硝酸磷钾复合肥与氧化钙调理剂配施对蔬菜酸化土壤改良效果研究

2020-08-04李江文向华辉曾蔓漫唐嘉鸿魏朝富

西南农业学报 2020年6期

李江文，周佳，向华辉，韩珍，曾蔓漫，唐嘉鸿，魏朝富

(1.西南大学资源环境学院，重庆 400715；2.重庆市农业技术推广总站，重庆 401121; 3.重庆市九龙坡区农业技术推广站，重庆 400051)

【研究意义】近几年来，我国花菜和榨菜种植量不断增加，其中花菜年种植面积为35.3×104hm2，居世界第一位，占世界总种植面积的40.9 %[1-2]。而农民受“高投入高产出”等观念的影响，为了获得作物高产，盲目施肥现象相当普遍，导致化肥有效利用率较低[3-4]。同时，蔬菜大多为喜肥和耐肥作物，生长周期短，菜农往往施用过量化肥来提高产量[5]。由于蔬菜根系分布浅，降水量丰富时，淋溶到地下水中的硝态氮增加，造成环境污染[6]，因此，如何使高投入转化为高效率是很重要的问题[7]。【前人研究进展】目前我国水稻和玉米，氮肥利用率为25.6 %～35.6 %，磷肥利用率为9.7 %～13.7 %，钾肥利用率为28.7 %～33.8 %；氮的偏生产力为43～54.2 kg/kg，磷的偏生产力为63.7～98.9 kg/kg，钾的偏生产力为64.7～98.5 kg/kg[3]。有研究表明，叶菜类氮的偏生产力为173.1 kg/kg，表观利用率为18.4 %，与国内主要粮食作物的肥料利用率相比较低。李平研究表明，与常规复合肥相比，水稻施用硝酸磷钾肥产量最高[8]。此外，有大量研究表明，合理施用复合肥后氮、磷、钾肥的农学利用率和偏生产力均高于常规施肥[9-10]。由于蔬菜地受人为因素影响剧烈，为了增加蔬菜产量，因而通过施用化肥加速农田生态系统循环来加快土壤酸化的速度更加普遍[11-13]。随着氮肥的大量施用，导致土壤pH值随时间的增加而降低[14-15]。尤其在南方，受成土母质和成土作用影响，土壤本身偏酸，加之降雨量过大，土壤酸化更加严重[16-17]。土壤酸化不仅导致土壤养分流失，还会使铝离子和重金属离子活度提高，使微生物活性降低，导致作物减产[18]。在当前高投入高产出的现代农业中，土壤酸化成为全球耕地最为普遍的现象[11]。施用土壤调理剂改良酸化土壤是有别于传统改良土壤的新方法。王日新研究表明，施用氧化钙调理剂具有快速调节土壤酸碱度的效果[19]。和利钊研究得出，合理施肥并配施土壤调理剂对酸性土壤改良效果更明显[20]。【本研究切入点】目前，大量研究局限于通过合理施用复合肥降低农田化肥的施用量[3,21]，没有将改良土壤酸碱度与合理施用复合肥紧密联系在一起，如何在一定范围内调节土壤酸碱度的同时又增加土壤养分变得至关重要[22]。【拟解决的关键问题】本文以花菜和榨菜为研究对象，开展合理施用硝酸磷钾复合肥和氧化钙调理剂对土壤酸碱度、蔬菜产量、养分吸收和肥料利用率影响的研究，从而提出酸化蔬菜地最优施肥方案。

1 材料与方法

1.1 试验区状况

本试验设计两组试验。

试验1在重庆市大渡口区跳蹬镇沙沱村农户孟丽地块进行。大渡口区跳磴镇(106°26′48.74″ E,29°23′22.55″ N)位于重庆西南部，东临大渡口区建胜镇，南与巴南区鱼洞镇、江津区隔江相望，西、北与九龙坡区陶家镇、华岩镇接壤，属亚热带季风性湿润气候。该地块长期以蔬菜(小香葱、莴笋、花菜等)种植为主，种植年限10年以上。试验区土壤主要为紫色土，土壤的基本理化性质：pH 4.8，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为108.0、208.5、320.0 mg/kg。

