不同施用量土壤改良劑對南方酸性土壤理化性狀及白三葉生長的影響

歐陽玲，徐華勤，楊知建

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南長沙 410128)

不同施用量土壤改良劑對南方酸性土壤理化性狀及白三葉生長的影響

歐陽玲，徐華勤*，楊知建

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南長沙 410128)

摘要[目的]針對南方土壤酸化問題，探討不同施用量土壤改良劑對酸性土壤的改良效果及對白三葉生長的影響。[方法]以白三葉惠亞(Huia)為材料，選用脫硫石膏和生石灰組合作為土壤改良劑，通過大棚盆栽試驗，研究其對白三葉生長特性及酸性土壤理化性狀的影響。[結(jié)果]施用脫硫石膏和生石灰組合改良劑能夠顯著增加酸性土壤的pH，降低土壤容重，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和孔隙度；同時可以不同程度地增加土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效氮、速效鉀等指標(biāo)含量。[結(jié)論]脫硫石膏和生石灰組合改良劑能夠顯著改良酸性土壤，從而促進(jìn)白三葉生長。

關(guān)鍵詞白三葉；脫硫石膏；生長特性；南方酸性紅壤；土壤理化性質(zhì)

最近幾十年來我國工業(yè)迅速發(fā)展，隨著酸性氣體的大量排放、酸雨沉降的不斷增加及銨態(tài)氮肥的大量使用土壤酸化現(xiàn)象日益加劇[1-3]。我國南方黃紅壤地區(qū)已成為世界上除北美和歐洲之外的第3大酸雨區(qū)[4]。土壤酸化會造成鹽離子大量淋失、活性鋁溶出、一些有毒重金屬元素溶解度升高及土壤微生物活性下降。以上這些危害均會影響植物正常生長發(fā)育，從而導(dǎo)致植物減產(chǎn)。在酸性土壤的治理對策中，使用土壤改良劑改良酸性土壤是一種較為有效的途徑[5]。大約在2000多年前，古羅馬人就開始使用生石灰改良酸性土壤，以提高作物產(chǎn)量。20世紀(jì)80年代人們開始認(rèn)同施用石灰是抵抗森林土壤酸化的有效措施[6]。Chen等[7]研究了施用脫硫石膏改良酸性土壤后種植紫花苜蓿，結(jié)果表明改良后的土壤明顯增加了紫花苜蓿的產(chǎn)量。Clark等[8]在利用脫硫石膏改良的美國酸性土壤上種植6種飼用牧草，結(jié)果發(fā)現(xiàn)脫硫石膏能顯著增加飼用牧草的產(chǎn)量。Stout等[9]在美國賓夕法尼亞州進(jìn)行田間試驗種植牧草，發(fā)現(xiàn)脫硫石膏對酸性土壤有改良效果。Crews等[10]在施用脫硫石膏改良酸性土壤的森林種植橡樹，結(jié)果表明脫硫石膏能有效促進(jìn)橡樹的生長。羅遙[11]利用脫硫石膏對酸性森林進(jìn)行土壤修復(fù)，結(jié)果表明脫硫石膏對酸化土壤具有明顯的修復(fù)效果。近年來國內(nèi)外在一些地區(qū)展開了有關(guān)利用生石灰和脫硫石膏改良酸性土壤的研究[12]，但是否適宜于我國南方地區(qū)土壤環(huán)境尚無定論。鑒于此，筆者利用生石灰和脫硫石膏組合為土壤改良劑，研究其對南方酸性土壤的改良效果，并在施用土壤改良劑的南方酸性土壤上種植白三葉，研究土壤改良劑對白三葉生長的影響以及土壤理化性質(zhì)的變化，探究脫硫石膏應(yīng)用在酸性土壤改良的技術(shù)可行性和環(huán)境生態(tài)安全性，以期減少土壤酸害，提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，評價土壤改良劑修復(fù)酸性紅壤的最佳條件，為南方酸性土壤的改良及高效利用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料試驗于2014年5～10月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)研究所試驗基地大棚內(nèi)進(jìn)行。供試作物為白三葉惠亞(Huia)，產(chǎn)自新西蘭，由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)系提供。供試土壤采自湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園基地附近，為我國南方典型的酸性黃壤。土壤本底值：pH 4.92，含水率0.27%，容重2.20 g/cm3，孔隙度18.31%，有機(jī)質(zhì)含量8.65 g/kg，速效磷含量7.32 mg/kg，速效氮含量32.2 mg/kg，速效鉀含量48.74 mg/kg。供試的普通生石灰和煙氣脫硫石膏(主要成分為CaSO4·2H2O)由長沙兆宇建材有限公司提供。

