电解锰渣基土壤调理剂在甘蓝上的应用及对酸化土壤的改良效果

杨国琼，蔡国勇，周富忠

（1.湖北利川市汪营镇农业服务中心，445400；2.利川市土肥站）

利川是湖北省蔬菜生产大市[1，2]，常年种植面积15万亩（1万hm2）左右，但近年来因土壤严重酸化导致十字花科蔬菜根肿病连年偏重发生，高山基地减产严重，甚至出现绝收现象，严重影响了利川高山蔬菜产业的健康稳步发展[3，4]。因此，改善土壤酸化现状、修复退化土壤、提高土壤生产力尤为重要。

王宁等[5]研究认为，弱碱性的碱渣不仅可缓解土壤酸化，还可增加土壤中Si、Mg、K、Ca等元素含量。张云舒等[6]研究结果表明，施用菇渣土壤调理剂可改善土壤的理化性状。陈贤树等[7]研究认为，铁尾矿可作为土壤调理剂改善土壤。国内外亦有许多研究表明，使用不同土壤调理剂可改善土壤理化性质，并提高作物产量与品质[8~11]。

据统计，每生产1 t电解金属锰可产生7~9 t废渣[12]，且随着矿石贫化，锰废渣产量还将大幅增加，因此，合理利用锰渣具有重要的现实意义。在电解锰渣的资源化利用过程中，人们开展了广泛的研究[13]，吕莹等[14]将其作为无机土壤改良剂对酸性土壤重金属污染进行了修复，因此将电解锰渣制成土壤调理剂具有一定的实践意义和科学价值。

本研究从电解锰渣资源化利用的角度出发，针对湖北省恩施州耕地酸化问题，以电解锰渣为原料制备了3种不同类型的土壤调理剂，进行甘蓝田间试验，比较常规施肥（CK）与研制的高钾型（A型）、高磷型（B型）和高锰型（C型）3种电解锰渣基土壤调理剂对酸化耕地的改良作用及对锰敏感作物甘蓝的增产效果。本研究不仅能为改良酸化土壤提供新的思路，还可实现电解锰渣的减量化处理，对电解锰渣的资源化利用具有重大意义。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点与土壤条件

2019年4~7月，按《土壤调理剂效果试验和评价要求》（NY/T 2271-2016）的相关要求[15]，在利川市柏杨坝镇沿河村原梅子水玉米杂交场开展试验。试验田地处东经108.870 392°、北纬30.516 821°，海拔1 100 m，属利川二高山蔬菜核心种植区。试验地土壤为第四纪黏土母质发育的黄棕壤土类黏黄土，土层厚1 m以上，耕层深度30 cm，试验田面积2亩（1 334 m2）。试验前取样检测，土壤pH值5.13，含有机质22.7 g/kg、全氮1.16 g/kg、有效磷117 mg/kg、速效钾319 mg/kg。土壤酸化，有机质含量低，全氮含量中等、有效磷和速效钾含量极高[16]。

1.2 试验材料

土壤调理剂：由中南民族大学研制，灰色颗粒，主要营养元素含量见表1。

表1 3种土壤调理剂主要营养元素含量及pH值

肥料：46.4%宜化尿素；45%（15-15-15）腾升复合肥；汇丰商品有机肥，总养分5%（2-1-2），有机质≥45%。以上肥料在当地市场购买。

作物：甘蓝，品种名为奥奇娜，是利川二高山主推品种，抗黑腐病、黄萎病，耐裂、耐热性好，球形扁圆、整齐，生育期65 d左右，产量高，667 m2产量4 000～5 000 kg。

1.3 试验设计

试验设5个处理，4次重复，随机区组排列，小区面积2 m×15 m=30 m2，区组间留50 cm走道，便于田间观察，四周设保护区，处理设置如下。

处理1：不施肥（CK0）；处理2：常规施肥（CK），腾升复合肥75 kg/667 m2+宜化尿素20 kg/667 m2+汇丰商品有机肥120 kg/667 m2；处理3：CK+A型含锰土壤调理剂100 kg/667 m2；处理4：CK+B型含锰土壤调理剂100 kg/667m2；处理5：CK+C型含锰土壤调理剂100kg/667m2。

