有机物料还田对土壤硅形态及水稻硅吸收的影响研究

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硅是水稻生长发育不可或缺的营养元素,对水稻增产具有重要意义。我国南方稻区土壤缺硅已经成为限制水稻高产的重要因素。因此,提高土壤硅的有效含量变得尤为重要,目前有机物料还田被认为是一种经济有效的补硅措施。鉴于此,本研究以潮砂土和红壤性水稻土为研究对象,通过土壤培养实验、水稻盆栽试验和大田试验研究了不同有机物料(秸秆、秸秆生物炭及紫云英)还田对土壤硅素形态转化及其有效性、土壤化学性质和水稻产量与硅养分吸收等方面的影响。主要研究结果如下:(1)有机物料还田对土壤化学性质的影响:室内土壤培养实验结果表明,添加秸秆及其生物炭后,土壤p H值、EC值、SOC含量较CK处理均显著升高,其中p H值增加0.17~1.57个单位,秸秆对SOC的提升效果优于生物炭,而生物炭对EC的增加效果更好;在大田试验中,等养分条件下,有机物料还田处理(MSF和SF)均显著提高土壤p H值,分别提高0.10和0.09个单位。同时MSF和SF处理较F处理显著增加土壤有机质和速效养分含量,其中有机质增幅为13.20%~14.63%,且土壤速效养分含量均以SF处理为最高。在盆栽试验中,等养分投入时,添加秸秆和生物炭较单施化肥处理均显著提升土壤p H值,而对土壤养分的提升效果不明显,但对土壤磷、钾的调控较为明显。(2)有机物料还田对土壤硅形态的影响:在壤培养实验中,土壤有效硅库量与秸秆和生物炭的添加量成正比,且在相同的硅投入水平下,生物炭处理的有效硅含量更高。土壤中可移动态硅、吸附态硅、有机结合态硅的含量及其在非晶态硅中的占比均随着秸秆和生物炭的添加量增加而增加,其含量增幅分别为6.17%~258%、3.61%~510%和19.85%~110%,且均以生物炭处理效果最好。土壤无定形硅与秸秆添加量呈显著正相关,与生物炭添加量呈负相关。而大田和盆栽试验结果表明,有机物料还田主要增加了土壤吸附态硅和无定形硅含量。其中,大田试验中,在等养分条件下,MSF和SF处理较F处理,吸附态硅的增幅为21.41%和21.01%。而在盆栽试验中,与CK处理相比,早稻和中稻的土壤吸附态硅的增幅分别为20.05%~31.64%和30.67%~57.76%。结合相关性分析和通径分析结果表明,土壤可移动态硅可作为有效硅源,而土壤吸附态硅、有机结合态硅、(氢)氧化物结合态硅和生物无定形硅可作为缓效硅源。(3)有机物料还田对水稻产量及硅吸收的影响:盆栽早稻和大田晚稻产量有机物料还田处理与单施化肥处理基本持平,而盆栽中稻产量则显著低于单施化肥处理;有机物料还田增加了水稻地上部器官硅含量,有利于促进水稻对硅素的吸收。相关分析表明,水稻吸硅量与土壤中可移动态硅、吸附态硅、有机结合态硅、土壤(氢)氧化物结合态硅和无定形硅含量均存在极显著正相关关系。综上所述,有机物料还田能有效提高土壤p H值,改善土壤酸性环境;稳定及提升土壤有机质、养分含量,维持土壤肥力。有机物料还田能稳定和提高土壤可移动态硅和吸附态硅含量,增加土壤硅的有效性,促进水稻对硅的吸收,有利于提升土壤有效硅库;同时还可以提高土壤有机结合态硅和无定形硅含量,增加土壤的缓效硅库。
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