不同土壤調(diào)理劑對(duì)甘薯產(chǎn)量及土壤酸化改良研究

何林夫，石 江，駱樂(lè)談，章紅運(yùn)，趙 琳*

(1.杭州蕭山技師學(xué)院，浙江杭州 311201；2.杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江杭州 310024；3.浙江省勿忘農(nóng)種業(yè)股份有限公司，浙江杭州 310020)

近年來(lái)我國(guó)土壤酸化的時(shí)間周期越來(lái)越短，范圍也越來(lái)越大。造成土壤偏酸的原因主要有集中降水且量大，淋溶作用強(qiáng)烈，堿性鹽基流失；長(zhǎng)期過(guò)量施用復(fù)合肥；大氣污染、酸雨等。目前我國(guó)南方黃紅壤地區(qū)已成為世界上除北美和歐洲之外的第三大酸雨區(qū)。土壤酸化是指在自然和人為條件下土壤值下降的現(xiàn)象，是土壤退化的重要標(biāo)志之一。土壤酸化可造成農(nóng)作物減產(chǎn)、營(yíng)養(yǎng)元素流失、金屬和重金屬化合物的溶解度增加。我國(guó)關(guān)于土壤酸化問(wèn)題的研究尚少，并集中于華南土壤酸化較明顯的紅壤地區(qū)。近年來(lái)，人為活動(dòng)導(dǎo)致的土壤酸化越來(lái)越嚴(yán)重，土壤酸化會(huì)導(dǎo)致土壤僵硬板結(jié)，甚至土表結(jié)皮，耐旱能力變差；肥料流失嚴(yán)重，利用率不足30%；鉻、鉛、鎘等有毒重金屬離子溶解度升高，活性增加，毒害作物的根部;土壤微生物的氨化作用和硝化作用能力下降，養(yǎng)分吸收受阻，生長(zhǎng)變慢，產(chǎn)量降低。

針對(duì)土壤退化的主要成因，國(guó)內(nèi)研究者相繼提出了施石灰的酸堿度人工調(diào)節(jié)、石灰氮和加客土式土壤墾復(fù)等主要恢復(fù)手段。施用石灰是實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)對(duì)土壤酸化的一項(xiàng)傳統(tǒng)措施，施用一定量的石灰可以中和土壤酸度，改善土壤的理化性質(zhì)，提高土壤養(yǎng)分有效性，降低Al和其他重金屬對(duì)作物的毒害。但長(zhǎng)期施用石灰也暴露出一些弊端，如頻繁、過(guò)度地施用石灰不但造成土壤板結(jié)，更使土壤復(fù)酸化程度加強(qiáng)，引起土壤Ca、Mg失衡。在土壤實(shí)際修復(fù)中，還沒(méi)有合適的改良劑既能有效地中和土壤酸化，調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分比例，又能改善土壤微環(huán)境恢復(fù)土壤微生物多樣性和功能。因此，開(kāi)發(fā)合理的土壤酸化改良劑和改良方案，對(duì)促進(jìn)土壤酸化治理具有重要意義。

1 材料與方法

甘薯材料為“杭薯2號(hào)”，該品種株型半直立，長(zhǎng)蔓、莖頂端絨毛無(wú)或疏，頂芽花青苷顯色強(qiáng)度無(wú)或弱，頂葉綠色，單株薯數(shù) 5～8 個(gè)，薯塊柱形，大、中薯率高，薯皮紅色，薯肉白色，薯塊萌芽性中等，出苗較快，干率 44.2%，淀粉率 72.1%，蛋白質(zhì) 3.5%，可溶性糖 4.1%，還原糖 3.2%，為杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院自主選育的優(yōu)良甘薯品系，目前已申報(bào)非主要農(nóng)作物登記。

田間試驗(yàn)布置。試驗(yàn)設(shè)于臨安錦東糧油專(zhuān)業(yè)合作社(板橋)試驗(yàn)點(diǎn)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3次重復(fù)，2019年4月28日扦插，每個(gè)小區(qū)8.60 m×5.65 m，小區(qū)之間間隔1 m。試驗(yàn)所需的有機(jī)肥、土壤調(diào)理劑、生石灰和生物質(zhì)炭等材料均為統(tǒng)一采購(gòu)，生石灰從杭州臨安昇達(dá)農(nóng)業(yè)生物科技有限公司采購(gòu)，土壤調(diào)理劑從浙江豐瑜生態(tài)科技股份有限公司采購(gòu)，商品有機(jī)肥從杭州臨安錦來(lái)富生物科技有限公司采購(gòu)，生物質(zhì)炭從姚氏炭業(yè)采購(gòu)。在覆蓋和施肥之前，將改良劑施入土壤表層(0～20 cm)，具體處理見(jiàn)表1。

