沼渣土壤調(diào)理劑對(duì)膠東地區(qū)酸性土壤改良效果研究

王愛英， 趙嘯林， 孫玲麗， 李 華， 羅 星

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)研究院， 山東 煙臺(tái) 264670； 2.眾德肥料(煙臺(tái))有限公司， 山東 煙臺(tái) 264000)

膠東地區(qū)三面環(huán)海，土壤以棕壤為主，面積約131萬公頃，占土壤總面積的79.9%，其中耕地面積67萬公頃，占耕地總面積的75.45%[1]。棕壤呈微酸性，是具有明顯黏化特性的淋溶性土壤。由于自然環(huán)境和人為因素的影響，棕壤出現(xiàn)日益酸化的問題，已成為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的重要因素之一[2]。土壤酸化的根本原因是土壤中的鹽基性陽離子減少，H+，Al3+增加所導(dǎo)致[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，膠東地區(qū)的棕壤pH值<5.5的土壤面積占總面積78.97%，其中招遠(yuǎn)果園土壤酸化最為嚴(yán)重[4]。

膠東地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，畜禽養(yǎng)殖廢棄物沼氣化處理，是一種有效的資源化和能源化利用的方式[5]。沼液、沼渣合理化農(nóng)田利用是制約沼氣工程發(fā)展的重要因素。沼渣富含土壤所需的有機(jī)物質(zhì)及易于植物吸收的小分子腐殖酸，可以直接還田，用于提高土壤地力[6]。但新鮮沼渣含水率高，不易長距離運(yùn)輸，在施用過程中氮損失較大，一般需要進(jìn)行加工，便于銷售和施用[7]。沼渣可增強(qiáng)土壤對(duì)酸的緩沖性能，但見效相對(duì)化學(xué)改良劑較慢。牡蠣殼的碳酸鈣含量占其質(zhì)量的90%以上[8]，并可提供鈣、鎂等微量元素，主要部分為葉片狀棱柱層，含有大量微孔[9]，具有較強(qiáng)的吸附能力?；ㄉ鷼し壑泻邪举|(zhì)素、纖維素、蛋白質(zhì)等大量有機(jī)化合物,含有維生素和礦物質(zhì)及部分氨基酸，也可調(diào)節(jié)堆肥含水率[10]，是一種優(yōu)良的發(fā)酵添加劑。

本研究針對(duì)膠東地區(qū)土壤酸化問題，選取酸化山地棕壤為供試土壤，當(dāng)?shù)卣託夤こ趟a(chǎn)的新鮮沼渣做主要原料配以花生殼粉和具有地域特色的牡蠣殼粉，制備土壤調(diào)理劑，并研究這種土壤調(diào)理劑對(duì)酸化棕壤的改良效果，以期為解決膠東地區(qū)土壤酸化問題一種新方法。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺(tái)研究院試驗(yàn)基地進(jìn)行。新鮮沼渣來自于山東某生物科技股份有限公司；牡蠣殼粉由某肥料(煙臺(tái))有限公司提供；花生殼粉購自煙臺(tái)市某生物有限公司；供試上海青油菜種子、尿素、磷酸二氫銨、硫酸鉀購置于煙臺(tái)市某種子公司；供試土壤采集于煙臺(tái)市萊山區(qū)果園，在自然條件下風(fēng)干，過1 mm篩，基本理化指標(biāo)：pH值4.79，有機(jī)質(zhì)含量2.12%，堿解氮74.59 mg·kg-1，速效磷68.42 mg·kg-1，速效鉀159.88 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 土壤調(diào)理劑制備

按照體積分?jǐn)?shù)，取新鮮沼渣100份，加入花生殼粉30份混合均勻，加入少量發(fā)酵菌，調(diào)節(jié)含水率65%，堆肥發(fā)酵，第3天開始每隔三天翻堆一次，堆肥發(fā)酵20天，其中高溫階段(60℃以上)不少于7天，發(fā)酵20天后制成沼渣肥,略帶芳香氣味，較為松散，成黑褐色，pH值為7.05，呈弱堿性。

