吳凱朝，徐 林，覃興云，李育鵬，莫大強(qiáng)，黃成豐，鄧智年，黃 海， 龐 天*，王維贊*

(1廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，廣西南寧530007；2廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實驗室，廣西南寧530007；3農(nóng)業(yè)部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點(diǎn)實驗室，廣西南寧530007；4廣西來賓市金鳳凰農(nóng)業(yè)投資有限公司，廣西來賓546100；5天脊煤化工集團(tuán)股份有限公司，山西潞城047500)

0 引言

甘蔗是我國最重要的糖料作物，種植面積占糖料作物種植面積的85%以上，產(chǎn)糖量占食糖總產(chǎn)量的90%以上。在長期的甘蔗種植生產(chǎn)中，蔗地長年連作，無節(jié)制地使用各種化肥和農(nóng)藥，導(dǎo)致土壤理化性狀惡化，土壤酸化板結(jié)，養(yǎng)分平衡失調(diào)，地力下降，抵御自然災(zāi)害能力差。酸化后的土壤微生物活性顯著降低[1]，細(xì)菌群落也隨之發(fā)生改變[2-3]。目前，我國多數(shù)蔗地的土壤酸化嚴(yán)重，甘蔗主產(chǎn)區(qū)廣西的多個蔗區(qū)土壤pH在4.0～5.5之間[4]，特別是“糖都”崇左蔗區(qū)，土壤pH＜5.5的蔗地占比達(dá)到69%[5]。土壤板結(jié)嚴(yán)重，影響甘蔗根系正常生長，對產(chǎn)量和品質(zhì)的提高起到阻礙作用。蔗地酸化不但對土壤環(huán)境產(chǎn)生危害，酸和鋁毒脅迫對甘蔗產(chǎn)生毒害的同時土壤中重金屬也被活化，甘蔗生長會受到嚴(yán)重抑制，產(chǎn)量降低，品質(zhì)下降，嚴(yán)重降低了蔗糖業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此，解決蔗地酸化退化，提高甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)是當(dāng)前糖料蔗生產(chǎn)中急需解決的問題。

土壤調(diào)理劑是一類加入土壤中用于改善土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)及其生物活性的制劑，它可以改善土壤環(huán)境質(zhì)量，改良土壤的偏酸、偏堿、鹽漬化以及板結(jié)狀態(tài)，有效地促進(jìn)植物生長[6]。目前，已有多種土壤調(diào)理劑在各種作物上得到很好的應(yīng)用和推廣，耕地質(zhì)量、作物長勢、產(chǎn)量和品質(zhì)得到有效提高，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展起到重要的作用[7-10]。在甘蔗上，免深耕型土壤調(diào)理劑對宿根蔗和新植蔗都有增產(chǎn)效應(yīng)[11]，土壤激活型土壤調(diào)理劑對甘蔗苗期、伸長期生長都有促進(jìn)效應(yīng)，提高成莖率，增加有效莖數(shù)，極顯著增加蔗莖產(chǎn)量，還可以提高葉片葉綠素含量和葉片中N、K含量[12-13]。在酸性土壤條件下，蔗地施用石灰顯著提高土壤pH，可有效促進(jìn)甘蔗出苗、分蘗，有效提高甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)[14]，能有效防控甘蔗幼苗黃化病發(fā)生[15]。CaO型土壤調(diào)理劑富含N、P、Si、Mg、Fe、微量元素以及硝酸稀土，pH值在8.0～8.5之間。研究表明，CaO型土壤調(diào)理劑具有松土保水，平衡土壤養(yǎng)分，修復(fù)農(nóng)藥和重金屬污染，提高土壤pH、肥料利用率和作物抗逆能力[16-18]。

