施用白云石粉对酸性土壤pH 和有效养分及甘蔗生长的影响

单翔宇 黄语娇 谢如林 李伏生∗

(1. 广西大学农学院， 南宁 530004; 2. 广西农业科学院农业资源与环境研究所， 南宁 530007)

广西在甘蔗生产方面具有得天独厚的气候优势,一直是我国甘蔗的主要产区。 然而随着现代农业快速发展,在种植作物过程中,化肥施用方法不当,产生了土壤酸化。 而土壤酸化在一定程度上加速了土壤矿物质养分的加速流失、活化和释放了土壤中的有毒金属元素,导致微生物数量减少和酶活性降低,进而影响土壤肥力和作物的生长发育[1]。在土壤酸化改良过程中合理施用石灰、白云石粉等可有效提高土壤pH,增加土壤N、Ca、Mg、S 等营养元素的有效性,降低重金属元素活性,提高酸性土壤生产力[2],而且与肥料搭配一同施用还可以提高肥料的利用效率,缓解重金属毒害,提高作物产量和品质[3]。 白云石分布广、易加工、成本低,因此可制成钙镁磷肥或粉碎研磨制成白云石粉,应用于农业生产中[4]。 目前国内还很少有关于甘蔗生产上应用白云石粉的报道,本文就施用白云石粉对酸性土壤pH和有效养分以及甘蔗品质和产量的影响进行了研究,以期为酸性土壤条件下甘蔗高效生产提供依据。

1 材料及方法

1.1 供试材料

本试验在广西金光农场友谊分场试验基地,于2016 年2月至2017 年1月进行。 土壤为赤红壤,供试土壤pH5.35,有机质18.1g kg-1,碱解氮(N)21mg kg-1,有效磷(P)99.2mg kg-1,速效钾(K)124.8mg kg-1,有效钙(Ca)1204mg kg-1和有效镁(Mg)180mg kg-1。 白云石粉MgO 含量20%,CaO 含量31%,由广西梧州市上林马督建材有限公司提供,甘蔗品种为广西目前推广的“桂糖42 号”。

1.2 试验设计

试验在相同施肥(N 为381.0kg hm-2,P2O5为108kg hm-2,K2O 为243.0kg hm-2)条件下,设施用6000kg hm-2的白云石粉处理(DF)和不施白云石粉处理(CF)。 试验进行两次施肥,播种前施用NPK复合肥(N-P2O5-K2O 15-15-15)450kg hm-2作基肥,施用尿素450kg hm-2,硫酸钾300kg hm-2,NPK复合肥750kg hm-2作为追肥。 施肥采用机械化方式。 每个处理重复3 次,共6 个小区,小区面积为90m2(长30m,宽3m,共3 行)。 甘蔗种植前,将白云石粉均匀施用于各小区表层,对试验地进行改土。2016年2月15日开沟施用基肥后播种,播种密度为10.5t hm-2。 5月14～15日施用追肥后培土。2017年1月7日收获。

1.3 测定项目与方法

土壤样品于种植前和收获前采集,采用S 形散点采样法采集0～30cm 耕作层土样,各小区采集10个土壤样品(以10 个样品的测定结果的平均值作为该处理的测定值),各处理土壤样品的采样点为30个,于种植前和收获前采集。 土壤样品检测土壤含水率、土壤碱解N、有效P、速效K、土壤pH、有效Ca、有效Mg 地等指标均按照《土壤农化分析》第三版[5]进行测定。

按《中国甘蔗品种志》[6]对甘蔗品种农艺性状所定义的方法,调查株高、茎粗、有效茎数及叶片数等指标。 在甘蔗收获前,按《甘蔗成熟期植株采样技术规程》分别采集收获物(蔗茎)和废弃物(蔗叶、蔗尾和残茬)样品。 植株样品测定N、P、K、Ca、Mg含量以及甘蔗汁液锤度等指标。 植株样品N、P、K采用H2SO4-H2O2法消化后分别用凯氏定氮法、钼锑抗比色法和火焰光度计法测定,Ca 和Mg 用HNO3-HClO4法消化后用原子吸收光谱法测定。 甘蔗汁液锤度用锤度计测定。

1.4 数据统计分析

试验数据用Excel 2016 分析,并用SPSS 19.0软件进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 土壤理化性状

2.1.1 土壤pH pH 是对植物生长发育起到直接影响的重要土壤指标,任何植物都有其生长发育所需的最适pH(酸碱度)范围,酸碱度过高或过低都会对植物根系产生直接毒害作用[7]。 甘蔗生长最适pH 为6.5～7.5,但在土壤pH4.5～8.0 之间都可生长[8]。 当pH ＜4 时H+会对多数作物产生直接毒害[9]。 DF 处理土壤pH 值为6.55,CF 处理土壤pH值为5.70,DF 处理pH 值比CF 处理提高0.85,对土壤的pH 值提升明显,表明施用白云石粉可有效提高土壤pH 值。

