曾 婕，余 浪，達(dá)布希拉圖，李云駒

（1普洱市土壤肥料工作站，云南 普洱 665000；2國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，昆明 650600；3云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，昆明 650000）

0 引言

磷是植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素之一，缺磷會影響植物生長、作物產(chǎn)量和品質(zhì)[1]。但中國1.07×108hm2農(nóng)田中大約有2/3嚴(yán)重缺磷，其中紅壤作為中國南方主要的耕作土壤，其機(jī)械組成以砂粒為主，孔隙度低、保水能力較小、水分含量低、土壤營養(yǎng)元素貧乏，酸度較強(qiáng)、保肥能力不高[2-3]。土壤鐵、鋁、錳富集，極易對肥料中有效磷進(jìn)行固定，導(dǎo)致紅壤上的磷素當(dāng)季利用率只有10% ～25%[4-5]。因此磷是中國乃至世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的限制因素之一。為了滿足作物生長需要以提高產(chǎn)量，農(nóng)民大量施用化學(xué)磷肥，使磷肥的固定非常嚴(yán)重，同時造成了嚴(yán)重的土壤和水體環(huán)境污染。土壤板結(jié)，使作物根部土壤缺水、不能保墑，影響了植物根部的生態(tài)環(huán)境[6-7]。施用有機(jī)肥料能改善土壤的物理、化學(xué)和生物特性，提高土壤保水、保肥和透氣性能，為植物生長創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境。同時有機(jī)肥能也促進(jìn)微生物的活動，增進(jìn)土壤含磷化合物的分解與溶解，從而提高土壤中磷的有效性，活化土壤磷素。但雖然有機(jī)肥本身含有一定量的有機(jī)磷，易分解被作物利用，但畢竟含磷量少，為土壤提供的磷素有限[8]。

磷礦泥是磷礦擦洗過程中產(chǎn)生的廢棄物，除磷外還含有許多有用礦物，如鎂、鈣、硅、銅、鐵等，是對植物生長有益的資源[9]。通常這些礦物是選礦工藝過程中被分離或者是剩下的部分，常常被堆放在擦洗或浮選尾礦庫中，占用大量土地資源[10]；同時堆放過程中需要大量人力、物力、財力，且存在環(huán)境和安全隱患；而且數(shù)量巨大，約占到磷資源總量的30%，目前尚不能有效利用，是影響當(dāng)前磷礦綜合利用的主要障礙[11]。因此，如果將難于利用或不能利用的磷礦泥，通過添加有機(jī)物，堆肥腐熟后制成磷基土壤調(diào)理劑，可以為作物提高磷素營養(yǎng)，促進(jìn)作物生長?？梢愿纳仆寥览砘再|(zhì)，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤對磷素的固定，提高磷素利用率，釋放土壤中殘余的無效磷，提高作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)。

本研究擬通過磷基土壤調(diào)理劑在酸性低磷紅壤上進(jìn)行小白菜的盆栽試驗，探究磷基土壤調(diào)理劑作為磷肥的肥效及土壤改良作用，以期為磷基土壤調(diào)理劑的示范推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試地點

試驗安排于云南省昆明市晉寧區(qū)科工貿(mào)有限公司溫室大棚。

1.2 供試材料

供試肥料：常規(guī)化肥（過磷酸鈣、尿素、硫酸鉀）、磷基土壤調(diào)理劑（自制）、磷礦泥，參照有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18877—2020)，重金屬含量在合理范圍內(nèi)，詳見表1。

表1 供試材料的總養(yǎng)分、酸堿度及重金屬含量

供試土壤：pH6.70、有機(jī)質(zhì)：9.17g/kg、全氮：0.53 g/kg、全磷：1.69g/kg、全鉀：2.49g/kg、水解性氮(N)：43.75mg/kg、有效磷(P)：1.55 mg/kg，速效鉀：50.10 mg/kg。

供試小白菜(Brassica chinensisL.)，十字花科蕓苔種白菜亞種的一個變種，以綠葉為產(chǎn)品的一二年生草本植物。

1.3 試驗時間

2016年1—3月，種植周期為55天。

1.4 試驗處理

試驗共設(shè)置了6個不同的處理，每個處理4個重復(fù)，共24盆。隨機(jī)排列，每塑料盆裝入過2mm篩的紅壤1.5kg。每個處理基施N（200 mg/kg土）、K（150 mg/kg土）含量一致且充足，氮肥為尿素，鉀肥為硫酸鉀。土壤調(diào)理劑作為磷肥施用，設(shè)置4個施用量水平(NP0K、1/2LKN、1LKN、2LKN)，分別為0%、50%、100%及200%。NPK、1LKN及LWK處理基施總P為300 mg/kg土。

