肥量均為有效成分含量；基肥(有機(jī)肥)一次施入，氮肥(尿素)和鉀肥(氯化鉀)分2次追施，分別施在水稻返青后和分蘗盛期[2]。

1.2 樣品采集

1.2.1 土壤樣品采集

從3個(gè)不同施肥處理的每個(gè)小區(qū)中隨機(jī)采取5點(diǎn)，用土鏟采集耕層0～20cm的土壤樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干過2mm篩后儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 植物樣品采集

從3個(gè)不同施肥處理的每個(gè)小區(qū)中隨機(jī)采取籽粒、秸稈樣品，水稻根茬采取土深20cm的，每個(gè)小區(qū)各個(gè)樣品各采集3份，帶回實(shí)驗(yàn)室在65°C下烘干后，測定水稻各器官生物量。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤基本理化性質(zhì)測定

用電位法測定土壤pH；用H2SO4-K2Cr2O7外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)(SOC)；用凱氏定氮儀定氮法測定土壤全氮(TN)；用NaOH堿融-鉬銻抗比色法測定土壤全磷(TP)；用NaOH堿融-火焰光度計(jì)法測定土壤全鉀(TK)，用堿解擴(kuò)散法對(duì)有效氮進(jìn)行測定；用NaHCO3法對(duì)有效磷進(jìn)行測定；用1mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度計(jì)法對(duì)有效鉀進(jìn)行測定，詳細(xì)步驟參考《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[3]。

1.3.2 水稻生物量的測定

烘干水分后稱重得其生物量，并計(jì)算不同施肥處理總的生物量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻土土壤肥力在長期不均衡施肥下的變化

如表2所示，長期不均衡施肥后試驗(yàn)地的pH在5.07～5.20，較1981年試驗(yàn)開始時(shí)的pH值5.4相比，3個(gè)施肥處理的pH值都有所降低，其中以施用氮肥和磷肥的下降最多，下降了0.33。pH的降低說明長期施肥會(huì)使土壤酸性呈現(xiàn)增強(qiáng)的趨勢，可能是氮肥的長期施入，使其在土壤中轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，而硝酸鹽的淋洗帶走了大量鈣、鎂等堿性離子從而導(dǎo)致土壤的酸化。與CK處理相比，有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、有效氮、有效磷在長期不均衡施肥處理后含量變化范圍分別為20.5～21g·kg-1、2.02～2.06g·kg-1、10.68～10.9g·kg-1、182～189mg·kg-1、7.19～11.95mg·kg-1，較試驗(yàn)前的含量相比均有上升；而全磷為0.44～0.60g·kg-1，較試驗(yàn)前的含量(0.48g·kg-1)相比，NP處理增加，NK處理降低；有效鉀為58.33～82.5mg·kg-1，較試驗(yàn)前的含量(80.52mg·kg-1)相比，NP處理降低，NK處理增加。CK處理和NK處理的全鉀含量存在極顯著性差異，NK處理則極顯著低于CK處理，降低了0.41g·kg-1。廖育林[4]等研究認(rèn)為，長期施鉀肥導(dǎo)致土壤固鉀能力降低，鉀肥不易被吸附固定，從而不能及時(shí)被作物吸收利用，因此則極易被淋失。CK處理和NP處理的有效磷含量存在極顯著性差異，NP處理則極顯著高于CK處理，提高了6.4mg·kg-1，說明氮磷肥的施入能極顯著提高土壤有效磷含量，這是因?yàn)榱追实氖┤胍欢ǔ潭壬霞铀倭送寥懒姿氐睦鄯e，且磷肥的后效性強(qiáng)，磷在土壤中移動(dòng)性不強(qiáng)，溶解性又很小，不易隨水流失[5]。

表2 長期不均衡施肥處理水稻土土壤養(yǎng)分含量的變化

2.2 水稻生物量在長期不均衡施肥下的變化

如表3所示，長期不均衡施肥處理的籽粒生物量占水稻總生物量的50%以上，而秸稈的生物量為30.9%～33.3%，根茬的生物量只有12.5%～12.9%，這說明籽粒在水稻各器官生物量中占重要位置。與對(duì)照處理的籽粒生物量相比，氮肥加磷肥處理增產(chǎn)了1.6%，而氮肥加鉀肥處理減產(chǎn)了11.7%。由此可知，磷肥對(duì)水稻籽粒產(chǎn)量方面有促進(jìn)作用，缺磷對(duì)水稻產(chǎn)量有影響，缺鉀對(duì)水稻產(chǎn)量影響不大。與CK處理相比，NK處理的秸稈、根茬的生物量和總生物量分別降低了3.7%、5.8%和8.5%，NP處理則分別增加了15.1%、10.4%和6.9%，說明磷肥在提升秸稈和根茬的生物量方面也有重要作用。這是因?yàn)榱自谒旧a(chǎn)中起重要作用，如促進(jìn)水稻根系生長發(fā)育、增加分蘗、增加作物抗逆能力，促進(jìn)糧食產(chǎn)量的提高等[6]。

表3 長期不均衡施肥處理水稻生物量的變化

3個(gè)處理間總生物量及水稻各器官的生物量均無顯著差異性，說明僅有2種化肥配施導(dǎo)致作物生長發(fā)育所必需的肥料3要素缺乏，養(yǎng)分不平衡供應(yīng)，使稻田土壤微生物多樣性及微生物生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重影響從而制約了作物的生長[7]。

2.3 水稻土土壤肥力變化與水稻生物量的相關(guān)性

由表4可知，水稻各器官的生物量與pH呈負(fù)相關(guān)趨勢。有效磷養(yǎng)分含量與水稻根茬生物量之間存在顯著的正相關(guān)性(p<0.05)，有效磷與根茬的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.68，表明有效磷有助于水稻根茬生物量的增加。這與呂真真[6]等研究結(jié)果一致，認(rèn)為磷能促進(jìn)水稻的根系生長發(fā)育，增加作物抗逆能力，進(jìn)一步促進(jìn)糧食產(chǎn)量的提高。

表4 水稻生物量與土壤性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論

長期不均衡施肥導(dǎo)致土壤酸性呈增強(qiáng)趨勢，且使土壤耕層養(yǎng)分含量提升不明顯甚至出現(xiàn)下降的趨勢。氮磷肥的施入極顯著提高了土壤有效磷含量，而氮鉀肥的施入?yún)s極顯著降低了土壤全鉀含量，因此均衡施肥或有機(jī)無機(jī)配施將是補(bǔ)充土壤養(yǎng)分庫的重要措施。

長期不均衡施肥對(duì)水稻各器官的生物產(chǎn)量影響不大，各施肥處理的水稻總生物量順序?yàn)镹P>CK>NK。

長期不均衡施肥情況下，水稻土土壤肥力與水稻生物量之間無明顯相關(guān)性，其中，僅土壤有效磷養(yǎng)分含量與水稻根茬生物量之間存在顯著的正相關(guān)性。因此，建議要均衡施肥及有機(jī)無機(jī)配施。