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土壤调理剂对砖红壤性质及空心菜的影响

2020-03-04侯宪文符瑞益李兆君李光义

关键词:空心菜酸化速效

侯宪文,符瑞益,李兆君,李光义*

(1.中国热带农业科学院,环境与植物保护研究所,海南 海口 571101;2.中国农业科学院,农业资源与农业区划研究所,北京 100081)

土壤酸化是制约我国农业可持续发展的主要问题之一,我国各类酸化土壤面积约2亿hm2。近年来,酸雨沉降不断增加、铵态氮肥大量使用等导致土壤酸化加剧[1]。土壤酸化导致土壤中的Ca、Mg、P等营养元素大量淋失,土壤中的Al3+大量溶出引起的酸性土壤铝毒害是抑制作物生长和导致作物减产的主要原因之一[2]。防治土壤退化、进行退化土壤的修复与培肥,是农业可持续发展的重要任务之一,适当提高酸性土壤的pH值,是作物增产增收的重要措施,对提高农产品的产量与质量具有重要的意义[3,4]。

学者们对酸性土壤改良效果较好的生石灰(CaO)、石灰石(含碳酸钙) 和硅钙粉等进行了长期的探索研究,由于石灰类物质由于具有便捷、经济等优点而得到了广泛的应用[5~7]。以磷矿粉、粉煤灰和碱渣等为原料的土壤调理剂也取得较好的应用和推广[4,8~12]。此外,利用腐植酸共聚物改良赤红壤的pH值由4.56提高到6.34[13]。本试验产品是山西天脊煤化工集团股份有限公司利用一种由生产硝酸磷肥产生的中间产物制造的低pH值土壤调理剂(颗粒型),其主要成分是碳酸钙,含Ca、Mg、K等作物生长有益元素。利用粉末状酸化土壤调理剂在盆栽试验中可以显著的提升土壤pH值,而且,在不同类型土壤上的表现也可能会有很大差别[14]。按《土壤调理剂效果试验和评价要求(NY/T2271—2012)》相关规定,采用田间定位试验法,研究了颗粒状酸化土壤调理剂在旱地蔬菜耕作模式下对酸性土壤的改良效果及其对蔬菜产量的影响,以期明确该土壤调理剂在海南分布面积最大的砖红壤及土壤酸化相似区域的合理用量,为其在酸性土壤地区的应用提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

田间试验在海南省儋州市中国热带农业科学院试验基地进行,试验区年均降雨量为1815 mm,年均温23.5 ℃。试验地土壤为玄武岩发育的砖红壤,基本性质:pH值4.40,有机质13.6 g·kg-1,全氮1.41 g·kg-1,速效磷116.9 mg·kg-1,速效钾147.1 mg·kg-1,活性硅1.18%,活性铝0.94%。

酸化土壤调理剂:由山西天脊煤化工集团有限公司生产,主要成分为碳酸钙,CaO ≥40%,pH值8.05,速效磷5.50 mg·kg-1,速效钾33.80 g·kg-1。

1.2 试验设计

田间试验共设4个处理:1、对照(CK),常规施肥(施氮磷钾肥);2、常规施肥+600 kg·hm-2调理剂;3、常规施肥+1 200 kg·hm-2;4、常规施肥+1 800 kg·hm-2。小区面积22 (2.2 m×10 m) m2,3次重复,随机区组排列,周围设置保护行。栽培作物为空心菜。

空心菜试验前茬作物是豇豆,豇豆收获后空闲1年。试验于1月18日开始,起低垄(面宽80 cm,高15 cm,垄间距30 cm)栽培空心菜,土壤调理剂与基肥在垄面撒施后旋耕,基肥用量450 kg·hm-2的复合肥(15-15-15)。施入基肥后按株行距20 cm×25 cm穴播5粒种子。其它的栽培管理措施与生产一致。播种后第36天冲施187.5 kg·hm-2尿素和525 kg·hm-2复合肥(15-15-15),第1次刈割后分2次共冲施375 kg·hm-2尿素,第2次刈割后分2次共冲施375 kg·hm-2尿素。3月12日(播种后第52天)第1次刈割,3月28日第2次刈割,4月15日第3次刈割。在第1和第3次刈割后按“S”形分别采集耕层0~20 cm的土壤样品,风干后测定分析土壤pH值、全氮、速效磷及速效钾含量等指标。