一直以來，酸化蔗地的土壤改良沒有引起足夠的重視，蔗地酸化的問題沒有得到有效解決，關(guān)于調(diào)節(jié)酸化蔗地問題的研究報道甚少。本研究根據(jù)廣西紅壤蔗地的情況，以傳統(tǒng)常規(guī)種植作為對照，使用不同施用量CaO型土壤調(diào)理劑對甘蔗田土壤進(jìn)行改良，通過比較蔗地土壤pH變化、甘蔗生長、產(chǎn)量性狀及蔗糖分，篩選最佳的CaO型土壤調(diào)理劑施用量，為合理使用土壤調(diào)理劑調(diào)節(jié)改良酸化蔗地土壤提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設(shè)在廣西扶綏縣渠黎鎮(zhèn)雷達(dá)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)合作社聯(lián)合社的新植甘蔗地(甘蔗連作＞10年)。地塊平整、方正，排灌方便，土壤肥力適中，整塊蔗地面積4 hm2。

1.2 試驗材料

試驗所需的CaO型土壤調(diào)理劑為廣西晉天脊農(nóng)業(yè)服務(wù)有限公司提供的粉劑“天脊”土壤調(diào)理劑(含腐植酸)，CaO≥40%。供試甘蔗品種為桂糖46號。

1.3 試驗方法

試驗設(shè)置CaO型土壤調(diào)理劑4個施用量水平處理，分別為0(CK)、1500(A)、2250(B)和3000 kg/hm2(C)。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3個重復(fù)，每個處理區(qū)面積為0.1 hm2，各處理區(qū)之間間隔距離3 m。蔗地翻犁和平整后，4月17日按區(qū)按量人工撒施CaO型土壤調(diào)理劑，使用帶旋耕開行機(jī)器開種植溝，機(jī)器種植甘蔗，行距1.6 m，下種量為75000芽/hm2，施用基肥750 kg/hm2(復(fù)合肥，度銳750 mL/hm2拌肥一起施用)，6月25日施用攻莖肥900 kg/hm2(復(fù)合肥)，田間管理按當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)管理水平進(jìn)行。

1.4 調(diào)查項目及方法

2019年3月6日采集各小區(qū)處理前的土壤樣本。處理后的土壤樣本分別于4月23日、4月29日、5月10日、5月22日、6月26日、9月18日進(jìn)行采集。土壤樣本采用“S”取樣法，每個小區(qū)選取5個采樣點(diǎn)，采集蔗地耕層0～30 cm土壤0.5 kg，做好標(biāo)記，樣本送農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甘蔗品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心(南寧)進(jìn)行pH檢測。檢測方法參考NY/T 1121.2-2006《土壤檢測 第2部分：土壤pH的測定》[19]進(jìn)行測定。

分別于2019年7月17日、8月6日、9月18日和2020年1月12日對各處理的甘蔗株高和莖徑進(jìn)行調(diào)查。2020年1月12日還進(jìn)行產(chǎn)量性狀調(diào)查，每小區(qū)選66.7 m2測定蔗莖重量。甘蔗單莖重(kg)=小區(qū)甘蔗重量(kg)÷小區(qū)有效莖數(shù)(條)；單位面積有效莖(條/hm2)=小區(qū)有效莖數(shù)(條)/小區(qū)面積(m2)×10000(m2)。甘蔗單位面積產(chǎn)量(t/hm2)=單莖重(kg)×單位面積有效莖數(shù)(條/hm2)/1000。參考GB/T 10499-2014《糖料甘蔗試驗方法》[20]每小區(qū)砍取10條甘蔗進(jìn)行甘蔗錘度和蔗糖分測定。

試驗數(shù)據(jù)分別采用GraphPad Prism和Excel 2013軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 CaO型土壤調(diào)理劑對蔗地pH值變化的影響

各處理區(qū)的土壤pH曲線變化趨勢基本相似，均表現(xiàn)為先升高后緩慢下降的趨勢，但各處理的土壤pH變化幅度有差異(圖1)。CK在整個調(diào)查期內(nèi)，土壤pH在5.0～6.0之間波動，表現(xiàn)在甘蔗種植后先升高后回落到處理前相當(dāng)水平。CaO型土壤調(diào)節(jié)劑處理前期，A處理(1500 kg/hm2)、B處理(2250 kg/hm2)和C處理(3000 kg/hm2)的土壤pH急劇升高，分別達(dá)到6.8、7.1、7.3，土壤pH上升幅度與土壤調(diào)理劑施用量成正相關(guān)；隨著處理時間的推移土壤pH緩慢下降，但6個月后土壤pH仍然明顯高于處理前，并且維持在一個相對較高的水平，有利于甘蔗生長。

