吳炳孫 韋家少 吳敏 何鵬 吳文冠 王桂花 高樂(lè)

摘要 海南用于種植木薯的土壤一般都比較酸瘦。通過(guò)在海南木薯種植地施用由農(nóng)業(yè)廢棄物資源和腐殖酸等研制而成的環(huán)保型土壤改良劑（酸性土壤改良劑和營(yíng)養(yǎng)型酸性土壤改良劑）.研究環(huán)保型土壤改良劑在種植木薯的土壤中的改良效果。結(jié)果表明：2種改良劑均可提高土壤pH，有效改善土壤酸度，增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高木薯鮮薯產(chǎn)量：施用營(yíng)養(yǎng)型酸性土壤改良劑的木薯各種農(nóng)藝性狀均優(yōu)于不施用的，鮮薯產(chǎn)量約是不施用的二倍，比施用酸性土壤改良劑增產(chǎn)71. 2%;木薯種植生產(chǎn)中可根據(jù)土壤狀況和增產(chǎn)目標(biāo)選用不同類(lèi)型的土壤改良劑。

關(guān)鍵詞 木薯;土壤改良劑;磚紅壤

海南地處熱帶地區(qū)的最南端，磚紅壤是典型的土壤類(lèi)型，其為熱帶雨林或次雨林地區(qū)的地帶性土壤，在海南高溫多雨、干濕季節(jié)變化較明顯的季風(fēng)性氣候影響之下，進(jìn)行著強(qiáng)烈富鋁化與高度生物富集的成土過(guò)程，同時(shí)由于受人為開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中管理措施的影響，水土流失和肥力退化嚴(yán)重.而且土壤還高度酸化[1-3]。因此，防治土壤退化，改良、修復(fù)與重建退化土壤，是實(shí)現(xiàn)土壤資源可持續(xù)利用的重要任務(wù)。

吳敏等[4-6]近幾年就熱區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物資源、腐殖酸等對(duì)酸性土壤的改良效果進(jìn)行了探索，結(jié)果表明，熱區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物資源香蕉假莖生物質(zhì)炭、椰殼生物質(zhì)炭、橡膠木屑生物質(zhì)炭等和腐植酸等具有改良熱區(qū)酸性土壤、提高熱區(qū)土壤養(yǎng)分含量和化肥利用率等作用，并研制了“環(huán)保型酸性土壤改良劑”。在此基礎(chǔ)上，為了響應(yīng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出的減肥增效要求和節(jié)約勞動(dòng)力成本，根據(jù)作物營(yíng)養(yǎng)需求特性以及種植土壤肥力狀況、土壤障礙因子等多方面因素.把作物的配方肥添加到酸性土壤改良劑中，合二為一，研制了既可改良酸性土壤又可提供作物營(yíng)養(yǎng)的“營(yíng)養(yǎng)型酸性土壤改良劑”。該改良劑通過(guò)利用生物質(zhì)炭和腐殖酸的吸附、多孔隙等特性，實(shí)現(xiàn)土壤養(yǎng)分的吸附/釋放，調(diào)控土壤酸堿度，改善土壤微生態(tài)環(huán)境，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高肥料利用率。

木薯（Manihot esculenta Crantz）是世界三大薯類(lèi)之一，是中國(guó)南方重要的經(jīng)濟(jì)與糧食作物[7]。同時(shí)木薯是生物質(zhì)能源作物，在十三五規(guī)劃中，木薯產(chǎn)業(yè)已成為中國(guó)第二大類(lèi)熱帶作物產(chǎn)業(yè)，主產(chǎn)區(qū)在廣西、廣東、海南、云南、福建等熱帶地區(qū)[8]。海南的物候條件周年可種植木薯，2015年的種植面積約為2.6萬(wàn)公頃[9]，主要分布在白沙黎族自治縣、瓊中縣、儋州市、東方市、屯呂縣、定安縣、呂江縣等市縣，其中白沙的邦溪鎮(zhèn)、七訪鎮(zhèn)、打安鎮(zhèn)和瓊中的營(yíng)根鎮(zhèn)具有悠久的種植歷史與良好的種植基礎(chǔ)。但是海南的木薯種植土壤一般都比較酸瘦，地力條件差，投入少，所以產(chǎn)量較低。本研究選取國(guó)家木薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系白沙綜合試驗(yàn)站所在地邦溪鎮(zhèn)作為施用環(huán)保型和營(yíng)養(yǎng)型酸性土壤改良劑試點(diǎn)，以驗(yàn)證改良劑對(duì)土壤改良和產(chǎn)量影響的效果，為大面積推廣應(yīng)用該產(chǎn)品提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于海南省白沙市邦溪鎮(zhèn)國(guó)家木薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系白沙綜合試驗(yàn)站及其周邊農(nóng)戶(hù)木薯種植地，地處北緯19°21'，東經(jīng)109°07'，地貌以臺(tái)地為主，屬北熱帶季風(fēng)島嶼型氣候，氣候暖熱，沒(méi)有霜期，年平均溫度24℃，年平均降雨量1400 mm。土壤為磚紅壤，其土壤理化性質(zhì)及供試木薯品種見(jiàn)表1。

