牡蛎壳粉土壤调理剂对土壤理化性质及小白菜农艺性状和品质的影响

颜墩炜，黄 强，陈海玲，陈 芝，黄 枝，郭媛贞

（莆田市农业科学研究所 福建莆田 351106）

土壤在植物的生长发育中有着不可以取代的作用，农业生产以土壤为基底，然而随着人类社会对土壤需求的扩展，对其造成的破坏也日益严重。我国农田土壤污染率从20 世纪不足5%上升至2014 年的19.4%[1]，土壤板结、盐渍酸化以及农作物中金属和有毒物质残留等问题日趋突出，受农药、有机毒物、重金属等污染的农田已达2500 万hm2，全国受污染土壤面积超过了耕地面积的1/10[2]。土壤调理剂原材料来源广泛、操作简单，具有改善土壤结构、调节土壤酸碱性、修复污染土壤、调节土壤微生物区系等优点，被用于修复退化土壤、清除土壤污染[3-6]。牡蛎壳作为土壤调理剂具有易获取、价格低和对环境友好等多种优势，其主要成分为Ca-CO3，煅烧后为CaO[7]。罗汉华等[8]研究表明，施用牡蛎壳粉土壤调理剂能够提高水稻产量，有效降低土壤中重金属Cd 和Pb 含量。赵丽芳等[9]发现，牡蛎壳粉能够消除土壤酸化，通过提高土壤脱氢酶（DHA）、碱性磷酸单酯酶（ALP）、无机焦磷酸酶（IPP）的活性改善土壤磷营养状况，可提高作物产量。许玲玲等[10]和李雁乔等[11]研究指出，牡蛎壳粉能够降低甜瓜和琯溪蜜柚的果实糖酸比，提高维生素C 含量和改善果实品质。柳开楼等[12]认为，施用牡蛎壳粉土壤调理剂可以使旱地花生在红壤地增产，活化土壤养分，降低土壤潜性酸含量，防止土壤酸化。孙蓟锋[13]研究表明，施用牡蛎壳粉调理剂能够显著提高土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶的活性，提高土壤pH。目前，关于牡蛎壳粉土壤调理剂多数集中在水稻、花生、烟草等作物上，而且以盆栽试验为主，在大田栽培生产中的应用研究较少。笔者以广泛种植的叶菜类作物小白菜（Brassica campestrisL.ssp.chinensisMakino）为研究对象，开展牡蛎壳粉土壤调理剂不同用量梯度的田间试验，探讨不同用量牡蛎壳粉土壤调理剂对土壤理化性质及小白菜农艺性状和品质的影响，为其在农业实际生产中的应用提供一条可行的途径。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于福建省莆田市农业科学研究所试验基地，该地属典型的亚热带海洋性季风气候，平均温度20 ℃，年降雨量1500 mm，年均日照时数1 995.9 h。试验地土壤类型为重壤土，土壤基本理化性质为：pH 6.4，交换性钙和交换性镁含量（b）分别为6.42、1.62 cmol·kg-1，有机质含量（w，下同）19.4 g·kg-1，全氮、全磷、全钾含量分别为0.136%、0.148%、2.44%，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为101.7、97.6、482 mg·kg-1，有效Cd 含量为0.049 mg·kg-1。

1.2 材料

供试小白菜品种为日本武藏野种苗园株式会社育成的青梗小白菜品种早生华京，于2021 年10月22 日播种，每个小区按10.5 g 的播种量均匀撒播。牡蛎壳粉土壤调理剂选用福建省玛塔农业发展有限公司生产的特贝钙土壤调理剂（CaO 含量≥45%，pH 为8.5～10.5，有机质含量1.88%），该公司将牡蛎壳通过保护性烘焙煅烧工艺，在获取氧化钙的基础上，最大程度地保留了牡蛎壳的有机养分，且具有造粒（0.28 mm）均匀、比表面积大等特点。