沼渣肥中加入一定量的牡蠣殼粉混合均勻配制成土壤調(diào)理劑，堆放陳化20天后備用。理化指標(biāo)如表1所示，這種土壤調(diào)理劑呈堿性pH值8.08，有機(jī)質(zhì)含量27.04%，總養(yǎng)分含量3.63%，是一種有機(jī)-無機(jī)土壤調(diào)理劑。

表1 土壤調(diào)理劑理化指標(biāo)

1.2.2 土壤調(diào)理劑施入條件的優(yōu)化

本研究采用盆栽油菜的方式研究土壤調(diào)理劑對(duì)酸性土壤調(diào)理效果和對(duì)農(nóng)作物的生長影響。設(shè)計(jì)7個(gè)處理，稱取一定量的酸化土壤，按照干重比例分別施入0%，5%，8%，10%，15%，20%，25%的土壤調(diào)理劑，以施入25%土壤調(diào)理劑土壤中氮磷鉀含量為參考，用尿素、磷酸二氫銨、硫酸鉀補(bǔ)充其余各組土樣中的養(yǎng)分，使每組的總養(yǎng)分保持一致。另設(shè)一對(duì)照作為處理8，施入15%的沼渣肥1174.49 g，補(bǔ)充尿素19.73 g，磷酸二氫銨14.31 g，硫酸鉀10.06 g，各組土壤混合均勻后裝入花盆中，每盆裝入7 kg土壤，每組做3個(gè)平行。表2為每盆施入土壤調(diào)理劑和補(bǔ)充氮、磷、鉀相應(yīng)質(zhì)量。

土壤裝盆后穩(wěn)定10 d，然后每盆播種油菜種子20粒，定時(shí)澆水，觀察蔬菜長勢(shì)。出苗40 d后收獲蔬菜，同時(shí)采集土樣進(jìn)行檢測(cè)分析。

1.3 檢測(cè)方法

土壤理化性質(zhì)檢測(cè)方法：五點(diǎn)取樣法從各盆取土樣，自然條件下風(fēng)干；酸度計(jì)測(cè)定土壤pH值；烘干法測(cè)定土壤含水量；環(huán)刀法測(cè)定土壤容重，計(jì)算土壤孔隙度；威爾科克斯法測(cè)定土壤田間持水量；凱氏定氮法測(cè)定土壤總氮；鉬銻抗顯色法測(cè)定土壤總磷；火焰光度法測(cè)土壤總鉀[11]。

油菜生理指標(biāo)測(cè)定方法：以盆為單位測(cè)定油菜鮮重；2,6-二氯靛酚滴定法測(cè)定維生素C含量[12]；分光光度法測(cè)定葉綠素含量[13]。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。顯著性分析采用新復(fù)極差法α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤調(diào)理劑施入量對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 不同土壤調(diào)理劑施入量對(duì)土壤pH值的影響

制備的土壤調(diào)理劑pH值為8.08，屬于堿性土壤調(diào)理劑，對(duì)土壤具有調(diào)劑pH值的作用，不同施入量對(duì)土壤pH值影響不同，結(jié)果如圖1所示。隨著土壤調(diào)理劑施入量的增加，土壤pH值有增大的趨勢(shì)，當(dāng)10%的土壤調(diào)理劑時(shí)，pH值平均增加了1.18。繼續(xù)增加土壤調(diào)理劑的量，土壤pH值繼續(xù)增加，但增加幅度不大。酸化土壤的調(diào)理是個(gè)長期過程，為了不破壞土壤結(jié)構(gòu)，本研究建議單次施用土壤調(diào)理劑提升土壤pH值1個(gè)單位較為合適，因此加入10%土壤調(diào)理劑對(duì)酸化土壤較為有效。施入15%的沼渣肥后，使土壤pH增加了1.03，對(duì)土壤酸化有改良作用，添加了同等劑量的土壤調(diào)理劑使土壤pH增加了1.53，可見牡蠣殼粉的添加顯著提高了調(diào)理劑對(duì)土壤酸性的改良效果。

