施肥模式對(duì)下遼河平原潮稻田土壤速效養(yǎng)分供應(yīng)能力的影響

1土壤養(yǎng)分資源近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)不同施肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分和作物生長(zhǎng)的影響進(jìn)行了大量研究。許多研究表明,不同的養(yǎng)分輸入對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的影響也不相同,施用或配施有機(jī)肥,可有效改善土壤氮、磷、鉀等養(yǎng)分狀況,這是因?yàn)橛袡C(jī)肥除了本身含有一定的養(yǎng)分,還帶入了相當(dāng)數(shù)量的微生物,提高了土壤中微生物的數(shù)量和活性,活化土壤中的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素(Rao,etal.,1976;Verma,etal.,1992),促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的分解,擴(kuò)大了土壤速效養(yǎng)分庫(kù),提高了養(yǎng)分循環(huán)通量,有利于土壤養(yǎng)分的積累,從而提高土壤肥力和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力。楊長(zhǎng)明等(2004)研究表明,有機(jī)無(wú)機(jī)配施有助于養(yǎng)分的吸收,并且還促進(jìn)水稻植株養(yǎng)分向籽實(shí)中轉(zhuǎn)移和分配。但過(guò)去的研究多側(cè)重于不同施肥方式對(duì)土壤農(nóng)化性狀、土壤肥力、養(yǎng)分平衡及作物產(chǎn)量影響等(劉杏蘭等,1996;周衛(wèi)軍等,2002),而關(guān)于稻田土壤養(yǎng)分的供應(yīng)能力及水稻養(yǎng)分分配的研究還不多(王建國(guó)和劉鴻翔,1997;王定勇等,2004)。本研究模擬下遼河平原廣泛使用的農(nóng)業(yè)施肥制度,通過(guò)田間試驗(yàn),主要探討不同的農(nóng)業(yè)施肥制度對(duì)稻田土壤速效養(yǎng)分供應(yīng)狀況和養(yǎng)分在水稻中的分配,為優(yōu)化稻田的養(yǎng)分管理,合理改善施肥措施,促進(jìn)農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。2研究領(lǐng)域和方法2.1夏季平均氣溫本試驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)生態(tài)試驗(yàn)站進(jìn)行,該站處于下遼河平原中部偏東(41°31′N,122°23′E),屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候,四季分明,雨熱同季,夏天炎熱,冬天寒冷。年平均溫度7℃～8℃,夏季平均氣溫24℃,最高溫度39.3℃,最低溫度-33.1℃?！?0℃活動(dòng)積溫是3300℃～3400℃,太陽(yáng)總輻射量為5409～5599kJ·cm-2,年降雨量平均600～700mm,年蒸發(fā)量1480～1756mm,干燥度0.9,無(wú)霜期為147～164d。供試土壤為潮棕壤起源的潛育性水稻土,pH為6.7,有機(jī)質(zhì)含量為19.6g·kg-1,全氮含量為0.92g·kg-1,全磷含量為0.43g·kg-1,全鉀含量為17.11g·kg-1,速效磷含量18.55mg·kg-1,速效鉀含量為92.00mg·kg-1。2.2學(xué)習(xí)方法2.2.1試驗(yàn)型肥料及其用量試驗(yàn)于2002—2004年完成。設(shè)7個(gè)處理,各處理如下:Ⅰ.不施肥(CK);Ⅱ.化肥NP,施用150kgN·hm-2,14kgP·hm-2;Ⅲ.化肥PK,P肥用量同Ⅱ,K肥用量為35kgK·hm-2;Ⅳ.化肥NK,N肥用量同Ⅱ,K肥用量同Ⅲ;Ⅴ.