2.1.2 土壤有效养分 土壤酸化会加快N、K、Mg、Ca 等营养元素流失,影响土壤微生物活动,进而影响土壤物质转化,降低土壤肥力[10]。 从表1 中可以看出,施用白云石粉对土壤中碱解N、有效P、速效K、有效Ca 及有效Mg 的含量都有显著提高,DF 处理有效N 含量为29.4mg kg-1,比CF 处理提高了11.2mg kg-1；有效P 含量为182.9mg kg-1,比CF 处理提高了68.2mg kg-1；速效K 含量为187.2mg kg-1,比CF 处理提高了46.0mg kg-1；有效Ca 含量为4012mg kg-1,比CF 处理提高了2156mg kg-1；有效Mg 含量为976.8mg kg-1,比CF 处理提高了775.2mg kg-1。 上述结果说明,与不施白云石粉相比,施用白云石粉后,土壤有效Ca 和Mg 的变化幅度较大,说明白云石粉中的CaCO3和MgCO3可有效提高土壤中有效Ca 和Mg 的含量。

表1 施用白云石粉对土壤有效养分含量的影响

2.2 植株生长指标

由表2 可知,6～8月甘蔗株高增加较快,茎径主要在6～8月增长较快,叶片数8～10月增长数量明显高于6～8月。 DF 和CF 处理的株高在6～8月分别增长了124cm 和100cm,在8～10月分别增长了89cm 和74cm。 DF 和CF 处理的茎径在6～8月分别增长了16.1mm 和15.6mm,在8～10月分别增长了0.9mm 和0.8mm。 6～8月份,DF 和CF 处理的叶片数则分别增长了2 片和1 片,在8～10月则分别增长了8 片和6 片。 DF 处理的甘蔗在同一时期株高、茎径、叶片数及生长情况均要好于CF 处理。

表2 施用白云石粉对甘蔗伸长期株高、茎径和叶片数的影响

2.3 植株养分含量

2.3.1 叶中养分含量 从表3 中看出,甘蔗叶片不同部位营养元素含量有所不同,青叶和叶梢养分含量K＞N＞Ca＞Mg＞P,老叶养分含量Ca＞N＞K＞Mg＞P。DF 处理青叶、老叶和叶梢中N、P、K、Ca 和Mg 含量均高于CF 处理,差异显著,DF 处理青叶中N 含量比CF 处理高出2.65g kg-1、0.57g kg-1、2.33g kg-1,DF 处理老叶中P 和K 的含量比CF 处理高出1.20g kg-1、0.22g kg-1、1.01g kg-1,DF 处理叶梢中N、P 和K 的含量比CF 处理高出1.94g kg-1、0.33g kg-1、1.75g kg-1,DF 处理青叶中Ca 和Mg 含量比CF 处理高出5.42g kg-1和4.12g kg-1,DF 处理老叶中Ca和Mg 含量比CF 处理高出5.21g kg-1和2.91g kg-1,DF 处理叶梢中Ca 和Mg 含量比CF 处理高出3.33g kg-1和1.82g kg-1。

表3 施用白云石粉对甘蔗叶片不同部位养分含量的影响

(续上表)

2.3.2 蔗茎中养分含量 从表4 中可以得出,两个处理的土壤养分含量指标,均为K 含量最高,P 含量最低。 两个处理的蔗茎在N、P、K、Ca 和Mg 含量上均存在明显不同,DF 处理的各养分均要比CF 处理含量高。 与CF 处理相比,DF 处理蔗茎N 含量增加1.39g kg-1,P 含量提高0.25g kg-1,K 含量提高2.32g kg-1,Ca 含量提高3.52g kg-1,Mg 含量提高3.77g kg-1。

表4 施用白云石粉对蔗茎养分含量的影响

2.4 甘蔗产量及品质

2.4.1 干物质积累 植物有机物和营养成分累积的一个重要指标常常用干物质积累多少来衡量,干物质积累量越多则说明植物长势越好。 表5 所示,施用白云石粉处理收获期甘蔗的茎干物质积累量达到了276.64g 株-1,叶干物质积累量达到了62.75g株-1,叶梢干物质积累达到95.34g 株-1,而通过CF处理的收获期甘蔗的差距则较大,叶干物质积累量仅为30.15g 株-1,叶梢干物质量仅为57.64g 株-1,茎干物质积累量仅为196.90g 株-1。 通过对比,DF处理叶、叶梢和茎干物质量与CF 处理的甘蔗相比分别增加了32.60g 株-1、38.70g 株-1、79.74g 株-1,两个处理结果差异较大,表明施用白云石粉可显著提高作物地上部有机物的积累,利于作物生长。