具體試驗處理及施用水平如表2。

表2 不同處理肥料和調(diào)理劑用量 g/kg土

取土與裝盆：選擇低磷土壤，風(fēng)干后過2 mm篩，稱取1.5 kg/袋，肥料及土壤調(diào)理劑以基肥的方式施入，與土壤混合均勻后，裝盆，澆水。

發(fā)苗與種植：盡量選擇大小一致的作為種子，用10% H2O2溶液浸泡30 min進(jìn)行消毒，處理之后再用去離子水反復(fù)沖洗干凈，之后將種子擺放在墊有濕潤濾紙的托盤上，選取大小一致的進(jìn)行播種。

培養(yǎng)階段：定期觀察作物的生長狀況，培養(yǎng)40 ～60天，試驗期間采用稱重法澆水，使含水量保持在田間持水量的70% ～80%，以滿足作物的水分需求。小白菜播種六粒種子，待白菜苗長出第一片真葉后間苗，每盆4株。試驗期間及時關(guān)注病蟲害和雜草的防治。

1.5 測定項目與方法

土壤調(diào)理劑和磷礦泥中重金屬含量的測定(NY/T 1978—2010)，其余指標(biāo)參照土壤中相關(guān)指標(biāo)測定方法；土壤pH的測定(NY/T 1377—2007)；土壤機(jī)質(zhì)的測定(NY/T 1121.6—2006)；土壤水解性氮的測定(LY/T 1229—1999)；土壤有效磷的測定(NY/T 1121.7—2014)；土壤速效鉀含量的測定(NY/T 889—2004)；土壤陽離子交換量的測定(NY/T 295—1995)；土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體組成的測定(NY/T 1121.19—2008)。土壤全氮、全磷、全鉀的測定參照常規(guī)方法測定[12]，植株全氮、全磷、全鉀參照LY/T 1271—1999，水溶性糖與還原糖測定參照YC/T 32—1996，SPAD值采用SPAD-502葉綠素儀，葉面積采用LI-3000C便攜式葉面積儀。

土壤調(diào)理劑用量及磷肥利用率計算如式(1) ～(2)所示。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件和Excel辦公軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤調(diào)理劑對低磷紅壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 土壤調(diào)理劑對土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的影響 土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是鑒定土壤肥力的指標(biāo)之一，有良好團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的土壤，在植物生長期間能很好調(diào)節(jié)水、肥、氣、熱之間的關(guān)系，促使作物良好生長和獲得高產(chǎn)。由表3可知，土壤團(tuán)聚體粒徑主要集中在0.5 ～5 mm之間，其中1 ～5 mm團(tuán)聚體是理想粒徑，土壤調(diào)理劑的不同施用水平顯著提高了土壤理想團(tuán)聚體數(shù)量，2LKN、1LKN及1/2LKN處理的1 ～5 mm團(tuán)聚體數(shù)量分別為9.23%、9.03%及7.93%。分別比NPK增加了66.6%、62.4%及42.6%。以NPK和NP0K處理的團(tuán)聚體數(shù)量分布最少。非團(tuán)粒結(jié)構(gòu)(<0.25 mm)以NPK和NP0K處理數(shù)量分布較多，以1LKN處理的數(shù)量分布最少，且差異達(dá)顯著水平。土壤調(diào)理劑的不同施用量均不同程度的提高了理想團(tuán)聚體的數(shù)量。

表3 各級團(tuán)聚體數(shù)量分布%

2.1.2 土壤調(diào)理劑對土壤的化學(xué)性質(zhì)的影響 由表4可知，2LKN處理顯著提高了土壤全磷含量，分別比NPK、NP0K及LWK處理增加了27.4%、74.4%及44%。初始土壤屬于弱酸性土壤，且質(zhì)地粘重，施用土壤調(diào)理劑后，不同處理土壤pH均不同程度增加，以2LKN和1LKN處理增加較明顯，比初始土壤pH分別提高了0.48和0.42個單位，NP0K處理降低了土壤的pH。單獨施用LWK對土壤pH影響不顯著，這主要是由于各土壤調(diào)理劑自身理化性質(zhì)不同引起的，LWK自身pH屬于中性，且有機(jī)質(zhì)含量低，因此單獨施用對土壤pH調(diào)節(jié)能力不大。土壤陽離子交換量是土壤中的一個非常重要的性質(zhì)，它直接反映出土壤的保肥性能、供肥性能和緩沖性能的強(qiáng)弱。2LKN處理的土壤陽離子交換量顯著高于NPK處理，增幅達(dá)43%。土壤調(diào)理劑有機(jī)質(zhì)含量(40%)豐富，施入土壤中可以顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，2LKN處理土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于其他處理，1LKN與NPK處理之間差異不顯著，但均顯著高于NP0K和LWK處理。說明土壤調(diào)理劑能提高土壤全磷、pH、陽離子交換量及有機(jī)質(zhì)含量，從而提高土壤肥力。

