吳一群，鄭祥洲，王永明，陳緒龍，余勁聰，文 笑，張玉樹(shù)

(1.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所/福建省植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 福建福州 350013； 2.福建瑪塔生態(tài)科技有限公司， 福建 漳州 363502)

化學(xué)肥料的大量施用，特別是氮肥的大量施用是導(dǎo)致土壤酸化的主要因素[1-2]。土壤酸化是耕地質(zhì)量退化的一個(gè)重要方面[3]。土壤酸化既影響植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育，又影響土壤微生物區(qū)系和活性、礦質(zhì)養(yǎng)分有效性和土壤保肥供肥性等土壤物理化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)特性等，而且還會(huì)提高土壤中重金屬的活性，引起環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品安全問(wèn)題[4-5]。因此解決土壤酸化問(wèn)題，對(duì)于農(nóng)田耕地質(zhì)量的提升具有重要意義。土壤調(diào)理劑的施用是改良土壤酸化的一大途徑[6]，目前土壤調(diào)理劑品種繁多，不同調(diào)理劑的性質(zhì)與組成、作用機(jī)理以及在土壤重金屬治理中的效果差異也較大[7-8]。福建省瑪塔生態(tài)科技有限公司通過(guò)溫度控制和粒徑分選技術(shù)生產(chǎn)的牡蠣殼土壤調(diào)理劑，具有較好的調(diào)酸效果和吸附能力，在酸化比較嚴(yán)重的旱地土壤上有著顯著的效果，能夠明顯提高土壤pH值、降低重金屬的有效性及增加作物的產(chǎn)量[9-11]。然而，這些研究主要集中于旱地土壤，對(duì)水田土壤改良效果研究較少。因此，本研究選擇在輕度酸化土壤且重金屬有效含量超標(biāo)的稻田開(kāi)展大田試驗(yàn)，研究牡蠣殼土壤調(diào)理劑對(duì)水稻土酸化改良及作物生長(zhǎng)的影響，為牡蠣殼土壤調(diào)理劑在水稻上的推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試作物為水稻品種野香優(yōu)6831。調(diào)理劑為福建瑪塔生態(tài)科技有限公司生產(chǎn)提供的特貝鈣產(chǎn)品，主要原料為牡蠣殼(CaO≥45%，pH：8.5～10.5)。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)選擇在土壤輕度酸化且有重金屬有效含量超標(biāo)的土壤上進(jìn)行試驗(yàn)，土壤pH 5.28、潛性酸2.08 cmol·kg-1、有機(jī)質(zhì)39.30 g·kg-1、堿解氮119.61 mg·kg-1、有效磷41.56 mg·kg-1、速效鉀78.08 mg·kg-1、交換性鈣306.67 mg·kg-1、交換性鎂16.52 mg·kg-1、有效鉻0.23 mg·kg-1、有效鎘0.33 mg·kg-1、有效鉛22.6 mg·kg-1、有效汞0.011 mg·kg-1、有效砷0.26 mg·kg-1。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，調(diào)理劑用量分別為0、1 500、3 000、4 500 kg·hm-2，編號(hào)分別為CK、T1、T2、T3。每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為20 m2，隨機(jī)排列。在水稻插秧前一次性施入；肥料使用水稻配方肥，配方肥氮、磷、鉀總含量52%，比例為24∶10∶18，施用量為600 kg·hm-2，基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶2；各試驗(yàn)處理除了調(diào)理劑用量不同外，其他肥料及農(nóng)事措施均相同。

1.4 樣品的采集

1.4.1水稻 每小區(qū)于成熟期采集5穴谷穗樣品用于考種，進(jìn)行水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子評(píng)價(jià)；各小區(qū)單打單曬，分別測(cè)產(chǎn)，計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益。

1.4.2土樣的采集 試驗(yàn)前采集基礎(chǔ)土壤，試驗(yàn)結(jié)束后采集各小區(qū)耕層土樣，用于pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣鎂以及土壤重金屬(汞、砷、鉛、鎘、鉻)有效含量測(cè)定。

