不同改良劑對潛育性水稻土的改良效果

不同改良劑對潛育性水稻土的改良效果

在長期洪水的條件下，仍原性水稻土壤發(fā)育而成。安徽省總面積為162066.7hm。由于長期淹水,土壤團聚體結(jié)構(gòu)破壞,土壤通透性能惡化,根際環(huán)境中多呈缺氧狀態(tài),有機酸、Fe２＋、Mn２＋、H２S大量積累［２－３］,造成水稻生長環(huán)境不良,土壤生產(chǎn)性能變差,生產(chǎn)力低下,潛育性水稻土也是我國主要的低產(chǎn)水稻土。對潛育性水稻土進行改良,大幅度提高其生產(chǎn)力,是我國糧食增產(chǎn)的又一有效途徑。水利工程措施和耕作措施［４－７］改良潛育性水稻土,效果較為明顯,但存在耗資過大或費工費時的不足,在生產(chǎn)中大面積推廣應(yīng)用還存在一定的難度。國內(nèi)在利用無機改良劑改良障礙土壤上進行了大量的研究工作,而利用無機改良劑改良潛育性水稻土的研究報道不多,本研究旨在明確皖南山區(qū)潛育性水稻土類型的基礎(chǔ)上,篩選出減輕還原性物質(zhì)毒害效果優(yōu)良的無機改良劑,以提高潛育性水稻土的生產(chǎn)力。1材料和方法1.1無機改良劑對潛育性水稻土的處理效果試驗于2011年在安徽省歙縣深度鎮(zhèn)定潭村進行。試驗前選擇有代表性田塊挖取剖面,取樣分析其理化性狀,確定潛育性水稻土類型。然后設(shè)對照、石灰、白云石、沸石、凹凸棒、鈣鎂磷肥6個處理,研究不同無機改良劑對潛育性水稻土的改良效果。無機改良劑用量750kg/hm２。所有處理氮、磷、鉀肥用量相同,均為純N150kg/hm２,P２O５75kg/hm２,K２O90kg/hm２,氮肥50%做基肥、40%做分蘗肥、10%做穗肥,磷鉀肥全部作基肥。水稻品種為楊兩優(yōu)6號,栽培密度16.6cm×26.6cm。小區(qū)面積18m２,3次重復(fù),隨機區(qū)組設(shè)計。1.2測定指標及方法水稻生長期間于分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期取0-17cm土樣,分析測定還原性物質(zhì)總量、活性還原性物質(zhì)含量、Fe２＋含量、Mn２＋含量及土壤中細菌、真菌、放線菌數(shù)量。土壤微生物分離測定采用稀釋平板法,牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基測定細菌數(shù)量,馬丁氏培養(yǎng)基測定真菌數(shù)量,高氏1號培養(yǎng)基測定放線菌數(shù)量。從分蘗期開始進行葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量調(diào)查,每個生長階段調(diào)查1次。方法是取代表性植株2株,統(tǒng)計全部綠色葉片數(shù),并測量全部綠色葉片的葉長和葉寬(葉片最寬處的寬度)。然后計算單株葉面積指數(shù)和單位面積葉面積指數(shù)。成熟期考察有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)及千粒重,小區(qū)單獨收獲,分別計產(chǎn)。2結(jié)果與分析2.1潛育性水稻土性質(zhì)潛育性水稻土的主要特征是障礙層即潛育層的存在,潛育層長期漬水,土體軟爛,土粒分散,土壤通透性能差,易缺氧,致使土壤呈還原狀態(tài),造成還原性物質(zhì)積累,從而影響作物生長。根據(jù)潛育層出現(xiàn)的部位、厚度及發(fā)育程度等,可把潛育性水稻土分為表層潛育水稻土、中層潛育水稻土、下層潛育水稻土和全層潛育水稻土。