1.1.2 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)使用2種土壤改良劑.其中1種為中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所研發(fā)的“環(huán)保型酸性土壤改良劑”，該種改良劑主要以香蕉假莖生物質(zhì)炭、椰殼生物質(zhì)炭、橡膠木屑生物質(zhì)炭等和腐植酸及白云石、沸石等構(gòu)成，具有改良土壤酸化、板結(jié)，提高肥料利用率等功能：另1種是在“環(huán)保型酸性土壤改良劑”的基礎(chǔ)上添加木薯氮磷鉀配方肥，制成既可改良酸性土壤又可提供作物營(yíng)養(yǎng)的“營(yíng)養(yǎng)型酸性土壤改良劑”。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

“環(huán)保型酸性土壤改良劑”應(yīng)用效果試驗(yàn)于2016年6月至2017年1月在試驗(yàn)站與3塊農(nóng)戶(hù)等4塊木薯地進(jìn)行（這是大田應(yīng)用性試驗(yàn)，比較粗略.參試地塊為農(nóng)戶(hù)的，必須配合他們的時(shí)間進(jìn)行，該試驗(yàn)施用基肥時(shí)木薯已經(jīng)種植大約20 d，所以試驗(yàn)時(shí)間只從施用基肥的6月份開(kāi)始計(jì)算。木薯在海南一年四季都可以種植，其生長(zhǎng)周期為8-10個(gè)月是正常的）。 “營(yíng)養(yǎng)型酸性土壤改良劑”應(yīng)用效果試驗(yàn)于2017年3月至2018年1月在試驗(yàn)站木薯地進(jìn)行，其木薯種植品種、試驗(yàn)面積、土壤狀況見(jiàn)表1，由于該試驗(yàn)為應(yīng)用示范試驗(yàn)，所以只設(shè)立了施用土壤改良劑和不施用2種處理?！碍h(huán)保型酸性土壤改良劑”與“營(yíng)養(yǎng)型酸性土壤改良劑”施用量均是3 750 kg/hm²，作基肥一次性施用。各處理中均未施用其它肥料，除施肥外，其余農(nóng)事管理完全一致。

1.2.2 項(xiàng)目測(cè)定

產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀及淀粉含量：2017年1月于木薯收獲期針對(duì)不同處理均按照梅花點(diǎn)各取木薯20株，稱(chēng)量單株鮮薯產(chǎn)量并取有代表性的新鮮塊根測(cè)定鮮薯淀粉含量和干物質(zhì)率。2018年1月收獲期分別考察不同處理木薯株高、莖粗、單株結(jié)薯數(shù)、薯長(zhǎng)、薯粗、單株鮮薯重、地上部植株鮮重等農(nóng)藝性狀。

土壤養(yǎng)分含量：試驗(yàn)前和每年試驗(yàn)結(jié)束后（收獲木薯后）均采取0～20 cm、20—40 cm等土層樣品，根據(jù)《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[10]測(cè)定全氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)、速效氮、有效磷、速效鉀含量和pH。全氮用H₂SO₄-H₂O₂靛酚藍(lán)比色法，全磷用H₂SO₄-H₂O₂鉬銻抗比色法，全鉀用H₂SO₄-H₂O₂火焰分光光度計(jì)法，速效氮用堿解蒸餾法，速效磷用鹽酸氟化銨法.速效鉀用乙酸銨提取法.有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀氧化容量法.pH用電位法。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用酸性土壤改良劑對(duì)木薯產(chǎn)量及土壤有機(jī)質(zhì)、酸度的影響

