侯憲文，符瑞益，李兆君，李光義*

(1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院，環(huán)境與植物保護(hù)研究所，海南 ?？?571101；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081)

土壤酸化是制約我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要問(wèn)題之一，我國(guó)各類酸化土壤面積約2億hm2。近年來(lái)，酸雨沉降不斷增加、銨態(tài)氮肥大量使用等導(dǎo)致土壤酸化加劇[1]。土壤酸化導(dǎo)致土壤中的Ca、Mg、P等營(yíng)養(yǎng)元素大量淋失，土壤中的Al3+大量溶出引起的酸性土壤鋁毒害是抑制作物生長(zhǎng)和導(dǎo)致作物減產(chǎn)的主要原因之一[2]。防治土壤退化、進(jìn)行退化土壤的修復(fù)與培肥，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)之一，適當(dāng)提高酸性土壤的pH值，是作物增產(chǎn)增收的重要措施，對(duì)提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量具有重要的意義[3,4]。

學(xué)者們對(duì)酸性土壤改良效果較好的生石灰(CaO)、石灰石(含碳酸鈣) 和硅鈣粉等進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索研究，由于石灰類物質(zhì)由于具有便捷、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用[5～7]。以磷礦粉、粉煤灰和堿渣等為原料的土壤調(diào)理劑也取得較好的應(yīng)用和推廣[4,8～12]。此外，利用腐植酸共聚物改良赤紅壤的pH值由4.56提高到6.34[13]。本試驗(yàn)產(chǎn)品是山西天脊煤化工集團(tuán)股份有限公司利用一種由生產(chǎn)硝酸磷肥產(chǎn)生的中間產(chǎn)物制造的低pH值土壤調(diào)理劑(顆粒型)，其主要成分是碳酸鈣，含Ca、Mg、K等作物生長(zhǎng)有益元素。利用粉末狀酸化土壤調(diào)理劑在盆栽試驗(yàn)中可以顯著的提升土壤pH值，而且，在不同類型土壤上的表現(xiàn)也可能會(huì)有很大差別[14]。按《土壤調(diào)理劑效果試驗(yàn)和評(píng)價(jià)要求(NY/T2271—2012)》相關(guān)規(guī)定，采用田間定位試驗(yàn)法，研究了顆粒狀酸化土壤調(diào)理劑在旱地蔬菜耕作模式下對(duì)酸性土壤的改良效果及其對(duì)蔬菜產(chǎn)量的影響，以期明確該土壤調(diào)理劑在海南分布面積最大的磚紅壤及土壤酸化相似區(qū)域的合理用量，為其在酸性土壤地區(qū)的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

田間試驗(yàn)在海南省儋州市中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)年均降雨量為1815 mm，年均溫23.5 ℃。試驗(yàn)地土壤為玄武巖發(fā)育的磚紅壤，基本性質(zhì)：pH值4.40，有機(jī)質(zhì)13.6 g·kg-1，全氮1.41 g·kg-1，速效磷116.9 mg·kg-1，速效鉀147.1 mg·kg-1，活性硅1.18%，活性鋁0.94%。

酸化土壤調(diào)理劑：由山西天脊煤化工集團(tuán)有限公司生產(chǎn)，主要成分為碳酸鈣，CaO ≥40%，pH值8.05，速效磷5.50 mg·kg-1，速效鉀33.80 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理：1、對(duì)照(CK)，常規(guī)施肥(施氮磷鉀肥)；2、常規(guī)施肥+600 kg·hm-2調(diào)理劑；3、常規(guī)施肥+1 200 kg·hm-2；4、常規(guī)施肥+1 800 kg·hm-2。小區(qū)面積22 (2.2 m×10 m) m2，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，周圍設(shè)置保護(hù)行。栽培作物為空心菜。