1.3 试验设计

试验以常规施肥为CK，在常规施肥的基础上增施不同牡蛎壳粉土壤调理剂施用量水平（T1～T5），分别为750、1500、2250、3000、3750 kg‧hm-2，每个处理4 次重复，每个处理小区面积11 m2（1.1 m×10.0 m），共24 个小区，随机排列。常规施肥于播种前一周结合整地施入三元复合肥（N、P、K质量比为18∶18∶18）750 kg‧hm-2作为基肥，牡蛎壳粉土壤调理剂和基肥混匀一起施用，于播种后17 d和27 d 每个小区分别追施尿素200 g，不同处理除所施土壤调理剂用量不同外，其他田间管理均一致。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤理化性质的测定 于土壤调理剂施用前按照“S”型取样法选取5 个点，每点用土壤取样器取20 cm 深的土样，测定基底土壤相关理化性质。在小白菜采收后，于T2、T3、T4（表1）3 个小区，以相同方法提取土样，每个处理3 次重复，按NY/T 1221—2007 相关土壤测定标准测定水溶性盐总量、有机质含量、有效磷含量、机械组成、交换性钙含量、交换性镁含量，按NY/T 889—2004 测定速效钾含量，按《土壤农业化学分析法》方法测定碱解氮含量，按NY/T 56—1987 测定全氮含量，按GB/T 237239—2009 测定有效镉含量，按NY/T 1377—2007 土壤测定标准测定pH。

表1 牡蛎壳粉土壤调理剂对株高和单株质量的影响

1.4.2 小白菜农艺性状与品质指标的测定 小白菜于2021 年12 月1 日采收，采收时每个处理选取12 棵植株，4 次重复，按《不结球白菜种质源描述规范》测量株高、叶片长、叶片宽、叶柄长、叶柄宽、叶质量、叶柄质量，并称量单株质量，小白菜叶面积=叶长×叶宽×叶面积系数（0.66）。用SPAD-502 Plus（日本）叶绿素测量仪测定叶绿素含量（SPAD），每个植株取一片叶测3 个点取平均值，每个处理取12株，4 次重复；选取T2、T3、T4 这3 个经济性状较好的（表1）小区和CK，在其中随机取新鲜样品500 g，每个处理3 次重复，按GB 5009 测定标准测定植株维生素C、钙、蛋白质、粗纤维等相关品质指标含量。

1.5 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2019 和SPSS 26.0 进行数据整理和统计分析，用Microsoft Excel 2019 软件制图。

2 结果与分析

2.1 牡蛎壳粉土壤调理剂对小白菜农艺性状的影响

由表1 可知，仅T3 处理的株高显著高于CK，比CK 增加4.49%，其他施用土壤调理剂处理小白菜株高与对照均无显著差异；小白菜单株质量随着土壤调理剂施用量的增加呈现先增加后减少的趋势，表现为T3＞T2＞T4＞T5＞T1＞CK，除T1 外，其他处理的单株质量都显著高于CK，T3 处理单株质量最大，比CK 增加44.51%。

由表2 可以看出，不同用量牡蛎壳粉土壤调理剂对小白菜叶片生长的影响有一定差异，增施土壤调理剂后小白菜的叶长、叶柄宽、叶柄质量、叶质量和叶面积都随着土壤调理剂施用量的增加呈现先增高后降低的趋势，叶宽和叶柄长随土壤调理剂施用量的增加表现为先增后降再增的趋势，T2 处理的叶宽和叶柄长最大，比CK 分别增加12.84%和2.82%，叶长、叶柄宽、叶柄质量、叶质量、叶面积均在施用量为2250 kg·hm-2（T3）时达到最大值，较CK分别提高5.38%、11.73%、25.79%、26.38%、18.25%，均显著高于CK，表明T3 处理对小白菜的叶片长势促进效果最好。各处理与对照的帮叶比差异均不显著，T3 与T4 处理之间帮叶比差异显著，其他处理间差异不显著。

表2 牡蛎壳粉土壤调理剂对叶片的影响

由图1 可知，小白菜的SPAD 随着牡蛎壳粉土壤调理剂施用量的增加呈现先增高后降低的趋势，在T4 时最高，相比CK 增加4.03%，T5 开始下降，但仍高于CK。除T1 和T2 外，其他处理的SPAD都显著高于CK。

