改良營養(yǎng)液對露地酸性土壤礦物質(zhì)元素含量及其生物有效性的影響

鄧愛妮 酒元達(dá) 吳彬 劉子記 趙敏

摘? 要：本研究選取露地櫻桃番茄酸性土壤為試驗對象，分別施用復(fù)合肥、復(fù)合肥改良液追肥，比較分析改良液配施下土壤pH、陽離子交換量、交換性鈣鎂和有效銅、錳、鋅、鐵含量及其在櫻桃番茄植株新葉和果實樣品中的含量變化趨勢，探討改良液配施對露地酸性土壤、植株和果實中礦物質(zhì)元素含量的影響。結(jié)果表明：改良液配施追肥的試驗區(qū)土壤pH提升了0.3個單位，復(fù)合肥單施追肥的對照區(qū)土壤pH下降了0.2個單位;隨著改良液施用時間的增加，試驗區(qū)土壤陽離子交換量和交換性鈣含量顯著高于對照區(qū)，有效銅含量顯著低于對照區(qū)，對交換性鎂、有效錳、鋅、鐵含量的影響不明顯;改良液施用過程中不會產(chǎn)生植株缺素或過量的危害，可以替代部分化肥施用于露地酸性土壤。

關(guān)鍵詞：露地酸性土壤;改良營養(yǎng)液;櫻桃番茄;pH;礦物質(zhì)元素

中圖分類號：S156.99? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Effects of Improved Liquid Fertilizer on Soil Mineral Elements and Bioavailability in Openair Field Acid Soil

DENG Aini1， JIU Yuanda1， WU Bin1， LIU Ziji2， ZHAO Min1*

1. Analysis & Testing Center， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Hainan Provincial Key Laboratory of Quality and Safety for Tropical Fruits and Vegetables， Haikou， Hainan 571101， China; 2. Tropical Crops Genetic Resources Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Danzhou， Hainan 571737， China

Abstract： The effects of the application of compound fertilizer and compound fertilizerimproved liquid fertilizer on

the changes of soil pH， cation exchange capacity， exchangeable calcium and magnesium， available copper， manganese， zinc， iron， plumbum， cadmium， chromium， nickel in the cherry-tomato acid soilwere studied. The application of

improved liquid fertilizer could increase the treated plot soil pH， cation exchange capacity and exchangeable calcium significantly compared with the control， and decrease the soil available copper significantly， but had little effects on soil exchangeable magnesium and available manganese， zinc， iron. The improved liquid fertilizer would not produce damage of plant element deficiency or excessive during the fertilization process. It could be used in the Openair field acid soil instead of some conventional fertilizers.

Keywords： Openair field acid soil; improved liquid; cherry-tomato; pH; mineral elements

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.05.004

露地種植和大棚種植是目前蔬菜種植的主要方式，露地種植經(jīng)濟(jì)效益低于大棚種植，但生態(tài)效益高于大棚種植[1]。櫻桃番茄是海南冬季瓜菜主要經(jīng)濟(jì)作物，以露地種植為主，年種植面積約6667萬hm2[2]。由于種植年限的增加，越來越嚴(yán)重的土壤酸化、板結(jié)、植株生長矮小、葉片異常等連作障礙問題已經(jīng)影響到了農(nóng)戶的正常生產(chǎn)，最直接的影響是櫻桃番茄產(chǎn)量和品質(zhì)下降。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，這些櫻桃番茄種植區(qū)土壤pH小于5.0，而櫻桃番茄適宜的土壤pH為5.6～6.7[3];櫻桃番茄需肥量大，農(nóng)戶常施用的肥料大部分為復(fù)合肥、尿素等酸性或生理酸性化肥[4]，這類化肥的過量使用加劇了土壤酸化程度[5];高溫高濕多雨的環(huán)境中，露地種植酸性土壤的養(yǎng)分淋溶流失速率加快等。研究表明土壤酸化會加快鉀、鈣、鎂從土壤膠體表面的溶解而流失[6]，在高溫高濕環(huán)境中的番茄植株容易缺鈣和鎂等;銅、錳、鋅、鐵等微量元素在酸性土壤中溶解度提高[7]，如土壤錳過剩會導(dǎo)致番茄植株徒長、失綠等癥狀。因此，改良酸化嚴(yán)重的土壤、培肥土壤地力和減少酸性化肥的施用是提高海南省櫻桃番茄畝產(chǎn)量的重要措施。