化肥NPK,N、P用量同Ⅱ,K肥用量同Ⅲ;Ⅵ.有機(jī)肥OM,有機(jī)肥的氮量與化肥氮量相同,3年平均為45720kg·hm-2(鮮質(zhì)量);Ⅶ.1/2化肥NPK+1/2有機(jī)肥OM,NPK用量同Ⅴ,有機(jī)肥用量為Ⅵ的1/2。肥料分別為尿素、三料磷肥和氯化鉀。試驗(yàn)3次重復(fù)。小區(qū)隨機(jī)排列,小區(qū)面積為45m2,水稻栽植密度為30cm×16.5cm。2.2.2測(cè)定項(xiàng)目和方法水稻為春天插秧,秋季收獲,收獲前按常規(guī)要求考種,收獲時(shí)分小區(qū)單收、單曬和單稱計(jì)算產(chǎn)量。植物樣品的吸磷量即全磷以磷元素占烘干樣的g·kg-1表示。全磷的分析方法采用HClO4-H2SO4聯(lián)合消解,鉬銻抗比色法(島津2401-紫外可見(jiàn)分光光度計(jì))。全鉀的分析方法采用三酸(HNO3-H2SO4-HClO4)消解,火焰光度法(6400-火焰分光光度計(jì))。土壤有機(jī)碳、全氮用元素分析儀測(cè)定(ElementarVerioⅢ),速效氮(銨態(tài)氮和硝態(tài)氮)用氯化鉀浸提-蒸餾法測(cè)定。堿解氮用吸收法測(cè)定。土壤pH值采用pH計(jì)測(cè)定(土:水=1:2.5)。土壤全磷的測(cè)定采用碳酸鈉熔融-鉬銻抗比色法(馬福爐,920℃),速效磷的測(cè)定采用0.5mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法(Oslen-P法)。全鉀用氫氧化鈉堿融-火焰光度法(馬福爐,720℃),速效鉀用乙酸銨提取-火焰光度法(鮑士旦,2000;魯如坤,2000)。土壤容重用環(huán)刀法。3結(jié)果與分析3.1影響土壤表面的有效養(yǎng)分3.1.1肥料和有機(jī)無(wú)機(jī)相結(jié)合的施肥制度水稻收獲后各施肥處理土壤堿解氮的含量如圖1所示,從圖1可知,各處理0～20cm堿解氮的含量均高于20～40cm的含量,這是因?yàn)槭┓手饕饔糜谕寥辣韺拥脑?0～20cm堿解氮在不同處理間的變異<20～40cm層次上的變異(其變異系數(shù)分別為:5.82%和8.49%)。水稻收獲后表層土壤堿解氮為80mg·kg-1,亞表層土壤堿解氮為73mg·kg-1,其中表層土壤NPK處理(Ⅴ)的堿解氮含量最高,其次是施用有機(jī)肥和有機(jī)無(wú)機(jī)相結(jié)合的施肥制度,最差的是PK處理(Ⅲ),說(shuō)明養(yǎng)分配施的越均衡,土壤的供氮力越強(qiáng)。另外,試驗(yàn)還表明,盡管對(duì)照處理也不施氮肥,但由于產(chǎn)量有限,土壤堿解氮的含量仍略高于處理Ⅲ。該試驗(yàn)同時(shí)也證明,有機(jī)無(wú)機(jī)配施有利于提高土壤堿解氮的水平,提高土壤的供氮能力。圖2為不同施肥處理試驗(yàn)開(kāi)始前后土壤堿解氮的變化,從圖2可以看出,無(wú)論是表層土壤,還是亞表層土壤,在試驗(yàn)結(jié)束后土壤堿解氮均有明顯下降(P<0.05),表層土壤平均下降了13.5mg·kg-1,下降最多的是PK處理,下降了22.4mg·kg-1,最小的是有機(jī)無(wú)機(jī)相結(jié)合處理,僅下降了3.3mg·kg-1;亞表層土壤堿解氮平均下降了11.1mg·kg-1,下降幅度最大的也是PK處理,下降幅度最小的還是有機(jī)物機(jī)相結(jié)合處理。另外,從變化幅度而言,表層土壤的變異程度(變異系數(shù)為50.2%)比亞表層土壤大(變異系數(shù)為47.2%),說(shuō)明土壤堿解氮的變化主要體現(xiàn)在表層。圖3是不同處理水稻收獲后土壤0～60cm土層內(nèi)無(wú)機(jī)氮儲(chǔ)量(銨態(tài)氮和硝態(tài)氮總和),由圖3可以看出,不同處理之間0～60cm土層無(wú)機(jī)氮儲(chǔ)量明顯不同(P<0.05),平均無(wú)機(jī)氮的儲(chǔ)量為13.4kg·hm-2,不施氮肥的2個(gè)處理無(wú)機(jī)氮儲(chǔ)量相對(duì)較低,不足12kg·hm-2,施氮肥處理均高于13kg·hm-2,其中最高的是有機(jī)肥處理(15kg·hm-2),其次是有機(jī)無(wú)機(jī)相結(jié)合處理(14kg·hm-2),這個(gè)結(jié)論與王凱榮等(2004)的結(jié)論相一致。