1.2試驗方法采用盆栽試驗，設(shè)6 個處理：對照(CK)為只施氮、磷、鉀肥；T1為氮、磷、鉀肥+生石灰；T2為氮、磷、鉀肥+生石灰+脫硫石膏750 kg/hm2；T3為氮、磷、鉀肥+生石灰+脫硫石膏1 500 kg/hm2；T4為氮、磷、鉀肥+生石灰+脫硫石膏2 250 kg/hm2；T5為氮、磷、鉀肥+生石灰+脫硫石膏3 000 kg/hm2。試驗用橡膠塑料花盆(直徑25 cm×高40 cm)，每盆裝土5 kg，每盆施氮肥0.35 g、磷肥5.00 g、鉀肥0.80 g。每個處理12 次重復(fù)，共72 盆，每盆定苗3 株。T1～T5處理生石灰量一致，為15.53 g/盆。T2～T5處理相對應(yīng)的脫硫石膏施用量分別為5.3、10.6、15.9、21.2 g/盆；隨機(jī)抽取白三葉種子浸泡24 h后育苗，1個月后移苗至塑料花盆內(nèi)。裝盆時改良劑、肥料和土壤均勻混合一次性裝入塑料花盆中。搭置通風(fēng)擋雨的塑料棚，持續(xù)培養(yǎng)4個月，按常規(guī)方法進(jìn)行管理。

1.3測定項目與方法盆栽試驗結(jié)束后的第2天，每處理隨機(jī)取5株白三葉，用常規(guī)方法對每株材料進(jìn)行鮮重、干重、株高、莖粗、根長的測量；采集不同處理的土壤樣品，于實驗室內(nèi)檢測含水率、容重、孔隙度、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)等物理性狀指標(biāo)。含水率采用烘干法；容重、孔隙度采用環(huán)刀法；團(tuán)粒結(jié)構(gòu)采用干篩法。每月采集不同改良劑處理的土壤樣品，于實驗室內(nèi)按常規(guī)分析方法[13]測定土壤的化學(xué)性狀指標(biāo)，包括pH及有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀、速效氮含量，持續(xù)4 個月。

1.4數(shù)據(jù)分析采用Office Excel軟件錄入數(shù)據(jù)、制作圖表，采用SPSS 16.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同施用量土壤改良劑對白三葉生長的影響由表1可知，僅施用氮、磷、鉀肥的對照處理白三葉生長狀況最差，其株高、鮮重、干重、莖粗和根長最低，表明在酸性土壤中，即使施用足量的氮、磷、鉀肥，作物也生長不良；而施用生石灰和脫硫石膏改良土壤后，白三葉的生物學(xué)性狀明顯優(yōu)于對照，說明在酸性土壤中適量施用生石灰和脫硫石膏能有效減輕交換鋁的毒害，促進(jìn)白三葉生長。白三葉的鮮重、株高、莖粗和根長均隨著脫硫石膏的增加而呈現(xiàn)增加的趨勢，其中施用高量脫硫石膏(T5)處理效果更佳。

表1　不同施用量改良劑對白三葉生長發(fā)育的影響

注：表中數(shù)據(jù)為3個重復(fù)的平均值，同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note：Data in the table are mean of three repetitions，different lowercases in the same column stand for significant differences(P<0.05).

2.2不同施用量土壤改良劑對酸性土壤物理性狀的改良效果由表2可以看出，脫硫石膏和生石灰改良劑處理與對照(CK)相比，其土壤容重有不同程度地下降、孔隙度增大、含水率有所提高、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)也呈增長趨勢。這說明使用脫硫石膏和生石灰作為土壤改良劑能顯著降低酸性土壤容重，提高土壤的含水率、孔隙度和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，影響土壤的物理性狀和結(jié)構(gòu)性，降低土壤硬度，使土壤的透氣性、蓄水性、滲透性得到改善，從而提高土壤肥力，利于土壤中養(yǎng)分對植物的供應(yīng)[14]。

表2　不同施用量改良劑對土壤物理性狀的影響

注：團(tuán)粒結(jié)構(gòu)直徑為0.25～2.00 mm；非團(tuán)粒結(jié)構(gòu)直徑>2.00 mm或<0.25 mm。表中數(shù)據(jù)為3個重復(fù)的平均值，同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note：The diameter of granular structure is 0.25-2.00 mm；the diameter of non granular structure is greater than 2.00 mm or less than 0.25 mm.Data in the table are mean of three repetitions，different lowercases in the same column stand for significant differences(P<0.05).

2.3不同施用量土壤改良劑對酸性土壤化學(xué)性狀的改良效果由圖1可知，施入脫硫石膏和生石灰改良劑后，T1～T5處理土壤pH均有所提高，且與對照(CK)間均差異顯著(P<0.05)。這種效果在種植白三葉后同樣可以出現(xiàn)，并且T1～T5處理在施入脫硫石膏后1個月內(nèi)pH上升幅度較大，其中酸堿度高的土壤pH上升幅度最大，提高了32.22%。此外，隨著時間的推移，土壤pH進(jìn)入相對穩(wěn)定時期，之后保持穩(wěn)定，不再有大幅度增減。這主要是脫硫石膏改良劑含有可提高土壤pH的堿性物質(zhì)，一方面它能對酸性土壤起到中和作用，另一方面一些大分子物質(zhì)易與各種陽、陰離子結(jié)合生成鹽，從而形成一個相互轉(zhuǎn)化的緩沖體系，調(diào)節(jié)和穩(wěn)定了土壤pH，減緩?fù)寥浪岫鹊募眲∽兓痆15]。