表4 不同處理對小白菜土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.2 土壤調(diào)理劑對小白菜產(chǎn)質(zhì)量的影響

2.2.1 土壤調(diào)理劑對小白菜生長的影響 由表5可知，不同土壤調(diào)理劑均可不同程度地促進(jìn)小白菜植株生長，尤其是2LKN處理的小白菜株高、葉面積與化肥處理差異不顯著，且不同土壤調(diào)理劑施用水平處理均明顯高于不施磷處理。NPK處理的小白菜地上部和地下部均顯著高于其他處理，其中，2LKN、1LKN及1/2LKN處理的地下部為NPK處理的81.3%、83%及61%，分別為地下部NP0K處理的2.8、2.9、2.1倍。2LKN、1LKN及1/2LKN處理的地上部分別為NPK處理的83.3%、63.7%及48.9%，分別為地上部NP0K處理的4.48、3.42、2.63倍。說明土壤調(diào)理劑可部分替代磷肥，促進(jìn)小白菜的生長。

表5 不同處理對小白菜生長的影響（55天）

2.2.2 土壤調(diào)理劑對小白菜糖分的影響 水溶性糖是碳水化合物的重要組成部分，而碳水化合物是綠色植物光合作用的主要產(chǎn)物，在新陳代謝中起著重要作用[13]。因此，可溶性糖含量是評價蔬菜質(zhì)量優(yōu)劣的又一個重要指標(biāo)。由圖1可知，1/2LKN處理的小白菜水溶性糖含量最高，為5.48%，比LWK、NPK、NP0K提高55.24%、22.32%和77.92%。NPK、2LKN、1/2LKN處理的小白菜水溶性糖含量之間差異不顯著，但顯著高于LWK、1LKN、NP0K。NPK處理的小白菜還原糖含量最高，4.14%，但與2LKN、1/2LKN差異不顯著。NPK、2LKN、1/2LKN的還原糖含量顯著高于NP0K，增幅分別為77.68%、58.37%、57.94%。說明土壤調(diào)理劑能提高小白菜的糖含量，且效果以施用1/2LKN處理較好，可達(dá)到化肥處理水平。

圖1 不同處理對小白菜糖分含量的影響

2.3 土壤調(diào)理劑對小白菜磷效率的影響

2.3.1 土壤調(diào)理劑對小白菜含磷量及磷素利用率的影響 由表6可知，各土壤調(diào)理劑處理小白菜地上部間差異不顯著，均不同程度的高于NP0K處理。1/2LKN處理的小白菜地上部磷含量為0.4%，與NPK處理差異不顯著。不同土壤調(diào)理劑施用水平2LKN、1LKN、1/2LKN處理的小白菜地上部磷含量顯著高于NP0K處理，分別增加了21.4%、35.7%及42.8%。說明土壤調(diào)理劑能促進(jìn)小白菜地上部吸收磷，且以1/2LKN處理可達(dá)到化肥處理水平。與NP0K處理相比，2LKN、LWK、LKN、1/2LKN處理地下部磷累積量比對照分別增加了815%、647%、535%及521.6%。不同土壤調(diào)理劑處理的小白菜地上部磷積累量與化肥處理間差異不顯著，說明土壤調(diào)理劑具有較好的肥效，可以替代速效磷肥。小白菜對磷肥的利用率以1/2LKN處理相對較高，為26.7%，高于NPK處理。

表6 不同處理對小白菜磷含量及分布的影響

2.3.2 土壤調(diào)理劑中磷素含量與其他指標(biāo)的相關(guān)性 土壤調(diào)理劑的施用水平與收獲指標(biāo)之間存在相關(guān)性，由表7可知，土壤調(diào)理劑施用水平與植株地上部、地下部、株高、葉面積呈極顯著正相關(guān)，但與SPAD值之間相關(guān)性不顯著，說明土壤調(diào)理劑的施用越多，對小白菜植株的生長促進(jìn)作用效果越好。土壤調(diào)理劑用量與土壤陽離子交換量、有機(jī)質(zhì)、pH呈極顯著正相關(guān)，說明土壤調(diào)理劑與土壤的化學(xué)性質(zhì)息息相關(guān)，能顯著的提高土壤pH，改善土壤肥力。土壤調(diào)理劑與有效磷呈正相關(guān)，但相關(guān)性不顯著，與有效氮和有效鉀呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明土壤調(diào)理劑施用增加，能增加土壤有效磷含量，而有效氮和有效鉀則呈相反趨勢。