3.1.2各立地條件下各施肥處理對(duì)加快失效磷的影響在水稻收獲后,不同處理不同耕層土壤速效磷的含量如圖4所示,由于施用的肥料主要積聚在土壤上層,因此各處理0～20cm土壤速效磷含量要高于20～40和40～60cm。不同處理土壤速效磷在不同層次上的變異系數(shù)隨層次加深而減小,0～20、20～40和40～60cm速效磷的變異系數(shù)分別為39.3%、29%和26%。這種較大的變異說(shuō)明了速效磷受施肥處理的影響較大。同樣可以看出,施磷處理土壤速效磷水平要高于不施磷土壤,在施磷土壤中,對(duì)于0～20cm,1/2(OM+NPK)和OM處理土壤的速效磷水平最高,達(dá)到28.26和27.25mg·kg-1,其次是NP、PK和NPK處理,分別為17.03、17.67和16.52mg·kg-1,這3個(gè)處理土壤速效磷水平顯著低于上述2個(gè)處理(P<0.05),最低的是對(duì)照和NK處理,分別為9.91和11.27mg·kg-1。對(duì)于20～40和40～60cm土層,其變化趨勢(shì)與表層基本相似,只是不同處理之間的差異較小。通過(guò)此項(xiàng)研究,表明土壤速效磷水平隨土層加深而減少,表層土壤速效磷要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于底層。另外,通過(guò)此試驗(yàn),再一次證明有機(jī)無(wú)機(jī)相結(jié)合的施肥制度有利于提高土壤速效磷的水平。3.1.3施肥處理對(duì)因施量的影響相對(duì)于速效氮和速效磷而言,對(duì)于土壤速效鉀的含量,在各施肥處理間表現(xiàn)的則比較穩(wěn)定(圖5),2個(gè)層次上的速效鉀含量變異均不大(其變異系數(shù)分別為6.19%和2.45%),說(shuō)明土壤中速效鉀庫(kù)比較穩(wěn)定,受施肥處理不同的影響較小(熊明彪等,2004)。表層土壤速效鉀含量為77mg·kg-1,亞表層土壤速效鉀含量為74mg·kg-1,二者差異不顯著(P>0.5)。同樣,隨養(yǎng)分配施程度的提高,土壤表層(0～20cm)速效鉀的含量也逐漸升高,表明了養(yǎng)分配施愈合理,土壤表層速效鉀的供應(yīng)能力愈強(qiáng)。各施肥處理中,0～20cm層次上的速效鉀含量以1/2(OM+NPK)處理Ⅶ的最高,從而也說(shuō)明了有機(jī)無(wú)機(jī)相結(jié)合有利于提高土壤速效鉀的供應(yīng)能力。同理,0～20cm層次上的速效鉀含量在養(yǎng)分配施比較全的幾個(gè)處理上均較高,其原因同速效磷的情況類似。3.2水稻預(yù)處理中各部位的變異情況主要表現(xiàn)為不同施肥處理水稻收獲后養(yǎng)分在各部位的分配如表1所示。其中,氮在籽實(shí)中分配的量最大,平均75.80kg·hm-2,在根中分配的量最小,平均23.0kg·hm-2。氮在水稻各部位分配的百分?jǐn)?shù)比見(jiàn)圖6所示,圖4可知,氮的分配主要集中在籽實(shí)中,其在籽實(shí)中占的比例平均為53.6%,不同處理之間變異較小,變異系數(shù)僅為2.1%,秸稈中分配的比例為31.3%,不同處理之間的變異系數(shù)為7.6%,根中分配的比例較小,平均占15.5%,但各處理之間的變異較大,變異系數(shù)為21.84%。從表1可看出,磷在水稻各部位的分配中也是以籽實(shí)中的量最高,平均16.11kg·hm-2,在秸稈和根中分配的量相當(dāng)(根中的比例略高于秸稈),分別為7.43和8.35kg·hm-2。磷在水稻各部位分配見(jiàn)圖7,由圖7可知,磷的分配主要集中在籽實(shí)中,籽實(shí)中所占的比例最大,平均占50.69%,各處理之間的變異系數(shù)較小,為3.07%;秸稈和根中分配的比例相當(dāng),分別占22.56%和26.76%,但各處理之間的變異較大(變異系數(shù)分別為20.47%和17.28%)。