CaO型土壤调理剂对蔗地pH调节效果及对甘蔗生长的影响

吴凯朝，徐 林，覃兴云，李育鹏，莫大强，黄成丰，邓智年，黄 海， 庞 天*，王维赞*

(1广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所，广西南宁530007；2广西甘蔗遗传改良重点实验室，广西南宁530007；3农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室，广西南宁530007；4广西来宾市金凤凰农业投资有限公司，广西来宾546100；5天脊煤化工集团股份有限公司，山西潞城047500)

0 引言

甘蔗是我国最重要的糖料作物，种植面积占糖料作物种植面积的85%以上，产糖量占食糖总产量的90%以上。在长期的甘蔗种植生产中，蔗地长年连作，无节制地使用各种化肥和农药，导致土壤理化性状恶化，土壤酸化板结，养分平衡失调，地力下降，抵御自然灾害能力差。酸化后的土壤微生物活性显著降低[1]，细菌群落也随之发生改变[2-3]。目前，我国多数蔗地的土壤酸化严重，甘蔗主产区广西的多个蔗区土壤pH在4.0～5.5之间[4]，特别是“糖都”崇左蔗区，土壤pH＜5.5的蔗地占比达到69%[5]。土壤板结严重，影响甘蔗根系正常生长，对产量和品质的提高起到阻碍作用。蔗地酸化不但对土壤环境产生危害，酸和铝毒胁迫对甘蔗产生毒害的同时土壤中重金属也被活化，甘蔗生长会受到严重抑制，产量降低，品质下降，严重降低了蔗糖业经济效益。因此，解决蔗地酸化退化，提高甘蔗产量和品质是当前糖料蔗生产中急需解决的问题。

土壤调理剂是一类加入土壤中用于改善土壤的物理和化学性质及其生物活性的制剂，它可以改善土壤环境质量，改良土壤的偏酸、偏碱、盐渍化以及板结状态，有效地促进植物生长[6]。目前，已有多种土壤调理剂在各种作物上得到很好的应用和推广，耕地质量、作物长势、产量和品质得到有效提高，对现代农业高质量发展起到重要的作用[7-10]。在甘蔗上，免深耕型土壤调理剂对宿根蔗和新植蔗都有增产效应[11]，土壤激活型土壤调理剂对甘蔗苗期、伸长期生长都有促进效应，提高成茎率，增加有效茎数，极显著增加蔗茎产量，还可以提高叶片叶绿素含量和叶片中N、K含量[12-13]。在酸性土壤条件下，蔗地施用石灰显著提高土壤pH，可有效促进甘蔗出苗、分蘖，有效提高甘蔗产量和品质[14]，能有效防控甘蔗幼苗黄化病发生[15]。CaO型土壤调理剂富含N、P、Si、Mg、Fe、微量元素以及硝酸稀土，pH值在8.0～8.5之间。研究表明，CaO型土壤调理剂具有松土保水，平衡土壤养分，修复农药和重金属污染，提高土壤pH、肥料利用率和作物抗逆能力[16-18]。

一直以来，酸化蔗地的土壤改良没有引起足够的重视，蔗地酸化的问题没有得到有效解决，关于调节酸化蔗地问题的研究报道甚少。本研究根据广西红壤蔗地的情况，以传统常规种植作为对照，使用不同施用量CaO型土壤调理剂对甘蔗田土壤进行改良，通过比较蔗地土壤pH变化、甘蔗生长、产量性状及蔗糖分，筛选最佳的CaO型土壤调理剂施用量，为合理使用土壤调理剂调节改良酸化蔗地土壤提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设在广西扶绥县渠黎镇雷达现代农业合作社联合社的新植甘蔗地(甘蔗连作＞10年)。地块平整、方正，排灌方便，土壤肥力适中，整块蔗地面积4 hm2。

1.2 试验材料

试验所需的CaO型土壤调理剂为广西晋天脊农业服务有限公司提供的粉剂“天脊”土壤调理剂(含腐植酸)，CaO≥40%。供试甘蔗品种为桂糖46号。

1.3 试验方法

试验设置CaO型土壤调理剂4个施用量水平处理，分别为0(CK)、1500(A)、2250(B)和3000 kg/hm2(C)。采用随机区组设计，3个重复，每个处理区面积为0.1 hm2，各处理区之间间隔距离3 m。蔗地翻犁和平整后，4月17日按区按量人工撒施CaO型土壤调理剂，使用带旋耕开行机器开种植沟，机器种植甘蔗，行距1.6 m，下种量为75000芽/hm2，施用基肥750 kg/hm2(复合肥，度锐750 mL/hm2拌肥一起施用)，6月25日施用攻茎肥900 kg/hm2(复合肥)，田间管理按当地传统管理水平进行。