針對(duì)2016年6月種植木薯的4個(gè)地塊，設(shè)置了施用酸性土壤改良劑和不施用2種處理，2017年1月收獲。從表2可看出，4個(gè)地塊4個(gè)木薯品種中施用酸性土壤改良劑的處理鮮薯公頃產(chǎn)量均比不施用的高，增產(chǎn)幅度從5.5%～51.5%，其中以華南12號(hào)的增幅最大，達(dá)51.5%.公頃產(chǎn)量為72.41t/hm²。

在木薯生長(zhǎng)的8個(gè)月期間，4個(gè)地塊的有機(jī)質(zhì)含量均以施用酸性土壤改良劑的土壤高于不施用改良劑的土壤，且都比種植前有所提高：而不施用改良劑的處理有3塊地（試驗(yàn)站，農(nóng)戶(hù)1，農(nóng)戶(hù)2）低于種植前的，只有農(nóng)戶(hù)3地塊有所提高。木薯收獲后土壤pH值都有所提升，其中施用酸性土壤改良劑的土壤比不施用的土壤提升更多，試驗(yàn)站基地的地塊從4. 92提升到了6.05。由此可見(jiàn)，酸性土壤改良劑具有提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和提升土壤酸度的作用，同時(shí)通過(guò)增加土壤養(yǎng)分活性和提高養(yǎng)分吸收率來(lái)提高木薯鮮薯產(chǎn)量。木薯塊根干物質(zhì)率和淀粉含量在不同品種之間差異較大，二者均以食用品種最高，華南12號(hào)最低;而同一品種施用與不施用酸性土壤改良劑的木薯塊根，除了食用品種外，其它3個(gè)品種的干物質(zhì)率和淀粉含量均是不施用的處理略高于施用的處理。

2.2 營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑對(duì)木薯農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

2017年3月，在白沙試驗(yàn)站基地的木薯種植地塊上，繼續(xù)設(shè)置施用營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑和不施用的2個(gè)處理的應(yīng)用試驗(yàn)。表3的結(jié)果說(shuō)明，每公頃施3750 kg營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑的木薯，其株高、莖粗、單株結(jié)薯數(shù)、薯塊長(zhǎng)度、薯塊粗度、地上部分植株鮮重、單株鮮薯重等各項(xiàng)農(nóng)藝性狀均優(yōu)于不施用的處理，單位面積產(chǎn)量為88. 61t/hm²，而不施肥處理只有45.02t/hm²，施用比不施用增產(chǎn)96.8%，產(chǎn)量差不多翻了一番，說(shuō)明營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑為木薯生長(zhǎng)提供了全面、合理的營(yíng)養(yǎng)元素，滿(mǎn)足了木薯營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和塊根膨大各時(shí)期對(duì)養(yǎng)分的需求。而2017年試驗(yàn)站施用營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑的產(chǎn)量與2016年施用酸性土壤改良劑的相比較，也增產(chǎn)了71.2%。由此可見(jiàn)，營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑較酸性土壤改良劑可供養(yǎng)分的優(yōu)越性。試驗(yàn)站不施用任何土壤改良劑的處理，2017年與2016年的產(chǎn)量相比較，鮮薯產(chǎn)量減少8.2%，說(shuō)明木薯種植是逐年消耗地力的，一是因?yàn)槟臼砩L(zhǎng)的整個(gè)生育期對(duì)養(yǎng)分的需要，二是因?yàn)槭斋@木薯塊根帶走了部分養(yǎng)分。二者導(dǎo)致了種植土壤養(yǎng)分的逐年減少，在沒(méi)有外源養(yǎng)分的供應(yīng)情況下，最終出現(xiàn)了減產(chǎn)。

