土壤改良劑對(duì)冬水田水稻生長(zhǎng)的影響

冬水田是川東南稻田常見(jiàn)的低產(chǎn)水水稻田。冬水田土壤障礙因子較多,因長(zhǎng)期淹水,土壤結(jié)構(gòu)分散、營(yíng)養(yǎng)元素有效性低、毒性還原性物質(zhì)多等是主要問(wèn)題,形成“冷、酸、爛、毒”的低產(chǎn)田。針對(duì)這些問(wèn)題,一般在有灌溉水源保障的地方,冬水田已通過(guò)開(kāi)溝排水、水旱輪作等技術(shù)進(jìn)行了改造,解決了原來(lái)土壤中存在的問(wèn)題;而在無(wú)灌溉水源保障的地方,無(wú)法實(shí)施水旱輪作和工程排水改造措施,冷泥田依然需要終年淹水,其障礙因子消除技術(shù)有待突破。因此,研究探討冷泥田改良技術(shù),對(duì)提高水稻產(chǎn)量具有重要意義和實(shí)用價(jià)值。近年來(lái),土壤改良劑已在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。通常,土壤改良劑有利于改善土壤理化性狀和土壤養(yǎng)分狀況,加強(qiáng)土壤微生物活動(dòng),改善作物生長(zhǎng)環(huán)境,促進(jìn)作物生長(zhǎng),提高作物產(chǎn)量。郭和蓉等利用營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑提高土壤的pH值,降低了土壤中交換性H+和Al3+含量,對(duì)酸性土壤具有明顯的改良作用。楊軍等研究表明,咸灌土壤施用改良劑后可降低土壤容重,增大滲透系數(shù)和毛管孔隙度,降低土壤pH值和全鹽含量,增加土壤有效養(yǎng)分含量,提高小麥產(chǎn)量。董穩(wěn)軍等運(yùn)用生物活性炭和脫硫灰改良劑對(duì)廣東地區(qū)冷浸田改良,可提高水稻根系傷流強(qiáng)度,有效減緩根系衰退速度,有助于水稻產(chǎn)量的提升。國(guó)外對(duì)土壤改良劑的研究主要集中在聚丙烯酰胺(PMA)人工合成改良劑上。相關(guān)研究表明,PAM可起到改善土壤物理性狀的作用,增加大團(tuán)聚體和水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量,降低土壤容重,使土壤顆粒和孔隙結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定,提高土壤持液能力。鑒于土壤改良劑的廣泛應(yīng)用和效果,本研究在保持冬水田現(xiàn)有耕作方式的基礎(chǔ)上,擬用有機(jī)肥、泥炭、硅肥、石灰、硅鈣肥、鋅肥等作為土壤改良劑,研究不同改良劑對(duì)冬水田水稻生長(zhǎng)、養(yǎng)分吸收和土壤性質(zhì)的影響,提出冬水田合理的改良方案,為改良和培肥冬水田土壤,提高低產(chǎn)水稻土產(chǎn)量提供科學(xué)依據(jù)。1試驗(yàn)田的基本情況試驗(yàn)在四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻高粱研究所瀘州基地進(jìn)行,于2011年3月開(kāi)始,2012年8月結(jié)束,共進(jìn)行了兩年兩季定位改良研究。試驗(yàn)所在地年均溫度18.5℃左右,≥10℃的活動(dòng)積溫6000℃左右,年日照時(shí)數(shù)1200~1400h,年降水量1000~1200mm。試驗(yàn)田為深腳爛泥田,土壤為暗紫泥,稻田土壤質(zhì)地均勻,粘壤土,肥力中等,土壤基本性質(zhì)為:pH值5.3,有機(jī)質(zhì)33.3g/kg,全氮1.8g/kg,堿解氮158.3mg/kg,全鉀(K)21.3g/kg,速效鉀(K)100.3mg/kg,全磷(P)0.6g/kg,有效磷(P)7.5mg/kg)。試驗(yàn)處理以外的栽培管理同大田生產(chǎn)。