腐植酸型土壤调理剂对酸性土壤理化性质和小麦生长及产量的影响

陈祥福 李文平 卢运艳 刘 伟 高进华 徐勤政

1 史丹利农业集团股份有限公司 临沭 276700

2 全国石油和化工行业复混肥工程研究中心 临沭 276700

土壤酸化是指在自然和人为条件下土壤中的H+和Al3+数量增加，导致土壤pH下降的现象，是土壤退化的表现形式之一[1]。我国大部分酸性土壤pH≤5.5，面积约为2.04×108hm2，约占总耕地面积的21%，遍及南方14个省区[2]。土壤酸化不仅会降低肥料的有效性，还会提高土壤中Al3+和重金属的活性，降低土壤微生物的活性，从而导致农作物产量降低、品质下降，制约我国农业可持续发展[3]。

施用土壤调理剂是修复土壤退化的重要措施之一。已有研究表明，土壤调理剂能有效改善土壤物理、化学和生物学性状，降低土壤交换性铝含量[4，5]。近年来，以腐植酸为原料的土壤调理剂研发与应用较多。腐植酸施入土壤以后不但可以增加土壤有机质含量，还可以形成弱酸缓冲体系，维持土壤酸碱平衡，改善土壤理化性质[6，7]；另一方面其添加的钙、镁、硅等矿物成分对降低土壤交换性铝含量具有重要作用[8～10]。

本研究以小麦为供试作物，采用2种不同配方腐植酸型土壤调理剂，研究其对江苏赣榆酸性土壤理化性质和小麦生长及产量的影响，为腐植酸型土壤调理剂在酸性土壤上应用和推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间和地点

试验时间：2018年11月1日—2019年6月13日。

试验地点：江苏省连云港市赣榆区厉庄镇河东尚庄村。

1.2 供试材料

供试小麦品种：“济麦262”。

供试土壤：棕壤，土壤贫瘠、易板结、保水保肥能力差，其基本理化性质见表1。

供试肥料：复合肥（15-15-15），史丹利农业集团股份有限公司提供，作为基肥施用；2种腐植酸型土壤调理剂，一种是腐植酸+氧化钙[总腐植酸（干基）≥24.6%，CaO≥40%，pH 12.5]，另一种是腐植酸+氧化钙+硅钙镁[总腐植酸（干基）≥24.6%，CaO≥25%，SiO2≥5%，MgO≥2%，pH 12.1]，2种腐植酸型土壤调理剂均为实验室自配，作基肥施用。

表1 供试土壤基本理化性质Tab.1 The basic physical and chemical properties of tested soil

1.3 试验设计

本试验共设5个处理，每个处理3次重复，15个小区随机分布，每个小区面积60 m2，各小区之间地力均匀，试验方案见表2。前茬作物为玉米。玉米秸秆打碎，与各处理的肥料一起做底肥撒施，翻地后进行统一管理，各处理间灌溉、除草、病虫害防治等田间管理措施一致。按照当地农户施肥习惯，所有处理复合肥均按照50千克/亩进行基施。腐植酸型土壤调理剂参照表2进行施用。

1.4 测定指标

1.4.1 土壤样品

在每个小区按照5点“S”型取样方法进行取样，用不锈钢土钻（直径8 cm）采集0～20 cm土样，然后混合为1个样品。在实验室土壤样品自然风干后碾碎过2 mm筛备用。

土壤理化性质检测指标根据《土壤农化分析（第三版）》中记录的方法进行检测，土壤pH值采用电位计法，有机质含量采用重铬酸钾氧化法，土壤容重采用烘干法[11]。

1.4.2 植物样品

小麦生物学性状调查：小麦返青期，在每个小区选择1 m×1 m长势相对均匀的小麦，整棵取样（大田挖根法[12]），每个小区取3个点，测量株高、根长、地上鲜重、根鲜重。

小麦产量及其构成因素：收获时，每小区选择1 m×1 m长势相对均匀的小麦，每小区按照“S”型取3个点，分别统计有效穗数和穗粒数，并测定千粒重，根据小区产量计算出小麦理论产量。

1.5 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2013和SPSS Statistics 19进行数据统计和差异显著性检验（P＜0.05）。

表2 试验方案Tab.2 The experiment scheme

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤理化性质的影响

由表3可知，CK土壤pH与土壤初始pH相比没有变化，但各处理组的土壤pH均有所提高，其中T5与CK差异达显著水平；有机质含量在试验前后变化不大，各处理组与CK相比没有明显差异，这是由于土壤有机质的提高需要连续多年施用有机肥，一次性施用有机质不会明显提高土壤有机质含量；各处理组与CK相比，土壤容重均有不同程度降低，说明土壤孔隙度增加，土壤的疏松程度提高，T3、T4、T5均与CK差异达显著水平，以T5土壤容重最小。

2.2 不同处理对小麦返青期生长发育的影响

由表4可知，施用腐植酸型土壤调理剂均能够促进返青期小麦根系生长发育，其中添加了硅钙镁的处理要比未添加的表现好，与CK相比，差异达显著水平，其中T5根长最长，为15.3 cm，比CK增加25.4%。

施用腐植酸型土壤调理剂均能够促进小麦株高生长发育，与CK相比，除T2外差异均达显著水平，但添加硅钙镁与未添加的处理相比，无明显差异，其中T4处理株高增加最多，为16.4%。