2.3 施用土壤改良劑2年后木薯種植土壤養(yǎng)分的變化

2016年在白沙試驗(yàn)站基地地塊上種植木薯，2017年1月采集土壤進(jìn)行測(cè)定分析，結(jié)果顯示，施用酸性土壤改良劑與不施用的處理全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀含量均有所下降，其中不施用改良劑的處理比施用酸性改良劑的處理下降幅度更大，速效磷除外;而施用酸性土壤改良劑的土壤有機(jī)質(zhì)則比種植前有所提高，pH提高至6.05（表4）。

在上述相同地塊上，2017年設(shè)置了施用營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑和不施用的2個(gè)處理，2018年1月收獲木薯后采集土樣進(jìn)行分析。結(jié)果表明，施用營(yíng)養(yǎng)型改良劑的土壤氮、磷、鉀全量和速效養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)含量均高于不施用改良劑的土壤;而與2017年施用酸性土壤改良劑的相比較，全氮略有增加，全磷、全鉀有所下降，而堿解氮降低了，速效磷和速效鉀、有機(jī)質(zhì)卻增加了。其可能原因：一方面是營(yíng)養(yǎng)型改良劑活化了土壤中的全磷、全鉀，使其轉(zhuǎn)化為速效磷和速效鉀，從而提高了速效磷和速效鉀含量。由此也說(shuō)明，施用營(yíng)養(yǎng)型改良劑可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量;另一方面是營(yíng)養(yǎng)型改良劑提供的氮元素不足以滿(mǎn)足木薯生長(zhǎng)過(guò)程中需要的大量氮營(yíng)養(yǎng)，土壤中部分速效氮被消耗掉，導(dǎo)致了土壤中的速效氮含量有所下降。與2016年種植木薯前比較，施用營(yíng)養(yǎng)型改良劑的土壤氮、磷、鉀全量和速效氮均下降，而速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量均提高了;pH值雖比2017年1月降低了一些，但比2016年種植木薯前有所提高（5.66）。

2018年收獲后不施用營(yíng)養(yǎng)型改良劑的土壤，其全磷、全鉀和速效氮、速效磷含量均低于2017年和2016年種植木薯前的含量，且是逐年下降的，這是因?yàn)槟臼淼臓I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)均需吸收大量營(yíng)養(yǎng)，在不添加外源肥料的情況下必然消耗土壤中貯藏的礦質(zhì)養(yǎng)分并致其含量逐年下降;而其全氮和速效鉀含量也均低于2016年種植木薯前的含量，但呈先下降（種植第一年2017年）再上升（種植第二年2018年）的變化趨勢(shì);但其有機(jī)質(zhì)含量高于2017年和2016年種植木薯前的含量，呈先下降（種植第一年2017年）再上升（種植第二年2018年）變化趨勢(shì)，其可能原因是2017年種植第一年沒(méi)有施用營(yíng)養(yǎng)型改良劑，而木薯生長(zhǎng)所需養(yǎng)分除了轉(zhuǎn)化土壤礦質(zhì)元素全量外，還分解了土壤中部分有機(jī)質(zhì)，2018年種植第二年有機(jī)質(zhì)提高是因?yàn)?017年收獲后部分枯枝落葉回歸土壤所致。而速效鉀含量種植第二年有所提高可能是因?yàn)樵囼?yàn)前土壤全鉀含量和速效鉀含量都相當(dāng)高，雖然種植第一年消耗掉一部分（即2017年土壤速效鉀含量下降），但2017年枯枝落葉回歸增加土壤有機(jī)質(zhì)，所帶來(lái)的鉀含量足以滿(mǎn)足2018年木薯生長(zhǎng)的需要，并有所富余。

以上結(jié)果充分說(shuō)明，種植木薯第一年施用酸性土壤改良劑雖然可以提高土壤pH值，有效地改良土壤，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，但是由于酸性土壤改良劑中沒(méi)有添加化學(xué)肥料，而木薯生長(zhǎng)是需要吸收、消耗各種養(yǎng)分的，所以木薯收獲后所有土壤養(yǎng)分含量均有所下降，進(jìn)而說(shuō)明木薯的生長(zhǎng)是消耗地力的。木薯種植第二年施用了添加木薯配方肥的營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑，在改善土壤酸度的同時(shí)，通過(guò)降低土壤中的的氫、鋁離子有效地激活了土壤中磷鉀有效性，同時(shí)釋放改良劑自身的養(yǎng)分含量，豐富了土壤中的磷鉀速效養(yǎng)分.為木薯生長(zhǎng)提供了充足而全面的營(yíng)養(yǎng)元素。