图1 牡蛎壳粉土壤调理剂对SPAD 的影响

2.2 牡蛎壳粉土壤调理剂对小白菜品质的影响

由图2 可知，施用牡蛎壳粉土壤调理剂后，小白菜中蛋白质含量相比于CK 都有所提高，表现为T3＞T4＞T2＞CK，T3 蛋白质含量最高，为1.72 g·100 g-1，比CK 增加10.97%。施用土壤调理剂后，T2 和T3处理小白菜粗纤维含量较CK 分别增加12.77%和6.38%，但与CK 差异不显著。T3 和T4 处理中小白菜中钙含量分别为646.67 和684.67 mg·100 g-1，比CK 分别增加12.60%和19.21%。施用土壤调理剂后小白菜维生素C 含量有所提升，T2 和T4 处理小白菜维生素C 含量为30.8 和28.23 mg·100 g-1，较CK 分别增加33.74%和22.58%，各处理间差异均不显著。

图2 牡蛎壳粉土壤调理剂对小白菜品质指标的影响

2.3 牡蛎壳粉土壤调理剂对土壤理化性质的影响

由表3 可见，施用牡蛎壳粉土壤调理剂后，土壤pH 和交换性钙含量相比于CK 有所下降，但差异均不显著，T2 和T3 处理pH 比CK 分别降低6.94%和3.02%，T2 处理土壤中交换性钙含量最低，比CK 降低9.51%。各处理交换性镁含量和CK 相比差异不显著。土粒密度在T4 处理下最高，为2.55 g·cm-3，相比于CK 增加了5.81%。

表3 牡蛎壳粉土壤调理剂对土壤理化性质的影响

由表4 可以看出，牡蛎壳粉土壤调理剂可以提高土壤中氮含量，T2 处理氮含量最高，全氮和碱解氮含量相比于CK 分别提高5.65%和5.73%。土壤中全磷含量与CK 差异不显著，T2 处理最高；但有效磷含量随着土壤调理剂用量的增加而减少，T3、T4 有效磷含量比CK 分别降低13.99%和17.94%，均显著低于CK。施用土壤调理剂后T2 和T4 速效钾含量相较于CK 有所降低，但差异不显著，较CK分别降低8.24%和4.16%；T3 速效钾含量比CK 增加1.44%，但差异不显著。施用牡蛎壳粉土壤调理剂后，T2、T3 土壤有机质含量相比于CK 分别增加1.27%和1.58%，T4 处理比对照降低4.01%。CK 中土壤有效Cd 含量为0.052 mg·kg-1，施用牡蛎壳粉土壤调理剂后，T2 土壤有效Cd 含量最高，但也仅有0.054 mg·kg-1，表明施用牡蛎壳粉土壤调理剂并不会导致土壤中有效Cd 含量显著增加。

表4 牡蛎壳粉土壤调理剂对土壤养分含量的影响

2.4 相关性分析

采用Pearson 相关分析对小白菜农艺性状、品质指标和土壤性质相关性进行分析，结果表明（表5），土壤有效磷含量与叶面积、叶片质量之间呈显著负相关，而施用牡蛎壳粉土壤调理剂后，土壤中有效磷含量显著下降，表明牡蛎壳粉土壤调理剂可促进小白菜对有效磷的吸收从而提高生物量。土壤pH与有机质、全氮、有效Cd 含量呈极显著负相关，与碱解氮含量呈显著负相关，与交换性钙含量呈极显著正相关。有机质含量与全氮含量呈极显著正相关，与交换性钙含量呈显著负相关。菜体中蛋白质含量与粗纤维含量、钙含量均呈显著正相关。

表5小白菜农艺性状、品质指标和土壤性质相关性分析

3 讨 论

3.1 牡蛎壳粉土壤调理剂对土壤养分和有效Cd 含量的影响

本研究结果表明，与对照相比，施用牡蛎壳粉土壤调理剂可以提高土壤中全氮含量（2.42%～5.65%），提高碱解氮含量（2.85%～5.73%），这可能是施用牡蛎壳粉土壤调理剂有效增加了作物根际细菌、固氮菌和放线菌的数量，有助于土壤中总氮素的积累[14]。土壤中的速效养分可以被植物直接吸收利用[15]，其含量高低可以用来评价土壤供应养分的能力[16]。本试验土壤中速效钾（T3 除外）和有效磷的含量相比于CK 有所下降，最高分别下降8.24%和17.94%。这可能是施用牡蛎壳粉土壤调理剂促进了植物根系发育，提高了根系活力[17]，同时使土壤微生物类群向细菌化方向发展，出现了具有解磷、解钾和固氮作用的功能菌群，有助于难溶性磷向速效磷的转化，有效提升了小白菜对土壤中所含的氮、磷、钾等多种速效养分的吸收能力和综合利用率[13-14]，从而有效提高小白菜产量。另外也有研究表明，小白菜为喜钙作物，钙肥可促进植株叶部和茎部对磷素的吸收以及叶片对镁素的吸收，有效提高作物产量和品质。冯密等[18]和GAO等[19]研究发现，植物生物量与土壤中有效磷和速效钾含量呈负相关，随着植物生物量增加，土壤中速效钾和有效磷含量降低，这与本试验结果一致。但也有研究指出，土壤中交换性Ca2+易与土壤中的HOP42-经化学作用产生Ca-P化合物，使磷的有效性降低[2]，这也可能是施用牡蛎壳粉土壤调理剂后土壤中有效磷和交换性钙含量降低的一个原因。