试验2在重庆市涪陵区江北街道李寺村地块进行。李寺村(107°27′20.24″ E，20°40′56.63″ N)位于江北街道办事处下游，与百胜镇临界。地处四川盆地和山地过渡地带，地势以丘陵为主，横跨长江南北、纵贯乌江东西，海拔多在200～300 m。属亚热带季风性湿润气候。试验区土壤主要为紫色土，土壤的基本理化性质：pH 4.1，有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为22.1 g/kg、1.1 g/kg、0.8 g/kg、21.6 g/kg、130.0 mg/kg、46.0 mg/kg、32.0 mg/kg。

1.2 试验设计

本研究复合肥选用天脊硝酸磷钾复合肥，该产品的主要特点是产品中含有硝态氮和铵态氮、水溶性磷和枸溶性磷。氮磷钾养分形态合理搭配，包含了被硝酸活化了的钙、镁、锰、锌、硼等中微量元素和硝酸稀土，产品外观为蓝色颗粒状；水分含量低、不易结块；抗压强度高、不易破碎，有利于作物吸收。土壤调理剂选用天脊调理剂，该产品为白色蓬松粉末状，pH值在8～10，主要成份为氧化钙，同时含有少量硝态氮和铵态氮、水溶性磷，以及被硝酸活化的钾、镁、铁、锰、铜、锌、钼、硫和硝酸稀土，优质高效。而常规施肥选择了芭田复合肥(15-15-15)和金正大复合肥(15-5-25)，由于这两种肥料中氮素的主要成份为氯化铵，长期施用会增加土壤酸化的风险。

如表1～2所示，为了研究不同施肥处理对化肥减量和酸化土壤改良的影响，本研究的两组试验均设置了4个处理。

表1 花菜施肥方案

表2 榨菜施肥方案

试验1：①常规施肥(CK)；②单施天脊调理剂(CT)；③天脊硝酸磷钾复合肥(CY)；④天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂(CYT)。试验小区采取随机排列，3次重复，每个小区面积为8 m2(10 m×0.8 m)，小区之间互不影响。常规施肥选用的为芭田复合肥(15-15-15)，天脊硝酸磷钾复合肥选用的是天脊硝酸磷钾肥40 %(22-9-9)和天脊硝酸磷钾肥42 %(16-6-20)；天脊调理剂，有效成分CaO≥40 %。基肥占施用总肥料的50 %，其余做追肥，基肥施用天脊硝酸磷钾肥40 %作为优化配方肥，追肥施用天脊硝酸磷钾肥42 %作为优化配方肥。

试验2：①常规施肥(CK)；②单施天脊调理剂(CT)；③天脊硝酸磷钾复合肥(CY)；④天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂(CYT)。试验小区采取随机排列，3次重复，每个小区面积为21 m2(7 m×3 m)，小区之间互不影响。常规施肥选用的为金正大复合肥(15-5-25)，天脊硝酸磷钾复合肥选用的是天脊硝酸磷钾肥(22-8-10)；天脊调理剂，有效成分CaO≥40 %。基肥只施用天脊调理剂，追肥施用金正大(15-5-20)40 kg/667m2，天脊硝酸磷钾肥(22-8-10)30 kg/667m2。

1.3 取样及测定

分小区摘花菜和榨菜，分别对花菜和榨菜的商品部分和地上部分鲜样于烘箱中105 ℃杀青1 h，再80 ℃烘干至恒重称重。pH值测定采用玻璃电极法，水土比为2.5∶1；土壤有机质(OM)采用重铬酸钾外加热法测定；土壤全氮(TN)采用半微量开氏法测定；土壤全磷(TP)采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法测定；土壤全钾(TK)采用氢氧化钠熔融-火焰光度法测定；土壤碱解氮(AN)采用碱解扩散法；土壤有效磷(AP)采用Olsen法测定；土壤速效钾(AK)采用1 mol/L NH4OAc提法火焰光度计法测定；土壤交换性钙、镁采用1 mol/L NH4OAc浸提，原子吸收分光光度计法测定，土壤交换性酸采用采用KCl交换-中和滴定法测定，土壤阳离子交换量(CEC)采用乙酸铵交换法测定[18,23-24]。