表1 甘薯不同田間處理Table 1 Different field treatments of sweet potato

樣品采集與檢測(cè)。試驗(yàn)前(2019年4月11日)和甘薯收獲結(jié)束后(2019年8月4日)，分別在各小區(qū)采用梅花形法均勻隨機(jī)采取5個(gè)采樣點(diǎn)土樣，采樣工具用不銹鋼土鉆，取樣深度為耕層15 cm左右，充分混合后按四分法留取1 kg組成一個(gè)土壤樣品，并填寫(xiě)好相應(yīng)標(biāo)簽。

土壤樣品處理。從野外采回的土壤樣品均勻倒在樣品盤(pán)上，攤成薄薄一層，置于干凈整潔的室內(nèi)通風(fēng)處自然風(fēng)干，嚴(yán)禁暴曬。風(fēng)干后的土樣平鋪在制樣板上，用木棍或塑料棍碾壓，并將植物殘?bào)w、石塊等侵入體和新生體剔除干凈。壓碎的土樣用2 mm孔徑篩過(guò)篩，將通過(guò)2 mm孔徑篩的土樣用四分法取出一部分繼續(xù)碾磨，使之全部通過(guò)0.25 mm尼龍網(wǎng)篩，供有機(jī)質(zhì)、全氮等項(xiàng)目的測(cè)定。

樣品檢測(cè)。土壤pH采用pH計(jì)測(cè)定，有機(jī)質(zhì)測(cè)定參照魯如坤的方法，采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤中堿解氮含量，速效磷采用NaHCO法浸提，鉬藍(lán)比色法測(cè)定含量，速效鉀采用NHCOONH浸提，火焰光度計(jì)測(cè)定。

品質(zhì)檢測(cè)。可溶性糖的檢測(cè)方法參考GB 5009.8—2016；還原糖的檢測(cè)方法參考GB 5009.7—2016；水分的檢測(cè)方法參考GB 5009.3—2016。

用Excel 2016錄入和整理數(shù)據(jù)，然后用SAS JMP 14 pro 和OriginPro 8.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

有機(jī)肥(OF)、有機(jī)肥分別配施調(diào)理劑(OF+T)、配施生物質(zhì)炭(OF+B)、配施石灰(OF+L)、配施阿美滋(OF+A)及單施生物質(zhì)炭(B)土壤pH分別達(dá)5.91、6.16、6.61、7.41、5.89、6.64，相比對(duì)照分別提高了0.68、0.93、1.38、2.18、0.66和1.41。所有處理與對(duì)照差異顯著，其中在有機(jī)肥配施生石灰的處理下，pH最高，達(dá)7.41；單施生物質(zhì)炭情況下，土壤pH為6.64，而有機(jī)肥配施生物質(zhì)炭處理與單施生物質(zhì)炭相比，土壤pH有所下降，為6.61；有機(jī)肥配施阿美滋的處理下，pH增加最少，僅為0.66(圖1)。

注：不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05)圖1 不同處理下土壤pH的變化Fig.1 Changes of soil pH value under different treatments

有機(jī)肥(OF)、有機(jī)肥分別配施調(diào)理劑(OF+T)、配施生物質(zhì)炭(OF+B)、配施石灰(OF+L)、配施阿美滋(OF+A)及單施生物質(zhì)炭(B)土壤有機(jī)質(zhì)分別達(dá)32.66、31.36、37.65、33.38、26.04和34.46 g/kg，相比對(duì)照分別提高了31.53%、26.32%、51.62%、34.43%、4.89%和38.79%。所有處理中，僅有機(jī)肥配施阿美滋與對(duì)照相比，差異不顯著。有機(jī)肥配施生物質(zhì)炭處理下，土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，為37.65 g/kg，其次為單施生物質(zhì)炭，有機(jī)質(zhì)含量達(dá)34.46 g/kg(圖2)。

注：不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05) 圖2 不同處理下土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化Fig.2 Changes of soil organic matter content under different treatments

有機(jī)肥(OF)、有機(jī)肥分別配施調(diào)理劑(OF+T)、配施生物質(zhì)炭(OF+B)、配施石灰(OF+L)、配施阿美滋(OF+A)及單施生物質(zhì)炭(B)土壤速效鉀含量分別達(dá)120.25、252.20、218.33、169.35、137.49、145.49 mg/kg，相比對(duì)照平均提高了-11.69%、85.22%、60.35%、24.37%、0.97%和6.85%。所有處理中，有機(jī)肥處理與對(duì)照相比，土壤速效鉀含量降低，有機(jī)肥分別配施調(diào)理劑與有機(jī)肥配施生物質(zhì)炭的處理，與對(duì)照相比，差異顯著，其他處理與對(duì)照相比差異均不顯著(圖3)。