目前調(diào)節(jié)土壤酸度的方法主要有施用石灰[8]、鋼渣磷肥[9]、生物質(zhì)炭[10]以及鈣鎂磷肥[11-13]等堿性物質(zhì)，這些堿性物質(zhì)通過科學(xué)施用均能達(dá)到提高土壤pH和鈣、鎂等元素活性的作用。但是，農(nóng)戶在實際生產(chǎn)中逐漸認(rèn)識到連續(xù)撒施石灰會產(chǎn)生碳酸鈣和硫酸鈣沉淀而導(dǎo)致土壤板結(jié)，停止施用后存在較強的復(fù)酸化過程[14]。另外，鋼渣磷肥、生物質(zhì)炭等堿性固體物質(zhì)大規(guī)模農(nóng)用的環(huán)境風(fēng)險還有待評價等[11-13]。上述堿性物質(zhì)大部分為固體顆粒物質(zhì)，調(diào)節(jié)土壤pH效果持久，但是養(yǎng)分釋放和起效慢。因此，課題組結(jié)合調(diào)節(jié)土壤酸度和培肥地力，設(shè)計了一種適用于改良酸性土壤的營養(yǎng)液（簡稱改良液）。前期有關(guān)改良液應(yīng)用效果的研究表明，改良液可以有效提高大棚酸性土壤pH和鈣、鎂、鐵元素的活性[15]，降低土壤中Cd2+活性[16]。但是，由于露地種植受到天氣、土壤等外在因素的影響較大，其土壤理化特性與大棚種植存在較大差別，因此有必要開展露地種植模式下酸性土壤改良田間試驗。本研究擬將櫻桃番茄（Solanum lycopersicom L.）露地種植酸性土壤作為試驗對象，探討改良液施用對露地酸性土壤pH和礦物質(zhì)元素的作用效果，以及對植株葉片、果實樣品中銅、錳、鋅、鐵元素含量的影響，為改良液科學(xué)治理酸性土壤積累豐富的理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 材料

供試土壤：儋州市兩院寶島新村5隊（19°29′27.38″ N，109°29′29.57″ E）‘千禧櫻桃番茄露地種植土壤。

供試肥料：改良液是中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院分析測試中心研發(fā)的堿性含腐殖酸水溶肥料，pH（1∶250）為10，腐殖酸含量大于30 g/L，氮（N）、磷（P2O5）和鉀（K2O）含量總和大于200 g/L;復(fù)合肥為挪威雅苒國際有限公司生產(chǎn)的硫酸鉀型復(fù)合肥料，氮（N）、磷（P2O5）和鉀（K2O）含量均為15%;有機(jī)肥為儋州綠寶豐農(nóng)資有限公司生產(chǎn)。

主要試劑：二乙三胺五乙酸（分析純），乙酸銨（分析純），廣州化學(xué)試劑廠;硝酸（分析純），鹽酸（分析純），乙醇（分析純），廣州化學(xué)試劑廠。

試驗儀器：FE20實驗室pH計，Mettler Toledo公司;MK II M6原子吸收光譜儀，Thermo Electron公司;Optima 8300電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，Perkin Elmer公司;KJELTEC 8420凱氏定氮儀，F(xiàn)OSS公司。

1.2? 方法

1.2.1? 試驗設(shè)計? 櫻桃番茄苗于10月28日移栽，試驗共設(shè)2個小區(qū)：試驗區(qū)和對照區(qū)。試驗區(qū)和對照區(qū)各設(shè)3個平行小區(qū)，面積（666.7 m2）相同，區(qū)組排列。整個櫻桃番茄生育期施肥以基肥和追肥方式進(jìn)行。其中，50 kg/667m2復(fù)合肥、1000 kg有機(jī)肥作為基肥一次性施入土壤，追肥處理為：（1）對照區(qū)，常規(guī)施用復(fù)合肥，2.5 kg/667 m2復(fù)合肥稀釋100倍后采用滴灌方式施肥，相隔1周施加1次;（2）試驗區(qū)，1.2 kg/667 m2復(fù)合肥稀釋100倍～1.0 kg/667 m2改良液稀釋500倍，采用滴灌方式施肥，施肥方式和次數(shù)同對照區(qū)。各處理小區(qū)統(tǒng)一田間管理。

1.2.2? 采樣與制樣方法? 土壤、櫻桃番茄葉片和果實樣品的采集和制備參照《土壤農(nóng)化分析》[17]。

土壤樣品：采集追肥后第1～16周試驗區(qū)和對照區(qū)土壤樣品，每個小區(qū)的土壤樣品參照“S”形線路采集耕層土樣（0～20 cm），隨機(jī)取5點，混合5點土壤樣品，混勻后按照四分法選取待制樣土壤樣品，研磨過10、20、60目篩，分裝入封口袋，保存供分析測試用。

