钙基调理剂对酸化农田土壤的调控效果研究①

侯宪文+++张梁等

摘 要 农田土壤酸化已成为制约农业发展的全球性问题，在强降雨淋溶地区尤为严重。本研究利用硝酸磷肥生产过程中所产生的中间产物制造的低pH值土壤调理剂来改良酸化土壤。结果表明：该调理剂按用量1 g/kg（折合亩施150 kg）即可显著地提高土壤pH值，且其在不同pH值土壤上的施用效果有所差异；施用后短期内存在返酸现象；该调理剂与约一半用量的生石灰的调控效果相当；调理剂对土壤有效磷含量的影响因土壤性质不同而异；施用调理剂对土壤有效钾的影响不显著。

关键词 土壤调理剂 ；土壤pH值 ；钙 ；土壤有效养分

分类号 S156

当前人类的各种不合理的生活生产活动导致大量的农田土壤退化，加上工业污染和化肥的施加不当，使得土壤的酸化情况日益加重，酸化面积不断加大。据统计，中国酸化土壤的分布面积约达200万hm2，对中国的农业生产造成重大的影响，严重制约了农业的可持续发展，使得农作物的质量与产量大幅度降低，严重影响了人类的生存与发展[1-4]。土壤酸化是土壤退化的一个极其重要的问题，它直接影响土壤的质量，与农作物的经济效益有着直接的联系。因此，改善酸性土壤、提高土壤的pH值对于提高农产品的产量与质量具有重要的意义。

适当提高土壤的pH值，减少酸性土壤对作物的侵害作用，是农作物增产增收的重要措施。石灰作为一种传统的酸性土壤改良剂，具有便捷、经济等的优点，一直被人们广泛使用[5-6]。近年来以脱硫废弃物、粉煤灰和碱渣等为原料的土壤调理剂也取得了比较好的应用和推广效果[7-12]。此外，张宏伟等[13]利用腐植酸共聚物改良赤红壤的酸碱度，土壤pH值由4.56提高到6.34。本研究利用硝酸磷肥生产过程中所产生的中间产物制造的低pH值土壤调理剂来改良酸化土壤，其主要成分是碳酸钙。笔者在前期稻菜轮作的大田试验中发现，亩施用40～120 kg即可大幅度地提高作物产量，如在海南水稻田示范中亩施80～120 kg可增产15.1%～18.5%，土壤pH值提高0.87～1.29，但用量少的增产幅度反而大。而且在大田试验中发现，每次监测的土壤pH值变化幅度较大，且该调理剂对土壤有效养分的影响也不规律，可能是由于施肥、降雨及作物生长等多因素综合影响的结果。为此，笔者模拟大田试验，通过盆栽试验来证实大田的试验结果，研究不同用量调理剂对土壤pH值、速效钾及有效磷的影响，并以氧化钙处理作为对比，为调理剂的合理施用提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

2种土壤均采自海南省琼海市博鳌镇北山村，基本性质见表1。调理剂由天脊煤化工集团有限公司生产，主要成分为碳酸钙，其中，CaO≥40%，pH值为8.05，速效磷含量为5.50 mg/kg，速效钾含量为33.80 g/kg。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

于2014年6～10月在中国热带农业科学院环境与植物保护研究所儋州试验基地开展模拟试验。用土量为7.0 kg/盆，调理剂用量设置3档，并设置氧化钙处理作为参考，试验共设5个处理。处理1（对照）：常规施肥（施氮磷钾肥）；处理2：常规施肥+0.25 g/Kg（折合干土）调理剂；处理3：常规施肥+0.5 g/Kg调理剂；处理4：常规施肥+1.0 g/Kg调理剂；处理5：常规施肥+0.2 g/Kg氧化钙。施肥量为复合肥（15-15-15）0.3 g/kg（折合干土）和磷肥（14%）0.3 g/kg（折合干土）。将各处理施用的肥料或调节剂与土壤充分混匀后进行培养。每处理重复3次。

待土壤处理完后，在盆中按“品”字型播种空心菜，待出苗后每盆保留3棵，常规管理，在40 d时开始收割，每20～30 d收割1次。第1次采集土壤样品时间为加入调理剂混匀并补充水份后1 h，之后分别在第20、40、60、120 d采集样品。测定指标为土壤pH值、有效磷、有效钾。