空心菜試驗(yàn)前茬作物是豇豆，豇豆收獲后空閑1年。試驗(yàn)于1月18日開始，起低壟(面寬80 cm，高15 cm，壟間距30 cm)栽培空心菜，土壤調(diào)理劑與基肥在壟面撒施后旋耕，基肥用量450 kg·hm-2的復(fù)合肥(15-15-15)。施入基肥后按株行距20 cm×25 cm穴播5粒種子。其它的栽培管理措施與生產(chǎn)一致。播種后第36天沖施187.5 kg·hm-2尿素和525 kg·hm-2復(fù)合肥(15-15-15)，第1次刈割后分2次共沖施375 kg·hm-2尿素，第2次刈割后分2次共沖施375 kg·hm-2尿素。3月12日(播種后第52天)第1次刈割，3月28日第2次刈割，4月15日第3次刈割。在第1和第3次刈割后按“S”形分別采集耕層0～20 cm的土壤樣品，風(fēng)干后測(cè)定分析土壤pH值、全氮、速效磷及速效鉀含量等指標(biāo)。

1.3 測(cè)定方法

土壤pH值：土∶水(1 mol·L-1KCl)為1∶5，用pH計(jì)檢測(cè)；土壤全氮、速效磷、速效鉀含量分別用半微量開氏法、NH4F-HCl-分光光度計(jì)法、NH4OAc-火焰光度計(jì)法測(cè)定；硝酸鹽用硝基-水楊酸法測(cè)定[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)7.05對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤調(diào)理劑對(duì)磚紅壤pH值的影響

在本試驗(yàn)中，施入調(diào)理劑52 d后的第1次采樣檢測(cè)結(jié)果顯示(表1)，600 kg·hm-2處理對(duì)于提高土壤pH值已沒(méi)有效果，1 200 kg·hm-2和1 800 kg·hm-2處理的土壤pH值比對(duì)照高0.14和0.58，1 800 kg·hm-2處理與對(duì)照有顯著差異?？梢姡{(diào)理劑的施入能夠?qū)λ嵝酝寥榔鸬斤@著的改良作用。由于試驗(yàn)地土壤pH值較低，且隨著施肥和灌溉的增多，土壤鹽基離子淋溶損失增大，各處理的土壤pH值都明顯下降，第2次采樣時(shí)的土壤pH值甚至低于試驗(yàn)前。在酸性土壤上，調(diào)理劑施入初期可以明顯降低土壤酸度，但由于土壤的緩沖作用，其效應(yīng)逐漸衰減[15]。本試驗(yàn)中低用量調(diào)理劑處理效果不顯著，有類似研究表明，低石灰用量處理經(jīng)過(guò)90 d 培養(yǎng)后對(duì)于提高土壤pH值已沒(méi)有明顯效果，但對(duì)降低土壤潛在酸度效果顯著[16]。

2.2 土壤調(diào)理劑對(duì)土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量的影響

試驗(yàn)土壤的全氮含量較高，土壤pH值的變化主要影響土壤中氮形態(tài)的變化，而全氮含量受施肥的影響很大。第1次采樣時(shí)不同處理的全氮含量比對(duì)照減少2%～13%，而到第2次采樣時(shí)又略有增加，但各處理的差異不顯著，可能是尿素和復(fù)合肥等的追肥量較多引起的這種變化。

試驗(yàn)土壤中的有效磷含量豐富，屬于高等水平[14]，由于土壤的有效磷含量較高，施加調(diào)理劑的影響則較復(fù)雜，1 200 kg·hm-2處理增加有效磷含量，其它處理則減少有效磷含量，但其相對(duì)減少量并不大，土壤有效磷含量在調(diào)理劑作用下變化不顯著。這可能與土壤調(diào)理劑的主要成分是CaCO3有關(guān)，施用含鈣物質(zhì)對(duì)磷的影響過(guò)程較為復(fù)雜，其中的Ca2+容易與PO43-結(jié)合而固定磷[16]，Ca-P在土壤中的反應(yīng)是一個(gè)平衡體系，隨著作物吸收利用而土壤中有效磷減少，Ca-P體系中的磷酸根會(huì)不斷釋放出來(lái)[14]。說(shuō)明調(diào)理劑的施用在長(zhǎng)期來(lái)看是有利于土壤改良的，對(duì)于土壤有效磷含量較高的土壤來(lái)說(shuō)，鈣離子對(duì)其影響不大。

