海南木薯种植地施用环保型土壤改良剂的效果

吴炳孙 韦家少 吴敏 何鹏 吴文冠 王桂花 高乐

摘要 海南用于种植木薯的土壤一般都比较酸瘦。通过在海南木薯种植地施用由农业废弃物资源和腐殖酸等研制而成的环保型土壤改良剂（酸性土壤改良剂和营养型酸性土壤改良剂）.研究环保型土壤改良剂在种植木薯的土壤中的改良效果。结果表明：2种改良剂均可提高土壤pH，有效改善土壤酸度，增加土壤有机质，提高木薯鲜薯产量：施用营养型酸性土壤改良剂的木薯各种农艺性状均优于不施用的，鲜薯产量约是不施用的二倍，比施用酸性土壤改良剂增产71. 2%;木薯种植生产中可根据土壤状况和增产目标选用不同类型的土壤改良剂。

关键词 木薯;土壤改良剂;砖红壤

海南地处热带地区的最南端，砖红壤是典型的土壤类型，其为热带雨林或次雨林地区的地带性土壤，在海南高温多雨、干湿季节变化较明显的季风性气候影响之下，进行着强烈富铝化与高度生物富集的成土过程，同时由于受人为开发利用过程中管理措施的影响，水土流失和肥力退化严重.而且土壤还高度酸化[1-3]。因此，防治土壤退化，改良、修复与重建退化土壤，是实现土壤资源可持续利用的重要任务。

吴敏等[4-6]近几年就热区农业废弃物资源、腐殖酸等对酸性土壤的改良效果进行了探索，结果表明，热区农业废弃物资源香蕉假茎生物质炭、椰壳生物质炭、橡胶木屑生物质炭等和腐植酸等具有改良热区酸性土壤、提高热区土壤养分含量和化肥利用率等作用，并研制了“环保型酸性土壤改良剂”。在此基础上，为了响应农业农村部提出的减肥增效要求和节约劳动力成本，根据作物营养需求特性以及种植土壤肥力状况、土壤障碍因子等多方面因素.把作物的配方肥添加到酸性土壤改良剂中，合二为一，研制了既可改良酸性土壤又可提供作物营养的“营养型酸性土壤改良剂”。该改良剂通过利用生物质炭和腐殖酸的吸附、多孔隙等特性，实现土壤养分的吸附/释放，调控土壤酸碱度，改善土壤微生态环境，改良土壤结构，提高肥料利用率。

木薯（Manihot esculenta Crantz）是世界三大薯类之一，是中国南方重要的经济与粮食作物[7]。同时木薯是生物質能源作物，在十三五规划中，木薯产业已成为中国第二大类热带作物产业，主产区在广西、广东、海南、云南、福建等热带地区[8]。海南的物候条件周年可种植木薯，2015年的种植面积约为2.6万公顷[9]，主要分布在白沙黎族自治县、琼中县、儋州市、东方市、屯吕县、定安县、吕江县等市县，其中白沙的邦溪镇、七访镇、打安镇和琼中的营根镇具有悠久的种植历史与良好的种植基础。但是海南的木薯种植土壤一般都比较酸瘦，地力条件差，投入少，所以产量较低。本研究选取国家木薯产业技术体系白沙综合试验站所在地邦溪镇作为施用环保型和营养型酸性土壤改良剂试点，以验证改良剂对土壤改良和产量影响的效果，为大面积推广应用该产品提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地概况

试验地位于海南省白沙市邦溪镇国家木薯产业技术体系白沙综合试验站及其周边农户木薯种植地，地处北纬19°21'，东经109°07'，地貌以台地为主，属北热带季风岛屿型气候，气候暖热，没有霜期，年平均温度24℃，年平均降雨量1400 mm。土壤为砖红壤，其土壤理化性质及供试木薯品种见表1。