有機(jī)肥(OF)、有機(jī)肥分別配施調(diào)理劑(OF+T)、配施生物質(zhì)炭(OF+B)、配施石灰(OF+L)、配施阿美滋(OF+A)及單施生物質(zhì)炭(B)土壤有效磷含量分別達(dá)94.34、82.87、88.61、97.76、107.64、106.20 mg/kg，相比對(duì)照平均提高了13.68%、-0.13%、6.78%、17.81%、29.71%、27.98%。所有處理中，僅有機(jī)肥配施阿美滋及單施生物質(zhì)炭與對(duì)照相比，差異顯著，其他處理與對(duì)照相比差異均不顯著。有機(jī)肥配施土壤調(diào)理劑的處理，土壤有效磷的含量不升反降，有機(jī)肥配施阿美滋的處理下，土壤有機(jī)磷含量增長(zhǎng)最多，為29.71%(圖4)。

注：不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05) 圖3 不同處理下土壤速效鉀含量的變化Fig.3 Changes of soil available potassium content under different treatments

注：不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05) 圖4 不同處理下土壤有效磷含量的變化Fig.4 Changes of soil available phosphorus content under different treatments

有機(jī)肥(OF)、有機(jī)肥分別配施調(diào)理劑(OF+T)、配施生物質(zhì)炭(OF+B)、配施石灰(OF+L)、配施阿美滋(OF+A)及單施生物質(zhì)炭(B)土壤堿解氮含量分別達(dá)116.42、116.11、110.84、114.02、113.64、132.80 mg/kg，相比對(duì)照分別提高了7.25%、6.96%、2.11%、5.04%、4.69%、22.34%。所有處理與對(duì)照相比，僅單施生物質(zhì)炭的處理土壤堿解氮與對(duì)照差異顯著，其他處理差異均不顯著(圖5)。

注：不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05) 圖5 不同處理下土壤堿解氮含量的變化Fig.5 Changes of soil alkali hydrolyzable nitrogen content under different treatments

有機(jī)肥(OF)、有機(jī)肥分別配施調(diào)理劑(OF+T)、配施生物質(zhì)炭(OF+B)、配施石灰(OF+L)、配施阿美滋(OF+A)及單施生物質(zhì)炭(B)甘薯產(chǎn)量分別達(dá)10 608.30、11 618.55、11 844.45、11 086.65、10 835.55和11 197.20 kg/hm，相比對(duì)照分別增加了2.99%、12.80%、14.99%、7.64%、5.20%和8.71%。有機(jī)肥配施生物質(zhì)炭和有機(jī)肥配施土壤調(diào)理劑的處理與對(duì)照相比，差異顯著，其余處理與對(duì)照相比差異不顯著，產(chǎn)量最高的處理為有機(jī)肥配施生物質(zhì)炭(圖6)。

注：不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05) 圖6 不同處理下甘薯產(chǎn)量的變化Fig.6 Changes of yield of sweet potato under different treatments

有機(jī)肥(OF)、有機(jī)肥分別配施調(diào)理劑(OF+T)、配施生物質(zhì)炭(OF+B)、配施石灰(OF+L)、配施阿美滋(OF+A)及單施生物質(zhì)炭(B)處理下，甘薯的可溶性糖含量、還原糖含量和水分指標(biāo)見(jiàn)表2。由表2可知，生物質(zhì)炭處理下，甘薯的可溶性糖和還原糖含量最高，分別高于對(duì)照4.0、1.6 g/kg，差異顯著；而水分低于對(duì)照5.0 g/kg，差異不顯著。有機(jī)肥配施調(diào)理劑的處理下，還原糖比對(duì)照高0.7 g/kg，水分比對(duì)照高17.7 g/kg，差異均不顯著。

3 結(jié)論與討論

(1)在改善土壤pH方面，所有處理與對(duì)照相比，pH均出現(xiàn)不同程度的提升。有機(jī)肥配施生石灰的處理下，pH最高；單施生物質(zhì)炭處理下的pH比有機(jī)肥配施生物質(zhì)炭處理下的pH高0.03；有機(jī)肥配施阿美滋的處理下，pH增加最少，僅為0.66，說(shuō)明生物質(zhì)炭可提高土壤pH，阿美滋對(duì)土壤pH的提升效果一般。

(2)在提高土壤有機(jī)質(zhì)含量方面，有機(jī)肥配施生物質(zhì)炭處理下，土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，為37.65 g/kg，其次為單施生物質(zhì)炭，有機(jī)質(zhì)含量達(dá)34.46 g/kg，而有機(jī)肥配施阿美滋處理下，有機(jī)質(zhì)含量也有所提升，但與對(duì)照相比，差異不顯著。說(shuō)明生物質(zhì)炭的施用可提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，生物質(zhì)炭配施有機(jī)肥后，有機(jī)質(zhì)含量提升更多，但阿美滋的使用對(duì)提升土壤有機(jī)質(zhì)含量效果不顯著。

