有機-無機復合土壤調理劑在蘋果上的應用研究

國一凡，王麗霞，楊毅，王軍英，陳煬，邵蕾

（中國農業(yè)大學煙臺研究院，山東 煙臺 264670）

隨著測土配方施肥技術的深入開展和全面推廣，大量檢測結果表明山東省膠東地區(qū)土壤有明顯的酸化趨勢［1］。煙臺市農技推廣中心對各縣市果園1 338個土樣進行pH值測試，結果顯示有66.9%以上的土壤發(fā)生不同程度的酸化。招遠市土肥站近3年對736個果園土樣的測試結果表明酸化土壤達到63.0%［2］。煙臺新華測土配肥有限公司10年來通過對膠東半島35 246個用戶的土地進行pH值測試，發(fā)現(xiàn)有68.08%的土壤偏酸性，pH值≤5.5的土壤占比達到33.40%［3］。土壤酸化不僅導致鈣、鎂、鉀等鹽基離子加速淋失，進而導致苦痘病、痘斑病和水心病等果實生理病害，而且土壤酸化還可增加錳等離子溶解度，造成錳中毒而引發(fā)蘋果“粗皮病”等［3］。土壤酸化嚴重影響果品優(yōu)質高效安全生產及其可持續(xù)發(fā)展，因此這一問題亟待解決。土壤酸化可提高土壤中鈣、鎂等陽離子元素的活性，導致土壤陽離子淋失，從而導致缺素癥［4-6］。

傳統(tǒng)的酸化土壤調理劑為生石灰，但頻繁地通過施用生石灰來調節(jié)土壤的酸度不僅影響土壤結構、造成土壤板結，還會引起土壤鈣、鉀、鎂等元素的平衡失調而導致減產［7，8］。酸化土壤調理劑不僅可提高土壤pH值，還可以改善土壤的理、化和生物性狀［9-11］。萬青等［12］研究表明，土壤調理劑具有調節(jié)茶園土壤pH值和提高茶葉品質的作用。目前，施用生石灰改良酸性土壤的研究較多，但是土壤酸化的改良不僅是酸度的調節(jié)，還應補充酸化導致淋失的中微量元素，并且保證被補充中微量元素的土壤有效性。本試驗研究施用自制的有機-無機復合土壤調理劑（以煅燒牡蠣殼粉、腐植酸、中微量元素為原料）對土壤及蘋果產量、品質的影響，以期為果園酸化土壤的改良提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地點：山東省煙臺市牟平區(qū)東軫格莊。

供試作物：11年生紅富士蘋果，666.7m2種植70株。供試土壤類型為棕壤，其耕層土壤理化性質為pH值5.12，有效氮含量88.51 mg／kg、速效磷75.21 mg／kg、速效鉀99.14 mg／kg和有機質10.81 g／kg。

1.2 試驗材料

生石灰：市售。

有機-無機復合土壤調理劑：將腐植酸與中微量元素螯合后添加煅燒牡蠣殼粉，然后通過有機輔料的添加和含水量的調節(jié)控制產品的飛揚性；產品中CaO含量≥48%，pH值9.0～11.0。

1.3 試驗設計及方法

試驗設3個處理：空白對照（CK）、生石灰改良劑（SH）、有機-無機復合土壤調理劑（TL）。小區(qū)面積54 m2，每小區(qū)種植6棵樹，重復4次。

果樹發(fā)芽前（2017年3月12日）所有處理均放射溝施肥，666.7m2施有機肥400 kg，氮磷鉀復混肥（17-8-15）300 kg；7月15日放射溝追施氮磷鉀復混肥（15-8-19）150 kg。3月15日SH處理666.7m2果園土壤表面撒施生石灰改良劑120 kg，TL處理撒施有機-無機復合土壤調理劑120 kg。果實膨大期施用水溶肥（主要成分尿素、磷酸一銨和硫酸鉀，養(yǎng)分含量15-15-30）3次。

