鈣基調(diào)理劑對酸化農(nóng)田土壤的調(diào)控效果研究①

侯憲文+++張梁等

摘 要 農(nóng)田土壤酸化已成為制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的全球性問題，在強(qiáng)降雨淋溶地區(qū)尤為嚴(yán)重。本研究利用硝酸磷肥生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物制造的低pH值土壤調(diào)理劑來改良酸化土壤。結(jié)果表明：該調(diào)理劑按用量1 g/kg（折合畝施150 kg）即可顯著地提高土壤pH值，且其在不同pH值土壤上的施用效果有所差異；施用后短期內(nèi)存在返酸現(xiàn)象；該調(diào)理劑與約一半用量的生石灰的調(diào)控效果相當(dāng)；調(diào)理劑對土壤有效磷含量的影響因土壤性質(zhì)不同而異；施用調(diào)理劑對土壤有效鉀的影響不顯著。

關(guān)鍵詞 土壤調(diào)理劑 ；土壤pH值 ；鈣 ；土壤有效養(yǎng)分

分類號 S156

當(dāng)前人類的各種不合理的生活生產(chǎn)活動導(dǎo)致大量的農(nóng)田土壤退化，加上工業(yè)污染和化肥的施加不當(dāng)，使得土壤的酸化情況日益加重，酸化面積不斷加大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國酸化土壤的分布面積約達(dá)200萬hm2，對中國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成重大的影響，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，使得農(nóng)作物的質(zhì)量與產(chǎn)量大幅度降低，嚴(yán)重影響了人類的生存與發(fā)展[1-4]。土壤酸化是土壤退化的一個(gè)極其重要的問題，它直接影響土壤的質(zhì)量，與農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)效益有著直接的聯(lián)系。因此，改善酸性土壤、提高土壤的pH值對于提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量具有重要的意義。

適當(dāng)提高土壤的pH值，減少酸性土壤對作物的侵害作用，是農(nóng)作物增產(chǎn)增收的重要措施。石灰作為一種傳統(tǒng)的酸性土壤改良劑，具有便捷、經(jīng)濟(jì)等的優(yōu)點(diǎn)，一直被人們廣泛使用[5-6]。近年來以脫硫廢棄物、粉煤灰和堿渣等為原料的土壤調(diào)理劑也取得了比較好的應(yīng)用和推廣效果[7-12]。此外，張宏偉等[13]利用腐植酸共聚物改良赤紅壤的酸堿度，土壤pH值由4.56提高到6.34。本研究利用硝酸磷肥生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物制造的低pH值土壤調(diào)理劑來改良酸化土壤，其主要成分是碳酸鈣。筆者在前期稻菜輪作的大田試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，畝施用40～120 kg即可大幅度地提高作物產(chǎn)量，如在海南水稻田示范中畝施80～120 kg可增產(chǎn)15.1%～18.5%，土壤pH值提高0.87～1.29，但用量少的增產(chǎn)幅度反而大。而且在大田試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，每次監(jiān)測的土壤pH值變化幅度較大，且該調(diào)理劑對土壤有效養(yǎng)分的影響也不規(guī)律，可能是由于施肥、降雨及作物生長等多因素綜合影響的結(jié)果。為此，筆者模擬大田試驗(yàn)，通過盆栽試驗(yàn)來證實(shí)大田的試驗(yàn)結(jié)果，研究不同用量調(diào)理劑對土壤pH值、速效鉀及有效磷的影響，并以氧化鈣處理作為對比，為調(diào)理劑的合理施用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

2種土壤均采自海南省瓊海市博鰲鎮(zhèn)北山村，基本性質(zhì)見表1。調(diào)理劑由天脊煤化工集團(tuán)有限公司生產(chǎn)，主要成分為碳酸鈣，其中，CaO≥40%，pH值為8.05，速效磷含量為5.50 mg/kg，速效鉀含量為33.80 g/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2014年6～10月在中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所儋州試驗(yàn)基地開展模擬試驗(yàn)。用土量為7.0 kg/盆，調(diào)理劑用量設(shè)置3檔，并設(shè)置氧化鈣處理作為參考，試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理。處理1（對照）：常規(guī)施肥（施氮磷鉀肥）；處理2：常規(guī)施肥+0.25 g/Kg（折合干土）調(diào)理劑；處理3：常規(guī)施肥+0.5 g/Kg調(diào)理劑；處理4：常規(guī)施肥+1.0 g/Kg調(diào)理劑；處理5：常規(guī)施肥+0.2 g/Kg氧化鈣。施肥量為復(fù)合肥（15-15-15）0.3 g/kg（折合干土）和磷肥（14%）0.3 g/kg（折合干土）。將各處理施用的肥料或調(diào)節(jié)劑與土壤充分混勻后進(jìn)行培養(yǎng)。每處理重復(fù)3次。