圖1 不同土壤調(diào)理劑施入量對(duì)土壤pH值的影響

2.1.2 不同土壤調(diào)理劑施入量對(duì)土壤土壤容重、孔隙度的影響

土壤容重是土壤緊實(shí)程度的一個(gè)重要指標(biāo)，土壤團(tuán)聚體、土粒之間和土壤團(tuán)聚體內(nèi)部都有孔隙，這些孔隙和密實(shí)程度影響土壤水、肥、氣、熱等狀態(tài)[14]。土壤的酸化造成了團(tuán)聚體的減少，使土壤密實(shí)程度增加，孔隙度降低。在提升土壤pH值的同時(shí)應(yīng)該密切關(guān)注土壤容重的變化。本研究使用的土壤調(diào)理劑是一種有機(jī)-無機(jī)土壤調(diào)理劑，對(duì)改善土壤結(jié)構(gòu)具有一定的幫助，研究結(jié)果如表3所示。施入土壤調(diào)理劑后容重逐漸降低，施用25%土壤調(diào)理劑容重最低，達(dá)到1.0733 g·cm-3；土壤孔隙度逐漸增加，施用25%土壤調(diào)理劑孔隙度最高，達(dá)到59.33%。其中施入土壤調(diào)理劑10%，15%，20%的3組處理差異不顯著。綜合考慮，雖然施入25%土壤調(diào)理劑具有最佳效果，但施用10%的土壤調(diào)理劑已經(jīng)顯著改善了土壤密實(shí)程度，提高了土壤孔隙度，因此本研究建議施用10%的土壤調(diào)理劑對(duì)板結(jié)土壤進(jìn)行改良。

2.1.3 不同土壤調(diào)理劑施入量對(duì)土壤持水量的影響

土壤水分運(yùn)移和儲(chǔ)存在養(yǎng)分運(yùn)輸和植物生長過程中發(fā)揮著重要作用，土壤水分特征主要為土壤持水[15]。土壤持水量是土壤所能維持的較穩(wěn)定的水含量，是土壤水吸能力的體現(xiàn)。不同比例的土壤調(diào)理劑檢測(cè)土壤持水量如圖2所示。隨著土壤調(diào)理劑量的增加，土壤持水量增加，說明這種有機(jī)-無機(jī)土壤調(diào)理劑具有提高土壤保水效果的作用。當(dāng)施用8%的土壤調(diào)理劑時(shí)，土壤持水量提高27%，變化顯著。繼續(xù)增加土壤調(diào)理劑的量，土壤持水量進(jìn)一步增加，但增加趨于緩和。施用25%土壤調(diào)理劑，土壤持水量提高35.8%。說明施用8%土壤調(diào)理劑能顯著改善土壤持水效果。

表3 不同土壤調(diào)理劑施入量對(duì)土壤容重、孔隙度的影響

圖2 不同土壤調(diào)理劑施入量對(duì)土壤持水量的影響

2.2 不同土壤調(diào)理劑施入量對(duì)作為品質(zhì)影響

2.2.1 對(duì)小油菜生物量的影響

土壤條件的變化會(huì)影響地上作物產(chǎn)量，施入不同比例的土壤調(diào)理劑對(duì)小油菜的產(chǎn)量具有明顯的影響作用。由圖3可以看出，隨著施入土壤調(diào)理劑比例的增加，小油菜的產(chǎn)量有增加的趨勢(shì)。其中施入10%土壤調(diào)理劑產(chǎn)量提高22.5%；施入20%的土壤調(diào)理劑對(duì)提高小油菜產(chǎn)量影響較大，單盆產(chǎn)量達(dá)到86.8 g，相對(duì)空白產(chǎn)量提高82%。當(dāng)施入量超過20%之后，對(duì)提高小油菜產(chǎn)量效果不顯著。