2018年重復2017年的試驗方案。

1.4 樣品采集

2017年施用生石灰和土壤調理劑后第30、60、90、120天采用多點隨機取樣法采集土樣。取樣部位為樹冠投影內緣，離樹干1.0 m左右，取0～40 cm耕層土壤。施肥后120天采集的新鮮土樣充分混勻過2 mm篩，分兩份，一份裝入無菌塑料袋內，貯存于4℃的冰箱中，供測定微生物特性和酶活性用，另一份用以測定土壤養(yǎng)分含量；同時采集葉片樣品測定營養(yǎng)元素含量。

2018年，在果實成熟采收時，每株從東南西北4個方向各采3個果，混合處理后用以測定果實品質；按小區(qū)收獲，稱重，折算產量；同時采集土壤樣品測定pH值。

1.5 樣品測定

1.5.1 土壤理化性質 土壤pH值采用電位計法測定；堿解氮用堿解擴散法；速效磷用0.5 mol／L碳酸氫鈉浸提，鉬藍比色法測定；速效鉀用1 mol／L濃度NH4OAc浸提，火焰光度法測定。土壤有機質用重鉻酸鉀容量法-外加熱法。

1.5.2 土壤微生物數(shù)量 土壤樣品中細菌的分離用NA；真菌總數(shù)測定用PDA培養(yǎng)基；放線菌總數(shù)測定用高氏一號瓊脂培養(yǎng)基。

1.5.3 土壤酶活性 蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定；脲酶活性采用靛酚藍比色法測定；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定。

1.5.4 果實品質 可溶性糖用銅還原-直接滴定法測定；可溶性固形物用糖量計測定；VC用

2，6-二氯靛酚蘭比色法測定；有機酸用NaOH滴定法測定；硬度用硬度儀測定。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel和SAS統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)處理及作圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理的土壤pH值變化

施用生石灰和土壤調理劑后30天，3個處理的土壤pH值都顯著高于未施肥前（pH值5.12）。隨處理時間的延長，CK的pH值變化曲線表現(xiàn)為持續(xù)下降趨勢，試驗結束時（120天）其pH值恢復到試驗初始水平；處理30天后，SH處理的土壤pH值最高，60天后達到最低點4.91，至試驗結束時比CK提高0.22個單位；TL處理的土壤pH值變化曲線表現(xiàn)為先下降后上升的趨勢，至試驗結束時pH值比CK提高0.59個單位（圖1）。

生石灰為常用酸化土壤調理劑，能增加HCO-3的活度，加速有機質的分解，增加植物移走的Ca2+，致土壤再次發(fā)生酸化，而且酸化程度比施用生石灰前有所加?。?3，14］。本試驗中由于在果實膨大期施用酸性水溶肥料，導致60天時SH和TL處理的土壤pH值顯著下降。施用生石灰和土壤調理劑60天時，SH處理的土壤pH值顯著低于TL處理，原因可能為：施用的水溶肥中包含的SO與Ca2+產生沉淀，降低了生石灰和土壤調理劑對土壤酸堿度的緩沖性能；但本試驗所用的土壤調理劑中腐植酸和有機輔料降低了SO對Ca2+沉淀能力。

圖1 不同處理的土壤pH值變化

2.2 不同處理土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量的變化

施用生石灰和土壤調理劑后30天和60天各處理的土壤堿解氮差異不顯著；第90天CK土壤堿解氮含量最高，與TL處理差異顯著，第120天CK顯著高于SH和TL處理（表1）。一方面可能是土壤酸化抑制作物根系生長而減少了對銨態(tài)氮的吸收；另一方面是土壤酸化有利于銨態(tài)氮的穩(wěn)定，降低NH3的揮發(fā)損失。因此，相對于SH和TL處理，CK的NH+4-N在土壤中累積。