土壤長期或季節(jié)性漬水是水稻土潛育化的一個重要原因,由表1的結(jié)果可以看出,皖南山區(qū)潛育性水稻土土體較為深厚,除表層外,其余各層土壤較為堅實,容重值較高,總孔隙度較低,多在45%以下,通透性能較差。地下水位測定結(jié)果表明,皖南山區(qū)稻作區(qū)地下水位在60cm以下,地下水對潛育化的影響較小。因此,土壤長期受山丘坡麓側(cè)滲水匯集及種稻季節(jié)串流漫灌的影響,致使耕層、犁底層長期受冷水浸漬,是皖南山區(qū)水稻土潛育化的主要成因。還原性物質(zhì)總量、活性還原物質(zhì)、Fe２＋和Mn２＋含量的多少是反映潛育化程度的重要指標,按照熊明彪等［８］區(qū)分不同潛育化類型土壤的指標體系,皖南山區(qū)潛育性水稻土表層為中度至重度潛育,犁底層為中度潛育,其他各層潛育化特征不明顯或輕度潛育。潛育性水稻土的潛育層由于受積滯水的影響,在強還原條件下,有利于有機質(zhì)積累,而有機質(zhì)的累積又加速了潛育化過程的進行。因此,有機質(zhì)含量較高是潛育性水稻土的另一較為明顯的特征［１］,表1結(jié)果表明,潛育化較重的表層,有機質(zhì)含量達30.2g/kg,高于本區(qū)非潛育性水稻土,潛育層以下各土層有機質(zhì)含量較低。速效養(yǎng)分含量低是潛育性水稻土生產(chǎn)力較為低下的主要障礙因子,表1的結(jié)果還可表明,皖南山區(qū)潛育性水稻土Ag層有效磷、速效鉀含量屬較低水平,其余各層均為極低水平。綜上分析可以得出:皖南山區(qū)潛育性水稻土以表潛型為主,剖面構(gòu)型為Ag-Pg-W1-W2-C型。2.2土壤改良劑對水稻產(chǎn)量的影響由表2可以看出,凹凸棒處理水稻單位面積有效穗數(shù)略低于對照,其他改良劑均能提高水稻單位面積有效穗數(shù),鈣鎂磷肥處理最高,較對照增加23.7%,差異達顯著水平。與對照相比,各土壤改良劑處理均能提高每穗粒數(shù),鈣鎂磷肥、白云石處理與對照間差異達顯著水平,沸石、凹凸棒、石灰處理與對照間差異不顯著。改良劑處理間水稻每穗粒數(shù)也有明顯差異,鈣鎂磷肥與沸石、凹凸棒間的差異也達顯著水平。所有處理間千粒重沒有明顯差異。各無機改良劑處理均能提高水稻產(chǎn)量,增產(chǎn)1.4%~12.1%,鈣鎂磷肥處理與對照間差異達顯著水平,其他改良劑處理與對照間產(chǎn)量差異不顯著。改良劑處理間產(chǎn)量差異不顯著。2.3低價位毒副作用物質(zhì)水稻生長期間分別于分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期取耕層土樣,分析測定還原性物質(zhì)含量。由結(jié)果(圖1)看出,土壤中還原性物質(zhì)含量處于動態(tài)變化中,分蘗期還原性物質(zhì)總量、活性還原性物質(zhì)含量、Fe２＋、Mn２＋含量較低,隨著水稻生育進程,還原性物質(zhì)總量呈上升趨勢,抽穗期達最高值,收獲期含量明顯下降。原因是土壤中的還原性物質(zhì)含量與土壤的通氣狀有關(guān),通氣良好,土壤中的還原性物質(zhì)含量較低,而通氣不良,根際缺氧脅迫時間過長時,高價位的離子(如SO４２－、Fe３＋等)在替代氧氣作為電子受體后被大量消耗,其結(jié)果導(dǎo)致低價位有毒離子(如Fe２＋、S２－、NO２－、Mn２＋等)的大量積累。拔節(jié)期和抽穗期還原性物質(zhì)總量、活性還原性物質(zhì)含量、Fe２＋和Mn２＋含量較高,正是因為這一時期正值高溫季節(jié),氣溫上升,土壤微生物活動加強,有機物分解加快,會促進土壤還原程度增加,加上此時稻田郁閉,且田面水較深,通氣狀況較差,所以導(dǎo)致還原性物質(zhì)含量增加。