施用土壤pH改良剂对弱碱性荔枝园土壤性质及荔枝生长的影响

邱全敏 罗东林 罗乐洋 周昌敏 白翠华 姚丽贤

摘要：【目的】研究比較不同土壤pH改良剂在弱碱性荔枝园土壤的施用效果，为该类荔枝园土壤pH的改良提供参考依据。【方法】采集四川省泸州市弱碱性荔枝园土壤（pH 7.53±0.10），分别添加硫磺（2 g/kg）、硫酸铝（4 g/kg）和硫铁矿（4 g/kg），以不加改良剂为对照，同时进行土壤培养试验和荔枝盆栽试验，比较不同改良剂对土壤性质及荔枝生长的影响。【结果】培养试验结果表明，施用硫磺能显著降低土壤pH、土壤脲酶活性和碱性磷酸酶活性（P<0.05，下同），显著提高土壤磷、钙、镁、铁、锰和铜等多种元素有效性，且作用持久;施用硫酸铝和硫铁矿降低土壤pH作用不显著（P>0.05，下同）且时效短，对土壤养分及土壤酶活性的影响则与养分和酶的种类有关。盆栽试验结果显示，施用改良剂对移栽230 d后的荔枝叶片光合特性和叶绿素指数均无显著影响，但在移栽300 d后，对照及施用硫酸铝和硫铁矿处理的大部分荔枝植株已逐渐枯死;施用硫磺虽然较对照显著促进荔枝生长，但与移栽时相比，收获时其生物量增量仅为9.55±5.08 g/株，长势仍显著弱于酸性土壤中的荔枝长势。【结论】在弱碱性荔枝园土壤即使施用大量酸性改良剂，其促进荔枝生长的效果也不理想。建议在弱碱性土壤上谨慎规模种植荔枝。

关键词： 荔枝;土壤pH改良剂;土壤性质;土壤酶

中图分类号： S667.1;S156.49                    文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2020）07-1545-08

Abstract：【Objective】The roles of application of different soil pH improvers on properties of alkalescent soil in litchi orchard and litchi growth were compared， with the aim to guide the selection of suitable soil pH improver for alkalescent soil in litchi orchard. 【Method】Alkalescent soil（pH 7.53±0.10） collected from Luzhou， Sichuan was used to conduct a soil incubation and a litchi pot experiment simultaneously in the greenhouse. Three soil pH improvers including sulfur（2 g/kg）， aluminum sulfate（4 g/kg） and iron purite（4 g/kg） were amended into the soils， respectively. Soils without any improvers were used as the control. The response of soil properties and litchi plant growth to soil improvers were investigated. 【Result】The incubation experiment showed that sulfate application significantly and durably decreased soil pH and the activities of soil urease and alkaline phosphatase（P<0.05，the same below）， significantly and durably increased the bioavailability of soil phosphorus（P）， cadmium（Ca）， magnesium（Mg）， iron（Fe）， manganese（Mn） and copper（Cu）. Addition of aluminum sulfate and iron purite did not significantly lowered soil pH（P>0.05，the same below）， with a short-term effect. Moreover， the effect of both soil pH improvers on soil nutrient and enzyme activity was dependent on nutrient and enzyme types themselves. The pot experiment indicated that the addition of all soil improvers did not significantly affect the pho-tosynthesis characteristics and leaf chlorophyll index of litchi at 230 d after transplanting， but most of the litchi plants growing in the control soils and soils amended with aluminum sulfate and iron purite were dead at 300 d after transplanting. Sulfur addition significantly promoted the growth of litchi plants， with the harvested biomass increment of 9.55±5.08 g/plant compared to those at transplanting. However， the plant growth performance in soils applied with sulfur was still significantly worse than those growing in acid soils. 【Conclusion】Litchi plants growth promotion effect is not obvious in alkalescent soil even a great amount of soil pH improver is amended. It is suggested that commercial litchi plantation should be carefully considered in alkalescent soil.