試驗(yàn)在培養(yǎng)初期以底肥形式補(bǔ)充了鉀素，在作物生長(zhǎng)期也追施了鉀素，隨著作物生長(zhǎng)吸收，土壤有效鉀呈逐漸減少趨勢(shì)(表2)。土壤的有效鉀含量在84～116 mg·kg-1時(shí)，屬于中等水平，在116 mg·kg-1以上為高等水平[14]。試驗(yàn)地土壤的鉀含量為高等水平(起始速效鉀為147.1 mg·kg-1)。除600 kg·hm-2的處理外，高用量處理可提高土壤速效鉀含量16.1%～20.0%供給作物吸收，但與對(duì)照差異不顯著。而在第3次刈割空心菜后的土壤速效鉀比對(duì)照降低10.9%～27.0%，但只有600 kg·hm-2的處理與對(duì)照差異顯著。

表2 土壤調(diào)理劑對(duì)磚紅壤有效養(yǎng)分的影響Table 2 Effects of soil conditioner on the latosol of soil available nutrient

2.3 土壤調(diào)理劑處理對(duì)土壤硅鋁率的影響

通常認(rèn)為土壤中的SiO2含量是穩(wěn)定的、變化較小的，因此可用硅鋁率來(lái)表達(dá)土壤調(diào)理劑對(duì)酸性土壤的改變，硅鋁率越高，表明土壤中活性鋁含量越低，植物生長(zhǎng)受影響越??；硅鋁率越低，表明土壤中活性鋁含量越高，植物生長(zhǎng)受抑制影響越大[17]。土壤調(diào)理劑不同施用量對(duì)土壤硅鋁率的影響見表3。施入調(diào)理劑都能增加土壤SiO2/Al2O3，其中以1 800 kg·hm-2處理的SiO2/Al2O3最高，與對(duì)照差異顯著，比對(duì)照提高15.0%，不同用量調(diào)理劑提高土壤SiO2/Al2O3的幅度在4.5%～15.0%之間。但隨著土壤pH值降低，施用調(diào)理劑處理土壤的硅鋁率也大幅度下降。

表3 土壤調(diào)理劑對(duì)磚紅壤硅鋁率的影響

2.4 土壤調(diào)理劑處理對(duì)作物的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明施用調(diào)理劑處理對(duì)空心菜的高度影響不顯著；施用調(diào)理劑處理能增加空心菜產(chǎn)量2.92%～6.98%(表4)，其中1 200 kg·hm-2處理空心菜產(chǎn)量最高，但與對(duì)照沒(méi)有顯著差異。

表4 土壤調(diào)理劑對(duì)空心菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響Table 4 Effects of soil conditioner on the yield and quality of water spinach

蔬菜中硝酸鹽對(duì)人體具有潛伏性危害，葉菜類蔬菜硝酸鹽含量限值是≤3 000 mg·kg-1[17]。在試驗(yàn)的2次采樣結(jié)果中，與CK相比，各處理均不同程度地提高了空心菜中硝酸鹽含量，尤其第1次采樣分析結(jié)果表明各處理比對(duì)照高49.4%～83.3%，其中600 kg·hm-2的處理比對(duì)照高83.3%，達(dá)顯著差異。隨著追肥不斷增加和土壤中氮素的累積，對(duì)照空心菜中硝酸鹽含量也大幅增加，各處理硝酸鹽含量穩(wěn)定在323.4～363.7 mg·kg-1，遠(yuǎn)低于國(guó)家食品安全的限量要求。