1.4 试验方法与指标测定

2019年4月15日播种，保温育苗；5月9日整地起垄，垄距1 m；起垄时按各处理肥料及调理剂用量一次性条施。5月18日移栽，株行距50 cm×50 cm，2 667株/667 m2，每垄种植2行。病虫草害防治及其他农事活动各处理与四周保护区完全一致，观察记载不同生育时期。7月22日收获，按小区统计实际产量，各小区连续取10棵甘蓝测量单株质量、球高及直径。播种前及收获后按处理取土样检测pH值、有机质、全氮、有效磷、速效钾、交换性钙镁、阳离子交换量、有效铜锌铁锰、交换性铝、交换性盐基等指标。调理剂及土样相关指标检测方法见表2。

表2 调理剂及土样相关指标检测标准及方法

1.5 数据统计方法

采用Excel进行数据分析，对不同处理甘蓝产量结果进行F检验，用新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对甘蓝产量及效益的影响

由表3可见，不施肥（CK0）处理产量最低，667 m2产量为3 231 kg，该处理主要用于衡量试验地土壤的基础地力，本试验地基础地力较高，地力贡献率（不施肥作物产量/施肥作物产量）在72.29%~78.69%。其他处理产量为4 117~4 482 kg/667 m2，甘蓝产量排位为：A型＞C型＞B型＞常规施肥。增施调理剂组的产量明显高于常规施肥组的产量，且增产均超过5%，说明在常规施肥的基础上增施3种含锰土壤调理剂可明显提高甘蓝产量，但增施调理剂组之间的甘蓝产量差异不明显。

表3 不同处理间甘蓝产量结果分析

2.2 不同处理对甘蓝性状的影响

在甘蓝生长关键生育期进行田间观察，不施肥处理在移栽20 d后叶片颜色开始变淡发黄，出现脱肥现象，长势明显变弱；其他处理间叶色、长势差异不明显，各生育期无明显变化。由表4可知，不同处理甘蓝的单株质量、株高、球径的变化趋势与产量的变化趋势一致，说明调理剂可能是通过提高甘蓝单株质量、株高和球径来提高甘蓝产量。

表4 不同处理间甘蓝性状统计分析

2.3 3种土壤调理剂改良酸化土壤的效果

试验前后不同处理土壤pH值、交换性铝、有效锰、盐基饱和度等土壤酸化指标变化情况见表5。

表5 试验前后各处理土壤酸性指标变化

土壤pH值：试验前土壤pH值平均为5.13，属酸化土壤。试验后，不施肥土壤pH值略有下降，常规施肥处理pH值下降幅度较大，增施3种不同土壤调理剂后土壤pH值也不同程度下降，但下降幅度较常规施肥小；相比常规施肥，667 m2增施A、B、C型调理剂100 kg，可分别使土壤pH值相对提升（相对提升量为常规施肥下降量减增施调理剂下降量，也就是增施调理剂后比常规施肥少下降的量）0.14、0.19、0.17。说明不施肥土壤pH值变化不明显，常规施肥使耕地进一步酸化，而中南民族大学研制的A、B、C型3种含锰土壤调理剂对土壤酸化有较好的缓解作用，且B型优于C型，C型优于A型，但优势不明显。

交换性铝：土壤交换性铝是土壤潜在酸的主要来源，其含量越高，潜在酸度越大。其与土壤交换性氢构成了土壤交换性酸总量，是土壤酸度的容量指标[6]。试验前，土壤交换性铝平均为36.25 mg/kg，试验后，不施肥土壤交换性铝含量略有下降；而常规施肥土壤交换性铝升高0.70 mg/kg；增施3种不同含锰土壤调理剂后土壤交换性铝含量呈不同程度下降，A、B、C型分别下降2.67、3.08、4.52 mg/kg，下降幅度高于不施肥处理；与常规施肥对比，相对下降值（相对下降值为增施调理剂下降值+常规施肥上升值，也就是增施调理剂后比常规施肥多下降的值）分别为3.37、3.78、5.22 mg/kg；对降低交换性铝的效果表现为：C型优于B型，B型优于A型，但优势不明显。

