引用本文
韩科峰, 陈余平, 胡铁军, 张丰, 周飞, 陈剑秋, 吴良欢. 硅钙钾镁肥对浙江省酸性水稻土壤的改良效果[J]. 浙江农业学报, 2018,30(1): 117-122.
HAN Kefeng, CHEN Yuping, HU Tiejun, ZHANG Feng, ZHOU Fei, CHENG Jianqiu, WU Lianghuan. Effects of silicon, calcium, potassium and magnesium fertilizer on acid paddy soil improvement in Zhejiang Province[J]. ACTA AGRICULTURAE ZHEJIANGENSIS, 2018,30(1): 117-122.
  
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硅钙钾镁肥对浙江省酸性水稻土壤的改良效果
韩科峰1, 陈余平2, 胡铁军2, 张丰2, 周飞2, 陈剑秋3, 吴良欢1,*
1.浙江省农业资源与环境重点实验室,浙江大学 环境与资源学院,浙江 杭州 310058
2.浙江省余姚市农技推广总站,浙江 余姚 315400
3.养分资源高效开发与综合利用国家重点实验室,金正大生态工程集团股份有限公司,山东 临沭 276700
*通信作者,吴良欢,E-mail:lhwu@zju.edu.cn

作者简介:韩科峰(1982—),男,宁波奉化人,硕士,主要从事肥料资源与养分综合管理研究。E-mail:hkf1982@163.com

收稿日期: 2017-06-23
基金资助: 国家科技支撑计划(2011BAD11B02); 浙江省“三农六方”科技协作计划; 国家缓控释肥工程中心项目
摘要

为了明确新型土壤调理剂——硅钙钾镁肥对浙江省酸性水稻土的改良效果,通过连续3 a的田间小区试验,研究硅钙钾镁肥不同用量与化肥配施对水稻产量及土壤养分含量的影响。结果表明,与习惯施肥相比,施用硅钙钾镁肥水稻增产明显,以施用硅钙钾镁肥1 500 kg·hm-2增产效果较好。在土壤改良方面,施用硅钙钾镁肥可以提高土壤pH值,降低土壤交换性氢和交换性铝含量,提高土壤有效硅和盐基离子含量。

关键词: 酸性土壤; 土壤调理剂; 土壤改良; 肥料
中图分类号:S143.7 文献标志码:A 文章编号:1004-1524(2018)01-0117-06 doi: 10.3969/j.issn.1004-1524.2018.01.15
Effects of silicon, calcium, potassium and magnesium fertilizer on acid paddy soil improvement in Zhejiang Province
HAN Kefeng1, CHEN Yuping2, HU Tiejun2, ZHANG Feng2, ZHOU Fei2, CHENG Jianqiu3, WU Lianghuan1,*
1. Zhejiang Provincial Key Laboratory of Agricultural Resources and Environment, College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
2. Agricultural Technology Station of Yuyao City, Yuyao 315400, China
3. State Key Laboratory of Nutrition Resources Integrated Utilization, Kingenta Ecological Engineering Co., Ltd, Linshu 276700, China
Abstract

In order to alleviate the acidification of paddy soil in Zhejiang Province, a three-year field plots experiment was conducted to investigate the effects of silicon, calcium, potassium and magnesium fertilizer on rice yield and soil nutrient contents. The main results showed that application of silicon, calcium, potassium and magnesium fertilizer could increase rice yields, and the optimum application rate was 1 500 kg·hm-2. Meanwhile, this fertilizer also could enhance soil pH value, decrease exchangeable hydrogen and exchangeable aluminum contents, increase available silicon and base cation.