Key words： litchi; soil pH improver; soil property; soil enzyme

Foundation item： The Earmarked Fund for Modern Agro-industry Technology Research System（CARS-32）

0 引言

【研究意义】土壤pH不仅影响土壤理化性质，还对作物生长及品质有重要影响（Raese，2008;尹永强等，2008;赵静等，2009;Goulding，2016）。本课题组调查研究发现，华南（广东、广西、海南、福建和云南）458个荔枝园土壤pH均值为4.64，绝大部分果园呈酸性，土壤pH>5.5的荔枝园占6.0%，pH≥7.5的仅占0.2%。在四川部分产区，存在土壤为弱碱性的荔枝园（张知锦和刘忠，2009）。荔枝是我国重要的热带亚热带水果，种植荔枝是果农重要的经济来源，因此研究荔枝园土壤pH改良技术对促进荔枝生产发展及果农增收具有重要意义。【前人研究进展】目前，生产上常用碱性或酸性改良剂对土壤酸碱性进行改良，以达到改变土壤pH和其他理化性质的目的。由于过量施氮（Guo et al.，2010;Yang et al.，2018）、集约化耕作（Gui et al.，2018）及大气沉降（Zhu et al.，2016）等原因，我国土壤酸化现象普遍存在，酸性土壤的改良和治理受到高度关注，已有不少学者针对酸性土壤改良进行深入研究（Houle et al.，2002;李性苑等，2015;罗红香等，2015）。本课题组也研究比较了石灰、白云石粉和不同用量钙镁磷肥改良华南酸性荔枝园土壤的效果（邱全敏等，2020），结果表明石灰和白云石粉是较好的土壤酸性改良剂。此外，有学者研究报道了施用脱硫石膏、厩肥、铵态氮肥及含铁物质对碱性土壤的改良效果（Roosta and Mohammadi，2013;袁洁等，2014）。但与酸性土壤相比，国内外在碱性土壤上进行的相关研究不多，关于碱性土壤果园土壤pH改良的报道则更少。【本研究切入点】四川泸州是我国荔枝的最北缘产区。据国家荔枝龙眼产业技术体系近年的调查显示，在泸州弱碱性土壤上种植了20多年的荔枝，其生长极为缓慢，缺铁症状严重，同时伴有缺锰和缺锌症状，产量极低甚至没有商品产量。但目前针对四川泸州荔枝园弱碱性土壤pH改良的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以四川泸州弱碱性荔枝园土壤为研究对象，添加不同土壤pH改良剂（硫磺、硫酸铝和硫铁矿）进行土壤培养和荔枝盆栽试验，了解土壤性质及荔枝生长对改良剂的响应，为该地区荔枝园土壤pH改良选用合适的改良剂提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

1. 1. 1 供试土壤 试验土壤采集自四川省泸州市合江县尧坝镇鼓楼山村（东经105°37′25.78″，北纬28°44′26.77″），为钙质紫色土。土壤经风干，过2 mm筛后备用。经测试，土壤pH为7.53±0.10，碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为72.8±1.2、8.16±0.30和97.5±1.5 mg/kg，有效钙和有效镁含量分别为5362±26和135.6±8.0 mg/kg，有效铁、有效锰、有效铜和有效锌含量分别为3.7±0.3、14.3±0.6、0.6±0.0和2.1±0.1 mg/kg。

1. 1. 2 供试荔枝 供试荔枝品种为黑叶。将新鲜种子埋入干净河沙中，仅浇自来水培育约1个月，选取大小基本一致、有4片真叶的荔枝幼苗移栽。移栽前，洗净荔枝根系黏附的沙粒，用纸吸干水分后，称取并记录每株幼苗的鲜重。