1.5 土壤樣品檢測(cè)

土壤pH值采用酸度計(jì)測(cè)量(水土比2.5∶1)，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷含量的測(cè)定采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀的測(cè)定采用1 mol·L-1NH4OAc-火焰光度法。土壤有效態(tài)汞、砷測(cè)定采用磷酸二氫鈉浸提原子熒光方法測(cè)定；有效鉛、鎘測(cè)定采用DTPA浸提原子吸收方法；有效態(tài)鉻測(cè)定采用鹽酸浸提原子吸收方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 牡蠣殼調(diào)理劑對(duì)水稻農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知，不同處理之間水稻各農(nóng)藝狀差異不大，株高、穗粒數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重、有效穗、曬干率處理之間差異均未達(dá)到顯著水平；與CK相比，T1、T2、T3處理水稻理論產(chǎn)量分別提高了3.04%、5.44%和5.00%，但不同處理之間差異均未達(dá)到顯著水平。

表1 牡蠣殼調(diào)理劑對(duì)水稻農(nóng)藝性狀的影響Table 1 Effects of the oyster shell conditioner on the agronomic traits of rice

2.2 牡蠣殼調(diào)理劑對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由表2可知，各處理水稻產(chǎn)量高低順序?yàn)門(mén)2>T3>T1>CK，不同用量調(diào)理劑的施用均在一定程度上提高了水稻產(chǎn)量。與CK相比，T1、T2、T3處理水稻產(chǎn)量分別提高了3.98%、6.54%和6.19%，其中3 000 kg·hm-2調(diào)理劑用量效果最好，大量施用調(diào)理劑并不會(huì)持續(xù)增加水稻的產(chǎn)量。

表2 牡蠣殼調(diào)理劑對(duì)水稻產(chǎn)量的影響Table 2 Effects of the oyster shell conditioner on the rice yield

2.3 牡蠣殼調(diào)理劑對(duì)水稻效益的影響

由表3可知，與CK相比，T1、T2、T3處理水稻產(chǎn)量分別增加了289、475和450 kg·hm-2。按照當(dāng)時(shí)市場(chǎng)價(jià)格水稻3元·kg-1計(jì)算，產(chǎn)值分別增加了868、1 426和1 349元·hm-2；然而，隨著土壤調(diào)理劑用量的增加，水稻經(jīng)濟(jì)效益有著下降的趨勢(shì)，與CK相比，T1、T2、T3處理收益分別減少了632、1 574和3 151元·hm-2。

表3 牡蠣殼調(diào)理劑對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)效益的影響Table 3 Effects of the oyster shell conditioner on the economic benefit of rice

2.4 牡蠣殼調(diào)理劑對(duì)土壤理化性狀的影響

由表4可知，不同處理之間土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀及交換性鎂含量都沒(méi)有顯著差異；土壤交換性鈣含量隨著牡蠣殼調(diào)理劑施用量的增加而提高，與CK相比，T1、T2、T3處理分別提高了7.95%、28.75%和45.87%；土壤pH也隨著調(diào)理劑施用量的增加而提高，與CK相比，T1、T2、T3處理分別上升了3.04%、3.61%和7.02%，T2、T3處理與CK之間差異達(dá)到了顯著水平；不同處理之間潛性酸的變化規(guī)律與pH一致，隨著調(diào)理劑用量的增加不斷減少，與CK相比，T1、T2、T3處理分別下降了4.19%、12.56%和 20.93%。

表4 牡蠣殼調(diào)理劑對(duì)土壤理化性狀的影響Table 4 Effects of the oyster shell conditioner on the physicochemical properties of soil