葉片樣品：追肥第16周后，試驗區(qū)和對照區(qū)參照“S”形線路選取正常生長且長勢一致的櫻桃番茄植株，采集同一個高度的櫻桃番茄植株新生葉片樣品，采集了7份試驗區(qū)新葉樣品和6份對照區(qū)新葉樣品，每份樣品重量約500 g，每份樣品單獨制樣，洗凈后，80 ℃烘干，粉碎研磨過篩，室溫下存放，待測。

果實樣品：櫻桃番茄掛果后，選取櫻桃番茄成熟果實，采集了16份試驗區(qū)果實樣品和8份對照區(qū)果實樣品，每份樣品重量不少于500 g，每份樣品單獨制樣，洗凈后取果肉部分制成勻漿，冷凍存放，待測。

1.2.3? 檢測項目與方法? 土壤pH采用酸度計法[18];土壤陽離子交換量測定采用凱氏定氮法[19];土壤交換性鈣和鎂含量測定采用1 mol/L乙酸銨交換原子吸收分光光度法[20];土壤有效鋅、銅測定采用0.1 mol/L HCl浸提原子吸收分光光度法[21-22];土壤有效錳測定采用含對苯二酚的含量1 mol/L乙酸銨交換原子吸收分光光度法[17];土壤有效鐵測定采用1 mol/L乙酸銨（pH 4.8）浸提原子吸收分光光度法[17];植物樣品中鈣、鎂、銅、錳、鋅、鐵含量測定采用硝酸濕式消解等離子體發(fā)射光譜法[23]。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

采用OriginPro 2016軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的計算、處理和制圖，采用統(tǒng)計分析軟件SPSS 16.0進(jìn)行多重比較和顯著性檢驗。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 改良液對露地酸性土壤pH的影響

從施用改良液后開始，監(jiān)測第1、4、8、12、16周試驗區(qū)和對照區(qū)表層土壤pH的變化趨勢。由圖1可知，隨著改良液施用時間的累積，試驗區(qū)表層土壤pH先上升，第8周后回落，達(dá)到第12周后又開始上升，不會產(chǎn)生土壤pH過堿的現(xiàn)象，可見改良液對土壤pH的調(diào)節(jié)具有明顯的緩沖能力。施肥16周后，試驗區(qū)土壤pH為5.90，提升了0.3個單位;對照區(qū)土壤pH為5.46，降低了0.2個單位。與對照區(qū)土壤pH比較，改良液配施追肥的試驗區(qū)土壤pH的提升效果顯著。

2.2? 改良液對露地酸性土壤陽離子交換量、交換性鈣、交換性鎂含量的影響

如圖2所示，試驗區(qū)表層土壤陽離子交換量（圖2A）、交換性鈣（圖2B）、交換性鎂（圖2C）含量呈上升趨勢：試驗區(qū)土壤陽離子交換量、交換性鎂含量變化趨勢相似，改良液施用第1～12周內(nèi)呈上升趨勢，第12周后其含量趨于平穩(wěn);試驗區(qū)表層土壤交換性鈣含量呈先上升到降低再到上升趨勢。與對照區(qū)土壤比較，試驗區(qū)表層土壤陽離子交換量含量的顯著高于對照區(qū);改良液配施追肥對土壤交換性鈣含量的提升效果顯著，但是對交換性鎂含量的作用效果不顯著。

2.3? 改良液對露地酸性土壤有效銅、錳、鋅、鐵含量的影響

植物生長發(fā)育所必須的營養(yǎng)元素包括銅、錳、鋅、鐵等元素，具有與大量元素同等的重要性，而土壤中銅、錳、鋅、鐵等元素的有效態(tài)含量分別代表了土壤中這些營養(yǎng)元素對作物的有效性[24]。土壤中銅、錳、鋅、鐵等元素在土壤中的有效性受土壤pH直接影響。改良液配施后，試驗區(qū)與對照區(qū)土壤有效銅（圖3A）含量的有顯著差異，而有效錳（圖3B）、有效鋅（圖3C）、有效鐵（圖3D）含量與對照區(qū)的差異不顯著。

2.4? 改良液對櫻桃番茄葉片組織和果實樣品中鈣、鎂、銅、錳、鋅、鐵含量的影響

復(fù)合肥單施和改良液復(fù)合肥配施對櫻桃番茄新葉組織和果實吸收鈣、鎂、銅、錳、鋅、鐵等礦物質(zhì)元素的影響如表1所示。與對照區(qū)比較，試驗區(qū)新葉組織樣品中銅元素含量顯著低于對照區(qū)，果實樣品中錳含量顯著低于對照區(qū)。試驗區(qū)櫻桃番茄新葉組織中鈣、鎂、錳、鋅、鐵元素含量和果實樣品中鈣、鎂、銅、鋅、鐵元素的含量與對照區(qū)的差異不顯著。