1.1肥料及其用量試驗(yàn)設(shè)7個(gè)處理(表1),分別為CK(無(wú)肥對(duì)照)、全量化肥(NPK)、NPK+雞糞、NPK+硅肥、NPK+石灰、NPK+硅鈣肥,NPK+鋅肥。各處理3次重復(fù)。全量化肥處理氮肥為尿素,用量N150kg/hm2;磷肥為磷酸一銨,用量為P2O575kg/hm2;鉀肥為氯化鉀,用量為K2O90kg/hm2。改良劑:雞糞(干重)為養(yǎng)殖場(chǎng)發(fā)酵處理后的產(chǎn)品,用量為4500kg/hm2,其養(yǎng)分含量為:全氮0.99%,全磷(P2O5)0.35%,全鉀(K2O)0.95%;硅肥為偏硅酸鈉,用量為225kg/hm2;石灰為熟石灰,用量為750kg/hm2;硅鈣肥為商品硅鈣肥,用量為750kg/hm2;鋅肥為硫酸鋅,用量為15kg/hm2。N肥按60∶40∶0(底肥∶分蘗肥∶粒肥)施入,其它肥料作底肥一次施入。供試水稻品種為川香優(yōu)9838,栽秧規(guī)格20cm×26.7cm。1.2還原性物質(zhì)測(cè)定定期調(diào)查水稻基本苗、分蘗動(dòng)態(tài)、有效穗、產(chǎn)量等指標(biāo),收獲后每小區(qū)取3株植株樣考察千粒重、籽粒重、秸稈重、穗長(zhǎng)、株高等性狀,并測(cè)定植株全量氮、磷、鉀指標(biāo);收獲后每小區(qū)按梅花五點(diǎn)取樣法,取稻田0~25cm耕作層混合土樣1kg,測(cè)定土壤還原性物質(zhì)總量。測(cè)試方法:植株全氮用凱氏定氮法,植株全磷用釩鉬黃比色法,植株全鉀用火焰光度法,土壤還原性物質(zhì)總量用硫酸鋁浸提-重鉻酸鉀氧化法。1.3數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)以上考察性狀和測(cè)試指標(biāo)進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和方差分析。所有計(jì)算由DPS7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和MicrosoftExcel2007操作系統(tǒng)完成。植株氮、磷、鉀吸收量(kg/hm2)=收獲期單位面積地上部干物重(kg/hm2)×植株含氮、磷、鉀量(%)2結(jié)果與分析2.1對(duì)冬稻田的改良劑應(yīng)用效果分析2011年試驗(yàn)結(jié)果表明(表2),施用改良劑處理水稻產(chǎn)量均高于CK,其增產(chǎn)幅度為6.1%~11.3%。在幾種改良劑中以雞糞和硅鈣肥兩種改良劑的增產(chǎn)效果最大,增產(chǎn)率都超過(guò)10%以上。硅肥的增產(chǎn)效果與全化肥處理相近,而石灰和鋅肥的增產(chǎn)效果最差,但均有5%以上的增產(chǎn)。因此,從2011年數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)看,對(duì)于冬水田可以通過(guò)施用雞糞、硅鈣肥和硅肥這3種改良劑來(lái)提高水稻產(chǎn)量。2012年試驗(yàn)結(jié)果表明(表2),不同改良劑處理的水稻產(chǎn)量均大于CK,增產(chǎn)幅度為3.4%~13.8%。其中,以石灰和硅鈣肥作改良劑處理的水稻增產(chǎn)最多,與全化肥處理相比分別增產(chǎn)8.4%和7.7%。雞糞處理也比全化肥處理增產(chǎn)4.3%。硅肥和鋅肥作改良劑的效果不明顯。因此,從2012年數(shù)據(jù)來(lái)看,對(duì)于冬水田可以通過(guò)施用石灰、硅鈣肥和雞糞這3種改良劑來(lái)提高水稻產(chǎn)量。從兩年數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)看,硅鈣肥和雞糞這兩種改良劑應(yīng)用于冬水田改良,有比較明顯的增產(chǎn)效果。這一結(jié)果與某些報(bào)道接近。