施肥模式对下辽河平原潮稻田土壤速效养分供应能力的影响

施肥模式对下辽河平原潮稻田土壤速效养分供应能力的影响

1土壤养分资源近年来，国内外对不同施肥处理对土壤养分和作物生长的影响进行了大量研究。许多研究表明,不同的养分输入对农田生态系统的影响也不相同,施用或配施有机肥,可有效改善土壤氮、磷、钾等养分状况,这是因为有机肥除了本身含有一定的养分,还带入了相当数量的微生物,提高了土壤中微生物的数量和活性,活化土壤中的氮、磷、钾等营养元素(Rao,etal.,1976;Verma,etal.,1992),促进有机质的分解,扩大了土壤速效养分库,提高了养分循环通量,有利于土壤养分的积累,从而提高土壤肥力和生态系统生产力。杨长明等(2004)研究表明,有机无机配施有助于养分的吸收,并且还促进水稻植株养分向籽实中转移和分配。但过去的研究多侧重于不同施肥方式对土壤农化性状、土壤肥力、养分平衡及作物产量影响等(刘杏兰等,1996;周卫军等,2002),而关于稻田土壤养分的供应能力及水稻养分分配的研究还不多(王建国和刘鸿翔,1997;王定勇等,2004)。本研究模拟下辽河平原广泛使用的农业施肥制度,通过田间试验,主要探讨不同的农业施肥制度对稻田土壤速效养分供应状况和养分在水稻中的分配,为优化稻田的养分管理,合理改善施肥措施,促进农业的持续发展提供理论依据。2研究领域和方法2.1夏季平均气温本试验在中国科学院沈阳生态试验站进行,该站处于下辽河平原中部偏东(41°31′N,122°23′E),属暖温带半湿润大陆性气候,四季分明,雨热同季,夏天炎热,冬天寒冷。年平均温度7℃～8℃,夏季平均气温24℃,最高温度39.3℃,最低温度-33.1℃。≥10℃活动积温是3300℃～3400℃,太阳总辐射量为5409～5599kJ·cm-2,年降雨量平均600～700mm,年蒸发量1480～1756mm,干燥度0.9,无霜期为147～164d。供试土壤为潮棕壤起源的潜育性水稻土,pH为6.7,有机质含量为19.6g·kg-1,全氮含量为0.92g·kg-1,全磷含量为0.43g·kg-1,全钾含量为17.11g·kg-1,速效磷含量18.55mg·kg-1,速效钾含量为92.00mg·kg-1。2.2学习方法2.2.1试验型肥料及其用量试验于2002—2004年完成。设7个处理,各处理如下: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肥用量为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.有机肥OM,有机肥的氮量与化肥氮量相同,3年平均为45720kg·hm-2(鲜质量);Ⅶ.1/2化肥NPK+1/2有机肥OM,NPK用量同Ⅴ,有机肥用量为Ⅵ的1/2。肥料分别为尿素、三料磷肥和氯化钾。试验3次重复。小区随机排列,小区面积为45m2,水稻栽植密度为30cm×16.5cm。2.2.2测定项目和方法水稻为春天插秧,秋季收获,收获前按常规要求考种,收获时分小区单收、单晒和单称计算产量。植物样品的吸磷量即全磷以磷元素占烘干样的g·kg-1表示。全磷的分析方法采用HClO4-H2SO4联合消解,钼锑抗比色法(岛津2401-紫外可见分光光度计)。全钾的分析方法采用三酸(HNO3-H2SO4-HClO4)消解,火焰光度法(6400-火焰分光光度计)。土壤有机碳、全氮用元素分析仪测定(ElementarVerioⅢ),速效氮(铵态氮和硝态氮)用氯化钾浸提-蒸馏法测定。碱解氮用吸收法测定。土壤pH值采用pH计测定(土:水=1:2.5)。土壤全磷的测定采用碳酸钠熔融-钼锑抗比色法(马福炉,920℃),速效磷的测定采用0.5mol·L-1NaHCO3浸提-钼锑抗比色法(Oslen-P法)。全钾用氢氧化钠碱融-火焰光度法(马福炉,720℃),速效钾用乙酸铵提取-火焰光度法(鲍士旦,2000;鲁如坤,2000)。土壤容重用环刀法。