1. 1. 3 供试改良剂 所用3种土壤pH改良剂为：硫磺（分析纯，化学试剂单质S，天津市大茂化学试剂廠）、硫酸铝[分析纯，化学试剂Al2（SO4）3，天津市大茂化学试剂厂]和硫铁矿（CaO 0.10%、MgO 0.05%、Fe 33.6%、Cu 0.42%、Zn 0.01%、Mn 0.10%、S 40.2%，由广西贺州某硫铁矿生产企业提供）。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 土壤培养试验 试验共设4个处理，分别为：处理1，对照;处理2，2 g/kg硫磺;处理3，4 g/kg硫酸铝;处理4，4 g/kg硫铁矿。每处理3次重复。各处理均以尿素、过磷酸钙和氯化钾作基肥，用量分别为N 0.15 g/kg、P2O5 0.075 g/kg和K2O 0.15 g/kg。将改良剂与供试土壤（4 kg）混匀后放入5 L塑料桶中，置于网室内进行120 d的培养试验。在培养期内保持土壤含水量在田间持水量的75%左右。

1. 2. 2 荔枝盆栽试验 荔枝盆栽试验处理与土壤培养试验相同，但每处理4次重复。根据试验设计分别将各改良剂与供试土壤（4 kg）混匀后放入5 L塑料桶中，置于室内，保持土壤含水量在田间持水量的75%左右平衡20 d，然后移栽荔枝幼苗，每桶移栽1株，于荔枝幼苗生长出现显著差异时收获。

1. 2. 3 土壤样本采集 在培养的第0、5、10、15、20、30、40、60、80、100和120 d采集土壤样本。每次用土钻在每盆采集约150 g土样，风干后用于测定土壤pH、养分含量和土壤酶活性。

1. 2. 4 土壤样本测定与植株调查 土壤pH用水浸提（土水比为1∶2.5），然后用pH计测定。采用碱解扩散法测定土壤碱解氮，氯化铵—盐酸浸提—钼锑抗比色法测定有效磷，1 mol/L醋酸铵浸提—火焰光度法测定速效钾;土壤有效钙和有效镁采用1 mol/L乙酸铵浸提，原子吸收分光光度法测定;有效铁、有效锰、有效铜和有效锌采用0.1 mol/L盐酸浸提，原子吸收分光光度法测定（鲁如坤，2000）。土壤养分的测定采用土壤有效态成分分析标准物质GBW07458控制测试质量。采用靛酚比色法测定脲酶活性，磷酸苯二钠比色法测定碱性磷酸酶活性（关松荫，1986）。

采用Li-6400XT便携式光合仪测定荔枝叶片光合参数。在不同时期调查荔枝叶片数，用游标卡尺测定植株茎粗，SPAD-502叶绿素仪测定叶片叶绿素SPAD值，便携式叶面积仪（LI-COR LI-3000C）测定叶面积。荔枝植株收获后立即带回实验室，用大量自来水冲洗植株根、茎、叶，再用蒸馏水二次充分冲洗，滤纸吸干植株表面水分，称取植株鲜重。

1. 3 统计分析

采用Excel 2007处理数据，Origin 9.0作图，用SAS 9.2进行Duncans多重比较。

2 结果与分析

2. 1 施用不同改良剂对土壤pH的影响

由图1可知，对照土壤在培养0～40 d内，土壤pH呈现明显快速降低—升高的交替变化趋势，从40 d至培养结束，土壤pH稳定在与基础土壤pH接近的水平。与对照相比，施用硫磺立刻明显降低土壤pH，但随后土壤pH又有一定程度回升，从40 d至培养结束，土壤pH变化较稳定，培养结束时比对照降低0.54;施用硫磺整体上显著降低土壤pH（P<0.05，下同）。施用硫酸铝也立刻降低土壤pH，但随培养时间延长，pH明显回升，从40 d至培养结束，pH变化较稳定;施用硫酸铝具有降低土壤pH的作用，但作用未达显著水平（P>0.05，下同）。施用硫铁矿仅在培养初期极短时间内一定程度降低土壤pH，随后快速回升至与对照相近的水平，且随后的变化趋势与对照类似，对土壤pH影响整体不明显。