2.5 牡蠣殼調(diào)理劑對(duì)土壤重金屬有效性的影響

由表5可知，不同處理土壤有效鉻、有效汞、有效砷含量分別為0.21～0.25、0.004～0.007和0.243～0.273 mg·kg-1，均在農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染分級(jí)DB35/T 859-2016《農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染程度的分級(jí)》的安全級(jí)以內(nèi)，且處理之間都未達(dá)到顯著水平；有效鎘含量為0.27～0.32 mg·kg-1，有效鉛含量為19.0～22.1 mg·kg-1，高于安全值，但是兩者都隨著調(diào)理劑施用量的增加呈不斷下降的趨勢(shì)，與CK相比，有效鎘含量降幅為15.63%～31.25%，有效鉛含量降幅為9.05%～14.03%，且T3處理與CK之間差異達(dá)到了顯著水平。

表5 牡蠣殼調(diào)理劑對(duì)土壤重金屬有效性的影響Table 5 Effects of the oyster shell conditioner on the bioavailability of heavy metals in soil

3 結(jié)論與討論

大量研究表明土壤調(diào)理劑能夠調(diào)節(jié)土壤酸堿度[12-14]。本研究中，隨著調(diào)理劑施用量的增加，土壤pH值呈上升趨勢(shì)，潛性酸含量呈下降趨勢(shì)，且調(diào)理劑最大施用量與對(duì)照之間差異達(dá)到了顯著水平，說(shuō)明通過(guò)施用特貝鈣土壤調(diào)理劑能夠提高起到緩解土壤酸化的作用。根據(jù)福建省耕地土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，本試驗(yàn)土壤交換性鈣含量(306.67 mg·kg-1)屬于中等水平，通過(guò)調(diào)理劑的施用T2、T3處理交換性鈣含量分別達(dá)到了421、477 mg·kg-1，為豐富水平，說(shuō)明調(diào)理劑施用改善了土壤中鈣素營(yíng)養(yǎng)供給狀況，這是因?yàn)樘刎愨}土壤調(diào)理劑含CaO≥45%，其原料為牡蠣殼。

一般認(rèn)為，通過(guò)調(diào)節(jié)土壤pH值是調(diào)理劑降低土壤重金屬有效性含量的主要原因[15-16]。根據(jù)福建省地方標(biāo)準(zhǔn)DB35/T 859-2016《農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染程度的分級(jí)》，本試驗(yàn)土壤有效鎘含量為0.33 mg·kg-1，超出了限制值(0.30 mg·kg-1)；有效鉛含量為22.6 mg·kg-1，超過(guò)了安全值(15 mg·kg-1)，但是在限制值(35 mg·kg-1)以內(nèi)。牡蠣殼調(diào)理劑施用處理土壤有效鉻、有效鉛含量分別降低15.63%～31.25%、9.05%～14.03%，且隨著調(diào)理劑用量的增加，降幅不斷加大。雖然本研究中各處理均未能使有效鎘和有效鉛含量達(dá)到安全水平，但是T3處理與CK之間差異達(dá)到了顯著水平，說(shuō)明通過(guò)特貝鈣土壤調(diào)理劑的施用能夠降低土壤重金屬安全風(fēng)險(xiǎn)，而且施用量越大效果越好。本研究?jī)H是一次施用的結(jié)果，在實(shí)際操作中可以通過(guò)連續(xù)多年施用，并進(jìn)行觀察，使土壤中重金屬達(dá)到安全水平。

特貝鈣土壤調(diào)理劑施用能夠在不同程度提高水稻產(chǎn)量，但是處理之間差異都未達(dá)到顯著水平。然而，隨著調(diào)理劑用量增加，單季水稻經(jīng)濟(jì)效益呈下降趨勢(shì)，這主要是調(diào)理劑成本增加水稻種植投入造成的。因此，調(diào)理劑推廣應(yīng)用過(guò)程中需要給農(nóng)戶適當(dāng)?shù)难a(bǔ)貼，才能提高農(nóng)民施用調(diào)理劑的積極性，發(fā)揮土壤調(diào)理對(duì)土壤調(diào)節(jié)的長(zhǎng)期作用，充分體現(xiàn)其在保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的作用。