3结果与分析3.1影响土壤表面的有效养分3.1.1肥料和有机无机相结合的施肥制度水稻收获后各施肥处理土壤碱解氮的含量如图1所示,从图1可知,各处理0～20cm碱解氮的含量均高于20～40cm的含量,这是因为施肥主要作用于土壤表层的原因,0～20cm碱解氮在不同处理间的变异<20～40cm层次上的变异(其变异系数分别为:5.82%和8.49%)。水稻收获后表层土壤碱解氮为80mg·kg-1,亚表层土壤碱解氮为73mg·kg-1,其中表层土壤NPK处理(Ⅴ)的碱解氮含量最高,其次是施用有机肥和有机无机相结合的施肥制度,最差的是PK处理(Ⅲ),说明养分配施的越均衡,土壤的供氮力越强。另外,试验还表明,尽管对照处理也不施氮肥,但由于产量有限,土壤碱解氮的含量仍略高于处理Ⅲ。该试验同时也证明,有机无机配施有利于提高土壤碱解氮的水平,提高土壤的供氮能力。图2为不同施肥处理试验开始前后土壤碱解氮的变化,从图2可以看出,无论是表层土壤,还是亚表层土壤,在试验结束后土壤碱解氮均有明显下降(P<0.05),表层土壤平均下降了13.5mg·kg-1,下降最多的是PK处理,下降了22.4mg·kg-1,最小的是有机无机相结合处理,仅下降了3.3mg·kg-1;亚表层土壤碱解氮平均下降了11.1mg·kg-1,下降幅度最大的也是PK处理,下降幅度最小的还是有机物机相结合处理。另外,从变化幅度而言,表层土壤的变异程度(变异系数为50.2%)比亚表层土壤大(变异系数为47.2%),说明土壤碱解氮的变化主要体现在表层。图3是不同处理水稻收获后土壤0～60cm土层内无机氮储量(铵态氮和硝态氮总和),由图3可以看出,不同处理之间0～60cm土层无机氮储量明显不同(P<0.05),平均无机氮的储量为13.4kg·hm-2,不施氮肥的2个处理无机氮储量相对较低,不足12kg·hm-2,施氮肥处理均高于13kg·hm-2,其中最高的是有机肥处理(15kg·hm-2),其次是有机无机相结合处理(14kg·hm-2),这个结论与王凯荣等(2004)的结论相一致。3.1.2各立地条件下各施肥处理对加快失效磷的影响在水稻收获后,不同处理不同耕层土壤速效磷的含量如图4所示,由于施用的肥料主要积聚在土壤上层,因此各处理0～20cm土壤速效磷含量要高于20～40和40～60cm。不同处理土壤速效磷在不同层次上的变异系数随层次加深而减小,0～20、20～40和40～60cm速效磷的变异系数分别为39.3%、29%和26%。这种较大的变异说明了速效磷受施肥处理的影响较大。同样可以看出,施磷处理土壤速效磷水平要高于不施磷土壤,在施磷土壤中,对于0～20cm,1/2(OM+NPK)和OM处理土壤的速效磷水平最高,达到28.26和27.25mg·kg-1,其次是NP、PK和NPK处理,分别为17.03、17.67和16.52mg·kg-1,这3个处理土壤速效磷水平显著低于上述2个处理(P<0.05),最低的是对照和NK处理,分别为9.91和11.27mg·kg-1。对于20～40和40～60cm土层,其变化趋势与表层基本相似,只是不同处理之间的差异较小。通过此项研究,表明土壤速效磷水平随土层加深而减少,表层土壤速效磷要远远大于底层。另外,通过此试验,再一次证明有机无机相结合的施肥制度有利于提高土壤速效磷的水平。3.1.3施肥处理对因施量的影响相对于速效氮和速效磷而言,对于土壤速效钾的含量,在各施肥处理间表现的则比较稳定(图5),2个层次上的速效钾含量变异均不大(其变异系数分别为6.19%和2.45%),说明土壤中速效钾库比较稳定,受施肥处理不同的影响较小(熊明彪等,2004)。表层土壤速效钾含量为77mg·kg-1,亚表层土壤速效钾含量为74mg·kg-1,二者差异不显著(P>0.5)。同样,随养分配施程度的提高,土壤表层(0～20cm)速效钾的含量也逐渐升高,表明了养分配施愈合理,土壤表层速效钾的供应能力愈强。各施肥处理中,0～20cm层次上的速效钾含量以1/2(OM+NPK)处理Ⅶ的最高,从而也说明了有机无机相结合有利于提高土壤速效钾的供应能力。