圖1　不同施用量的改良劑對酸性土壤pH的影響Fig.1　Effects of different dosages of modifier on acid soil pH

由圖2～5可見，供試土壤的有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量均隨脫硫石膏的使用量增加而發(fā)生著變化，移栽后30 d內(nèi)，各處理的土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮、速效磷、速效鉀含量均有明顯的上升趨勢。隨著時間的推移，至10月各處理土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮、速效磷、速效鉀含量均還處于上升趨勢，且不同程度高于對照(CK)，尤其是T5處理，其在10月的有機(jī)質(zhì)和速效氮、速效磷、速效鉀含量均極顯著高于對照(CK)。在移栽后的4個月內(nèi)，各處理土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮、速效磷、速效鉀含量均表現(xiàn)為CK

圖2　不同施用量的改良劑對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響Fig.2　Effects of different dosages of modifier onsoil organic matter content

圖3　不同施用量改良劑對土壤速效磷含量的影響Fig.3　Effects of different dosages of modifier onsoil available phosphorus content

圖4　不同施用量改良劑對土壤速效氮含量的影響Fig.4　Effects of different dosages of modifier onsoil available nitrogencontent

圖5　不同施入量改良劑對土壤速效鉀含量的影響Fig.5　Effects of different dosages of modifier onsoil available potassium content

3結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，施用脫硫石膏和生石灰組合改良劑對白三葉生長均有明顯促進(jìn)作用，可提高其生物量。這與陳德西等[16]的研究結(jié)果一致。國外也有類似的研究報道，如：Chen等[7]在脫硫石膏改良后的土壤上種植紫花苜蓿，產(chǎn)量有所增加；Clark等[8]施用脫硫石膏能夠增加飼料作物的產(chǎn)量。這說明脫硫石膏中含有大量微量元素和常量營養(yǎng)元素，可促進(jìn)植物生長。

土壤改良措施通過調(diào)節(jié)土壤空氣、水分和溫度等來改變土壤環(huán)境，進(jìn)而影響土壤中各種養(yǎng)分的存在。該試驗發(fā)現(xiàn)，在南方酸性土壤中使用脫硫石膏和生石灰組合改良劑可以提高土壤pH。這與胡德春等[15]及Prietzel等[17]的研究結(jié)果相似。由此可見，施用石灰和脫硫石膏組合可以有效抵抗土壤酸化。

施用脫硫石膏和生石灰改良劑后可不同程度降低酸性土壤容重，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和孔隙度，改善土壤物理性狀和降低土壤硬度；同時還提高了酸性土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效氮、速效鉀含量，從而提高了酸性土壤的肥力。這與李道林等[18]、張峰舉等[19]、范冬根等[20]及王小彬等[21]的研究結(jié)果一致；張俊華等[22]研究結(jié)果表明施用改良劑后土壤有機(jī)質(zhì)含量大幅度增加；劉云超和鄒璐等[23-24]論證了施用脫硫石膏能有效促進(jìn)土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的有效化；李淑儀等[25]證明在酸性土壤上施用脫硫副產(chǎn)物能有效改善土壤理化性能。

南方酸性土壤的改良效果與脫硫石膏的施用量有很大的相關(guān)性，經(jīng)脫硫石膏改良后的酸性土壤，其物理、化學(xué)性狀得到顯著改善。特別是脫硫石膏施入量為3 000 kg/hm2時，酸性土壤物理性狀改良效果最明顯，可應(yīng)用于南方酸性土壤的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

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Effects of Different Dosages of Soil Modifiers on Physical and Chemical Properties of Southern Acidic Soil and Growth ofTrifoliumrepens

OUYANG Ling,XU Hua-qin*,YANG Zhi-jian

(College of Agriculture, Hunan Agricultural University,Changsha, Hunan 410128)

Abstract[Objective] The effects of different dosages of soil modifiers on improvement of acidic soil and growth of Trifolium repens were discussed. [Method]With Trifolium repens Huia as material, choosing combination of lime and gypsum as soil modifier, through greenhouse pot experiment, effects on growth characteristics of Trifolium repens and acidic soil physicochemical properties were studied. [Result] The combination of lime and gypsum modifier could significantly increase pH value of acidic soil, reduce soil bulk density, improve soil structure, increase soil aggregate structure and porosity; at the same time, the modifier could increase soil organic matter, available phosphorus, available nitrogen, available potassium and other physical and chemical indicators. [Conclusion] The combination of lime and gypsum modifier can significantly improve the acidic soil, so as to promote the growth of Trifolium repens.

Key wordsTrifolium repens; Desulfurization gypsum; Growth characteristics; Southern acidic red soil; Soil physical and chemical properties

作者簡介歐陽玲(1989- )，女，湖南岳陽人，碩士研究生，研究方向：飼用牧草的研究。*通訊作者，副教授，從事飼用牧草和土壤生物生態(tài)研究。

收稿日期2016-03-25

中圖分類號S 156.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)11-168-03