圖1 各處理區(qū)土壤pH變化曲線

2.2 CaO型土壤調(diào)理劑處理對蔗地土壤pH調(diào)節(jié)效果

在CaO型土壤調(diào)理劑前，對照區(qū)與處理區(qū)地塊土壤pH有一定的差異，對照區(qū)土壤pH高于處理區(qū)0.2～0.3。對照區(qū)在處理前和處理后的土壤pH差異不顯著，1500、2250和3000 kg/hm2處理區(qū)在土壤調(diào)理劑施用6個月后，土壤pH提高幅度較大，上升到5.6～5.7之間，pH值上調(diào)效果顯著，上調(diào)幅度分別達(dá)到0.74、0.80和0.90(表1)。

表1 CaO型土壤調(diào)理劑處理前和處理6個月后的土壤pH

CaO型土壤調(diào)理劑施用后土壤pH上調(diào)幅度達(dá)到極顯著差異水平(圖2)，調(diào)節(jié)效果隨使用量增加呈現(xiàn)上升趨勢，以3000 kg/hm2處理提高幅度最高，與2250 kg/hm2處理差異不大，但與1500 kg/hm2處理調(diào)節(jié)效果有顯著差異。

圖2 各處理區(qū)6個月后土壤pH上升幅度

2.3 CaO型土壤調(diào)理劑處理對甘蔗株高的影響

施用CaO型土壤調(diào)理劑的各個處理對甘蔗伸長期的株高有顯著的促進(jìn)效應(yīng)，以2250 kg/hm2(B處理)促進(jìn)效果最佳，其株高在4個測定期比CK分別增加了31.9、30.2、22.7和27.4 cm，其中，2019年9月18日增加了22.7 cm，達(dá)到0.05統(tǒng)計水平的顯著差異，其他3個測定期均達(dá)到0.01統(tǒng)計水平的極顯著差異(圖3)。

圖3 不同處理各個時期甘蔗的株高

2.4 CaO型土壤調(diào)理劑處理對甘蔗莖徑的影響

從圖4可以得出，施用CaO型土壤調(diào)理劑對甘蔗莖徑增粗有一定的促進(jìn)效應(yīng)。特別是在甘蔗伸長期前期，與對照相比，CaO型土壤調(diào)理劑3個水平處理對甘蔗莖徑增粗效果達(dá)到顯著差異水平，促進(jìn)效果以2250 kg/hm2最佳，但3個處理之間差異不顯著。在后3個測定期，CaO型土壤調(diào)理劑處理對甘蔗伸長期莖徑有一定的提高，但未達(dá)到0.05統(tǒng)計水平的顯著差異。

圖4 不同處理各個時期甘蔗的莖徑

2.5 CaO型土壤調(diào)理劑處理對甘蔗產(chǎn)量性狀和糖分的影響

從表2可以得出，CaO型土壤調(diào)理劑甘蔗的產(chǎn)量性狀有促進(jìn)效應(yīng)。與對照相比，土壤調(diào)理劑3個水平處理對甘蔗的蔗糖分和單位面積產(chǎn)量的促進(jìn)效果均達(dá)到了極顯著差異水平，蔗糖分可增加0.51%～0.65%(絕對值)，蔗莖產(chǎn)量增加達(dá)7.80～9.15 t/hm2，以2250 kg/hm2效果最佳；3000 kg/hm2促進(jìn)甘蔗單位面積有效莖數(shù)大幅度增加，達(dá)到顯著差異水平；CaO型土壤調(diào)理劑3個處理水平對甘蔗單莖重和錘度也有一定程度的提高，但未達(dá)到0.05統(tǒng)計水平的顯著差異。

表2 甘蔗不同處理產(chǎn)量性狀及甘蔗品質(zhì)