1.1.2 试验材料

本试验使用2种土壤改良剂.其中1种为中国热带农业科学院橡胶研究所研发的“环保型酸性土壤改良剂”，该种改良剂主要以香蕉假茎生物质炭、椰壳生物质炭、橡胶木屑生物质炭等和腐植酸及白云石、沸石等构成，具有改良土壤酸化、板结，提高肥料利用率等功能：另1种是在“环保型酸性土壤改良剂”的基础上添加木薯氮磷钾配方肥，制成既可改良酸性土壤又可提供作物营养的“营养型酸性土壤改良剂”。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

“环保型酸性土壤改良剂”应用效果试验于2016年6月至2017年1月在试验站与3块农户等4块木薯地进行（这是大田应用性试验，比较粗略.参试地块为农户的，必须配合他们的时间进行，该试验施用基肥时木薯已经种植大约20 d，所以试验时间只从施用基肥的6月份开始计算。木薯在海南一年四季都可以种植，其生长周期为8-10个月是正常的）。 “营养型酸性土壤改良剂”应用效果试验于2017年3月至2018年1月在试验站木薯地进行，其木薯种植品种、试验面积、土壤状况见表1，由于该试验为应用示范试验，所以只设立了施用土壤改良剂和不施用2种处理。“环保型酸性土壤改良剂”与“营养型酸性土壤改良剂”施用量均是3 750 kg/hm²，作基肥一次性施用。各处理中均未施用其它肥料，除施肥外，其余农事管理完全一致。

1.2.2 项目测定

产量、农艺性状及淀粉含量：2017年1月于木薯收获期针对不同处理均按照梅花点各取木薯20株，称量单株鲜薯产量并取有代表性的新鲜块根测定鲜薯淀粉含量和干物质率。2018年1月收获期分别考察不同处理木薯株高、茎粗、单株结薯数、薯长、薯粗、单株鲜薯重、地上部植株鲜重等农艺性状。

土壤养分含量：试验前和每年试验结束后（收获木薯后）均采取0～20 cm、20—40 cm等土层样品，根据《土壤农业化学分析方法》[10]测定全氮、全磷、全钾、有机质、速效氮、有效磷、速效钾含量和pH。全氮用H₂SO₄-H₂O₂靛酚蓝比色法，全磷用H₂SO₄-H₂O₂钼锑抗比色法，全钾用H₂SO₄-H₂O₂火焰分光光度计法，速效氮用碱解蒸馏法，速效磷用盐酸氟化铵法.速效钾用乙酸铵提取法.有机质用重铬酸钾氧化容量法.pH用电位法。

1.3 数据统计

采用Microsoft Excel进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 施用酸性土壤改良剂对木薯产量及土壤有机质、酸度的影响

针对2016年6月种植木薯的4个地块，设置了施用酸性土壤改良剂和不施用2种处理，2017年1月收获。从表2可看出，4个地块4个木薯品种中施用酸性土壤改良剂的处理鲜薯公顷产量均比不施用的高，增产幅度从5.5%～51.5%，其中以华南12号的增幅最大，达51.5%.公顷产量为72.41t/hm²。

在木薯生长的8个月期间，4个地块的有机质含量均以施用酸性土壤改良剂的土壤高于不施用改良剂的土壤，且都比种植前有所提高：而不施用改良剂的处理有3块地（试验站，农户1，农户2）低于种植前的，只有农户3地块有所提高。木薯收获后土壤pH值都有所提升，其中施用酸性土壤改良剂的土壤比不施用的土壤提升更多，试验站基地的地块从4. 92提升到了6.05。由此可见，酸性土壤改良剂具有提高土壤有机质含量和提升土壤酸度的作用，同时通过增加土壤养分活性和提高养分吸收率来提高木薯鲜薯产量。木薯块根干物质率和淀粉含量在不同品种之间差异较大，二者均以食用品种最高，华南12号最低;而同一品种施用与不施用酸性土壤改良剂的木薯块根，除了食用品种外，其它3个品种的干物质率和淀粉含量均是不施用的处理略高于施用的处理。