1.4 数据统计分析

根据文献[21,25-26]的方法，计算如下参数。

SNPK=YNPK·ZNPK

(1)

式中，SNPK表示蔬菜商品氮、磷、钾的积累量(kg/667m2)，YNPK为施氮处理所获得的产量，ZNPK为氮、磷、钾的养分含量。

S1NPK=Y1NPK·ZNPK

(2)

式中，S1NPK表示蔬菜地上氮、磷、钾的累积量(kg/667m2)，Y1NPK为施氮处理所获得的生物量。

RENPK=(ENPK-E0NPK)/FNPK×100 %

(3)

式中，RENPK表示肥料氮、磷、钾的表观利用率，ENPK、E0NPK分别为CY、CYT施肥处理和CK施肥处理地上总吸收的养分量，FNPK为氮、磷、钾肥的施用量。

PFPNPK=YNPK/FNPK

(4)

式中，PFPNPK表示肥料氮、磷、钾的偏生产力(kg·kg-1)。

HI=YNPK/Y1NPK×100 %

(5)

式中，HI表示蔬菜收获指数(%)。

采用Microsoft Excel 2016和SPSS18.0 软件处理试验数据和绘制图表。

2 结果与分析

2.1 花菜的养分吸收、利用和生产对不同处理的响应

花菜不同处理土壤理化性质存在差异，调理剂(CT)、硝酸磷钾复合肥(CY)和硝酸磷钾复合肥+调理剂(CYT)处理土壤pH、碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钙和交换性镁含量与常规施肥(CK)处理相比均有不同程度的升高或降低(表3)。其中施用天脊调理剂的CYT和CT处理与CK处理相比可显著提高土壤pH值和交换性钙的含量(P<0.05)；土壤碱解氮含量CY处理显著高于CK处理(P<0.05)；土壤有效磷含量CK处理显著高于CY和CYT处理(P<0.05)，可能由于常规施肥中的含磷量高于天脊硝酸磷钾复合肥中的含磷量；土壤速效钾含量CK处理显著高于施用天脊调理剂的CYT和CT处理(P<0.05)；各处理土壤交换性镁含量无显著差异(P<0.05)。

表3 不同处理土壤理化性质

不同处理花菜产量从大到小依次为：硝酸磷钾复合肥+调理剂(CYT)>硝酸磷钾复合肥(CY)>调理剂(CT)>常规施肥(CK)(图1)。CYT处理花菜产量显著高于CK、CT和CY处理(P<0.05)，CYT处理分别比CK、CT和CY处理花菜产量高出24.5 %、22.1 %和5.9 %；与常规施肥相比，CY处理比CK处理显著提高了19.8 %(P<0.05)；CT处理花菜产量与CK处理差异不显著(P<0.05)，但是CT处理花菜产量高于CK处理，表明施用天脊调理剂有利于花菜产量的提高。综上得出，施用天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂处理对提高花菜产量最有效，其次是天脊硝酸磷钾复合肥处理，尽管单施天脊调理剂能够提高花菜产量，但是可能由于施用量不足，导致与常规施肥差异不显著。

图1 不同处理的花菜产量和生物量

不同处理花菜生物量从大到小依次为： CYT> CY> CK> CT(图1)。其中CYT和CY处理花菜生物量显著高于CK处理(P<0.05)，CYT和CY处理花菜生物量分别比CK处理高出15.1 %和13.4 %。表明，天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂处理对提高花菜生物量最有效，其次是天脊硝酸磷钾复合肥处理。

