【陇西河流域水稻平衡施肥对土壤氮磷钾养分的影响研究】 珠江流域航线地图

　　摘要：采用“３４１４”二次回归最优设计方案，研究了陇西河流域水稻平衡施肥对土壤氮、磷、钾养分变化的影响。结果表明，水稻种植后，各处理土壤碱解氮、速效钾含量均有不同程度地提高；土壤全磷含量不同程度地降低，而土壤速效磷含量变化差异较大；大多数处理土壤全氮含量不同程度地降低；土壤碱解氮、速效磷、速效钾的含量分�与施氮量、施磷量、施钾量呈极显著正相关。同时，随着施氮量的增加，土壤速效磷的含量也随之增加。
　　关键字：水稻；“３４１４”试验；肥力；面源污染；陇西河流域
　　中图分类号：Ｓ１５８．３文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）13－2618-05
　　
　　Effect of Balanced Fertilization of Rice on the Content of NPK in Soil
　　in Longxi River Basin
　　
　　ＱＩ Ｈｕｉ１，ＷＵ Ｊｕｎ１，ＨＡＮ Ｑｉａｏ１，ＹＥ Ｘｉａｏ－ｌｉ２，ＹＡＮＧ Ｑｉｎ１
　　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｓｉｃｈｕａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６11130， Ｃｈｉｎａ；
　　２．Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｙｕｃｈｅｎｇ Ｃｏｕｎｔｙ ｉｎ Ｙａ’ａｎ Ｃｉｔｙ， Ｙａ’ａｎ ６２５０１４， Ｓｉｃｈｕａｎ， Ｃｈｉｎａ）
　　
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： “３４１４” ｏｐｔｉｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｔｅｓｔ ｐｒｏｇｒａｍ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｂａｌａｎｃｅｄ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｉｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ Ｎ， Ｐ ａｎｄ Ｋ ｉｎ ｓｏｉｌ， in order ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｏ ｍａｉｎｔａｉｎ ｓｏｉｌ ｆｅｒｔｉｌｉｔｙ， ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ ａｒｅａ－ｓｏｕｒｃｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｌｏｎｇｘｉ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｆｔｅｒ ｐｌａｎｔｉｎｇ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ａｌｋａｌｉ－ｈｙｄｒｏｌｙｚａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｉｎ ｓｏｉｌ ｏｆ ａｌｌ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ to ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒｅｅｓ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｏ ｓｏｍｅ ｅｘｔｅｎｔ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗｅｒｅ greatly ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ． Ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ６，７，８，１１ ａｎｄ １２， ｗｈｉｌｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ all the ｏｔｈｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ． Ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ａｌｋａｌｉ－ｈｙｄｒｏｌｙｚａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ.
　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒｉｃｅ； “３４１４” ｔｅｓｔ； ｆｅｒｔｉｌｉｔｙ； ａｒｅａ－ｓｏｕｒｃｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ； Ｌｏｎｇｘｉ ｒｉｖｅｒ ｂａｓｉｎ
　　
　　施肥的目的不仅在于提高作物产量、改善作物质量，还在于不断培育和提高土壤肥力，创造高产稳产的土壤条件，同时减少农业面源污染［１］。近年来，化肥的过量施用带来的肥效降低以及对环境的不良影响已经引起人们的高度关注［２－５］。随着化肥施用量的不断增加，农田径流及排水中的营养元素对受纳水体的污染越来越严重，特�是在目前点源污染逐步得到控制后，化肥对水环境的面源污染问题显得更加突出。雅安市雨城区位于陇西河流域，水稻是当地主要的粮食作物。从该区施肥养分结构变化和肥料品种结构特点来看，施肥投入的养分比例不平衡、与作物需求不匹配是导致肥料面源污染严重的重要原因之一［６］。由于农业面源污染涉及范围大，分布区域广，污染分量小但总量极大，污染源极度分散，其治理难度甚至大于工业污染［７－９］。本研究以控制源头为切入点，通过田间试验，深入研究氮磷钾肥配施对稻田土壤氮磷钾养分变化的影响，以期为维持土壤肥力、防治面源污染、指导区域农业生产合理施肥等提供理论依据。
　　１材料与方法
　　１．１试验材料
　　试验于２００７年３～９月在雅安市雨城区中里镇龙泉村二组承包地内进行。供试水稻品种为当地大面积推广种植的优良品种宜香７０７。供试肥料：氮肥为尿素（含Ｎ ４６％），磷肥为过磷酸钙（含Ｐ２Ｏ５ １２％），钾肥为氯化钾（含Ｋ２Ｏ ６０％）。供试土壤基本理化性质为：ｐＨ值 ５．１９，有机质５９．２２ ｇ／ｋｇ，全氮２．63 ｇ／ｋｇ，碱解氮２４５．１０ ｍｇ／ｋｇ，全磷０．６９ ｇ／ｋｇ，速效磷２２．７４ ｍｇ／ｋｇ，速效钾６０．６０ ｍｇ／ｋｇ。
　　１．２试验设计
　　试验采用“３４１４”二次回归最优设计方案。即氮、磷、钾３个因素、４个水平、１４个处理。０水平为不施肥，２水平为当地推荐施肥量，１水平＝２水平×０．５，３水平＝２水平×１．５。具体设计见表１。试验设３次重复，随机区组排列，共４２个社区。
　　１．３主要栽培管理措施
　　２００７年４月８日播种育苗，５月１３日移栽。试验田于移栽前３～５ ｄ，将四周杂草清除，耕翻耙平后，按照试验设计，３次重复，随机区组排列，重复间走道５０ ｃｍ，保护行宽度１００ ｃｍ，重复间垒土埂宽２０～２５ ｃｍ，高２０ ｃｍ，用塑胶膜包埂。社区长５ ｍ，宽４ ｍ，社区间垒土埂，用塑胶膜包埂，宽２０ ｃｍ，高２０ ｃｍ。每区种１７行，每行３０穴，每穴４．５苗，行株距２３．３ ｃｍ×１７.0 ｃｍ。按试验设计进行施肥，试验中水稻底肥与追肥质量比为７∶３。分社区单施肥和单灌水，各种管理措施一致，并在同一天完成；其他栽培管理措施与大田生产相同。
　　１．４测定项目与方法