2. 2 施用不同改良剂对土壤养分的影响

2. 2. 1 大量元素养分 培养期间，对照土壤碱解氮含量整体上呈下降趋势，其含量在62.3±2.5～105.7±7.9 mg/kg范围内变化;施用3种改良剂对土壤碱解氮含量影响均不显著（图2-A）。对照土壤培养期间有效磷含量变化不明显，仅在9.95±0.42～11.97±1.35 mg/kg范围内波动;而施用3种改良剂均能显著提高土壤磷的有效性，其中以硫酸铝的效果最明显，培养期间土壤有效磷保持在15.32±1.80～18.53±2.66 mg/kg（图2-B）。培养期间，对照土壤速效钾含量在130.33±6.35～163.25±2.25 mg/kg范围内变化，施用硫磺和硫酸铝会降低土壤速效钾含量，施用硫铁矿则提高速效钾含量，但3种改良剂的作用均未达显著水平（图2-C）。

2. 2. 2 中量元素养分 由图3-A可知，对照土壤有效钙含量极为丰富，培养期间含量保持在9963±188～11006±77 mg/kg;施用硫磺可显著提高土壤有效钙含量，在10344±68～12545±74 mg/kg范围内波动。供试土壤含有大量微溶的碳酸钙，施入的硫磺在土壤中氧化成硫酸根离子的过程可促进其溶解（田霄鸿等，2008），进一步提高钙的有效性。硫酸铝和硫铁矿处理土壤钙的有效性变化不明显，可能是这2种改良剂对土壤pH的影响不显著所致。

由图3-B可知，对照土壤培养期间的有效镁含量保持在113.3±3.1～141.8±2.5 mg/kg;施用硫磺和硫铁矿能显著提高土壤有效镁含量。在碱性土壤中，土壤镁盐的溶解度会随pH降低而提高（田霄鸿等，2008）。施用硫磺显著降低土壤pH，因此可显著提高土壤有效镁含量;硫铁矿也明显降低土壤pH，且其本身含有少量的镁，可补充土壤镁元素，双重作用下显著提高土壤镁的有效性。施用硫酸铝由于对土壤pH影响不明显，故对土壤有效镁含量的影响也不明显。

2. 2. 3 微量元素养分 由图4-A可知，供试土壤有效铁含量较低，培养期间有效铁含量为3.7±0.1～5.0±0.3 mg/kg;施用硫磺能显著提高土壤铁的有效性，有效铁含量维持在4.4±0.2～5.8±0.9 mg/kg，培养结束时比对照提高17.1%。这主要是由于硫磺显著降低土壤pH，从而提高土壤铁有效性（张昌爱等，2007）。硫铁矿含铁丰富，提高土壤有效铁含量的作用最显著，培养期间有效铁含量在4.8±0.2～6.5±0.5 mg/kg，培养结束时比对照提高21.6%。施用硫酸铝由于对土壤pH影响不明显，故提高土壤有效铁的作用也不明显。

由图4-B可知，对照土壤有效錳含量培养期间在6.87±1.22～15.00±1.74 mg/kg变化，随培养时间的延长其有效性逐渐降低。施用硫磺，尤其在施用初期大幅提高土壤有效锰含量，这种作用虽然在中后期显著减弱，但培养结束时有效锰含量仍比对照提高40.1%。土壤锰离子易与氢离子形成氢氧化物沉淀（张昌爱等，2007），施用硫磺可降低土壤pH而减少氢氧根离子含量，从而提高有效锰含量。施用硫酸铝和硫铁矿对土壤有效锰的影响均不显著，培养期间有效锰含量与对照相近。