1.2.2 测定方法

土壤pH值：称取10 g（折合干土）土壤，加入50 mL 1 mol/L的氯化钾溶液并振荡30 min，用pH计检测；土壤有效磷含量测定采用NH4F-HCl-分光光度计法；土壤有效钾含量测定采用NH4OAc-火焰光度计法[14]。

1.2.3 数据处理

采用Excel 2003和DPS数据处理系统7.05对试验数据进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 调理剂处理对土壤pH值的影响

试验采集的2种土壤都为强酸性土壤，用调理剂与氧化钙处理的2种土壤的pH值都有所增加（图1），说明这2种改良剂在处理酸性土壤时都能发挥其有效的作用。而且随着调理剂用量的增加，2种土壤的pH值都显著增加，土壤pH值增量与调理剂的施用量呈正相关关系。处理5（氧化钙）的调节效果介于处理2和3之间；而处理4的调节效果要显著好于处理5，充分证明该调理剂改良酸性土壤的可行性。因土壤1的初始pH值高于土壤2，酸化程度较轻，相同处理下土壤1的pH值增量略大于土壤2。盆栽试验中可避免问题，对实际生产有一定的指导作用。

2种调理剂都能明显且快速地提高土壤pH值（图2、3）。不同用量调理剂施用后土壤的pH值均升高到最大值，之后则逐渐下降，且前期下降速率大，后期下降趋缓。陈燕霞等[15]研究也证实，施用酸化调理剂后，随培养时间的延长土壤pH值呈缓慢下降趋势，而施用石灰时下降更快。比较不同处理的2种土壤，其pH值的下降趋势基本相同。酸化土壤施用调理剂后依然存在返酸问题，但返酸程度与调理剂的类型、用量、施用时间及土壤酸化程度等密切相关。在后续生产中仍需不断地调控土壤酸度，但调理剂施用量需根据返酸程度进行调整，土壤的酸度不同，施加的改良剂的量也应不同。正确处理酸性土壤对于农业土壤的可持续发展具有重要意义，并且还可以尽可能地发挥土壤的潜力，避免不必要的资源浪费。

2.2 施用调理剂对土壤磷钾养分的影响

2.2.1 调理剂对土壤有效磷含量的影响

土壤中的有效磷含量在7～20 mg/kg为中等水平，在20 mg/kg以上为高等水平[14]。试验土壤1中有效磷含量为中等水平，而土壤2中有效磷含量极为丰富。由图4可以看出，在施加调理剂处理后，土壤1的有效磷含量明显增加，最大的增加量达到了20.9%，而且有效磷增加量与调理剂施加量呈正相关关系，处理5的有效磷增加量介于处理2和3之间，与对土壤pH值的影响规律相似。由于土壤2的有效磷含量较高，且其pH值又相对较低，有效磷含量在调理剂作用下变化幅度不明显，处理间差异不显著；并且在调理剂用量增加时，土壤有效磷含量反而减少（图5）。可能是因为土壤中磷的移动性较弱，而施用石灰等含钙物质对磷的影响过程较为复杂，一方面钙离子因与土壤中的磷酸根离子反应而固定，同时也可促进矿化有效含量的增加[16]。

在土壤有效磷含量较低而pH值较高的土壤1中施加调理剂，对有效磷含量的提高具有促进作用；而在土壤2中施加调理剂对有效磷含量的影响则较为复杂，用量少时可增加有效磷含量，用量多则减少有效磷含量，但其相对减少量并不多。况且Ca-P在土壤中的反应是一个平衡体系，随着作物的吸收利用，土壤中有效磷含量减少，Ca-P体系中的磷酸根会不断释放出来[14]。说明从长期来看调理剂的施用，是有利于土壤改良的，但对于有效磷含量较高的土壤来说，钙离子对其影响不大。

2.2.2 对土壤有效钾含量的影响

本试验只是在培养初期以底肥形式补充了钾素，在作物生长期不再追施钾素，因此随着作物的生长吸收，土壤有效钾呈逐渐减少的趋势（图6、7）。土壤的有效钾含量在84～116 mg/kg，属于中等水平，在116 mg/kg以上为高等水平[14]。本试验所用的土壤1中钾含量为中等（起始速效钾为90.0 mg/kg）水平，土壤2为高等（起始速效钾为137.7 mg/kg）水平。但2种土壤中有效钾含量的减少趋势和幅度基本一致，说明作物在整个生长周期内对钾的需求量相对稳定，同时，试验中各处理作物的生物产量也比较均衡。本试验中，施用不同用量的调理剂对土壤有效钾含量的影响差异不明显，与陈德西等[17]研究结果较为一致。