本試驗(yàn)施用石灰,其目的主要在于調(diào)節(jié)土壤pH值,以降低毒性還原物質(zhì)對(duì)水稻的影響,但近30年來(lái),關(guān)于水稻田施石灰的研究結(jié)果表明,一般無(wú)顯著的增產(chǎn)或減產(chǎn)作用,少數(shù)有明顯增產(chǎn),有些則顯著減產(chǎn)。因此,本試驗(yàn)石灰處理的兩年效果截然不同,可能與兩年的極端氣候有關(guān),第一年插秧后遇上高溫,接著就是水稻生長(zhǎng)中后期的嚴(yán)重干旱。在高溫和干旱條件下使用石灰一般會(huì)影響作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量,因而第二年產(chǎn)生了相反的情況。石灰在冬水田的效果還將進(jìn)一步研究驗(yàn)證。2011年產(chǎn)量性狀表明(表3),不同改良劑處理的水稻株高、有效穗數(shù)均高于對(duì)照,表明施用改良劑可以增強(qiáng)水稻植株長(zhǎng)勢(shì),改善水稻的產(chǎn)量性狀。從有效穗來(lái)看,硅肥處理的有效穗數(shù)量最多,達(dá)235.2萬(wàn)穗/hm2,其次是全化肥和雞糞處理。水稻的千粒重變化幅度相對(duì)較小,除了硅肥處理的千粒重較低外,其余處理的千粒重相近。在株高比較上,雞糞處理高于其他處理,其他處理差異不大,說(shuō)明雞糞對(duì)增強(qiáng)植株長(zhǎng)勢(shì)作用明顯。各處理在穗長(zhǎng)上無(wú)明顯差異。不同改良劑處理的實(shí)粒數(shù)也有所差異,硅鈣肥和硅肥處理的實(shí)粒數(shù)相對(duì)較高。2012年產(chǎn)量性狀表明(表3),不同改良劑的水稻株高、穗長(zhǎng)、有效穗數(shù)均高于對(duì)照,表明施用化肥和改良劑可以增強(qiáng)植株長(zhǎng)勢(shì)。就有效穗而言,全化肥處理的有效穗數(shù)量最多,達(dá)296.9萬(wàn)穗/hm2,其次是硅鈣肥和鋅肥處理。在千粒重上,硅鈣肥處理為27.4g,高于其他處理,其次是石灰處理為26.9g,而全化肥處理的千粒重僅為24.9g。在株高比較上,雞糞處理高于其他處理,這與2011年結(jié)果一致。在穗長(zhǎng)上,硅肥處理最長(zhǎng),其余處理無(wú)明顯差異。每穗實(shí)粒數(shù)上,雞糞處理實(shí)粒數(shù)最高,是其增產(chǎn)的原因之一。硅肥處理的千粒重、每穗實(shí)粒數(shù)上低于全化肥處理,是其在水稻增產(chǎn)上表現(xiàn)不佳的主因。從兩年數(shù)據(jù)不難看出,其水稻產(chǎn)量性狀總體表現(xiàn)不同,這主要源于兩年氣候差異較大,2011年川東南稻區(qū)遭遇干旱,而2012年又遇澇災(zāi),這也是兩年水稻產(chǎn)量差異較大的主因。2.2不同處理種氮型分布情況表2由2011年測(cè)試結(jié)果可以看出(表4),不同改良劑下,水稻植株養(yǎng)分含量,各處理間無(wú)明顯差異,但植株養(yǎng)分吸收量有所差異。植株氮吸收量,籽粒部分以雞糞、硅鈣肥和鋅肥處理較高,秸稈部分以硅肥、石灰和雞糞處理較高;植株磷吸收量,籽粒部分以全化肥、硅肥和雞糞處理較高,秸稈部分以硅肥、石灰和鋅肥處理較高;植株鉀吸收量籽粒部分以硅肥、全化肥和硅鈣肥處理較高,秸稈部分以雞糞、石灰和硅鈣肥處理較高。通過(guò)與產(chǎn)量數(shù)據(jù)對(duì)比分析,雞糞、硅鈣肥處理養(yǎng)分供給較其他處理更加穩(wěn)定和持續(xù),其對(duì)產(chǎn)量提升作用明顯。從2012年測(cè)試結(jié)果可以看出(表5),施用從不同改良劑,水稻植株養(yǎng)分吸收量有所差異。植株氮吸收量籽粒部分以石灰、雞糞和硅肥處理較高,秸稈部分以雞糞、硅肥處理較高;植株磷吸收量籽粒部分以雞糞、硅肥和全化肥處理較高,秸稈部分以硅肥、雞糞和石灰處理較高;植株鉀吸收量籽粒部分以石灰、雞糞處理較高,秸稈部分以石灰、雞糞處理較高。