由图4-C可知，培养期间对照土壤的有效铜含量稳定在0.58±0.03～0.63±0.05 mg/kg。对于土壤铜有效性，除施用硫酸铝影响不显著外，施用硫磺和硫铁矿均能显著提高有效铜含量。由于土壤中的铜易与氢氧根离子产生氢氧化物沉淀（胡敏等，2017），施用硫磺降低土壤氢氧根离子含量，从而提高土壤铜的有效性。硫铁矿不仅降低土壤pH，还含有一定量的铜，故显著提高土壤铜的有效性。

由图4-D可知，对照土壤有效锌含量（2.17±0.05～2.98±0.35 mg/kg）在培养期间较稳定，仅在培养末期有一定提高;施用硫磺对土壤锌的有效性无显著影响，但施用硫酸铝和硫铁矿分别显著降低和提高土壤有效锌含量。由于土壤铁铝氧化物可吸附锌离子（曹淑萍等，2005;刘永红等，2006），施用硫酸铝提高铁铝氧化物含量而促进对锌的吸附，导致锌的有效性降低。硫铁矿含有一定量的锌，可能是提高土壤有效锌含量的主要原因。

2. 3 施用不同改良剂对土壤酶活性的影响

培养期间，对照土壤脲酶活性逐渐提高，从初期的137.2±8.8 NH3-N mg/（100 g?d）提高至培养结束的224.5±10.2 NH3-N mg/（100 g?d）;与对照相比，施用硫磺显著降低土壤脲酶活性，施用硫酸铝和硫铁矿对土壤脲酶活性无显著影响（图5-A）。在碱性土壤中，脲酶活性与土壤pH呈负相关，与铵态氮、有效磷和有效钾含量呈显著正相关（Sial et al.，2019）。施用硫磺显著降低土壤pH、显著提高有效磷含量，降低速效钾含量;施用硫酸铝一定程度上降低pH、显著提高有效磷含量，但降低有效钾含量;添加硫铁矿对土壤pH无显著影响，但显著提高有效磷含量，且明显提高有效钾含量。因此，施用这3种改良剂对土壤不同性质影响各异，对土壤脲酶活性的影响应是多种因素综合作用的结果。

堿性磷酸酶在低磷条件下被诱导和合成，可表征土壤磷素有效状况（Allison et al.，2007; Nanni-pieri et al.，2011）。由图5-B可知，对照土壤碱性磷酸酶活性在培养期间波动上升，施用硫磺、硫酸铝和硫铁矿3种改良剂均显著降低土壤碱性磷酸酶活性。在碱性土壤中，碱性磷酸酶活性随pH的降低而下降（Frankenberger and Johanson，1982），施用硫磺和硫酸铝不同程度降低土壤pH，可能是这2种改良剂降低钙质土碱性磷酸酶活性的主要原因。但硫铁矿对土壤pH影响不明显，可能有其他因素主导碱性磷酸酶活性的变化。

2. 4 施用不同改良剂对荔枝植株生长的影响

2. 4. 1 叶片光合特性和叶绿素指数 不同改良剂处理荔枝移栽230 d后叶片光合特性调查结果（表1）表明，施用硫磺、硫酸铝和硫铁矿3种改良剂对叶片气孔导度、胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率、净光合速率和叶绿素SPAD值均无显著影响。

2. 4. 2 植株长势 荔枝移栽后不同时间的生长调查结果（图6）表明，与对照相比，施用硫磺能促进荔枝长出更多叶片，茎围更粗，且促进作用随移栽时间延长更明显;施用硫酸铝可明显提高150 d时的荔枝叶片数，但随时间延长，促进作用逐渐消失，至300 d时，荔枝叶片数反而比对照有所降低，荔枝茎粗与对照无显著差异;施用硫铁矿明显减少荔枝叶片数，茎粗与对照也无显著差异。

在移栽后300 d收获时，对照处理荔枝植株生物量增量仅为2.60±2.01 g/株，施用硫磺能显著提高荔枝植株生物量增量，达9.55±5.08 g/株;施用硫酸铝和硫铁矿虽然也能提高荔枝植株生物量增量，但其作用均未达显著水平（表2）。