由圖1的結(jié)果還可以看出,施用無機改良劑均對還原性物質(zhì)含量有明顯影響。分蘗期,凹凸棒處理還原性物質(zhì)總量略高于對照,其他改良劑處理均能降低還原性物質(zhì)總量,但差異并不顯著;拔節(jié)期、抽穗期和成熟期所有改良劑處理均能降低還原性物質(zhì)總量,石灰效果最佳,拔節(jié)期與對照間的差異達顯著水平。改良劑對活性還原性物質(zhì)含量影響總趨勢與還原性物質(zhì)總量相同,不同改良劑對活性還原性物質(zhì)消減效應(yīng)以石灰好,沸石、凹凸棒較差。與對照比較所有改良劑均能降低Fe２＋含量,鈣鎂磷肥效果最為明顯,除抽穗期外與對照間的差異均達顯著水平;拔節(jié)期和成熟期,石灰處理與對照間的差異達顯著水平;抽穗期白云石與對照間的差異均達顯著水平,沸石、凹凸棒處理與對照間的差異均不顯著。改良劑均能降低Mn２＋含量,以石灰效果最好,4次取樣測定結(jié)果,與對照間的差異均達顯著水平,白云石、鈣鎂磷肥效果次之,沸石、凹凸棒效果較差。綜上分析可以看出,改良劑間對還原性物質(zhì)影響不同,石灰對還原性物質(zhì)的消減效應(yīng)最明顯,其次為鈣鎂磷肥和白云石,沸石、凹凸棒效果不明顯。2.4不同改良劑對放線菌數(shù)量的影響土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組分,參與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的各個環(huán)節(jié),是構(gòu)成土壤肥力的重要因素。土壤細菌是土壤微生物的主要組成部分,4次取樣測定結(jié)果(圖2)表明,對照細菌含量均為最低,施用改良劑能提高土壤中細菌的數(shù)量,分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期改良劑處理細菌含量較對照分別提高109.1%~198.6%,11.1%~167.6%,18.8%~208.6%和16.5%~111.3%。不同改良劑對土壤細菌數(shù)量影響不一,分蘗期和成熟期沸石處理細菌數(shù)量最多,而拔節(jié)期和抽穗期以白云石處理細菌數(shù)量最多,4次測定平均值表明不同處理細菌數(shù)量排序為白云石>沸石>凹凸棒>鈣鎂磷肥>石灰>對照。土壤中真菌數(shù)量少于細菌,但真菌生物量較大,其對土壤肥力的作用不容忽視。由圖2可以看出,水稻分蘗期,改良劑能明顯提高真菌數(shù)量,提高幅度67.2%~242.7%;拔節(jié)期,石灰處理真菌數(shù)量低于對照,白云石、沸石、凹凸棒和鈣鎂磷肥處理多于對照;抽穗期和成熟期,改良劑增加土壤真菌數(shù)量的效果不明顯,甚至低于對照。4次測定平均值表明不同處理真菌數(shù)量排序為沸石>鈣鎂磷肥>凹凸棒>白云石>對照>石灰,除石灰外,其他改良劑均能提高真菌數(shù)量。冷浸田中放線菌的數(shù)量介于細菌與真菌之間。由圖2可以看出,不同取樣時期,改良劑對放線菌數(shù)量影響不同,分蘗期和成熟期所有改良劑均能明顯提高放線菌數(shù)量,增幅分別為241.3%~399.0%和43.2%~120.2%;拔節(jié)期石灰處理放線菌數(shù)量低于對照,沸石、鈣鎂磷肥、凹凸棒和白云石處理高于對照;抽穗期改良劑處理均低于對照。4次測定平均值表明改良劑能提高放線菌數(shù)量,增幅34.3%~66.3%,不同處理放線菌數(shù)量排序為白云石>沸石>鈣鎂磷肥>凹凸棒>對照>石灰。土壤中細菌的數(shù)量遠大于真菌和放線菌,細菌、真菌和放線菌總量的變化趨勢與細菌一致。