表5 施用白云石粉对收获期甘蔗干物质积累量的影响

2.4.2 产量 从表6 可以看出,通过DF 处理甘蔗收获期茎长达到331cm,CF 处理为273cm,相差61cm,施用白云石粉处理的茎长明显好于不施白云石粉处理；对于茎径来说,DF 处理为30mm,CF 处理为26.72mm,DF 处理比CF 处理增加了3.28mm；对有效茎数来说,DF 处理为51250 株hm-2,CF 处理为40417 株hm-2,施用白云石粉处理比不施白云石粉处理有效茎数多10833 株hm-2。 折合产量后,DF 处理要比不施白云石粉产量的超过一半。 因此,施用白云石粉可显著提高甘蔗产量。2.4.3 蔗糖含量及产糖量 衡量甘蔗品质的其中一个重要指标是蔗糖分,其主要与产糖率等制糖工业重要经济指标关系显著[11]。 在提高甘蔗产量的同时,提升甘蔗糖分是研究甘蔗高产施肥的主要目的。 由表7 可知,DF 处理蔗糖含量为16.26%,CF处理蔗糖含量为13.14%,说明施用白云石粉对甘蔗蔗糖含量的提高有显著影响。 不同处理公顷产糖量DF 比CF 提高了7.27t hm-2,说明施用白云石粉对甘蔗产糖量的影响极显著。

表6 施用白云石粉对甘蔗产量构成和产量的影响

表7 施用白云石粉对甘蔗蔗糖含量和产糖量的影响

3 讨论与结论

3.1 施用白云石粉对土壤pH 和有效养分的影响

养分在土壤施入肥料后常以离子形态溶于土壤溶液中,形成的养分有被作物吸收、随水淋溶和被土壤吸附或固定三种去向[12]。 土壤pH 值过低会制约土壤中有效养分的转化、导致土壤养分的流失加速、土壤易板结,致使土壤肥力降低,从而使甘蔗对土壤养分的吸收和利用率降低,对甘蔗生长发育造成不良影响,因此对酸性土壤改良的研究是提高甘蔗产量和品质的重要措施。 有研究表明,施用白云石粉可提高有效养分含量、土壤pH 值及交换性Ca 和Mg 的含量[13]。

通过对土壤pH 值、有效N、速效P、有效K、有效Ca 及有效Mg 的含量分析,结果表明,施用白云石粉后土壤pH 得到提高,同时,能有效促进土壤有机质分解,增加土壤碱解N 含量；白云石粉中的CaCO3能有效降低土壤对P 的吸附,提高土壤有效P 含量；降低土壤酸化程度,减少K+流失速度,使土壤速效K 含量提高。 白云石粉中含有的CaCO3和MgCO3,还可对交换性Ca 和交换性Mg 的土壤含量提升。 由此可知,施用白云石粉可以有效促进土壤有机质分解,提高土壤的pH 值,增加土壤养分的有效性,有效促进甘蔗根系生长,通过促进甘蔗对土壤中养分的吸收,有效提升甘蔗产量。

3.2 施用白云石粉对养分吸收的影响

植物中营养元素含量可以反映出土壤养分的供应情况、肥料利用情况及甘蔗体内养分情况[14]。 甘蔗生长离不开N、P、K、Ca 和Mg 等重要营养元素,缺一不可,否则就会造成不良影响制约甘蔗生长发育,降低甘蔗产量。 施用白云石粉对于甘蔗体内N、P、K、Ca 和Mg 等元素含量的提升发挥重要作用,甘蔗各部位N、P、K、Ca 和Mg 含量排序与谢如林等[15]的结果一致。

3.3 施用白云石粉对甘蔗干物质积累的影响

农作物干物质是将新鲜植株的水分烘干的剩余部分,干物质组成可分为有机质和矿物质两部分,其中90%～95% 为有机质, 矿物质仅占5%～10%[16]。 干物质积累量是反映植物对养分的吸收和利用情况的有效指标。 在相同施肥条件下,施用白云石粉后,甘蔗茎干物质积累量提高最多,其余各部位干物质积累量均有所提升,因此在酸性土壤中施用白云石粉可提升甘蔗生长发育速度,从而提高干物质积累和产量。

3.4 施用白云石粉对甘蔗产量和品质的影响

土壤酸化是限制甘蔗增产的不利因素之一,因此,改良酸性土壤可在根本上解决制约植物生长发育的问题,从而提高甘蔗产量。 有研究表明,施用石灰可改善酸性土壤中的养分,使作物产量增加[2-5,8-10]。

对不同处理甘蔗株高、茎径和叶片数量以及成熟期甘蔗产量和含糖量对比分析结果表明,施用白云石粉有利于甘蔗生长发育,可提高甘蔗株高、茎径和叶片的生长速度、成熟期地上部生物量和有效茎数,从而提高甘蔗产量。 施用白云石粉可大幅增加土壤有效养分含量,为甘蔗生长提供充足的养分,并促进其吸收利用,提高植株有效养分含量,活化植株体内的淀粉合成酶,促进糖的转化,有利于提高甘蔗含糖量和产糖量,与以往研究结果一致[2]。

需要指出的是,施用白云石粉对酸性土壤有效养分和甘蔗生长、产量和品质的影响仅进行了一年的研究,有关白云石粉后效的问题有待进一步试验研究证明。