同理,0～20cm层次上的速效钾含量在养分配施比较全的几个处理上均较高,其原因同速效磷的情况类似。3.2水稻预处理中各部位的变异情况主要表现为不同施肥处理水稻收获后养分在各部位的分配如表1所示。其中,氮在籽实中分配的量最大,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数比见图6所示,图4可知,氮的分配主要集中在籽实中,其在籽实中占的比例平均为53.6%,不同处理之间变异较小,变异系数仅为2.1%,秸秆中分配的比例为31.3%,不同处理之间的变异系数为7.6%,根中分配的比例较小,平均占15.5%,但各处理之间的变异较大,变异系数为21.84%。从表1可看出,磷在水稻各部位的分配中也是以籽实中的量最高,平均16.11kg·hm-2,在秸秆和根中分配的量相当(根中的比例略高于秸秆),分别为7.43和8.35kg·hm-2。磷在水稻各部位分配见图7,由图7可知,磷的分配主要集中在籽实中,籽实中所占的比例最大,平均占50.69%,各处理之间的变异系数较小,为3.07%;秸秆和根中分配的比例相当,分别占22.56%和26.76%,但各处理之间的变异较大(变异系数分别为20.47%和17.28%)。由表1可知,钾在水稻各部位的分配中以秸秆中的量最高,平均39.13kg·hm-2,在根中分配的量最低,平均6.27kg·hm-2。钾在水稻各部位的分配见图8,从图8可以看出,钾的分配主要集中在秸秆中,其所占的比例也最大,平均占62.94%,不同处理之间变异系数较小,为3.08%;根中分配的比例较小,平均占10.29%,但各处理之间的变异却较大(变异系数为25.23%);籽实中的分配居于二者之间,不同处理之间的变异系数为13.5%。由此可知,秸秆是很好的钾肥资源,农业生产中采用秸秆回田代替秸秆焚烧的措施,保障了大部分钾素的循环再利用,既缓解钾肥资源的不足(胡红青等,2004),也有利于维持土壤钾库库容,减少钾素的损失,同时也节省了大量的钾肥再投入,降低了农业生产的成本,也减轻了秸秆焚烧带来的环境污染,有利于农业的可持续发展。3.3对土壤中氮、钾、氮的吸收对于粮食作物而言,经济产量即是籽实产量,单位经济产量的养分收获量是估算农田养分移出量的一项极重要的参数,通常以形成100或1000kg风干产品的收获养分量表示。本研究中的作物籽实产量以烘干产量表示,产品中养分含量则以实际收获的养分量表示,不包括根茬、根和凋落叶片中的养分在内。由表2可以看出,每形成1000kg水稻籽实吸收的氮量为11kg,在不同处理之间变化不大,变异系数仅为3.46%,明显不受施肥方式和施肥量的影响;每1000kg籽实收获磷量为2.5kg,不同处理之间的变异虽然大于氮素收获量,但其变异系数也仅为5.24%;每1000kg籽实收获钾量为2.5kg,不同处理之间的变异相对增加,但变异系数也<10%,这一结论与肖玉等(2005)的研究一致。由此可知,每形成单位经济产量时,水稻收获的氮磷钾量基本固定,不随施肥方式和施肥量的改变而改变,而一般情况下,吸氮量的55%集中在籽实,吸磷量的50%集中在籽实,吸钾量的65%集中在秸秆中。在做区域养分资源管理时,通过此种方式,就可以知道有多少养分随商品的输出而流失,有多少养分可以在本地的农业生态系统中参与循环,为制定优化养分管理策略,建立可持续的土壤肥力管理制度奠定了基础和技术上的支撑(沈善敏,1984)。4各养分分配方式的探讨在土壤的速效养分供应中,各处理的速效养分在0～20cm的含量均高于20～40cm的含量,其变异也大于20～40cm的变异(速效氮除外)。随养分配施程度的增加,土壤表层的速效养分含量也基本增加,表明养分配施愈合理,土壤速效养分的供应能力愈强,有机无机相结合的施肥制度有利于提高土壤速效养分的供应能力。水稻各部位的养分分配中,氮和磷的分配主要集中在籽实中,钾的分配则主要集中在秸秆中。氮、磷在籽实的分配比例中,不同处