3 讨论与结论

调理剂对土壤有效磷含量具有积极的影响，但影响程度因土壤性质不同而异，其对低有效磷土壤的影响较大；而高有效磷土壤中因钙离子与磷酸根的相互作用，调理剂对其中的有效磷含量影响过程也较为复杂。

本研究通过利用调理剂产品和氧化钙调控2种酸性土壤的pH值、有效磷和有效钾含量，可初步得出以下结论：调理剂用量为1 g/kg（折合亩施150 kg）即可显著地提高酸性土壤pH值，且用量与其作用效果呈正相关；在不同pH值土壤上，施用量需做适当的调整以达到调控的作用；施用调理剂对土壤有效钾含量的影响不显著；该调理剂与约一半用量的生石灰调控效果相当，但其施用方便，且不会刺激皮肤，具有很好的应用前景。

参考文献

[1] 赵其国，黄国勤，马艳芹. 中国南方红壤生态系统面临的问题及对策[J]. 生态学报，2013，33（24）：7 615-7 622.

[2] 史志华，蔡崇法，张光远，等. 鄂南红壤退化评价指标初探[J]. 科技进步与对策，2000，17（12）：11-13.

[3] 任立民，刘 鹏，谢忠雷，等. 植物对铝毒害的抗逆行研究进展[J]. 土壤通报，2008，39（1）：177-180.

[4] 赵其国. 中国东部红壤地区土壤退化的时空变化、机理及调控[M]. 北京：科学出版社，2002：70-75.

[5] 段 雷，马萧萧，余德祥，等. 酸化森林土壤投加石灰石和菱镁矿5 a后的化学性质变化[J]. 环境科学，2011，32（6）：1 758-1 763.

[6] 孟赐福，水建国，傅庆林，等. 浙江中部红壤施用石灰对土壤交换性钙、镁及土壤酸度的影响[J]. 植物营养与肥料学报，1999，5（2）：129-136.

[7] 孙蓟锋，王 旭. 土壤调理剂的研究和应用进展[J]. 中国土壤与肥料，2013（1）：1-7.

[8] Clark R B， Ritchey K D， Baligar V C. Benefits and constraints for use of FGD products on agricultural land[J]. Fuel， 2001， 80（6）： 821-828.

[9] 蓝佩玲，廖新荣，李淑仪，等. 燃煤烟气脱硫副产物在酸性土上的农用价值与利用原理[J]. 生态环境，2007，16（4）：1 135-1 138.

[10] 蒋武燕，宋世杰. 粉煤灰在土壤修复与改良中的应用[J]. 煤炭加工与综合利用，2011（3）：57-61.

[11] 王 辉，徐仁扣，黎星辉. 施用碱渣对茶园土壤酸度和茶叶品质的影响[J]. 生态与农村环境学报，2011，27（1）：75-78.

[12] Li J Y， Wang N， Xu R K， et al. Potential of Industrial byproducts in ameliorating acidity and aluminum Toxicity of soils under tea plantation[J]. Pedosphere， 2010， 20（5）： 645 -654.

[13] 张宏伟，陈志泉，宁 平，等. 腐植酸共聚物土壤改良剂对土壤化学性能的影响[J]. 水土保持通报，2003，23（6）：36-38.

[14] 鲍士旦. 土壤农化分析（第三版）[M]. 北京：中国农业出版社，2000.

[15] 陈燕霞，唐晓东，游 媛，等. 石灰和沸石对酸化菜园土壤改良效应研究[J]. 广西农业科学，2009，40（6）：700-704.

[16] 庄舜尧，季海宝，程 琳，等. 施用石灰对雷竹林土壤氮磷流失的影响[J]. 浙江林业科技，2014，34（6）：68-71.

[17] 陈德西，何忠全，郭云建，等. 不同土壤调理剂对韭菜酸性土壤的改良效果[J]. 西南农业学报，2012，25（5）：1 751-1 755.