1.3 测定方法

土壤pH值:土∶水(1 mol·L-1KCl)为1∶5,用pH计检测;土壤全氮、速效磷、速效钾含量分别用半微量开氏法、NH4F-HCl-分光光度计法、NH4OAc-火焰光度计法测定;硝酸盐用硝基-水杨酸法测定[14]。

1.4 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 土壤调理剂对砖红壤pH值的影响

在本试验中,施入调理剂52 d后的第1次采样检测结果显示(表1),600 kg·hm-2处理对于提高土壤pH值已没有效果,1 200 kg·hm-2和1 800 kg·hm-2处理的土壤pH值比对照高0.14和0.58,1 800 kg·hm-2处理与对照有显著差异。可见,调理剂的施入能够对酸性土壤起到显著的改良作用。由于试验地土壤pH值较低,且随着施肥和灌溉的增多,土壤盐基离子淋溶损失增大,各处理的土壤pH值都明显下降,第2次采样时的土壤pH值甚至低于试验前。在酸性土壤上,调理剂施入初期可以明显降低土壤酸度,但由于土壤的缓冲作用,其效应逐渐衰减[15]。本试验中低用量调理剂处理效果不显著,有类似研究表明,低石灰用量处理经过90 d 培养后对于提高土壤pH值已没有明显效果,但对降低土壤潜在酸度效果显著[16]。

2.2 土壤调理剂对土壤氮磷钾养分含量的影响

试验土壤的全氮含量较高,土壤pH值的变化主要影响土壤中氮形态的变化,而全氮含量受施肥的影响很大。第1次采样时不同处理的全氮含量比对照减少2%~13%,而到第2次采样时又略有增加,但各处理的差异不显著,可能是尿素和复合肥等的追肥量较多引起的这种变化。

试验土壤中的有效磷含量丰富,属于高等水平[14],由于土壤的有效磷含量较高,施加调理剂的影响则较复杂,1 200 kg·hm-2处理增加有效磷含量,其它处理则减少有效磷含量,但其相对减少量并不大,土壤有效磷含量在调理剂作用下变化不显著。这可能与土壤调理剂的主要成分是CaCO3有关,施用含钙物质对磷的影响过程较为复杂,其中的Ca2+容易与PO43-结合而固定磷[16],Ca-P在土壤中的反应是一个平衡体系,随着作物吸收利用而土壤中有效磷减少,Ca-P体系中的磷酸根会不断释放出来[14]。说明调理剂的施用在长期来看是有利于土壤改良的,对于土壤有效磷含量较高的土壤来说,钙离子对其影响不大。

试验在培养初期以底肥形式补充了钾素,在作物生长期也追施了钾素,随着作物生长吸收,土壤有效钾呈逐渐减少趋势(表2)。土壤的有效钾含量在84~116 mg·kg-1时,属于中等水平,在116 mg·kg-1以上为高等水平[14]。试验地土壤的钾含量为高等水平(起始速效钾为147.1 mg·kg-1)。除600 kg·hm-2的处理外,高用量处理可提高土壤速效钾含量16.1%~20.0%供给作物吸收,但与对照差异不显著。而在第3次刈割空心菜后的土壤速效钾比对照降低10.9%~27.0%,但只有600 kg·hm-2的处理与对照差异显著。

表2 土壤调理剂对砖红壤有效养分的影响Table 2 Effects of soil conditioner on the latosol of soil available nutrient

2.3 土壤调理剂处理对土壤硅铝率的影响

通常认为土壤中的SiO2含量是稳定的、变化较小的,因此可用硅铝率来表达土壤调理剂对酸性土壤的改变,硅铝率越高,表明土壤中活性铝含量越低,植物生长受影响越小;硅铝率越低,表明土壤中活性铝含量越高,植物生长受抑制影响越大[17]。土壤调理剂不同施用量对土壤硅铝率的影响见表3。施入调理剂都能增加土壤SiO2/Al2O3,其中以1 800 kg·hm-2处理的SiO2/Al2O3最高,与对照差异显著,比对照提高15.0%,不同用量调理剂提高土壤SiO2/Al2O3的幅度在4.5%~15.0%之间。但随着土壤pH值降低,施用调理剂处理土壤的硅铝率也大幅度下降。