　　土壤ｐＨ值测定采用电位法；土壤有机质测定采用重铬酸钾外加热容量法；土壤全氮测定采用凯氏定氮法；土壤碱解氮测定采用碱解扩散法；全磷测定采用硫酸－高氯酸消煮钼锑抗比色法；速效磷测定采用碳酸氢钠浸提－钼锑抗比色法；速效钾测定采用乙酸铵浸提－火焰光度法。
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　　采用Ｅｘｃｅｌ、ＳＰＳＳ １３．０等数理统计分析软件，对数据进行统计分析。
　　２结果与分析
　　２．１不同施肥组合下土壤氮素变化比较
　　由图１可知，在各处理中，除处理６、７、８、１１、１２在水稻种植后全氮含量略有上升外，其余处理全氮含量均有不同程度地下降。其中土壤全氮含量降低较多的是对照处理１、缺氮处理２、缺磷处理４，分�比种植前降低了２５．０４％、１９．１７％和１６．８９％。土壤全氮含量的降低，说明土壤全氮养分含量一方面与施氮量直接有关，另一方面也与水稻施Ｎ、Ｐ、Ｋ肥的平衡度有关。处理７土壤全氮含量提高最大，提高了１６．４１％；Ｎ、Ｐ、Ｋ平衡施肥的处理６，全氮含量提高了５．２８％，使水稻在生长过程中能合理利用各种土壤养分，从而减少Ｎ素养分的流失和提高土壤养分利用率；虽然高氮施肥处理１１全氮含量也增长了０．９８％，但这种提高是过量施用氮肥的结果，虽在一定时期内可以保持土壤的总氮含量，但这种施肥方式会加速土壤板结、改变土壤理化性质，将导致氮素养分通过挥发、径流和渗漏方式流失，而且对保持土壤氮素养分和控制陇西河流域坝区农田氮素流失极为不利，从而形成陇西河流域的农业面源重要污染源。
　　由图２可知，种植后各处理土壤碱解氮含量均有不同程度地提高。其中处理６、７碱解氮含量上升较多，分�比种植前上升了３２．０３％、３２．８８％。这可能有两方面原因，一是氮素化肥施用量较多，过量的氮素化肥施入可在短期内提高土壤碱解氮的含量；二是Ｎ、Ｐ、Ｋ配比较均衡时土壤碱解氮提高量也相对较高。对照处理１和缺氮处理２，种植后土壤碱解氮含量也比种植前分�提高了７．５０％、１９．２８％，由此可见，土壤在水稻种植收获后其碱解氮含量明显上升，这对冬季作物的生长较有利。
　　进一步分析种植水稻后土壤碱解氮的含量与施氮量的关系，如图３所示，土壤碱解氮含量与施氮量达到极显著正相关，两者关系可以用直线方程ｙ＝０．１３６ｘ＋２９0．４８０（ｒ２＝０．５１８ ３**）表示；通过该方程的截距看出，在完全不施氮的情况下，土壤碱解氮为２６３．５、２９２.４ ｍｇ／ｋｇ。对该方程求导ｄｙ／ｄｘ＝０．１３６，即每增加1 ｋｇ/hm2的Ｎ，每千克土壤的碱解氮含量将增加０．１３６ ｍｇ；以此速率增长，增施氮肥将不断增加土壤氮素流失的环境风险。
　　２．２不同施肥组合下土壤磷素变化比较
　　由图４可知，水稻种植收获后各处理土壤全磷含量均有不同程度地降低，降低较多的是对照处理１和缺磷处理４，分�降低了２６．６６％、２５．７２％。缺氮处理２、缺钾处理８、高磷处理７也分�降低了２１．３１％、１８．００％、１４．９１％。尽管土壤具有较高的磷素吸附容量，但土壤长期或大量地接受磷肥将导致土壤磷素的积累。土壤磷水平的提高将意味着土壤磷素向土壤环境迁移的能力增强，存在很大的磷素流失风险。因此，通过测试土壤磷水平可以在一定程度上反映土壤磷素流失的潜能大小。
　　由图５可知，种植前后不同处理间速效磷变化差异很大，其中处理１、２、４、６、８、１２、１３、１４在种植后土壤速效磷含量有不同程度地降低，以处理１的降低幅度最大，减少了３６．８３％。而其他处理在种植后速效磷含量则有不同程度地上升，其中处理９、１０、１１增长较大，分�增加了３５．８６％、３２．２１％、４４．８２％；虽然在一定程度上提高了土壤速效磷含量，但也为磷素养分的流失制造了诱因，尤其是陇西河流域水稻种植季节正好为本地区雨季集中时期，这更加速了可溶态磷素养分的流失。由于在处理６中Ｎ、Ｐ、Ｋ配比比较平衡，使水稻在生长过程中消耗较多的速效磷，从而降低了土壤速效磷含量。