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)所使用的酸性土壤改良劑與營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑，均含有生物質(zhì)炭，生物質(zhì)炭主要由芳香烴和單質(zhì)碳或具有石墨結(jié)構(gòu)的碳組成，含有60%以上的碳元素[11]，具有高度羧酸酯化和芳香化結(jié)構(gòu)[12]，在土壤中所形成的有機(jī)碳具有較高的生物化學(xué)和熱穩(wěn)定性[13]，可以增加土壤有機(jī)碳含量以及土壤有機(jī)質(zhì)或腐殖質(zhì)含量[4];生物質(zhì)炭也含有有機(jī)官能團(tuán)和碳酸鹽等堿性物質(zhì)[15]，添加到土壤中，可以中和土壤酸性，提高土壤pH[16-17]。本試驗(yàn)應(yīng)用中，在木薯種植地施用酸性土壤改良劑和營(yíng)養(yǎng)型改良劑，均可以提升土壤pH，有效提高土壤有機(jī)質(zhì)，但以酸性土壤改良劑改善土壤酸度效果更好，營(yíng)養(yǎng)型改良劑提升有機(jī)質(zhì)的效果更優(yōu);施用酸性土壤改良劑1年的木薯種植地速效氮、磷、鉀含量均較試驗(yàn)前降低，這是因?yàn)樗嵝酝寥栏牧紕┍旧聿](méi)有添加氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)元素，而木薯生長(zhǎng)是必需的，這就消耗了土壤原有的養(yǎng)分。而施用營(yíng)養(yǎng)型改良劑1年后，木薯土壤的堿解氮仍在下降，這是因?yàn)槟臼砩L(zhǎng)過(guò)程中需要消耗大量的氮元素，這與譚麗霞等[18]的結(jié)論相一致，即氮素營(yíng)養(yǎng)是影響木薯生長(zhǎng)發(fā)育和決定塊莖產(chǎn)量的主要因素. 其對(duì)木薯最終產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率可達(dá)50%;而速效磷、鉀含量都提高了，說(shuō)明土壤中的磷、鉀元素被有效活化了，從而提高了土壤中的速效磷、鉀含量。

酸性土壤改良劑中的植物物料（農(nóng)業(yè)廢棄物）及其生物炭本身除含有C外，還含有N、P、K、Ca和Mg等養(yǎng)分，并具有灰化堿[19]，能有效提高土壤pH，提高土壤陽(yáng)離子交換量，增加有機(jī)質(zhì)水平，活化土壤養(yǎng)分，提高土壤養(yǎng)分的有效性[20-21]，從而為木薯生長(zhǎng)提供了所需養(yǎng)分，提高木薯塊根產(chǎn)量。營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑，是根據(jù)木薯營(yíng)養(yǎng)特性在酸性土壤改良劑中添加了合理比例的氮磷鉀，施用后木薯鮮薯產(chǎn)量大幅度提高，同時(shí)也比施用酸性土壤改良劑的增產(chǎn)了71.2%，這與林洪鑫等[22]的結(jié)論相一致，即施肥處理的木薯產(chǎn)量顯著高于不施肥處理，也驗(yàn)證了適當(dāng)比例的氮、磷、鉀肥配合施用可以顯著增加產(chǎn)量[23]，所以氮磷鉀的合理運(yùn)籌是木薯高產(chǎn)栽培的重要策略之一[24]。

在海南乃至其它熱帶地區(qū)的木薯種植地，可根據(jù)目的和要求，選擇施用酸性土壤改良劑或營(yíng)養(yǎng)型改良劑。如果是為了改良酸性土壤，可以選擇施用酸性土壤改良劑，但產(chǎn)量增幅偏低。而施用營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑，既可改良酸性土壤，又可大幅度地提高木薯鮮薯產(chǎn)量，且施用省工省時(shí)，節(jié)約勞動(dòng)力成本，這是保持木薯土壤養(yǎng)分可持續(xù)供給的主要方法。

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