不同改良剂对潜育性水稻土的改良效果

不同改良剂对潜育性水稻土的改良效果

在长期洪水的条件下，仍原性水稻土壤发育而成。安徽省总面积为162066.7hm。由于长期淹水,土壤团聚体结构破坏,土壤通透性能恶化,根际环境中多呈缺氧状态,有机酸、Fe２＋、Mn２＋、H２S大量积累［２－３］,造成水稻生长环境不良,土壤生产性能变差,生产力低下,潜育性水稻土也是我国主要的低产水稻土。对潜育性水稻土进行改良,大幅度提高其生产力,是我国粮食增产的又一有效途径。水利工程措施和耕作措施［４－７］改良潜育性水稻土,效果较为明显,但存在耗资过大或费工费时的不足,在生产中大面积推广应用还存在一定的难度。国内在利用无机改良剂改良障碍土壤上进行了大量的研究工作,而利用无机改良剂改良潜育性水稻土的研究报道不多,本研究旨在明确皖南山区潜育性水稻土类型的基础上,筛选出减轻还原性物质毒害效果优良的无机改良剂,以提高潜育性水稻土的生产力。1材料和方法1.1无机改良剂对潜育性水稻土的处理效果试验于2011年在安徽省歙县深度镇定潭村进行。试验前选择有代表性田块挖取剖面,取样分析其理化性状,确定潜育性水稻土类型。然后设对照、石灰、白云石、沸石、凹凸棒、钙镁磷肥6个处理,研究不同无机改良剂对潜育性水稻土的改良效果。无机改良剂用量750kg/hm２。所有处理氮、磷、钾肥用量相同,均为纯N150kg/hm２,P２O５75kg/hm２,K２O90kg/hm２,氮肥50%做基肥、40%做分蘖肥、10%做穗肥,磷钾肥全部作基肥。水稻品种为杨两优6号,栽培密度16.6cm×26.6cm。小区面积18m２,3次重复,随机区组设计。1.2测定指标及方法水稻生长期间于分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期取0-17cm土样,分析测定还原性物质总量、活性还原性物质含量、Fe２＋含量、Mn２＋含量及土壤中细菌、真菌、放线菌数量。土壤微生物分离测定采用稀释平板法,牛肉膏蛋白胨培养基测定细菌数量,马丁氏培养基测定真菌数量,高氏1号培养基测定放线菌数量。从分蘖期开始进行叶面积指数、干物质积累量调查,每个生长阶段调查1次。方法是取代表性植株2株,统计全部绿色叶片数,并测量全部绿色叶片的叶长和叶宽(叶片最宽处的宽度)。然后计算单株叶面积指数和单位面积叶面积指数。成熟期考察有效穗数、每穗粒数及千粒重,小区单独收获,分别计产。2结果与分析2.1潜育性水稻土性质潜育性水稻土的主要特征是障碍层即潜育层的存在,潜育层长期渍水,土体软烂,土粒分散,土壤通透性能差,易缺氧,致使土壤呈还原状态,造成还原性物质积累,从而影响作物生长。根据潜育层出现的部位、厚度及发育程度等,可把潜育性水稻土分为表层潜育水稻土、中层潜育水稻土、下层潜育水稻土和全层潜育水稻土。土壤长期或季节性渍水是水稻土潜育化的一个重要原因,由表1的结果可以看出,皖南山区潜育性水稻土土体较为深厚,除表层外,其余各层土壤较为坚实,容重值较高,总孔隙度较低,多在45%以下,通透性能较差。地下水位测定结果表明,皖南山区稻作区地下水位在60cm以下,地下水对潜育化的影响较小。因此,土壤长期受山丘坡麓侧渗水汇集及种稻季节串流漫灌的影响,致使耕层、犁底层长期受冷水浸渍,是皖南山区水稻土潜育化的主要成因。还原性物质总量、活性还原物质、Fe２＋和Mn２＋含量的多少是反映潜育化程度的重要指标,按照熊明彪等［８］区分不同潜育化类型土壤的指标体系,皖南山区潜育性水稻土表层为中度至重度潜育,犁底层为中度潜育,其他各层潜育化特征不明显或轻度潜育。潜育性水稻土的潜育层由于受积滞水的影响,在强还原条件下,有利于有机质积累,而有机质的累积又加速了潜育化过程的进行。因此,有机质含量较高是潜育性水稻土的另一较为明显的特征［１］,表1结果表明,潜育化较重的表层,有机质含量达30.2g/kg,高于本区非潜育性水稻土,潜育层以下各土层有机质含量较低。