1.4 调查项目及方法

2019年3月6日采集各小区处理前的土壤样本。处理后的土壤样本分别于4月23日、4月29日、5月10日、5月22日、6月26日、9月18日进行采集。土壤样本采用“S”取样法，每个小区选取5个采样点，采集蔗地耕层0～30 cm土壤0.5 kg，做好标记，样本送农业农村部甘蔗品质监督检验测试中心(南宁)进行pH检测。检测方法参考NY/T 1121.2-2006《土壤检测 第2部分：土壤pH的测定》[19]进行测定。

分别于2019年7月17日、8月6日、9月18日和2020年1月12日对各处理的甘蔗株高和茎径进行调查。2020年1月12日还进行产量性状调查，每小区选66.7 m2测定蔗茎重量。甘蔗单茎重(kg)=小区甘蔗重量(kg)÷小区有效茎数(条)；单位面积有效茎(条/hm2)=小区有效茎数(条)/小区面积(m2)×10000(m2)。甘蔗单位面积产量(t/hm2)=单茎重(kg)×单位面积有效茎数(条/hm2)/1000。参考GB/T 10499-2014《糖料甘蔗试验方法》[20]每小区砍取10条甘蔗进行甘蔗锤度和蔗糖分测定。

试验数据分别采用GraphPad Prism和Excel 2013软件进行统计分析和作图。

2 结果与分析

2.1 CaO型土壤调理剂对蔗地pH值变化的影响

各处理区的土壤pH曲线变化趋势基本相似，均表现为先升高后缓慢下降的趋势，但各处理的土壤pH变化幅度有差异(图1)。CK在整个调查期内，土壤pH在5.0～6.0之间波动，表现在甘蔗种植后先升高后回落到处理前相当水平。CaO型土壤调节剂处理前期，A处理(1500 kg/hm2)、B处理(2250 kg/hm2)和C处理(3000 kg/hm2)的土壤pH急剧升高，分别达到6.8、7.1、7.3，土壤pH上升幅度与土壤调理剂施用量成正相关；随着处理时间的推移土壤pH缓慢下降，但6个月后土壤pH仍然明显高于处理前，并且维持在一个相对较高的水平，有利于甘蔗生长。

图1 各处理区土壤pH变化曲线

2.2 CaO型土壤调理剂处理对蔗地土壤pH调节效果

在CaO型土壤调理剂前，对照区与处理区地块土壤pH有一定的差异，对照区土壤pH高于处理区0.2～0.3。对照区在处理前和处理后的土壤pH差异不显著，1500、2250和3000 kg/hm2处理区在土壤调理剂施用6个月后，土壤pH提高幅度较大，上升到5.6～5.7之间，pH值上调效果显著，上调幅度分别达到0.74、0.80和0.90(表1)。

表1 CaO型土壤调理剂处理前和处理6个月后的土壤pH

CaO型土壤调理剂施用后土壤pH上调幅度达到极显著差异水平(图2)，调节效果随使用量增加呈现上升趋势，以3000 kg/hm2处理提高幅度最高，与2250 kg/hm2处理差异不大，但与1500 kg/hm2处理调节效果有显著差异。

图2 各处理区6个月后土壤pH上升幅度

2.3 CaO型土壤调理剂处理对甘蔗株高的影响

施用CaO型土壤调理剂的各个处理对甘蔗伸长期的株高有显著的促进效应，以2250 kg/hm2(B处理)促进效果最佳，其株高在4个测定期比CK分别增加了31.9、30.2、22.7和27.4 cm，其中，2019年9月18日增加了22.7 cm，达到0.05统计水平的显著差异，其他3个测定期均达到0.01统计水平的极显著差异(图3)。

图3 不同处理各个时期甘蔗的株高

2.4 CaO型土壤调理剂处理对甘蔗茎径的影响

从图4可以得出，施用CaO型土壤调理剂对甘蔗茎径增粗有一定的促进效应。特别是在甘蔗伸长期前期，与对照相比，CaO型土壤调理剂3个水平处理对甘蔗茎径增粗效果达到显著差异水平，促进效果以2250 kg/hm2最佳，但3个处理之间差异不显著。在后3个测定期，CaO型土壤调理剂处理对甘蔗伸长期茎径有一定的提高，但未达到0.05统计水平的显著差异。