不同处理花菜氮、磷、钾累积量存在差异，天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂(CYT)处理花菜商品和地上部分氮、磷、钾累积量高于其他处理，而天脊调理剂(CT)处理花菜商品和地上部分氮、磷、钾累积量低于其他处理(表4)。CYT和CY处理花菜商品部分氮、磷、钾累积量显著高于CK处理(P<0.05)，其中，CYT和CY处理氮的累积量分别比CK高出20.2 %和15.3 %；CYT和CY处理磷的累积量分别比CK高出28.4 %和15.9 %；CYT和CY处理钾的累积量分别比CK高出25.9 %和15.9 %。表明，天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂处理对提高花菜商品和地上部分氮、磷、钾累积量最有效，其次是天脊硝酸磷钾复合肥处理。

表4 不同处理花菜养分累积量

影响作物产量不仅与养分累积量有关，更与肥料的表观利用率和偏生产力有关。表5显示，不同处理花菜氮、磷、钾的表观利用率从大到小依次为：天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂(CYT)>天脊硝酸磷钾复合肥(CY)>常规施肥(CK)。CYT和CY处理花菜氮、磷、钾的表观利用率显著高于CK处理(P<0.05)，其中，CYT和CY处理花菜氮的表观利用率比CK处理分别高出15.8 %和13.5 %；CYT和CY处理花菜中磷的表观利用率比CK处理分别高出18.0 %和8.6 %；CYT和CY处理花菜中钾的表观利用率比CK处理分别高出64.1 %和35.1 %。不同处理花菜氮、磷、钾的偏生产力从大到小依次为：天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂(CYT)>天脊硝酸磷钾复合肥(CY)>常规施肥(CK)。表明，天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂处理可有效提高花菜中氮、磷、钾表观利用率和偏生产力。因为施用天脊调理剂改良了酸性土壤的pH值，增加土壤的保肥能力，同时施用天脊硝酸磷家复合肥提高氮、磷、钾表观利用率。CYT、CY和CT处理与CK处理相比收获指数分别提高了3.4 %、2.2 %和1.4 %。表明，施用天脊硝酸磷家复合肥+调理剂处理可明显提高花菜收获指数，从而提高花菜产量。

表5 不同处理花菜养分利用效率

2.2 榨菜养分吸收、利用和生产对不同处理的响应

榨菜不同处理土壤理化性质存在差异，天脊调理剂(CT)、天脊硝酸磷家复合肥(CY)和天脊硝酸磷钾复合肥肥+调理剂(CYT)处理土壤中的pH、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁和交换性酸含量与常规施肥(CK)处理相比均有不同程度的升高或降低(表6)。其中，施用调理剂的CT和CYT处理土壤全磷、全钾和交换性钙的含量显著高于其他处理(P<0.05)； CT、CY和CYT处理的土壤全氮和碱解氮含量与CK处理差异不显著(P<0.05)；CK处理对提高土壤有效磷和速效钾的含量最显著(P<0.05)；CY处理对提高土壤交换性镁的含量最显著(P<0.05)； CT处理土壤交换性酸含量最低，CT处理土壤pH最高，表明施用天脊调理剂可以提高酸性土壤的pH值，改良土壤的酸碱度，有利于养分的吸收。

表6 榨菜不同处理土壤理化性质

天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂(CYT)榨菜产量显著高于其他处理(P<0.05)，而天脊调理剂(CT)显著低于其他处理(图2)。与常规施肥相比(CK)，CYT处理榨菜产量显著提高了21.0 %；CT处理榨菜产量显著降低21.9 %(P<0.05)，CY和CK处理榨菜产量差异不显著(P<0.05)，但CY处理榨菜产量比CK处理高出104.5 kg/667m2，可能由于施用天脊硝酸磷钾复合肥的量比较低，需要增加天脊硝酸磷钾复合肥的施用量。综上，表明天脊硝酸磷钾复合肥与天脊调理剂混合施用可以明显提高榨菜产量。