待土壤處理完后，在盆中按“品”字型播種空心菜，待出苗后每盆保留3棵，常規(guī)管理，在40 d時(shí)開始收割，每20～30 d收割1次。第1次采集土壤樣品時(shí)間為加入調(diào)理劑混勻并補(bǔ)充水份后1 h，之后分別在第20、40、60、120 d采集樣品。測定指標(biāo)為土壤pH值、有效磷、有效鉀。

1.2.2 測定方法

土壤pH值：稱取10 g（折合干土）土壤，加入50 mL 1 mol/L的氯化鉀溶液并振蕩30 min，用pH計(jì)檢測；土壤有效磷含量測定采用NH4F-HCl-分光光度計(jì)法；土壤有效鉀含量測定采用NH4OAc-火焰光度計(jì)法[14]。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)7.05對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)理劑處理對土壤pH值的影響

試驗(yàn)采集的2種土壤都為強(qiáng)酸性土壤，用調(diào)理劑與氧化鈣處理的2種土壤的pH值都有所增加（圖1），說明這2種改良劑在處理酸性土壤時(shí)都能發(fā)揮其有效的作用。而且隨著調(diào)理劑用量的增加，2種土壤的pH值都顯著增加，土壤pH值增量與調(diào)理劑的施用量呈正相關(guān)關(guān)系。處理5（氧化鈣）的調(diào)節(jié)效果介于處理2和3之間；而處理4的調(diào)節(jié)效果要顯著好于處理5，充分證明該調(diào)理劑改良酸性土壤的可行性。因土壤1的初始pH值高于土壤2，酸化程度較輕，相同處理下土壤1的pH值增量略大于土壤2。盆栽試驗(yàn)中可避免問題，對實(shí)際生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)作用。

2種調(diào)理劑都能明顯且快速地提高土壤pH值（圖2、3）。不同用量調(diào)理劑施用后土壤的pH值均升高到最大值，之后則逐漸下降，且前期下降速率大，后期下降趨緩。陳燕霞等[15]研究也證實(shí)，施用酸化調(diào)理劑后，隨培養(yǎng)時(shí)間的延長土壤pH值呈緩慢下降趨勢，而施用石灰時(shí)下降更快。比較不同處理的2種土壤，其pH值的下降趨勢基本相同。酸化土壤施用調(diào)理劑后依然存在返酸問題，但返酸程度與調(diào)理劑的類型、用量、施用時(shí)間及土壤酸化程度等密切相關(guān)。在后續(xù)生產(chǎn)中仍需不斷地調(diào)控土壤酸度，但調(diào)理劑施用量需根據(jù)返酸程度進(jìn)行調(diào)整，土壤的酸度不同，施加的改良劑的量也應(yīng)不同。正確處理酸性土壤對于農(nóng)業(yè)土壤的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，并且還可以盡可能地發(fā)揮土壤的潛力，避免不必要的資源浪費(fèi)。

2.2 施用調(diào)理劑對土壤磷鉀養(yǎng)分的影響

2.2.1 調(diào)理劑對土壤有效磷含量的影響

土壤中的有效磷含量在7～20 mg/kg為中等水平，在20 mg/kg以上為高等水平[14]。試驗(yàn)土壤1中有效磷含量為中等水平，而土壤2中有效磷含量極為豐富。由圖4可以看出，在施加調(diào)理劑處理后，土壤1的有效磷含量明顯增加，最大的增加量達(dá)到了20.9%，而且有效磷增加量與調(diào)理劑施加量呈正相關(guān)關(guān)系，處理5的有效磷增加量介于處理2和3之間，與對土壤pH值的影響規(guī)律相似。由于土壤2的有效磷含量較高，且其pH值又相對較低，有效磷含量在調(diào)理劑作用下變化幅度不明顯，處理間差異不顯著；并且在調(diào)理劑用量增加時(shí)，土壤有效磷含量反而減少（圖5）?？赡苁且?yàn)橥寥乐辛椎囊苿有暂^弱，而施用石灰等含鈣物質(zhì)對磷的影響過程較為復(fù)雜，一方面鈣離子因與土壤中的磷酸根離子反應(yīng)而固定，同時(shí)也可促進(jìn)礦化有效含量的增加[16]。

在土壤有效磷含量較低而pH值較高的土壤1中施加調(diào)理劑，對有效磷含量的提高具有促進(jìn)作用；而在土壤2中施加調(diào)理劑對有效磷含量的影響則較為復(fù)雜，用量少時(shí)可增加有效磷含量，用量多則減少有效磷含量，但其相對減少量并不多。況且Ca-P在土壤中的反應(yīng)是一個(gè)平衡體系，隨著作物的吸收利用，土壤中有效磷含量減少，Ca-P體系中的磷酸根會不斷釋放出來[14]。說明從長期來看調(diào)理劑的施用，是有利于土壤改良的，但對于有效磷含量較高的土壤來說，鈣離子對其影響不大。