2.2.2 對(duì)小油菜Vc含量的影響

維生素是人體必不可少的營養(yǎng)元素，Vc含量的多少是衡量蔬菜品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。如圖4所示，隨著土壤調(diào)理劑施入量的增加，種植的小油菜Vc含量也呈增加趨勢(shì)。施加5%土壤調(diào)理劑對(duì)小油菜Vc含量影響不顯著，其余各處理對(duì)Vc含量影響均顯著提高。施入10%土壤調(diào)理劑能提高小油菜Vc含量27%，施入20%提高54%，施入25%提高80%。因此較大量的土壤調(diào)理劑能夠明顯改善油菜的品質(zhì)。這是因?yàn)楸狙芯恐苽涞挠袡C(jī)-無機(jī)土壤調(diào)理劑中富含鉀、鈣、鎂、鐵等?；瘜W(xué)肥料中不包含的中、微量營養(yǎng)元素，能調(diào)節(jié)植物內(nèi)環(huán)境，促進(jìn)植物均衡生長從而改善了油菜品質(zhì)[16]。

圖3 不同土壤調(diào)理劑施入量對(duì)小油菜產(chǎn)量的影響

圖4 不同土壤調(diào)理劑施入量對(duì)小油菜Vc含量的影響

圖5 不同土壤調(diào)理劑施入量對(duì)小油菜葉綠素含量的影響

2.2.3 對(duì)小油菜葉綠素含量的影響

葉綠素是直接影響綠色植物光合作用速率和光合產(chǎn)物形成的重要因素，是小油菜品質(zhì)的重要體現(xiàn)。在土壤中施入不同比例的土壤調(diào)理劑對(duì)種植作物小油菜總?cè)~綠素含量均有影響。如圖5所示，總?cè)~綠素含量隨施加土壤調(diào)理劑的比例增加而增大，相對(duì)不添加土壤調(diào)理劑，添加10%，20%，25%土壤調(diào)理劑，小油菜中總?cè)~綠素含量分別提高21%，34%，40%。

3 結(jié)論

本研究所用的土壤調(diào)理劑是用新鮮沼渣、花生殼粉和牡蠣殼粉制備的，其中沼渣可以單獨(dú)用于調(diào)理土壤結(jié)構(gòu)，牡蠣殼粉能有效提高土壤pH值。本研究制備的土壤調(diào)理劑兼具沼渣和牡蠣殼粉的功能，是一種有機(jī)-無機(jī)復(fù)合型土壤調(diào)理劑。通過研究發(fā)現(xiàn)這種土壤調(diào)理劑具有以下作用：

(1)本研究制備的土壤調(diào)理劑富含有機(jī)質(zhì)，腐殖質(zhì)，N，P，K，Ca等營養(yǎng)元素，施加量在25%之內(nèi)能促進(jìn)小油菜的生長，增加小油菜Vc含量，提升葉綠素含量；

(2)這種土壤調(diào)理劑能顯著改善土壤結(jié)構(gòu)，提升土壤質(zhì)量。當(dāng)施入10%時(shí)能提升土壤pH值1以上，土壤容重降低10%，孔隙度增加9.6%，土壤持水量增加24%。

這種調(diào)理劑能有效改良酸化土壤，提高養(yǎng)分利用率，具有保水作用，有利于作物生長。本研究使用盆栽實(shí)驗(yàn)，添加比例用占土壤質(zhì)量百分比進(jìn)行計(jì)算，對(duì)溫室栽培有一定的指導(dǎo)作用。針對(duì)大田酸化嚴(yán)重土壤，建議這種有機(jī)-無機(jī)土壤調(diào)理劑施用量8 t·畝-1，具有較好的改良效果。