通過(guò)與產(chǎn)量數(shù)據(jù)對(duì)比分析,雞糞和石灰能顯著促進(jìn)植株養(yǎng)分吸收,從而進(jìn)一步提高水稻產(chǎn)量。2.3對(duì)土壤還原性物質(zhì)的影響在全化肥基礎(chǔ)上加入各種改良劑對(duì)土壤還原性物質(zhì)總量影響較大(圖1)。石灰、硅鈣肥、鋅肥這3個(gè)處理的土壤還原性物質(zhì)總量小于對(duì)照和全化肥處理,分別較對(duì)照下降4.9%、19.6%和10.9%。其中石灰、硅鈣肥對(duì)土壤pH值影響較大,對(duì)提高土壤pH值有一定作用,從而達(dá)到降低土壤還原性物質(zhì)總量的目的。雞糞和硅肥處理的土壤還原性物質(zhì)總量比全化肥處理略有增加。一些研究認(rèn)為,施硅可提高水稻根系氧化能力,降低土壤還原性物質(zhì)的含量,特別是可溶性的二價(jià)鐵或錳在根表面或根表附近氧化沉積,增加水稻對(duì)氮、磷的吸收,從而提高水稻產(chǎn)量。但本次試驗(yàn)結(jié)果顯示硅肥對(duì)還原性物質(zhì)總量有所增加,尚不清楚原因,有待進(jìn)一步驗(yàn)證硅肥的效果。雞糞作為有機(jī)肥施入冬水田,其還原性物質(zhì)總量有所增加,主要原因是易還原有機(jī)物是影響淹水土壤中還原性物質(zhì)總量的主要因素之一,因?yàn)橐走€原有機(jī)物為電子供體,能加劇還原作用。在長(zhǎng)期淹水條件下,土壤中高含量的有機(jī)物質(zhì)為異養(yǎng)微生物在還原過(guò)程中提供電子,從而加快了Fe和Mn氧化物的還原。因此,盡管雞糞在兩年的試驗(yàn)中有增產(chǎn)作用,但長(zhǎng)期施用有機(jī)肥的累積效應(yīng),可能會(huì)提高冬水田土壤增加有害物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn),其連續(xù)施用的效果還有待進(jìn)一步研究。3對(duì)土壤ph值的影響及改良效果從上述分析結(jié)果來(lái)看,施用雞糞、石灰和硅鈣肥的處理在水稻產(chǎn)量及性狀和養(yǎng)分協(xié)調(diào)性方面表現(xiàn)較好。雞糞由于其本身含有較高的養(yǎng)分,能顯著提高冬水田條件下水稻產(chǎn)量,但其增加了土壤還原性物質(zhì)總量,相關(guān)研究表明,有機(jī)質(zhì)參與鐵錳的氧化還原與絡(luò)合反應(yīng),影響土壤還原性物質(zhì)總量,特別是增加亞鐵濃度,最終結(jié)果表現(xiàn)為有機(jī)質(zhì)與亞鐵大量結(jié)合,進(jìn)入植株體內(nèi)?？傮w來(lái)看,雖然施用雞糞促進(jìn)了水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量增加,但在一定程度上提高了冬水田土壤增加有害物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。石灰施用在2011年試驗(yàn)中的效果不明顯,而在2012年試驗(yàn)中效果較好,這一結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道接近,石灰施用既有增產(chǎn)報(bào)道,也有減產(chǎn)報(bào)道,且石灰施用效果與土壤本身pH值密切相關(guān),同時(shí)石灰的作用也有累積效應(yīng),因此第二年試驗(yàn)中效果顯著。研究證實(shí)石灰的施用在很大程度上提高了土壤pH值,從而提高了土壤氧化還原電位,進(jìn)而降低了土壤還原性物質(zhì)總量,起到了改良作用,但是其改良效果的穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步