表3 土壤调理剂对砖红壤硅铝率的影响

2.4 土壤调理剂处理对作物的影响

试验结果表明施用调理剂处理对空心菜的高度影响不显著;施用调理剂处理能增加空心菜产量2.92%~6.98%(表4),其中1 200 kg·hm-2处理空心菜产量最高,但与对照没有显著差异。

表4 土壤调理剂对空心菜产量和品质的影响Table 4 Effects of soil conditioner on the yield and quality of water spinach

蔬菜中硝酸盐对人体具有潜伏性危害,叶菜类蔬菜硝酸盐含量限值是≤3 000 mg·kg-1[17]。在试验的2次采样结果中,与CK相比,各处理均不同程度地提高了空心菜中硝酸盐含量,尤其第1次采样分析结果表明各处理比对照高49.4%~83.3%,其中600 kg·hm-2的处理比对照高83.3%,达显著差异。随着追肥不断增加和土壤中氮素的累积,对照空心菜中硝酸盐含量也大幅增加,各处理硝酸盐含量稳定在323.4~363.7 mg·kg-1,远低于国家食品安全的限量要求。

3 讨论与结论

土壤酸化问题是影响作物生长,限制作物高产的主要障碍因子,学者们对酸性土壤改良效果较好的生石灰(CaO)、石灰石(含碳酸钙) 和硅钙粉等进行了长期的探索研究[6、9、16~19]。本研究所用的土壤调理剂是利用生产硝酸磷肥过程中的中间产物经反应生成的粉末状碳酸钙,经造粒处理后方便施用,施入土壤后的活性高,反应快,在短期内就表现出显著的调酸和增产效果。此外,本土壤调理剂pH值为8.0左右,易与化肥混合施用。在本试验中颗粒型土壤调理剂撒施再旋耕入土,施用后第52天采样时土壤pH值比对照提高0.14~0.58,土壤pH值有随调理剂施用量增加而逐渐升高趋势;李育鹏等[17]在福建的研究结果表明,土壤pH值随粉状调理剂施入量的增加而升高,最多可使土壤pH值由对照的4.62提高到5.62,说明调理剂相同用量情况下,土壤pH值本底值越低则调节幅度越小,同时,颗粒状土壤调理剂比粉状的调酸效果略差。在第85天的第2次采集土壤时各处理土壤pH值都不同程度下降,土壤调理剂施用后一段时期存在返酸现象,可能与化肥追施有关[20,21]。化肥施用导致土壤酸化的原因除氮素形态外,主要是促进了硝化作用的发生及硝酸盐的淋溶[21],因为氧化1 mol的 NH4+为NO3-会向环境中释放双倍的H+[22]。也可能是调理剂施入土壤一段时间后,表层土壤中的Ca2+含量下降导致土壤中阳离子交换量降低,而土壤中阴离子含量的增加又加速了土壤中有机质的分解,从而增加了土壤中H+的含量[23]。因此,在酸化严重的砖红壤需要考虑多次施用土壤调理剂。

土壤硅铝率是土壤中SiO2和Al2O3含量的比值,矿物铝在酸性条件下易被活化而被植物吸收,土壤酸化加速土壤中铝的活化,使得土壤溶液中活性铝的含量明显增加。铝对植物的根系生长发育有明显的抑制作用,铝还干扰植物对几种必需的营养元素如Ca、Mg、K、P和Fe的吸收、运输和利用,铝被认为是酸化土壤上引起作物减产的重要原因之一[2]。本试验中施用调理剂后的土壤硅铝率可增加4.5%~15.0%,土壤活性铝含量随调理剂用量增加逐渐下降,表明土壤调理剂对中和土壤铝毒有明显效果。

综上所述,该土壤调理剂可以有效的提升砖红壤的pH值,降低土壤中活性铝,增大土壤硅铝率,并能增加作物产量,综合经济因素等认为在砖红壤上调理剂施用量以1 200 kg·hm-2比较合理。本试验所用颗粒型调理剂是采用撒施后旋耕的方式,生产中亦可在土壤翻耕后将调理剂均匀撒施于表土中,用钉耙将土壤与调理剂混合均匀即可。

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