有效锰：试验前土壤有效锰平均为100.62 mg/kg，处于极高水平[15]。试验后，土壤有效锰含量整体下降，不施肥处理下降幅度较大，常规施肥下降幅度次之；增施3种不同含锰土壤调理剂的下降幅度较小，可能与不同调理剂锰含量相关，C型锰含量最高，下降幅度最小，A、B型锰含量相当，下降幅度也差不多。

盐基饱和度：一般盐基饱和度≥80%为较肥沃的土壤；50%~80%为中等肥力水平的土壤；低于50%的土壤肥力较低[18]。本研究中，试验前土壤盐基饱和度平均为55.56%，处于中等偏低水平。试验后土壤盐基饱和度整体上升，上升幅度排序为处理4＞处理5＞处理3＞处理1＞处理2，常规施肥处理基本不变；增施A、B、C型含锰土壤调理剂的土壤盐基饱和度分别提高5.87%、11.30%、7.44%，土壤肥力提升。

2.4 3种土壤调理剂对土壤部分养分指标的影响

由表6可见，土壤有机质：试验前均值为22.68 g/kg，试验后整体水平下降，不施肥处理下降程度略大，其他处理变化差异不明显。

表6 试验前后各处理土壤养分指标变化

大量元素：试验前土壤全氮含量中等、有效磷及速效钾含量处于极高水平。试验后，土壤全氮、速效钾含量整体呈下降趋势，有效磷含量变化不明显；不施肥处理氮、磷、钾含量下降幅度皆最大；常规施肥氮、磷含量变化不大，说明氮、磷水平施用合理，而钾的施用量不足，导致下降幅度较大。增施3种不同类型调理剂对土壤全氮含量影响差异不明显；可提高土壤有效磷含量，提高程度与不同类型调理剂含磷量有关；A型调理剂因富含钾元素，为土壤补充了一定量的钾营养，故土壤速效钾含量略上升，B、C型调理剂对土壤速效钾含量影响差异不明显。

交换性钙镁：试验地钙、镁含量丰富。试验后土壤交换性钙、镁含量变化趋势基本一致，不施肥处理下降幅度较大，常规施肥略下降，3种不同含锰土壤调理剂因皆含一定量的钙、镁元素，使土壤交换性钙、镁含量有所提高，提升程度与不同类型调理剂中钙、镁含量高低有关。

微量元素：试验前土壤有效铜、锌、铁平均含量分别为2.26、2.00、96.60 mg/kg，分别处于极高、高和极高水平。试验后不施肥、常规施肥处理土壤有效铜、锌、铁含量均下降；增施3种不同类型含锰土壤调理剂对土壤有效锌、有效铜含量影响不明显，但均使土壤有效铁含量上升。

3 结论与讨论

试验地基础地力较高，贡献率在72.29%~78.69%。在常规施肥的基础上，667 m2增施100 kg中南民族大学研制的A、B、C型3种含锰土壤调理剂可提高甘蓝产量，甘蓝增产皆超过5%。从对甘蓝的增产效果看，A型优于C型，C型优于B型。

3种土壤调理剂均可提高甘蓝单株质量、株高和球径，从而实现甘蓝增产；对改良酸化土壤有较好效果，667 m2施用100 kg当季可相对提高土壤pH值0.14~0.19，接近使用同等用量石灰的当季治理效果[11]；土壤交换性铝含量相对降低3.37~5.22 mg/kg、盐基饱和度提高5.87%~11.30%，有降低土壤铝毒害、提高土壤保肥供肥能力的作用；因3种调理剂皆为锰矿尾渣加工生产而成，含一定量的锰元素，施用后可使土壤有效锰含量相对提高，存在锰过量的潜在风险。综合比较3种调理剂对酸性土壤的改良效果得出，B型优于C型，C型优于A型。因3种土壤调理剂含有一定量的磷、钙、镁元素，为土壤补充了部分磷、钙、镁营养，特别是A型调理剂钾含量较高，为作物补充了钾营养。但对土壤有机质、全氮、有效铜、有效锌、有效铁等营养物质的影响不明显。

本试验对酸化土壤其他物理、化学性状的改良效果有待进一步检测分析；该调理剂在其他区域和作物上的应用效果能否重现，也有待进一步试验、示范验证。