2.2 营养型土壤改良剂对木薯农艺性状及产量的影响

2017年3月，在白沙试验站基地的木薯种植地块上，继续设置施用营养型土壤改良剂和不施用的2个处理的应用试验。表3的结果说明，每公顷施3750 kg营养型土壤改良剂的木薯，其株高、茎粗、单株结薯数、薯块长度、薯块粗度、地上部分植株鲜重、单株鲜薯重等各项农艺性状均优于不施用的处理，单位面积产量为88. 61t/hm²，而不施肥处理只有45.02t/hm²，施用比不施用增产96.8%，产量差不多翻了一番，说明营养型土壤改良剂为木薯生长提供了全面、合理的营养元素，满足了木薯营养生长和块根膨大各时期对养分的需求。而2017年试验站施用营养型土壤改良剂的产量与2016年施用酸性土壤改良剂的相比较，也增产了71.2%。由此可见，营养型土壤改良剂较酸性土壤改良剂可供养分的优越性。试验站不施用任何土壤改良剂的处理，2017年与2016年的产量相比较，鲜薯产量减少8.2%，说明木薯种植是逐年消耗地力的，一是因为木薯生长的整个生育期对养分的需要，二是因为收获木薯块根带走了部分养分。二者导致了种植土壤养分的逐年减少，在没有外源养分的供应情况下，最终出现了减产。

2.3 施用土壤改良剂2年后木薯种植土壤养分的变化

2016年在白沙试验站基地地块上种植木薯，2017年1月采集土壤进行测定分析，结果显示，施用酸性土壤改良剂与不施用的处理全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾含量均有所下降，其中不施用改良剂的处理比施用酸性改良剂的处理下降幅度更大，速效磷除外;而施用酸性土壤改良剂的土壤有机质则比种植前有所提高，pH提高至6.05（表4）。

在上述相同地块上，2017年设置了施用营养型土壤改良剂和不施用的2个处理，2018年1月收获木薯后采集土样进行分析。结果表明，施用营养型改良剂的土壤氮、磷、钾全量和速效养分、有机质含量均高于不施用改良剂的土壤;而与2017年施用酸性土壤改良剂的相比较，全氮略有增加，全磷、全钾有所下降，而碱解氮降低了，速效磷和速效钾、有机质却增加了。其可能原因：一方面是营养型改良剂活化了土壤中的全磷、全钾，使其转化为速效磷和速效钾，从而提高了速效磷和速效钾含量。由此也说明，施用营养型改良剂可以提高土壤有机质含量;另一方面是营养型改良剂提供的氮元素不足以满足木薯生长过程中需要的大量氮营养，土壤中部分速效氮被消耗掉，导致了土壤中的速效氮含量有所下降。与2016年种植木薯前比较，施用营养型改良剂的土壤氮、磷、钾全量和速效氮均下降，而速效磷、速效钾和有机质含量均提高了;pH值虽比2017年1月降低了一些，但比2016年种植木薯前有所提高（5.66）。

2018年收获后不施用营养型改良剂的土壤，其全磷、全钾和速效氮、速效磷含量均低于2017年和2016年种植木薯前的含量，且是逐年下降的，这是因为木薯的营养生长和生殖生长均需吸收大量营养，在不添加外源肥料的情况下必然消耗土壤中贮藏的矿质养分并致其含量逐年下降;而其全氮和速效钾含量也均低于2016年种植木薯前的含量，但呈先下降（种植第一年2017年）再上升（种植第二年2018年）的变化趋势;但其有机质含量高于2017年和2016年种植木薯前的含量，呈先下降（种植第一年2017年）再上升（种植第二年2018年）变化趋势，其可能原因是2017年种植第一年没有施用营养型改良剂，而木薯生长所需养分除了转化土壤矿质元素全量外，还分解了土壤中部分有机质，2018年种植第二年有机质提高是因为2017年收获后部分枯枝落叶回归土壤所致。而速效钾含量种植第二年有所提高可能是因为试验前土壤全钾含量和速效钾含量都相当高，虽然种植第一年消耗掉一部分（即2017年土壤速效钾含量下降），但2017年枯枝落叶回归增加土壤有机质，所带来的钾含量足以满足2018年木薯生长的需要，并有所富余。