3 讨论

本研究结果表明，在钙质土施用硫磺，能显著降低土壤pH，显著提高土壤有效磷、钙、镁、铁、锰和铜含量，从而显著提高荔枝生物量。施用硫磺具有降低碱性石灰性土壤pH、提高土壤有机质和磷、铁、锰、铜、锌等养分含量，促进作物生长的作用在大麦、甘蔗和南丰蜜橘上已得到验证（Wiedenfeld，2011;付崇毅等，2013;Belal et al.，2019）。因此，硫磺可考虑用于泸州弱碱性荔枝园土壤pH的改良。

已有研究表明，施用硫酸铝可降低盐碱土的pH、提高阳离子交换量、降低交换性钠和全盐量，提高植物耐盐性，具有较好的改良效果（魏博微，2011）。本研究施用硫酸铝虽然也可降低钙质土pH，同时提高有效磷和有效镁含量，但降低土壤pH的持续时间短，且效果不显著，提高荔枝生物量的作用也不明显。添加硫铁矿对钙质土pH影响不显著，且显著降低碱性磷酸酶活性，促进荔枝生长作用也不明显。

此外，根据荔枝植株的生长观察结果可知，不同改良剂处理植株生长差异随时间延长出现不同变化。移栽110 d后，对照处理植株矮小，抽生新叶极少且小，大部分植株叶尖及叶边缘明显褪绿、白化和干枯，长势远差于本课题组另一研究中同时种植在华南典型酸性荔枝园土壤（赤红壤，pH 4.2±0.2）中的对照处理植株（邱全敏等，2020）。施用硫磺处理的植株抽生新叶相对较多，但叶色黄绿，部分植株叶尖及叶边缘焦枯。施用硫酸铝的荔枝也抽生少量新叶，但叶片极小且为黄绿色，难以正常转绿。施用硫铁矿植株几乎没有抽生新叶，叶片黄绿，部分植株叶尖焦枯。至第300 d收获时，除施用硫磺处理有3株荔枝生长尚基本正常及1株叶片全部枯死外，对照和硫酸铝处理植株大部分枯死，而施用硫铁矿植株几乎均枯死。收获时除硫磺处理植株生物量增量显著高于对照处理外，施用硫酸铝和硫铁矿处理的植株生物量增量均与对照无显著差异。然而，与在酸性荔枝园土壤（赤红壤，pH 4.2±0.2）上同时开展的荔枝盆栽试验相比，即使本研究中生长最好的硫磺处理，其荔枝生物量增量仍显著低于酸性土壤对照处理（15.44±10.19 g/株），长势明显更差（邱全敏等，2020），表明荔枝是对土壤pH较敏感的一种作物。这基本印证了本课题组在四川泸州所见的弱碱性土壤上荔枝20多年来生长缓慢及缺素症状多的现象，主要是由于高pH下土壤铁、锰等多种元素有效性低而严重抑制荔枝生长。

荔枝树体高大，根系深而广，根系生长立地土壤体积大，必须施用大量酸性调理剂才能有效降低土壤pH，但势必提高荔枝生产成本。综合考虑，建议在实际生产中应避免在弱碱性土壤商品化种植荔枝。

4 结论

在弱碱性钙质土施用硫磺，可显著降低土壤pH，同时显著提高土壤磷、钙、镁、铁、锰和铜等多种元素有效性，显著提高荔枝生物量。施用硫酸铝和硫铁矿，在短期内也不同程度降低土壤pH，对土壤养分有效性及酶活性的影响则与养分和酶的种类有关。施用硫磺虽然促进荔枝生长的作用最佳，但荔枝长势仍显著弱于酸性土壤中的植株长势。鉴于荔枝移栽300 d后的长势及3种改良剂的用量，在弱碱性土壤即使施用大量酸性改良剂，其促进荔枝生长效果也不理想，建议在此类土壤谨慎规模种植荔枝。

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（責任编辑 罗 丽）