　　进一步分析可知，磷肥的施用量与土壤速效磷含量的关系可以用直线拟合（图６），其线性拟合方程为ｙ＝０．０４０ １ｘ＋１６．０１５ ０，ｒ２＝０．４２３ ７**，两者呈极显著正相关。从该方程的截距可以看出，在不施磷肥情况下，土壤中速效磷含量为１４．３７、１５．１５ ｍｇ／ｋｇ，对此方程求导ｄｙ／ｄｘ＝０．０４０ １，即每增施1 ｋｇ/hm2的Ｐ２O５，每千克土壤的速效磷含量将增加０．０４０ １ ｍｇ，以此速率增长，增施磷肥将不断增加土壤磷素流失的环境风险。
　　施氮对土壤速效磷的含量有显著影响（图７），总的趋势是随着施氮量的增加，土壤速效磷含量也随之增加。在不施氮的情况下，土壤速效磷的含量最低为１４．３７ ｍｇ／ｋｇ；当施氮量达到３１５ ｋｇ／ｈｍ２时，土壤速效磷含量显著高于不施氮的处理。
　　２．３不同施肥组合下土壤钾素变化比较
　　由图８可知，水稻种植后，各处理速效钾含量均有不同程度地提高，其中提高较大的是处理３、５，分�提高了３６．１０％、３１．０２％；其次为处理１０，提高了３０．８２％；最低的是对照处理１，提高了８．０６％。处理８虽然没有施用钾肥，但社区速效钾含量依然有所上升。这说明在本研究区域水稻土壤钾素含量比较容易得到恢复。从本研究区域种植结构和种植习惯上看，该地区冬季作物一般习惯以油菜为主要轮作作物进行种植，而油菜是需钾作物，因此，在水稻种植季节适量施用钾肥，不仅在水稻生长过程中可提高其抗病能力、稻米产量和质量，而且还可对油菜有较好的作用。
　　由图９可知，土壤速效钾含量与施钾量达到极显著正相关。两者关系可用直线方程ｙ＝０．０５６ ３ｘ＋６６．９４５ ０（ｒ２＝０．４９７ ５**）来表示，通过该方程的截距可以看出，在完全不施钾肥的情况下，土壤速效钾分�为６５．４８、６４．１７ ｍｇ／ｋｇ，而土壤本底的速效钾含量为６０．６０ ｍｇ／ｋｇ，这说明在不施钾的情况下，种植一季水稻后，土壤中的速效钾含量增加了４．８８、３．５７ ｍｇ／ｋｇ。对方程求导得ｄｙ／ｄｘ＝０．０５６ ３，由此可以看出土壤速效钾的含量随施钾量的增长速率为每增施1 ｋｇ/hm2的Ｋ２Ｏ，每千克土壤的速效钾含量将增加０．０５６ ３ ｍｇ。
　　２．４土壤养分的变异分析
　　从各处理全量养分之间的变异来看，全氮＞全磷。从土壤速效养分的变异情况来看，速效磷＞速效钾＞碱解氮，速效磷的变异性最大，这说明施肥对土壤速效磷的影响相对较大。由各处理土壤养分变异性来看，土壤速效磷的变异系数大于全磷的变异系数，这是因为全磷的变异主要取决于土壤的本底特征，人为活动不易对全磷产生重大影响。由此可见，对于高度集约化保护地土壤来说，在某一田块微小的区域范围内，土壤养分也存在着较大的空间变异（表２）。
　　３结论与讨论
　　水稻种植后各处理土壤氮磷钾养分含量变化结果表明，大多数处理土壤全氮含量不同程度地下降。各处理土壤碱解氮含量均有不同程度地提高，这可能是施用氮肥可以增加根茬、根系和根分泌物的产量，亦增加了归还土壤的有机氮量，这部分氮比土壤中原有有机氮易矿化［１０，１１］；不同处理间土壤全磷含量均有不同程度地降低，而速效磷含量变化差异很大，由于磷的移动性和损失相对较少，土壤全磷的增减主要取决于农田磷素的收支状况［１２，１３］；各处理土壤速效钾含量均有不同程度地提高，虽然钾库很大，即使不施用钾肥，土壤速效钾仍保持在一定的水平，但从维系土壤供钾能力及其可持续利用的角度出发，农业生产中仍需合理施用钾肥，以保持农业生产系统中钾素的收支平衡和促进土壤供钾能力的提高。
　　施肥量与土壤养分含量的相关分析表明，土壤碱解氮、速效磷、速效钾的含量分�与施氮量、施磷量、施钾量呈极显著正相关。同时，施氮对土壤速效磷的含量有显著影响，总的趋势是随着施氮量的增加，土壤速效磷含量也随之增加，增施氮肥和磷肥将不断增加土壤氮素和磷素流失的环境风险。土壤养分变异为：土壤全氮含量＞土壤全磷含量，速效养分中速效磷含量的变异性最大，土壤全磷含量的变异系数小于速效磷含量的变异系数。
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