Keyword: acid soil; soil conditioner; soil amendment; fertilizer

土壤质量直接关系到我国农业的可持续发展。由于各种原因, 过去一段时间里, 我国土壤质量退化严重[1, 2], 其中一个重要的原因就是土壤酸化[3]。土壤酸化会提高土壤酸度, 加速土壤养分流失, 抑制作物生长甚至导致作物死亡[4, 5, 6]。据相关资料报道, 我国酸性土壤总面积达2.03× 108 hm2, 约占耕地面积的21%[7]。传统的改良酸性土壤的办法大都施用生石灰, 虽然该方法对提高土壤质量有一定的效果, 但是大量或长期施用石灰不但会引起土壤板结形成石灰板结田, 而且会引起土壤钙、钾、镁元素的平衡失调, 从而导致减产[8, 9, 10]。 此外, 在酸性土壤上施用石灰还可能引起镁与铝水化氧化物的共沉淀, 降低土壤溶液中Mg2+的活度和植物有效性[11]。硅钙钾镁肥是一种含氮、磷、钾、硅、钙、铁、铝、镁的多元素肥料, 水溶液呈碱性, 可显著改良酸性土壤, 同时能平衡植物营养, 防倒伏, 促进开花结实, 增强作物抗旱、抗寒、抗病虫害能力, 提高植物的产量和品质[12, 13]。本研究开展习惯施肥与配施不同用量硅钙钾镁肥的对比试验, 探索硅钙钾镁肥对水稻生长、产量, 以及土壤质量的影响, 以期为改良浙江酸性土壤、提高作物产量品质提供一定的理论依据。

1 材料与方法
1.1 试验材料

试验在浙江省余姚市牟山镇青港村谢友根农户的水稻田进行。单季稻试验自2013年开始, 连续开展3 a。供试土壤为青紫泥, pH值5.5, 有机质含量46.1 g· kg-1, 全氮含量2.8 g· kg-1, 碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为126.7、17.4、67.8 mg· kg-1, 有效硅含量171.1 mg· kg-1, 交换性钙、镁含量分别为7.2、3.0 cmol· kg-1, 交换性氢、铝含量分别为0.14、0.33 cmol· kg-1, 阳离子交换量为17.0 cmol· kg-1, 盐基饱和度为97.24%。

供试肥料:普通复合肥(N-P2O5-K2O, 16%-16%-16%), 尿素(N 46%), 金正大硅钙钾镁肥(CaO 27.21%, MgO 11.64%, K2O 4.69%, P2O5 5.67%, SiO2 28.46%, Fe2O3 3.19%, pH 8.8)。

供试水稻品种为宁88, 栽培方式为移栽。

1.2 试验设计

试验共设6个处理:处理1(CK1), 农民习惯施肥, 基肥施复合肥562.5 kg· hm-2, 2013年和2014年追施尿素260 kg· hm-2, 2015年追施尿素326 kg· hm-2; 处理2(CK2), 农民习惯施肥, 基肥施复合肥281.25 kg· hm-2、尿素98 kg· hm-2, 追肥同CK1; 处理3(T3), 在CK2的基础上, 基肥配施硅钙钾镁肥750 kg· hm-2; 处理4(T4), 在CK2的基础上, 基肥配施硅钙钾镁肥1 125 kg· hm-2; 处理5(T5), 在CK2的基础上, 基肥配施硅钙钾镁肥1 500 kg· hm-2; 处理6(T6), 在CK2的基础上, 基肥配施硅钙钾镁肥1 875 kg· hm-2。由硅钙钾镁肥带入的磷、钾养分不计, 处理2~处理6中N-P2O5-K2O投入总量相同, 2013年和2014年均为210、45、45 kg· hm-2, 2015年为240、45、45 kg· hm-2。处理1与处理2的N投入量相同, P2O5和K2O投入量减半。处理1在2013年和2014年N-P2O5-K2O投入量均为210、90、90 kg· hm-2, 2015年为240、90、90 kg· hm-2。

各处理重复3次, 随机区组排列, 小区面积30 m2。小区之间设田埂, 并覆盖塑料薄膜。2013年:5月28日播种, 6月19日施基肥, 6月21日移栽, 7月8日和9月5日分别等量追肥, 11月1日收获, 分区计实产, 并考种。2014年:5月28日播种, 6月12日施基肥, 6月13日移栽, 6月19日和8月4日分别等量追肥, 11月15日收获, 分区计实产, 并考种。2015年:5月19日播种, 6月17日施基肥, 6月19日移栽, 6月24日和7月31日分别等量追肥, 11月18日收获, 分区计实产, 并考种。