施用腐植酸型土壤调理剂均能够增加小麦地上鲜重，与CK相比，差异达显著水平，但添加硅钙镁与未添加的处理相比，同等施用量下无明显差异；提高了腐植酸型土壤调理剂的使用量后，可显著性增加小麦地上鲜重。

施用腐植酸型土壤调理剂对根系鲜重影响不明显，可能是因腐植酸对土壤的调理作用是一种缓慢长期的过程，小麦从播种到返青期约4～5个月，时间较短，腐植酸的促生根效果未充分发挥导致。

综上所述，施用腐植酸型土壤调理剂可促进返青期小麦生长发育，添加硅钙镁对根长作用效果明显，增加1倍腐植酸型土壤调理剂施用量（T5）可显著提高小麦地上鲜重。综合所有指标，在促进小麦返青期生长发育方面，以T5表现效果最好。

表4 不同处理对小麦返青期生长发育的影响Tab.4 Effects of different treatments on the growth and development of wheat returning green stage

2.3 不同处理对小麦产量的影响

由表5可知，施用腐植酸型土壤调理剂对小麦穗数影响不明显，但是与CK比，均有不同程度提高；施用腐植酸型土壤调理剂小麦穗粒数、千粒重、理论产量与CK比，大体上差异达显著水平；同时施用腐植酸+氧化钙+硅钙镁处理要比施用腐植酸+氧化钙处理更能提高小麦千粒重和理论产量；增加1倍腐植酸型土壤调理剂施用量的腐植酸+氧化钙+硅钙镁处理（T5）与增加1倍腐植酸型土壤调理剂施用量的腐植酸+氧化钙处理（T3）比，可以显著提高小麦理论产量。综合所有指标，以T5处理增产效果最为明显，比CK增产33.7%。

2.4 不同处理小麦的经济效益分析

由表6可知，施用腐植酸型土壤调理剂与对照相比，均能够不同程度地提高种植户收益。添加了硅钙镁的腐植酸型土壤调理剂（T4、T5）均要比未添加硅钙镁的腐植酸型土壤调理剂（T2、T3）表现较好，其中T5处理投入产出比最高，为1∶2.33。

表5 不同处理对小麦产量的影响Tab.5 Effects of different treatments on the yield of wheat

表6 不同处理对小麦经济效益的影响Tab.6 Effects of different treatments on the economic benefit of wheat

3 结论与讨论

酸性土壤pH低、易板结，致使土壤容重高、通气性差，严重影响非喜酸性作物根系生长发育和土壤养分的吸收利用。因此，本研究通过添加腐植酸、氧化钙、硅钙镁等物质来改良土壤性质，从而达到提升作物产量的目的。其中氧化钙呈强碱性，pH高达12，其水解出来的OH-可与土壤中H+和Al3+相结合，从而降低土壤中H+和Al3+含量；另外向土壤中添加硅、钙、镁等离子，可增加土壤中交换性阳离子含量，生成铝硅酸盐等复合离子，从而提高土壤pH[13，14]。腐植酸含有大量的羰基、羧基、羟基等活性官能团，盐基交换能力大，能吸附土壤中可溶性盐离子，调节土壤酸碱度，此外还可增加土壤中有机质，从而起到改良土壤的作用[15]。

本研究发现：（1）施用腐植酸型土壤调理剂可促进小麦返青期生长发育，特别是根系的生长发育。添加了硅钙镁处理（T4、T5）与未添加处理（T2、T3）相比，作用效果更加明显，其中T5根长最长，与CK相比可增加根长25.4%；添加同样物质条件下，增加1倍腐植酸型土壤调理剂的施用量，在小麦地上鲜重上表现效果突出，T3与T2、T5与T4相比分别增加32.6%、25.5%。（2）施用腐植酸型土壤调理剂能够增加小麦穗数、穗粒数、千粒重、理论产量等指标。同等施肥量条件下，腐植酸+氧化钙+硅钙镁处理与单独施用腐植酸+氧化钙处理比，表现效果好，但是添加同样物质条件下，50千克/亩施肥量与25千克/亩施肥量相比，各指标表现效果不一，在理论产量上没有明显差异。（3）施用腐植酸型土壤调理剂可显著提高土壤pH、降低土壤容重，但对土壤有机质的改变表现一般，没有达到显著差异。并且在同等施肥量条件下，添加硅钙镁处理均要比未添加处理可以更好地改善土壤理化性质，其中，以T5（腐植酸+氧化钙+硅钙镁）在提高土壤pH和降低土壤容重上表现最好。（4）施用腐植酸型土壤调理剂可以不同程度地增加每亩纯收益、提高投入产出比。同等施肥量条件下，添加硅钙镁处理均要比未添加处理带来的投入产出比高，其中以T5（腐植酸+氧化钙+硅钙镁）处理组投入产出比最高，效果最好。

综上所述，本试验腐植酸型土壤调理剂不仅可以通过提高土壤pH来改良酸性土壤，还可以通过改善土壤容重来改良酸性土壤，从而保证小麦正常生长发育，提高其产量及其经济效益。综合考虑，本试验以T5（每亩基施复合肥50 kg，施腐植酸+氧化钙+硅钙镁50 kg）投入产出比最高，表现最好，可在农业生产中进行推广。