以上结果充分说明，种植木薯第一年施用酸性土壤改良剂虽然可以提高土壤pH值，有效地改良土壤，提高土壤有机质含量，但是由于酸性土壤改良剂中没有添加化学肥料，而木薯生长是需要吸收、消耗各种养分的，所以木薯收获后所有土壤养分含量均有所下降，进而说明木薯的生长是消耗地力的。木薯种植第二年施用了添加木薯配方肥的营养型土壤改良剂，在改善土壤酸度的同时，通过降低土壤中的的氢、铝离子有效地激活了土壤中磷钾有效性，同时释放改良剂自身的养分含量，丰富了土壤中的磷鉀速效养分.为木薯生长提供了充足而全面的营养元素。

3 讨论与结论

本试验所使用的酸性土壤改良剂与营养型土壤改良剂，均含有生物质炭，生物质炭主要由芳香烃和单质碳或具有石墨结构的碳组成，含有60%以上的碳元素[11]，具有高度羧酸酯化和芳香化结构[12]，在土壤中所形成的有机碳具有较高的生物化学和热稳定性[13]，可以增加土壤有机碳含量以及土壤有机质或腐殖质含量[4];生物质炭也含有有机官能团和碳酸盐等碱性物质[15]，添加到土壤中，可以中和土壤酸性，提高土壤pH[16-17]。本试验应用中，在木薯种植地施用酸性土壤改良剂和营养型改良剂，均可以提升土壤pH，有效提高土壤有机质，但以酸性土壤改良剂改善土壤酸度效果更好，营养型改良剂提升有机质的效果更优;施用酸性土壤改良剂1年的木薯种植地速效氮、磷、钾含量均较试验前降低，这是因为酸性土壤改良剂本身并没有添加氮、磷、钾营养元素，而木薯生长是必需的，这就消耗了土壤原有的养分。而施用营养型改良剂1年后，木薯土壤的碱解氮仍在下降，这是因为木薯生长过程中需要消耗大量的氮元素，这与谭丽霞等[18]的结论相一致，即氮素营养是影响木薯生长发育和决定块茎产量的主要因素. 其对木薯最终产量的贡献率可达50%;而速效磷、钾含量都提高了，说明土壤中的磷、钾元素被有效活化了，从而提高了土壤中的速效磷、钾含量。

酸性土壤改良剂中的植物物料（农业废弃物）及其生物炭本身除含有C外，还含有N、P、K、Ca和Mg等养分，并具有灰化碱[19]，能有效提高土壤pH，提高土壤阳离子交换量，增加有机质水平，活化土壤养分，提高土壤养分的有效性[20-21]，从而为木薯生长提供了所需养分，提高木薯块根产量。营养型土壤改良剂，是根据木薯营养特性在酸性土壤改良剂中添加了合理比例的氮磷钾，施用后木薯鲜薯产量大幅度提高，同时也比施用酸性土壤改良剂的增产了71.2%，这与林洪鑫等[22]的结论相一致，即施肥处理的木薯产量显著高于不施肥处理，也验证了适当比例的氮、磷、钾肥配合施用可以显著增加产量[23]，所以氮磷钾的合理运筹是木薯高产栽培的重要策略之一[24]。

在海南乃至其它热带地区的木薯种植地，可根据目的和要求，选择施用酸性土壤改良剂或营养型改良剂。如果是为了改良酸性土壤，可以选择施用酸性土壤改良剂，但产量增幅偏低。而施用营养型土壤改良剂，既可改良酸性土壤，又可大幅度地提高木薯鲜薯产量，且施用省工省时，节约劳动力成本，这是保持木薯土壤养分可持续供给的主要方法。

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