3 討論與結(jié)論

土壤酸化問(wèn)題是影響作物生長(zhǎng)，限制作物高產(chǎn)的主要障礙因子，學(xué)者們對(duì)酸性土壤改良效果較好的生石灰(CaO)、石灰石(含碳酸鈣) 和硅鈣粉等進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索研究[6、9、16～19]。本研究所用的土壤調(diào)理劑是利用生產(chǎn)硝酸磷肥過(guò)程中的中間產(chǎn)物經(jīng)反應(yīng)生成的粉末狀碳酸鈣，經(jīng)造粒處理后方便施用，施入土壤后的活性高，反應(yīng)快，在短期內(nèi)就表現(xiàn)出顯著的調(diào)酸和增產(chǎn)效果。此外，本土壤調(diào)理劑pH值為8.0左右，易與化肥混合施用。在本試驗(yàn)中顆粒型土壤調(diào)理劑撒施再旋耕入土，施用后第52天采樣時(shí)土壤pH值比對(duì)照提高0.14～0.58，土壤pH值有隨調(diào)理劑施用量增加而逐漸升高趨勢(shì)；李育鵬等[17]在福建的研究結(jié)果表明，土壤pH值隨粉狀調(diào)理劑施入量的增加而升高，最多可使土壤pH值由對(duì)照的4.62提高到5.62，說(shuō)明調(diào)理劑相同用量情況下，土壤pH值本底值越低則調(diào)節(jié)幅度越小，同時(shí)，顆粒狀土壤調(diào)理劑比粉狀的調(diào)酸效果略差。在第85天的第2次采集土壤時(shí)各處理土壤pH值都不同程度下降，土壤調(diào)理劑施用后一段時(shí)期存在返酸現(xiàn)象，可能與化肥追施有關(guān)[20，21]?；适┯脤?dǎo)致土壤酸化的原因除氮素形態(tài)外，主要是促進(jìn)了硝化作用的發(fā)生及硝酸鹽的淋溶[21]，因?yàn)檠趸? mol的 NH4+為NO3-會(huì)向環(huán)境中釋放雙倍的H+[22]。也可能是調(diào)理劑施入土壤一段時(shí)間后，表層土壤中的Ca2+含量下降導(dǎo)致土壤中陽(yáng)離子交換量降低，而土壤中陰離子含量的增加又加速了土壤中有機(jī)質(zhì)的分解，從而增加了土壤中H+的含量[23]。因此，在酸化嚴(yán)重的磚紅壤需要考慮多次施用土壤調(diào)理劑。

土壤硅鋁率是土壤中SiO2和Al2O3含量的比值，礦物鋁在酸性條件下易被活化而被植物吸收，土壤酸化加速土壤中鋁的活化，使得土壤溶液中活性鋁的含量明顯增加。鋁對(duì)植物的根系生長(zhǎng)發(fā)育有明顯的抑制作用，鋁還干擾植物對(duì)幾種必需的營(yíng)養(yǎng)元素如Ca、Mg、K、P和Fe的吸收、運(yùn)輸和利用，鋁被認(rèn)為是酸化土壤上引起作物減產(chǎn)的重要原因之一[2]。本試驗(yàn)中施用調(diào)理劑后的土壤硅鋁率可增加4.5%～15.0%，土壤活性鋁含量隨調(diào)理劑用量增加逐漸下降，表明土壤調(diào)理劑對(duì)中和土壤鋁毒有明顯效果。

綜上所述，該土壤調(diào)理劑可以有效的提升磚紅壤的pH值，降低土壤中活性鋁，增大土壤硅鋁率，并能增加作物產(chǎn)量，綜合經(jīng)濟(jì)因素等認(rèn)為在磚紅壤上調(diào)理劑施用量以1 200 kg·hm-2比較合理。本試驗(yàn)所用顆粒型調(diào)理劑是采用撒施后旋耕的方式，生產(chǎn)中亦可在土壤翻耕后將調(diào)理劑均勻撒施于表土中，用釘耙將土壤與調(diào)理劑混合均勻即可。