表2 不同處理下甘薯品質(zhì)Table 2 Sweet potato quality under different treatments

(3)在土壤速效鉀、有機(jī)磷和堿解氮含量方面，有機(jī)肥處理降低了土壤速效鉀含量，有機(jī)肥配施調(diào)理劑與有機(jī)肥配施生物質(zhì)炭的處理，與對(duì)照相比，速效鉀含量差異顯著，分別增加85.22%、60.35%。有機(jī)肥配施土壤調(diào)理劑的處理下，土壤有效磷的含量不升反降，有機(jī)肥配施阿美滋的處理下，土壤有機(jī)磷含量增長(zhǎng)最多，為29.71%。單施生物質(zhì)炭的處理下，土壤堿解氮與對(duì)照相比，增加了22.34%，說(shuō)明單施有機(jī)肥不利于土壤中氮磷鉀含量的提升。

(4)在甘薯產(chǎn)量方面，所有處理與對(duì)照相比，產(chǎn)量均提高。其中有機(jī)肥配施生物質(zhì)炭處理下，產(chǎn)量最高，其次為有機(jī)肥配施土壤調(diào)理劑的處理，產(chǎn)量提高12.80%，單施生物質(zhì)炭處理與對(duì)照相比，產(chǎn)量提高8.71%，但差異不顯著。說(shuō)明生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑的施用可提高甘薯產(chǎn)量，阿美滋、生石灰的施用同樣可提高產(chǎn)量，但效果不明顯。

(5)在甘薯品質(zhì)指標(biāo)方面，生物質(zhì)炭施用后，甘薯可溶性糖和還原糖含量分別提高了4.0、1.6 g/kg，而水分降低5.0 g/kg。有機(jī)肥配施土壤調(diào)理劑的處理下，還原糖提高0.7 g/kg，水分增加17.7 g/kg，說(shuō)明生物質(zhì)炭可提高甘薯可溶性糖和還原糖含量，降低水分，土壤調(diào)理劑可提高還原糖含量，增加水分。

(6)綜合土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量、產(chǎn)量和品質(zhì)等方面指標(biāo)，有機(jī)肥配施生石灰可快速提升土壤的pH，但有機(jī)質(zhì)含量、速效鉀含量、有效磷含量、堿解氮含量、產(chǎn)量和品質(zhì)等指標(biāo)的提升效果不佳；有機(jī)肥配施生物質(zhì)炭可顯著提高土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量、土壤速效鉀含量、甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)等指標(biāo)；有機(jī)肥配施土壤調(diào)理劑可提高甘薯產(chǎn)量和還原糖含量等指標(biāo)；單施生物質(zhì)炭可提高土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量、有效磷含量、堿解氮含量、甘薯產(chǎn)量和品質(zhì)等指標(biāo)，但相對(duì)而言，配施有機(jī)肥效果更佳。綜合而言，在甘薯土壤酸化治理過(guò)程中，可選用有機(jī)肥配施生物質(zhì)炭來(lái)提高其產(chǎn)量和品質(zhì)。

生物質(zhì)炭對(duì)甘薯土壤酸化性質(zhì)的改良效果盡管鮮有報(bào)道，但生物質(zhì)炭在南方油菜()上的應(yīng)用研究證實(shí)其具有良好地改良土壤酸性潛力。 該研究結(jié)果與前人研究結(jié)果較為一致，這是因?yàn)樯镔|(zhì)炭是由生物質(zhì)材料熱解而成，其pH、有機(jī)官能團(tuán)、碳酸鹽、灰分堿含量與生物質(zhì)材料相比均得到了明顯提高，能夠有效中和土壤酸性。生物質(zhì)炭因?yàn)榫哂懈叨确枷阈缘奶冀M分和較高的碳氮比，在土壤中不易被微生物降解。

施用生石灰是常見(jiàn)的改良土壤酸化問(wèn)題的手段，陳燕霞等研究表明，施用石灰或石灰加沸石可以顯著或極顯著降低菜園酸化土壤中的交換性鋁含量，減少鋁毒，提高土壤 pH。該方法簡(jiǎn)單快捷，但也存在土壤板結(jié)等問(wèn)題。而近年來(lái)以堿渣、粉煤灰和脫硫廢棄物等為主要原料的土壤調(diào)理劑也取得了較好的應(yīng)用和推廣效果。黃慶等利用堿渣和城市污泥制造的多元酸性土壤調(diào)理劑改良酸性菜園土的試驗(yàn)中，pH提高0.69，鹽基飽和度提高33.18%，有效鋁降低40.39%。該研究結(jié)果與前人報(bào)道結(jié)果較為一致，生石灰或土壤調(diào)理劑的施用同樣可提高土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量，不同程度改善土壤酸化。