3討論和結(jié)論3.1還原性物質(zhì)含量與水稻生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)系潛育性水稻土由于間隔性或長期漬水,土壤處于缺氧狀態(tài),土壤中的氧化還原過程以還原過程為主,氧化性的土壤成分轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原態(tài),形成各種還原性物質(zhì),導(dǎo)致還原性物質(zhì)的積累［９］。還原性物質(zhì)過多,造成水稻生長環(huán)境不良,早稻前期易黑根、僵苗、遲發(fā),后期易貪青,病蟲害多等,水稻產(chǎn)量較低［１０－１１］。還原性物質(zhì)含量多少受土壤有機質(zhì)含量、Eh、pH等影響。其中pH影響還原性物質(zhì)含量的機理是,在還原條件下,pH影響土壤中亞鐵、亞錳氫氧化物及其硫化物的溶解度,也影響到微生物分解有機質(zhì)的活動和速度,因而影響各種還原性物質(zhì)的數(shù)量［９］。對于酸性土壤,pH升高,土壤中Fe２＋、Mn２＋含量降低,還原性物質(zhì)總量、活性還原性物質(zhì)總量因而降低。石灰、白云石、鈣鎂磷肥等堿性物質(zhì)施入土壤中可提高土壤pH值,因而能降低還原性物質(zhì)含量。沸石降低還原性物質(zhì)含量可能與其促進土壤團粒結(jié)構(gòu)形成,改善土壤通透性能有關(guān)。3.2土壤微生物與土壤環(huán)境因子的關(guān)系土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分,它們作為土壤的有機活性成分,能夠直接或間接參與并促進土壤中一系列復(fù)雜的生理生化反應(yīng),是構(gòu)成土壤肥力的重要因素［１２］。因此,土壤微生物數(shù)量一定程度上可表征土壤肥力的高低。研究表明,由于潛育性水稻土長期漬水,土壤高度潛育化,土壤微生物活動弱,微生物總生物量和好氣性細菌數(shù)量都比非潛育性水稻土少［１３－１４］。本研究結(jié)果也表明,皖南山區(qū)潛育性水稻土微生物總量較低,因而提高潛育性水稻土微生物數(shù)量可以提升其肥力水平。自然界中影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、組成和多樣性的因子有很多,土壤pH值是其中之一［１５］。有研究認為在酸性土壤中,土壤微生物的變化與土壤pH值有一定的相關(guān)性,細菌、放線菌是喜偏堿環(huán)境微生物,在酸化強的土壤中隨土壤pH調(diào)節(jié)升高,細菌、放線菌數(shù)量增加,這與本研究的結(jié)果相似。但有所不同的是,堿性最強的石灰處理增加細菌、放線菌數(shù)量的效應(yīng)較白云石處理差,可能與石灰處理在水稻生育前期對微生物有一定殺滅作用有關(guān),這與董穩(wěn)軍等［１６］的研究結(jié)果相一致。真菌喜酸性環(huán)境,其數(shù)量與土壤pH值呈顯著負相關(guān)［１５，１７］,本研究結(jié)果也表明,酸性沸石提高真菌數(shù)量作用最明顯,但本研究結(jié)果還表明堿性物質(zhì)鈣鎂磷肥、白云石在施用后的初期也能提高真菌數(shù)量,可能與其降低還原性物質(zhì)含量、改善其他生態(tài)條件有關(guān)。3.3棒對水稻產(chǎn)量的影響施用土壤改良劑能消減還原性物質(zhì)含量,提高土壤微生物數(shù)量,從而促進水稻生長發(fā)育,提高單位面積有效穗數(shù)和每穗粒數(shù),使水稻產(chǎn)量有了一定程度的提高,但是增產(chǎn)幅度不高,石灰、白云石、沸石、凹凸棒處理與對照間的產(chǎn)量差異并不顯著。石灰雖然消減還原性物質(zhì)