表7 土壤調(diào)理劑用量與收獲指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系

3 討論

磷有效性低是南方紅壤生產(chǎn)力的最重要限制因子之一。目前提高紅壤磷素有效化的方法主要為增施磷肥及有機(jī)肥料，但磷肥的長期過量施用不僅會造成磷素在土壤中累積[14-15]，也可能導(dǎo)致農(nóng)田徑流中磷濃度增高，加速水體富營養(yǎng)化過程[16-18]。

針對土壤調(diào)理劑改良紅壤的研究已有很多，近年來主要以堿渣、粉煤灰和脫硫廢棄物等為主要原料的土壤調(diào)理劑也取得了較好的應(yīng)用和推廣效果[19-21]。且大多集中在對土壤的理化性質(zhì)、土壤結(jié)構(gòu)改善、土壤酸堿度調(diào)節(jié)、土壤生化特性改良等幾方面[22]，而紅壤由于土壤中活性鐵、鋁對磷的吸附固定作用和沉積作用，導(dǎo)致土壤中磷的有效性和供磷力低[23]。磷礦泥本身可以作為一種土壤調(diào)理劑[24]，可降低酸性土壤酸度和提供磷素，但因其有機(jī)質(zhì)含量低，對土壤的改良效果弱于土壤調(diào)理劑。本研究利用磷礦泥制備的磷基土壤調(diào)理劑綜合利用了有機(jī)、無機(jī)土壤調(diào)理劑，不僅能起到改良土壤、為植物提供生長所需的大部分磷素營養(yǎng)的效果，還能變廢為寶，使磷礦泥得到綜合利用，目前未見報道。李育鵬等[25]研究表明，土壤調(diào)理劑可以增加土壤pH，提高空心菜的產(chǎn)量，改善空心菜的品質(zhì)。黃慶等[26]利用堿渣和城市污泥制造的多元酸性土壤調(diào)理劑改良酸性菜園土的試驗中，pH提高0.69個單位，本研究與其結(jié)果一致，pH提高了0.48個單位，并明顯提高了小白菜的生物量。郭和容等[27]則對南方酸性土壤的磷活化進(jìn)行了研究，以沸石和蒙脫石作為原材料，加入硅酸鈣粉、橄欖石粉、硫粉等對酸性土壤固磷起到了調(diào)節(jié)作用，提高了磷肥利用效果。而本研究的50%土壤調(diào)理劑作為磷肥時小白菜的磷素利用率最高，為26.7%，比不施磷處理磷含量增加了42.8%，可部分替代磷肥。分析認(rèn)為，這可能是由于土壤調(diào)理劑中豐富的有機(jī)質(zhì)提高了土壤團(tuán)聚體數(shù)量，減少了磷被土壤固定與淋失。同時，由于土壤調(diào)理劑中的原料磷礦泥也在植物生長過程中得到活化，從而提高了土壤磷素的利用率。

因此，與不施磷肥、施用速效化肥、磷礦泥相比，土壤調(diào)理劑處理的各項指標(biāo)均優(yōu)于不施磷對照，部分指標(biāo)明顯優(yōu)于未經(jīng)處理的磷礦泥與化肥，說明土壤調(diào)理劑能顯著改善低磷紅壤的理化性狀，提供大量的磷素營養(yǎng)，促進(jìn)小白菜生長。同時，含磷礦泥的土壤調(diào)理劑具備成本低、原料量大且穩(wěn)定等優(yōu)點，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

4.1 土壤調(diào)理劑對低磷紅壤理化性質(zhì)的影響

土壤調(diào)理劑顯著提高了土壤團(tuán)聚體的數(shù)量、pH、全磷、有機(jī)質(zhì)及陽離子交換量，以200%土壤調(diào)理劑用量對低磷紅壤改良效果最好，顯著高于化肥和不施磷肥處理。

4.2 土壤調(diào)理劑對小白菜產(chǎn)質(zhì)量的影響

200%土壤調(diào)理劑處理的小白菜株高、葉面積與化肥處理差異不顯著，小白菜地上部與地下部干重分別為普通化肥處理的83.3%和81.3%，是不施磷對照的4.48倍和2.8倍，50%土壤調(diào)理劑處理的水溶性糖與還原糖分別比不施磷對照增加了77.92%和57.94%，水溶性糖高于化肥處理。說明土壤調(diào)理劑可部分替代磷肥，促進(jìn)小白菜生長，提高其品質(zhì)，且對小白菜的部分指標(biāo)可達(dá)到磷肥水平。

4.3 土壤調(diào)理劑對小白菜磷效率的影響

土壤調(diào)理劑處理的小白菜地下部、地上部磷含量及磷累積量均不同程度的高于不施磷對照。其中，50%土壤調(diào)理劑處理的小白菜地上部磷含量為0.4%，比不施磷處理磷含量增加了42.8%，磷素利用率最高，26.7%。