速效养分含量低是潜育性水稻土生产力较为低下的主要障碍因子,表1的结果还可表明,皖南山区潜育性水稻土Ag层有效磷、速效钾含量属较低水平,其余各层均为极低水平。综上分析可以得出:皖南山区潜育性水稻土以表潜型为主,剖面构型为Ag-Pg-W1-W2-C型。2.2土壤改良剂对水稻产量的影响由表2可以看出,凹凸棒处理水稻单位面积有效穗数略低于对照,其他改良剂均能提高水稻单位面积有效穗数,钙镁磷肥处理最高,较对照增加23.7%,差异达显著水平。与对照相比,各土壤改良剂处理均能提高每穗粒数,钙镁磷肥、白云石处理与对照间差异达显著水平,沸石、凹凸棒、石灰处理与对照间差异不显著。改良剂处理间水稻每穗粒数也有明显差异,钙镁磷肥与沸石、凹凸棒间的差异也达显著水平。所有处理间千粒重没有明显差异。各无机改良剂处理均能提高水稻产量,增产1.4%~12.1%,钙镁磷肥处理与对照间差异达显著水平,其他改良剂处理与对照间产量差异不显著。改良剂处理间产量差异不显著。2.3低价位毒副作用物质水稻生长期间分别于分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期取耕层土样,分析测定还原性物质含量。由结果(图1)看出,土壤中还原性物质含量处于动态变化中,分蘖期还原性物质总量、活性还原性物质含量、Fe２＋、Mn２＋含量较低,随着水稻生育进程,还原性物质总量呈上升趋势,抽穗期达最高值,收获期含量明显下降。原因是土壤中的还原性物质含量与土壤的通气状有关,通气良好,土壤中的还原性物质含量较低,而通气不良,根际缺氧胁迫时间过长时,高价位的离子(如SO４２－、Fe３＋等)在替代氧气作为电子受体后被大量消耗,其结果导致低价位有毒离子(如Fe２＋、S２－、NO２－、Mn２＋等)的大量积累。拔节期和抽穗期还原性物质总量、活性还原性物质含量、Fe２＋和Mn２＋含量较高,正是因为这一时期正值高温季节,气温上升,土壤微生物活动加强,有机物分解加快,会促进土壤还原程度增加,加上此时稻田郁闭,且田面水较深,通气状况较差,所以导致还原性物质含量增加。由图1的结果还可以看出,施用无机改良剂均对还原性物质含量有明显影响。分蘖期,凹凸棒处理还原性物质总量略高于对照,其他改良剂处理均能降低还原性物质总量,但差异并不显著;拔节期、抽穗期和成熟期所有改良剂处理均能降低还原性物质总量,石灰效果最佳,拔节期与对照间的差异达显著水平。改良剂对活性还原性物质含量影响总趋势与还原性物质总量相同,不同改良剂对活性还原性物质消减效应以石灰好,沸石、凹凸棒较差。与对照比较所有改良剂均能降低Fe２＋含量,钙镁磷肥效果最为明显,除抽穗期外与对照间的差异均达显著水平;拔节期和成熟期,石灰处理与对照间的差异达显著水平;抽穗期白云石与对照间的差异均达显著水平,沸石、凹凸棒处理与对照间的差异均不显著。改良剂均能降低Mn２＋含量,以石灰效果最好,4次取样测定结果,与对照间的差异均达显著水平,白云石、钙镁磷肥效果次之,沸石、凹凸棒效果较差。综上分析可以看出,改良剂间对还原性物质影响不同,石灰对还原性物质的消减效应最明显,其次为钙镁磷肥和白云石,沸石、凹凸棒效果不明显。2.4不同改良剂对放线菌数量的影响土壤微生物是土壤生态系统的重要组分,参与土壤养分转化和循环的各个环节,是构成土壤肥力的重要因素。土壤细菌是土壤微生物的主要组成部分,4次取样测定结果(图2)表明,对照细菌含量均为最低,施用改良剂能提高土壤中细菌的数量,分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期改良剂处理细菌含量较对照分别提高109.1%~198.6%,11.1%~167.6%,18.8%~208.6%和16.5%~111.3%。不同改良剂对土壤细菌数量影响不一,分蘖期和成熟期沸石处理细菌数量最多,而拔节期和抽穗期以白云石处理细菌数量最多,4次测定平均值表明不同处理细菌数量排序为白云石>沸石>凹凸棒>钙镁磷肥>石灰>对照。