2.2.2 對土壤有效鉀含量的影響

本試驗(yàn)只是在培養(yǎng)初期以底肥形式補(bǔ)充了鉀素，在作物生長期不再追施鉀素，因此隨著作物的生長吸收，土壤有效鉀呈逐漸減少的趨勢（圖6、7）。土壤的有效鉀含量在84～116 mg/kg，屬于中等水平，在116 mg/kg以上為高等水平[14]。本試驗(yàn)所用的土壤1中鉀含量為中等（起始速效鉀為90.0 mg/kg）水平，土壤2為高等（起始速效鉀為137.7 mg/kg）水平。但2種土壤中有效鉀含量的減少趨勢和幅度基本一致，說明作物在整個(gè)生長周期內(nèi)對鉀的需求量相對穩(wěn)定，同時(shí)，試驗(yàn)中各處理作物的生物產(chǎn)量也比較均衡。本試驗(yàn)中，施用不同用量的調(diào)理劑對土壤有效鉀含量的影響差異不明顯，與陳德西等[17]研究結(jié)果較為一致。

3 討論與結(jié)論

調(diào)理劑對土壤有效磷含量具有積極的影響，但影響程度因土壤性質(zhì)不同而異，其對低有效磷土壤的影響較大；而高有效磷土壤中因鈣離子與磷酸根的相互作用，調(diào)理劑對其中的有效磷含量影響過程也較為復(fù)雜。

本研究通過利用調(diào)理劑產(chǎn)品和氧化鈣調(diào)控2種酸性土壤的pH值、有效磷和有效鉀含量，可初步得出以下結(jié)論：調(diào)理劑用量為1 g/kg（折合畝施150 kg）即可顯著地提高酸性土壤pH值，且用量與其作用效果呈正相關(guān)；在不同pH值土壤上，施用量需做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以達(dá)到調(diào)控的作用；施用調(diào)理劑對土壤有效鉀含量的影響不顯著；該調(diào)理劑與約一半用量的生石灰調(diào)控效果相當(dāng)，但其施用方便，且不會刺激皮膚，具有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙其國，黃國勤，馬艷芹. 中國南方紅壤生態(tài)系統(tǒng)面臨的問題及對策[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（24）：7 615-7 622.

[2] 史志華，蔡崇法，張光遠(yuǎn)，等. 鄂南紅壤退化評價(jià)指標(biāo)初探[J]. 科技進(jìn)步與對策，2000，17（12）：11-13.

[3] 任立民，劉 鵬，謝忠雷，等. 植物對鋁毒害的抗逆行研究進(jìn)展[J]. 土壤通報(bào)，2008，39（1）：177-180.

[4] 趙其國. 中國東部紅壤地區(qū)土壤退化的時(shí)空變化、機(jī)理及調(diào)控[M]. 北京：科學(xué)出版社，2002：70-75.

[5] 段 雷，馬蕭蕭，余德祥，等. 酸化森林土壤投加石灰石和菱鎂礦5 a后的化學(xué)性質(zhì)變化[J]. 環(huán)境科學(xué)，2011，32（6）：1 758-1 763.

[6] 孟賜福，水建國，傅慶林，等. 浙江中部紅壤施用石灰對土壤交換性鈣、鎂及土壤酸度的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，1999，5（2）：129-136.

[7] 孫薊鋒，王 旭. 土壤調(diào)理劑的研究和應(yīng)用進(jìn)展[J]. 中國土壤與肥料，2013（1）：1-7.

[8] Clark R B， Ritchey K D， Baligar V C. Benefits and constraints for use of FGD products on agricultural land[J]. Fuel， 2001， 80（6）： 821-828.

[9] 藍(lán)佩玲，廖新榮，李淑儀，等. 燃煤煙氣脫硫副產(chǎn)物在酸性土上的農(nóng)用價(jià)值與利用原理[J]. 生態(tài)環(huán)境，2007，16（4）：1 135-1 138.

[10] 蔣武燕，宋世杰. 粉煤灰在土壤修復(fù)與改良中的應(yīng)用[J]. 煤炭加工與綜合利用，2011（3）：57-61.

[11] 王 輝，徐仁扣，黎星輝. 施用堿渣對茶園土壤酸度和茶葉品質(zhì)的影響[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，27（1）：75-78.

[12] Li J Y， Wang N， Xu R K， et al. Potential of Industrial byproducts in ameliorating acidity and aluminum Toxicity of soils under tea plantation[J]. Pedosphere， 2010， 20（5）： 645 -654.

[13] 張宏偉，陳志泉，寧 平，等. 腐植酸共聚物土壤改良劑對土壤化學(xué)性能的影響[J]. 水土保持通報(bào)，2003，23（6）：36-38.

[14] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析（第三版）[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[15] 陳燕霞，唐曉東，游 媛，等. 石灰和沸石對酸化菜園土壤改良效應(yīng)研究[J]. 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，40（6）：700-704.

[16] 莊舜堯，季海寶，程 琳，等. 施用石灰對雷竹林土壤氮磷流失的影響[J]. 浙江林業(yè)科技，2014，34（6）：68-71.

[17] 陳德西，何忠全，郭云建，等. 不同土壤調(diào)理劑對韭菜酸性土壤的改良效果[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，25（5）：1 751-1 755.