牡蛎壳具有吸附性，能够吸附海水中的重金属，牡蛎壳粉中的重金属可能会释放到土壤中，导致土壤镉含量超标，但本试验结果表明施用750～3750 kg‧hm-2的牡蛎壳粉土壤调理剂后，土壤中有效Cd 含量与对照差异不大，最高仅为0.054 mg·kg-1，远低于《环境质量标准》（GB 1516—2008）中土壤Cd 污染的最低风险筛选值。

3.2 牡蛎壳粉土壤调理剂对土壤pH的影响

有研究表明，在酸性土壤（pH＜6）中施用牡蛎壳粉土壤调理剂能够使土壤pH 显著提高[11-12，16，20-21]，本试验却未达到明显调节pH 的效果，其原因可能是：（1）牡蛎壳粉对pH 提升的能力有限。本试验供试基底土壤pH 为6.4，根据我国土壤酸碱度的分级标准[2]，属弱酸性土壤，前人研究大多以pH＜6 的酸性土壤盆栽试验，且大田土壤水肥条件和气候环境较为复杂，故施用牡蛎壳粉土壤调理剂提升pH 的效果不明显。许玲玲等[17]在pH 为6.09 的微酸性土壤中施用牡蛎壳粉土壤调理剂，最终pH 也仅提高了0.06；（2）施用牡蛎壳粉土壤调理剂后，土壤pH会经历先升后降的过程，最终趋于平稳，前期是因为牡蛎壳粉为碱性，能够中和土壤溶液中的活性酸H+，因此pH 升高，后期土壤pH 呈下降趋势，这可能是因为有机质在矿化过程中，土壤硝化作用使得铵态氮转化为硝态氮，产生的H+降低了土壤pH[22]。虽然施用牡蛎壳粉对提升pH 不显著，但赵丽芳等[9]研究表明其可提高潜性酸含量，降低土壤交换性酸总量，加强酸化缓冲。

3.3 牡蛎壳粉土壤调理剂对小白菜品质的影响

小白菜为喜钙作物，钙肥可有效提高作物产量和品质[23]。笔者的试验表明，施用2250、3000 kg·hm-2牡蛎壳粉土壤调理剂可以提高小白菜植株中钙含量，但与对照相比差异不显著，其原因可能是钙自根系向地上部运输十分缓慢，而小白菜生长周期短，所以对菜体中钙含量的影响不显著。有研究表明，小白菜体内的叶绿素含量随着土壤中可溶性钙含量的增加而增加，增施钙肥可以提高植物抗氧化酶系统活性，进而促进光合作用[24-25]，牡蛎壳粉土壤调剂中含有大量的钙，这可能是小白菜叶绿素含量增加的原因。

4 结 论

本试验结果表明，在微酸性土壤中施用牡蛎壳粉土壤调理剂对提高土壤pH、交换性钙和交换性镁含量效果不显著，施入750～3750 kg·hm-2的牡蛎壳粉土壤调理剂均可促进小白菜叶绿素合成，提高小白菜产量，1500～3000 kg·hm-2牡蛎壳粉土壤调理剂用量能够增加土壤中氮元素含量，促进有效磷的吸收和利用，提高小白菜维生素C 和蛋白质含量。综合考虑，在小白菜种植中施用2250 kg·hm-2（T3）的牡蛎壳粉土壤调理剂对提高小白菜产量和长势效果最好，且一定程度上改良土壤理化性质，提高小白菜品质。