由表1可知,鉀在水稻各部位的分配中以秸稈中的量最高,平均39.13kg·hm-2,在根中分配的量最低,平均6.27kg·hm-2。鉀在水稻各部位的分配見(jiàn)圖8,從圖8可以看出,鉀的分配主要集中在秸稈中,其所占的比例也最大,平均占62.94%,不同處理之間變異系數(shù)較小,為3.08%;根中分配的比例較小,平均占10.29%,但各處理之間的變異卻較大(變異系數(shù)為25.23%);籽實(shí)中的分配居于二者之間,不同處理之間的變異系數(shù)為13.5%。由此可知,秸稈是很好的鉀肥資源,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中采用秸稈回田代替秸稈焚燒的措施,保障了大部分鉀素的循環(huán)再利用,既緩解鉀肥資源的不足(胡紅青等,2004),也有利于維持土壤鉀庫(kù)庫(kù)容,減少鉀素的損失,同時(shí)也節(jié)省了大量的鉀肥再投入,降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本,也減輕了秸稈焚燒帶來(lái)的環(huán)境污染,有利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。3.3對(duì)土壤中氮、鉀、氮的吸收對(duì)于糧食作物而言,經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量即是籽實(shí)產(chǎn)量,單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的養(yǎng)分收獲量是估算農(nóng)田養(yǎng)分移出量的一項(xiàng)極重要的參數(shù),通常以形成100或1000kg風(fēng)干產(chǎn)品的收獲養(yǎng)分量表示。本研究中的作物籽實(shí)產(chǎn)量以烘干產(chǎn)量表示,產(chǎn)品中養(yǎng)分含量則以實(shí)際收獲的養(yǎng)分量表示,不包括根茬、根和凋落葉片中的養(yǎng)分在內(nèi)。由表2可以看出,每形成1000kg水稻籽實(shí)吸收的氮量為11kg,在不同處理之間變化不大,變異系數(shù)僅為3.46%,明顯不受施肥方式和施肥量的影響;每1000kg籽實(shí)收獲磷量為2.5kg,不同處理之間的變異雖然大于氮素收獲量,但其變異系數(shù)也僅為5.24%;每1000kg籽實(shí)收獲鉀量為2.5kg,不同處理之間的變異相對(duì)增加,但變異系數(shù)也<10%,這一結(jié)論與肖玉等(2005)的研究一致。由此可知,每形成單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量時(shí),水稻收獲的氮磷鉀量基本固定,不隨施肥方式和施肥量的改變而改變,而一般情況下,吸氮量的55%集中在籽實(shí),吸磷量的50%集中在籽實(shí),吸鉀量的65%集中在秸稈中。在做區(qū)域養(yǎng)分資源管理時(shí),通過(guò)此種方式,就可以知道有多少養(yǎng)分隨商品的輸出而流失,有多少養(yǎng)分可以在本地的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中參與循環(huán),為制定優(yōu)化養(yǎng)分管理策略,建立可持續(xù)的土壤肥力管理制度奠定了基礎(chǔ)和技術(shù)上的支撐(沈善敏,1984)。4各養(yǎng)分分配方式的探討在土壤的速效養(yǎng)分供應(yīng)中,各處理的速效養(yǎng)分在0～20cm的含量均高于20～40cm的含量,其變異也大于20～40cm的變異(速效氮除外)。隨養(yǎng)分配施程度的增加,土壤表層的速效養(yǎng)分含量也基本增加,表明養(yǎng)分配施愈合理,土壤速效養(yǎng)分的供應(yīng)能力愈強(qiáng),有機(jī)無(wú)機(jī)相結(jié)合的施肥制度有利于提高土壤速效養(yǎng)分的供應(yīng)能力。水稻各部位的養(yǎng)分分配中,氮和磷的分配主要集中在籽實(shí)中,鉀的分配則主要集中在秸稈中。氮、磷在籽實(shí)的分配比例中,不同處