图4 不同处理各个时期甘蔗的茎径

2.5 CaO型土壤调理剂处理对甘蔗产量性状和糖分的影响

从表2可以得出，CaO型土壤调理剂甘蔗的产量性状有促进效应。与对照相比，土壤调理剂3个水平处理对甘蔗的蔗糖分和单位面积产量的促进效果均达到了极显著差异水平，蔗糖分可增加0.51%～0.65%(绝对值)，蔗茎产量增加达7.80～9.15 t/hm2，以2250 kg/hm2效果最佳；3000 kg/hm2促进甘蔗单位面积有效茎数大幅度增加，达到显著差异水平；CaO型土壤调理剂3个处理水平对甘蔗单茎重和锤度也有一定程度的提高，但未达到0.05统计水平的显著差异。

表2 甘蔗不同处理产量性状及甘蔗品质

3 讨论

石灰是我国传统的酸性土壤改良剂，施用后能显著提高蔗地土壤pH，与有机肥配合施用还能够改变土壤有害金属活性，降低毒害。锰毒和铝毒是广西酸性土壤上甘蔗生长的主要限制因子[21]，但长期施用石灰对作物生长发育有抑制作用，容易造成土壤钙的富集，导致土壤养分比例失衡，土壤板结[22]，而CaO型土壤调理剂是一种新型的土壤调理剂，具有松土、补钙、调酸、修复和增效的作用。本研究结果表明，常年连作的蔗地施用CaO型土壤调理剂后，显著提高蔗地土壤pH，并且使蔗地土壤pH保持较长时间在6.0以上，其中A处理有2个测定期土壤pH＞6.0，B处理有4个测定期土壤pH＞6.0，C处理有5个测定期土壤pH＞6.0，表明土壤pH维持在6.0以上水平的时间长度与施用量也是密切相关，对甘蔗生长十分有利。从CaO型土壤调理剂对蔗地土壤pH调节效果来看，当茬施用2250 kg/hm2土壤调理剂后，虽然土壤pH从4.8可上升到5.6，但是当茬施用的调节效果未能达到一次性改良的目的(pH 6.5)，仍需要多茬施用或加大施用量。从我们的研究结果可以看到，施用前期土壤pH很快上升，如果过量施用，土壤pH过高也可能会对甘蔗生长有不利的影响。甘蔗生产中，蔗地土壤pH变化还可能和蔗地施肥、用药有密切的相关性，因此如何使用土壤调理剂配合施肥用药，以及土壤调理剂对蔗地土壤理化性状改良、对微生物类群、活性的影响等问题，有待我们进一步深入研究。

甘蔗最适生长土壤pH在5.5～7.5之间，土壤pH＜5.5会产生有害金属毒害，不利于甘蔗正常生长[23]。研究表明，免深耕型和土壤激活型土壤调理剂都能提高甘蔗产量[11,13]，土壤激活型土壤调理剂对甘蔗生长有促进效应的同时还能提高叶片叶绿素含量和叶片中N、K含量[12-13]。施用石灰可以提高酸性土壤甘蔗幼苗叶片叶绿素含量，增强甘蔗叶片光合作用能力，促进甘蔗幼苗的生长[24]，能有效促进甘蔗出苗、分蘖[14]，有效提高甘蔗产量和品质[14,25]，还可以防控甘蔗幼苗黄化病[15]。这些研究结果说明了土壤调理剂对土壤起到较好的改良效果，有利于提高甘蔗产量及品质。从本研究CaO型土壤调理剂对甘蔗生长及产量性状的影响可以看出，CaO型土壤调理剂对甘蔗各时期的株高、茎径及收获期的甘蔗产量性状有十分显著的促进效应，一方面验证了CaO型土壤调理剂对土壤的改良效果，另一方面也说明没有得到改良的蔗地，对甘蔗生长可能有抑制作用，节间伸长、茎径增粗及糖分累积等明显滞后，这些方面值得我们进一步去探讨研究。此外，施用土壤调理剂是一个长期动态平衡的过程，不能当茬过量施用土壤调理剂，应根据蔗地的实际情况进行，因地制宜，进一步开展多次多茬施用追踪调查研究。

4 结论

本研究结果表明，CaO型土壤调理剂能有效提高蔗地土壤pH，促进甘蔗生长及产量形成，以2250 kg/hm2施用量较适合。本研究结果为利用土壤调理剂改良蔗地酸化土壤提供了科学依据。