土壤中真菌数量少于细菌,但真菌生物量较大,其对土壤肥力的作用不容忽视。由图2可以看出,水稻分蘖期,改良剂能明显提高真菌数量,提高幅度67.2%~242.7%;拔节期,石灰处理真菌数量低于对照,白云石、沸石、凹凸棒和钙镁磷肥处理多于对照;抽穗期和成熟期,改良剂增加土壤真菌数量的效果不明显,甚至低于对照。4次测定平均值表明不同处理真菌数量排序为沸石>钙镁磷肥>凹凸棒>白云石>对照>石灰,除石灰外,其他改良剂均能提高真菌数量。冷浸田中放线菌的数量介于细菌与真菌之间。由图2可以看出,不同取样时期,改良剂对放线菌数量影响不同,分蘖期和成熟期所有改良剂均能明显提高放线菌数量,增幅分别为241.3%~399.0%和43.2%~120.2%;拔节期石灰处理放线菌数量低于对照,沸石、钙镁磷肥、凹凸棒和白云石处理高于对照;抽穗期改良剂处理均低于对照。4次测定平均值表明改良剂能提高放线菌数量,增幅34.3%~66.3%,不同处理放线菌数量排序为白云石>沸石>钙镁磷肥>凹凸棒>对照>石灰。土壤中细菌的数量远大于真菌和放线菌,细菌、真菌和放线菌总量的变化趋势与细菌一致。3讨论和结论3.1还原性物质含量与水稻生产质量的关系潜育性水稻土由于间隔性或长期渍水,土壤处于缺氧状态,土壤中的氧化还原过程以还原过程为主,氧化性的土壤成分转变为还原态,形成各种还原性物质,导致还原性物质的积累［９］。还原性物质过多,造成水稻生长环境不良,早稻前期易黑根、僵苗、迟发,后期易贪青,病虫害多等,水稻产量较低［１０－１１］。还原性物质含量多少受土壤有机质含量、Eh、pH等影响。其中pH影响还原性物质含量的机理是,在还原条件下,pH影响土壤中亚铁、亚锰氢氧化物及其硫化物的溶解度,也影响到微生物分解有机质的活动和速度,因而影响各种还原性物质的数量［９］。对于酸性土壤,pH升高,土壤中Fe２＋、Mn２＋含量降低,还原性物质总量、活性还原性物质总量因而降低。石灰、白云石、钙镁磷肥等碱性物质施入土壤中可提高土壤pH值,因而能降低还原性物质含量。沸石降低还原性物质含量可能与其促进土壤团粒结构形成,改善土壤通透性能有关。3.2土壤微生物与土壤环境因子的关系土壤微生物是土壤生态系统的主要组成部分,它们作为土壤的有机活性成分,能够直接或间接参与并促进土壤中一系列复杂的生理生化反应,是构成土壤肥力的重要因素［１２］。因此,土壤微生物数量一定程度上可表征土壤肥力的高低。研究表明,由于潜育性水稻土长期渍水,土壤高度潜育化,土壤微生物活动弱,微生物总生物量和好气性细菌数量都比非潜育性水稻土少［１３－１４］。本研究结果也表明,皖南山区潜育性水稻土微生物总量较低,因而提高潜育性水稻土微生物数量可以提升其肥力水平。自然界中影响土壤微生物群落结构、组成和多样性的因子有很多,土壤pH值是其中之一［１５］。有研究认为在酸性土壤中,土壤微生物的变化与土壤pH值有一定的相关性,细菌、放线菌是喜偏碱环境微生物,在酸化强的土壤中随土壤pH调节升高,细菌、放线菌数量增加,这与本研究的结果相似。但有所不同的是,碱性最强的石灰处理增加细菌、放线菌数量的效应较白云石处理差,可能与石灰处理在水稻生育前期对微生物有一定杀灭作用有关,这与董稳军等［１６］的研究结果相一致。真菌喜酸性环境,其数量与土壤pH值呈显著负相关［１５，１７］,本研究结果也表明,酸性沸石提高真菌数量作用最明显,但本研究结果还表明碱性物质钙镁磷肥、白云石在施用后的初期也能提高真菌数量,可能与其降低还原性物质含量、改善其他生态条件有关。3.3棒对水稻产量的影响施用土壤改良剂能消减还原性物质含量,提高土壤微生物数量,从而促进水稻生长发育,提高单位面积有效穗数和每穗粒数,使水稻产量有了一定程度的提高,但是增产幅度不高,石灰、白云石、沸石、凹凸棒处理与对照间的产量差异并不显著。石灰虽然消减还原性物质