图2 不同处理的榨菜产量和生物量

不同处理榨菜生物量从大到小依次为：天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂(CYT)>天脊硝酸磷钾复合肥(CY)>常规施肥(CK)>调理剂(CT)(图2)。与常规施肥相比(CK)，CYT处理榨菜生物量显著提高了19.4 %(P<0.05)；CT处理榨菜生物量显著降低23.3 %(P<0.05)，CY和CK处理榨菜生物量差异不显著(P<0.05)，但CY处理榨菜生物量比CK处理高出148.9 kg/667m2，可能是施用天脊硝酸磷钾复合肥的量比较低，需要增加天脊硝酸磷钾复合肥的施用量。综上可以得出，天脊调理剂处理对提高榨菜生物量效果不明显，天脊硝酸磷钾复合肥与天脊调理剂混合施用对提高榨菜生物量效果最明显。

天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂(CYT)和天脊硝酸磷钾复合肥(CY)处理榨菜养分累积量显著高于其他处理(P<0.05，表7)。与CK相比，CYT和CY处理榨菜商品氮素累积量分别提高了19.2 %和8.8 %；地上氮素累积量分别提高了17.5 %和8.5 %，天CYT和CY处理榨菜商品磷素累积量分别提高了28.8 %和29.1 %；地上磷素累积量分别提高了27.4 %和28.9 %，CYT和CY处理榨菜商品钾素累积量分别提高了20.1 %和14.0 %；地上钾素累积量分别提高了18.4 %和13.7 %。表明，施用天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂处理和天脊硝酸磷钾复合肥处理提高榨菜养分累积量效果明显。

表7 不同处理榨菜养分累积量

不同处理榨菜氮、磷、钾表观利用率差异显著(P<0.05)。与常规施肥(CK)相比，天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂(CYT)和天脊硝酸磷钾复合肥(CY)处理可显著提高榨菜氮、磷、钾表观利用率(P<0.05，表8)。其中，CYT和CY处理榨菜氮的表观利用率比CK处理分别提高了96.6 %和92.3 %；CYT和CY处理榨菜磷的表观利用率比CK处理分别提高了81.1 %和83.3 %；CYT和CY处理榨菜钾的表观利用率比CK处理分别提高了98.1 %和97.4 %。施用天脊硝酸磷钾复合肥+调理剂(CYT)处理榨菜氮、磷、钾的偏生产力显著高于其他处理(P<0.05)，CYT处理榨菜氮、磷、钾的偏生产力比CK处理分别提高了13.1 %、5.2 %和76.3 %。与CK相比，CYT处理榨菜收获指数显著提高了1.4 %(P<0.05)。表明，天脊硝酸磷钾复合肥与天脊调理剂混合施用对提高榨菜氮磷钾表观利用率、氮磷钾偏生产力和收获指数最有效。