3? 討論

我國熱區(qū)土壤多為酸性至強酸性，主要是由氣候、植株代謝、人為活動（如施肥等）等因素導(dǎo)致的。土壤酸堿度按pH由小到大的順序一般可分為極強酸性（pH<4.5）、強酸性（pH 4.5～5.5）、弱酸性（pH 5.5～6.5）、中性（pH 6.5～7.5）、弱堿性（pH 7.5～8.5）和強堿性（pH>8.5）[25]。改良液復(fù)合肥配施追肥后的櫻桃番茄試驗區(qū)土壤pH為5.90，為弱酸性土壤;復(fù)合肥追肥后的櫻桃番茄對照區(qū)土壤pH為5.46，為強酸性土壤。試驗結(jié)果表明，改良液改變了原土壤pH增加幅度，這是由于改良液利用配方組分之間的化學(xué)反應(yīng)釋放氫氧根，中和土壤溶液的氫離子，使土壤pH升高，而且不會造成土壤過堿的危害，對露地酸性土壤pH的調(diào)節(jié)效果良好，與大棚酸性土壤pH改良效果[15]一致。

土壤陽離子交換量直接反映了土壤的保肥、供肥性能和緩沖能力，主要受土壤質(zhì)地、土壤pH的影響。由于海南島常年處于高溫高濕多雨的氣候環(huán)境，露地酸性土壤的陽離子交換量通常很低[26]。本研究櫻桃番茄種植地土壤陽離子交換量小于10 cmol（+）/kg，為保肥力和緩沖力較弱的土壤[27]。改良液配施追肥后，試驗區(qū)表層土壤陽離子交換量顯著高于對照區(qū)，其原因可能為改良液提升露地酸性土壤pH后，增加了土壤膠體可變負(fù)電荷量，提高土壤陽離子交換量，土壤的保肥能力增加;土壤膠體可變負(fù)電荷量增加，使得膠體交換位點增加，從而增加對鈣、鎂鹽基離子的吸附保護(hù)，減少淋溶。土壤礦物質(zhì)元素主要集中在黏粒和粉粒之中，而土壤pH直接影響微量元素的存在形態(tài)、有效性及遷移轉(zhuǎn)化[25]。與對照區(qū)土壤比較，改良液配施追肥對試驗區(qū)土壤交換性鈣的提升效果顯著，有利于需鈣量較大的櫻桃番茄植株的生長，但是試驗區(qū)土壤交換性鎂的含量與對照區(qū)的差異不顯著，且試驗區(qū)植株新葉和果實中鈣、鎂含量與對照區(qū)的差異也不顯著，可能與土壤性質(zhì)、施肥方法、植株代謝等因素相關(guān)[25]，需要通過試驗進(jìn)一步研究和分析。試驗區(qū)土壤有效銅含量顯著低于對照區(qū)，有效錳、鋅、鐵含量與對照區(qū)的差異不顯著，雖然土壤pH升高會降低銅、錳、鋅、鐵等元素的活性，但根據(jù)全國土壤有效態(tài)微量元素的評價標(biāo)準(zhǔn)[28]，土壤有效銅、錳、鋅、鐵的臨界值分別為0.2、10.0、1.0、7.0 mg/kg，試驗區(qū)土壤的有效銅、錳、鋅、鐵含量仍高于臨界值，能滿足露地櫻桃番茄生長對微量元素的需求，這一點在櫻桃番茄新葉和果實樣品中銅、錳、鋅、鐵的含量測定結(jié)果中得到證實。

4? 結(jié)論

改良液替代部分復(fù)合肥追肥后能顯著提高和保持露地櫻桃番茄酸性土壤pH。隨著改良液施用時間的增加，改良液顯著提高試驗區(qū)土壤陽離子交換量和交換性鈣含量，顯著降低土壤的有效銅含量，對交換性鎂和有效錳、鋅、鐵含量的影響不顯著，而且追肥過程中不會產(chǎn)生植株缺素或過量的危害，可以滿足植株生長對礦物質(zhì)元素的需求，可以達(dá)到對土壤調(diào)酸和培肥同時進(jìn)行的效果，適用于改良受天氣等外界因素影響較多的露地酸性土壤，可替代部分酸性化肥作追肥施用。

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