1.3 样品采集与分析

土壤采集及分析。试验地取0~20 cm耕层基础土样, 第4年大田试验结束后各小区分别采集土样。用常规方法测定土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量, 以及pH值。有效硅含量采用柠檬酸浸提— 硅钼蓝比色法测定; 交换性钙、镁含量采用NH4OAc浸提— 原子吸收分光光度法测定; 土样阳离子交换量(CEC)采用1 mol· L-1乙酸铵交换法测定; 交换性酸采用氯化钾-中和滴定法测定; 盐基饱和度(BS)=交换性盐基总量/阳离子交换量× 100%。

植株采集及分析。每小区挑选2丛有代表性的植株, 测茎叶、籽粒产量, 并分析含氮量, 计算各施肥处理水稻植株地上部吸氮量。成熟期, 分小区单打单晒测定实收产量。有效穗:考查每个小区选定的10丛水稻有效穗, 通过计算得出单位面积有效穗数。

1.4 数据处理

应用Excel 2003 和Statistica 5.5统计软件进行数据统计与方差分析。

2 结果与分析
2.1 对酸性土壤的改良效果

2.1.1 土壤pH值

从图1可以看出, 与CK1和CK2相比, 施用硅钙钾镁肥处理的土壤pH值升高0.1~0.4单位, 且处理4~处理6与农民习惯施肥(CK1、CK2)的差异达显著水平(P< 0.05), 处理6的土壤pH值最高, 达到6.0。

图1 各施肥处理对土壤pH的影响Fig.1 Effects of treatments on soil pH value

2.1.2 土壤交换性酸

由表1可见, CK2在CK1的基础上降低磷、钾用量后, 土壤交换性氢与交换性铝的含量明显降低。在CK2的基础上配施不同用量的硅钙钾镁肥(处理3~处理6), 土壤交换性氢、交换性铝含量进一步降低, 且随着硅钙钾镁肥用量增加, 降幅增大。CK1和CK2交换性酸(交换性氢+交换性铝)中以交换性铝为主, 而处理3~处理6的土壤交换性酸中交换性氢占比超过一半, 而且随着硅钙钾镁肥用量的增加, 土壤中交换性氢占交换性酸的比例增加。

表1 不同处理对土壤交换性酸的影响 Table 1 Effects of different treatments on soil exchangeable acid cmol· kg-1

2.1.3 土壤交换性钙镁和盐基饱和度

土壤盐基饱和度是评价土壤肥力的重要指标, 盐基饱和度越高, 说明土壤有效养分含量越好。一般盐基饱和度≥ 80%的土壤为较肥沃的土壤, 50%~80%之间的土壤为中等肥力水平, 而低于50%的土壤肥力较低[14]。如表2所示, 与CK1相比, 其他处理的交换性钙、交换性镁、阳离子交换量、盐基饱和度均有一定幅度的提高。这主要是因为硅钙钾镁肥不但呈碱性, 而且含有部分盐基离子, 施入土壤后OH-和土壤溶液中H+发生中和反应, 同时盐基离子取代原本吸附在土壤胶体表面的致酸离子(H+和Al3+), 导致土壤胶体表面盐基离子含量增多, 土壤pH上升。

表2 不同处理对土壤盐基饱和度的影响 Table 2 Effect of different treatments on soil base saturation
表3 不同处理对土壤养分含量的影响 Table 3 Effect of different treatments on soil nutrients contents

2.1.4 土壤养分

与CK1比较, 其他处理有机质含量均有不同程度提高, 其中处理4的有机质含量最高, 且显著(P< 0.05)高于CK1。CK2与CK1的氮投入总量相同, 只是磷、钾投入量减半, 但CK2土壤中的碱解氮含量低于CK1。在CK2的基础上配施硅钙钾镁肥以后, 土壤碱解氮含量增高, 与CK1无显著差别, 且除处理4外, 其他处理的土壤碱解氮含量均显著高于CK2。CK2的有效磷和速效钾含量均小于CK1, 但在CK2的基础上配施硅钙钾镁肥以后, 这2项指标均得到一定提高。但需要注意的是, 只有当用量在一定范围时(处理4、处理5), 硅钙钾镁肥才对提高土壤有效磷含量作用明显, 当用量不足或过高时, 提高作用不明显。从有效硅含量来看, CK1与CK2无显著差别, 随着硅钙钾镁肥用量增加, 土壤有效硅含量增加, 说明施用硅钙钾镁肥能有效提高土壤中的有效硅含量。