表8 不同处理榨菜养分利用效率

3 讨论

3.1 硝酸磷钾复合肥和氧化钙调理剂混合施用可提高肥料利用效率

合理施肥能够提高肥料的表观利用率和偏生产力[9]。本试验结果表明，施用天脊硝酸磷钾复合肥+天脊调理剂可以显著提高花菜和榨菜氮、磷、钾的表观利用率和偏生产力，其中花菜氮、磷、钾的表观利用率提高程度为：15.8 %、18.0 %和64.1 %；偏生产力的提高程度为：36.3 %、74.9 %和51.4 %，榨菜氮、磷、钾的表观利用率提高程度为：28.2 %、8.8 %和53.0 %；偏生产力的提高程度为：13.1 %、5.2 %和76.3 %。主要是因为天脊硝酸磷钾复合肥和天脊调理剂配施有利于改良土壤结构，有利于花菜和榨菜对养分的吸收，提高蔬菜的养分吸收量，从而提高肥料的表观利用率[9,27]。或者是因为与芭田复合肥和金正大复合肥相比，天脊硝酸磷钾复合肥中含有较多的硝态氮和铵态氮，有效增加旱地蔬菜吸收养分。陈闻等研究得出，与常规施肥相比，专用复合肥显著提高了氮、磷和钾的表观利用率[27]，这与本试验结果基本一致。此外，化肥减量是在保证作物产量不降低的同时，采用合理施用复合肥或改进施肥方法等一系列措施，提高肥料利用率，减少施肥量，实现农业上的节本增效[28]。本试验结果表明，减少33.3 %的化肥施用量并配施天脊调理剂可明显提高花菜生物量和氮、磷、钾的表观利用率；减少25.0 %的化肥施用量并配施天脊调理剂可明显提高榨菜生物量和氮、磷、钾的表观利用率。这与孟赐福等[29]的研究结果基本一致，降低化肥的施用量不仅可以提高作物产量，而且可以提高养分的利用率，减轻化肥对环境污染的压力。因为，常规施肥与天脊硝酸磷钾复合肥相比，可能存在养分奢侈吸收情况，或者是因为配合施用天脊调理剂能够有效改良土壤理化性质，增加土壤有机质矿化和养分供应能力。由此可见，天脊硝酸磷钾复合肥和天脊调理剂混合施用可提高肥料利用效率，同时减少养分流失的风险，因此，在重庆紫色土地区种植花菜和榨菜减少25 %～35 %的施肥量是可行和必要的。

3.2 硝酸磷钾复合肥和氧化钙调理剂混合施用能改良酸性土壤，有利于健康土壤建设

周杰文等研究得出，施用生石灰作为土壤调理剂可明显提高耕层土壤的pH，降低土壤酸度，显著增加耕层土壤交换性钙含量[30]。本试验结果表明，花菜地单施天脊调理剂和天脊硝酸磷钾复合肥+天脊调理剂处理与常规施肥相比，pH值高出1.3和0.6，交换性钙含量分别增加了33.3 %和28.9 %；榨菜地单施天脊调理剂和施用天脊硝酸磷钾复合肥+天脊调理剂处理与常规施肥相比，pH值高出0.6和0.3，交换性钙含量分别增加了50.5 %和42.6 %。原因是合理施用硝酸磷钾复合肥可提高土壤中有机质、氮磷钾和微生物的含量，天脊调理剂本身含有碱性物质，与酸性土壤发生中和反应，且天脊调理剂中的某些大分子物质易与各种阴、阳离子结合生成盐，从而形成一个相互转化的缓冲体系，调节和稳定了土壤pH[16]。另外，它可以直接向土壤中引入钙离子，增加土壤中交换性阳离子含量，直接降低了土壤酸度[16,31]。这与李戎等[32]的研究结果一致，单施天脊调理剂和天脊硝酸磷钾复合肥+天脊调理剂对酸性土壤改良很有效果。施用土壤调理剂可以改良土壤结构、增强作物抗病抗旱能力、改善作物品质和产量[27,32-34]。本研究表明，施用天脊调理剂明显降低了土壤速效钾含量，可能是因为施用了石灰性的天脊调理剂，降低了土壤酸度，减轻了铝毒危害，促进了作物的生长发育，有利于作物对钾养分的吸收[31]。本研究也表明，榨菜地单施天脊调理剂和施用天脊硝酸磷钾复合肥+天脊调理剂处理与常规施肥相比，交换性酸含量降低了14.9 %和2.1 %。与李丹[16]、胡敏[31]等研究一致，主要是因为天脊调理剂的主要成份为CaO，本身含有碱性物质，其水解出来的OH-能与土壤溶液中的H+或铝离子相结合成为水或Al(OH)3，从而降低土壤中的H+和铝离子含量。从表3和表6可以看出，单施天脊硝酸磷钾复合肥会增加土壤酸化的趋势，而通过配施天脊调理剂可以改善土壤结构，增加肥料利用率，对于防止土壤酸化具有重要意义。由此可见，天脊硝酸磷钾复合肥和天脊调理剂混合施用在酸性土壤改善的同时，又为作物提供必须的养分，真正做到用地与养地的统一结合，建设健康土壤。