3 討論

石灰是我國傳統(tǒng)的酸性土壤改良劑，施用后能顯著提高蔗地土壤pH，與有機(jī)肥配合施用還能夠改變土壤有害金屬活性，降低毒害。錳毒和鋁毒是廣西酸性土壤上甘蔗生長的主要限制因子[21]，但長期施用石灰對作物生長發(fā)育有抑制作用，容易造成土壤鈣的富集，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分比例失衡，土壤板結(jié)[22]，而CaO型土壤調(diào)理劑是一種新型的土壤調(diào)理劑，具有松土、補(bǔ)鈣、調(diào)酸、修復(fù)和增效的作用。本研究結(jié)果表明，常年連作的蔗地施用CaO型土壤調(diào)理劑后，顯著提高蔗地土壤pH，并且使蔗地土壤pH保持較長時間在6.0以上，其中A處理有2個測定期土壤pH＞6.0，B處理有4個測定期土壤pH＞6.0，C處理有5個測定期土壤pH＞6.0，表明土壤pH維持在6.0以上水平的時間長度與施用量也是密切相關(guān)，對甘蔗生長十分有利。從CaO型土壤調(diào)理劑對蔗地土壤pH調(diào)節(jié)效果來看，當(dāng)茬施用2250 kg/hm2土壤調(diào)理劑后，雖然土壤pH從4.8可上升到5.6，但是當(dāng)茬施用的調(diào)節(jié)效果未能達(dá)到一次性改良的目的(pH 6.5)，仍需要多茬施用或加大施用量。從我們的研究結(jié)果可以看到，施用前期土壤pH很快上升，如果過量施用，土壤pH過高也可能會對甘蔗生長有不利的影響。甘蔗生產(chǎn)中，蔗地土壤pH變化還可能和蔗地施肥、用藥有密切的相關(guān)性，因此如何使用土壤調(diào)理劑配合施肥用藥，以及土壤調(diào)理劑對蔗地土壤理化性狀改良、對微生物類群、活性的影響等問題，有待我們進(jìn)一步深入研究。

甘蔗最適生長土壤pH在5.5～7.5之間，土壤pH＜5.5會產(chǎn)生有害金屬毒害，不利于甘蔗正常生長[23]。研究表明，免深耕型和土壤激活型土壤調(diào)理劑都能提高甘蔗產(chǎn)量[11,13]，土壤激活型土壤調(diào)理劑對甘蔗生長有促進(jìn)效應(yīng)的同時還能提高葉片葉綠素含量和葉片中N、K含量[12-13]。施用石灰可以提高酸性土壤甘蔗幼苗葉片葉綠素含量，增強(qiáng)甘蔗葉片光合作用能力，促進(jìn)甘蔗幼苗的生長[24]，能有效促進(jìn)甘蔗出苗、分蘗[14]，有效提高甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)[14,25]，還可以防控甘蔗幼苗黃化病[15]。這些研究結(jié)果說明了土壤調(diào)理劑對土壤起到較好的改良效果，有利于提高甘蔗產(chǎn)量及品質(zhì)。從本研究CaO型土壤調(diào)理劑對甘蔗生長及產(chǎn)量性狀的影響可以看出，CaO型土壤調(diào)理劑對甘蔗各時期的株高、莖徑及收獲期的甘蔗產(chǎn)量性狀有十分顯著的促進(jìn)效應(yīng)，一方面驗證了CaO型土壤調(diào)理劑對土壤的改良效果，另一方面也說明沒有得到改良的蔗地，對甘蔗生長可能有抑制作用，節(jié)間伸長、莖徑增粗及糖分累積等明顯滯后，這些方面值得我們進(jìn)一步去探討研究。此外，施用土壤調(diào)理劑是一個長期動態(tài)平衡的過程，不能當(dāng)茬過量施用土壤調(diào)理劑，應(yīng)根據(jù)蔗地的實際情況進(jìn)行，因地制宜，進(jìn)一步開展多次多茬施用追蹤調(diào)查研究。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，CaO型土壤調(diào)理劑能有效提高蔗地土壤pH，促進(jìn)甘蔗生長及產(chǎn)量形成，以2250 kg/hm2施用量較適合。本研究結(jié)果為利用土壤調(diào)理劑改良蔗地酸化土壤提供了科學(xué)依據(jù)。