2.2 对水稻的增产效应

3 a定位试验结果(图2)表明, CK2产量显著低于CK1, 说明供试土壤磷、钾含量较低, 增施磷、钾肥能提高水稻的产量。在CK2的基础上配施硅钙钾镁肥, 水稻产量提高, 除2015年处理3外, 其他处理的产量均显著高于CK2, 且高于CK1或与CK1无显著差别。从3 a产量均值来看, 配施硅钙钾镁肥(处理3~处理6)的产量均高于CK2, 随着硅钙钾镁肥用量的增加, 各处理间的产量呈现出先增加后减少的现象, 说明施用适量硅钙钾镁肥能提高水稻的产量。

图2 各施肥处理对水稻产量的影响Fig.2 Effects of different treatments on rice yield

2.3 对水稻产量构成的影响

如表4所示, 各处理有效穗以处理6最高, CK1次之, CK2最低。各处理每穗总粒数和每穗实粒数以处理5最高, 处理2最低, 且施用硅钙钾镁肥处理的每穗总粒数和每穗实粒数均高于CK1和CK2。各处理结实率以处理3最高, 处理1最低。各处理千粒重以CK2和处理6最高, CK1最低。这说明在CK2的基础上施用硅钙钾镁肥对提高水稻有效穗、每穗总粒数效果明显, 对提高水稻结实率和千粒重无明显效果。

表4 硅钙钾镁肥对水稻产量性状的影响 Table 4 Effects of different treatments on rice yield components
2.4 对地上部吸氮量的影响

不同年份各处理地上部吸氮量如表5所示, 从3 a平均值来看, CK2的地上部吸氮量明显小于CK1, 说明磷钾不足会制约水稻对氮的吸收。在CK2的基础上配施硅钙钾镁肥, 水稻地上部吸氮量迅速回升, 且超过CK1, 并且随着施用量的增加, 地上部吸氮量亦相应增加, 说明施用硅钙钾镁肥能明显促进水稻对氮素的吸收利用效果。

表5 各施肥处理的地上部吸氮量 Table 5 Nitrogen uptake of rice aboveground part under different treatments kg· hm-2
3 讨论

水稻是典型的喜硅作物, 随着水稻产量不断提高, 需吸收大量硅来维持其正常生长[15]。硅钙钾镁肥与普通复合肥配施, 不但能保证营养供应, 满足作物各生育期对各种元素的需求, 而且对土壤改良的效果也比较理想, 尤其是对土壤硅元素含量的提高效果十分明显。3 a定位试验结果表明, 在农户习惯施肥基础上施用硅钙钾镁肥能有效提高水稻产量, 当硅钙钾镁肥用量为1 500 kg· hm-2时就能达到很好的增产效果, 其增产作用主要通过提高每穗总粒数和每穗实粒数实现。

在土壤改良方面, 施用硅钙钾镁肥碱性肥料, 随着硅钙钾镁肥用量的增加, 土壤pH不断提高, 而交换性氢、交换性铝和交换性酸含量不断下降。不同用量的硅钙钾镁肥施入土壤中对土壤全氮、全磷、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量基本无影响, 但对提高土壤有效硅含量和盐基离子含量效果十分明显。李敏等[16]的超级稻大田试验也得到类似结果, 施用硅钙钾镁肥可以改善土壤理化性状, 提高土壤抗酸化能力。本试验结果是硅钙钾镁肥在单季稻上的施用效果, 可为单季稻上合理施用提供参考与借鉴。为了全面了解硅钙钾镁肥肥效特性, 今后应进一步研究其在双季稻上的施用效应, 以及在不同土壤环境中的效应。

The authors have declared that no competing interests exist.

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