表1 不同處理的土壤堿解氮含量變化 （mg／kg）

雷波等［15］研究發(fā)現(xiàn)，在酸度不同情況下進行比較，當pH值5.5時土壤磷元素淋失量最大，其它pH條件下，磷元素淋失大小的順序通常為pH4.5＞pH3.5＞pH6.5。本試驗中施用生石灰和土壤調理劑后30、60天，各處理的土壤速效磷含量差異不顯著，施用后90天SH處理土壤速效磷含量顯著高于其它處理，120天TL處理土壤速效磷含量顯著高于其它處理（表2）。因此，土壤調理劑的施用可以減少土壤磷元素的淋失。

表2 不同處理的土壤速效磷含量變化 （mg／kg）

劉春生等［4］研究表明，酸雨中的H+濃度與鹽基離子淋失總量呈0.01水平顯著相關（r＝0.9990）。施用生石灰和土壤調理劑后30、60、90天各處理間土壤速效鉀含量差異不顯著；120天TL處理的土壤速效鉀含量顯著高于CK和SH處理（表3）?？梢姡寥勒{理劑可以減少土壤鹽基離子的淋失，從而增加土壤速效鉀含量。

表3 不同處理的土壤速效鉀含量變化 （mg／kg）

2.3 不同處理的土壤微生物數(shù)量變化

由表4可以看出，本試驗中土壤微生物數(shù)量表現(xiàn)為細菌＞真菌＞放線菌。細菌喜中性偏堿環(huán)境，施用調理劑后顯著提高了土壤pH值，因此TL處理土壤中細菌數(shù)量最大，其次為SH處理，二者顯著高于CK；真菌喜偏酸性環(huán)境，因此CK的土壤真菌數(shù)量顯著高于TL處理；放線菌喜偏堿環(huán)境，因此TL處理的放線菌數(shù)量最大。由于細菌數(shù)量在土壤微生物數(shù)量中占主導地位，因此土壤微生物總量依次為TL＞SH＞CK。

表4 不同處理的土壤微生物數(shù)量變化 （×104 cfu／g）

2.4 不同處理對土壤酶活性的影響

TL處理的土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶、磷酸酶活性均顯著高于CK（表5），而SH處理與CK差異均不顯著。可見，土壤酶活性的變化是多種因素共同作用的結果，因其作用強度不同而導致酶活性的上述變化。其中土壤酸化和微生物種群變化可能是導致其酶活性降低的主要原因。

表5 不同處理的土壤酶活性

2.5 不同處理對葉片礦質元素含量的影響

由表6看出，TL處理葉片的氮、磷、鉀、鎂含量顯著高于SH和CK處理，后兩者間差異不顯著。TL和SH處理葉片的鈣、鐵含量顯著高于CK，錳和銅含量顯著低于CK；不同處理的葉片鋅含量差異不顯著。

土壤酸化導致的錳活性增大，進而導致蘋果粗皮病的發(fā)生。本試驗中施用生石灰和土壤調理劑均減少了作物對錳的吸收，與CK相比，SH和TL處理葉片錳含量分別減少27.93%和32.87%。

表6 不同處理的葉片礦質元素含量

2.6 不同處理對果實品質的影響

果個大小是評價果實外在品質的重要組成部分。本研究以單果重和果徑＞75 mm比例作為評價果個大小的指標。與CK相比，TL處理的單果重和果徑＞75 mm 比例分別提高11.93%和28.76%，差異達顯著水平，而CK與SH處理間差異不顯著（表7）。

果實的內在品質包括可溶性固形物、可滴定酸、VC、可溶性糖含量、硬度等。由表7看出，與CK相比，施用土壤調理劑顯著提高果實可溶性糖、可溶性固形物、VC含量和硬度，降低可滴定酸含量。這與高文勝［17］、秦旭［16］、顧振東［18］等的研究結果基本一致。對于施用生石灰的SH處理，只有VC含量顯著高于CK，其余指標差異不顯著。

由表8可知，CK果實中檢測出Pb、Cr和As，SH和TL處理只檢出Cr和As，但是果實中重金屬含量都低于《食品安全國家標準—食品中污染物限量》（GB 2762—2017）限定值。與CK相比，SH處理的Cr和As含量降低25.0%和31.8%，TL處理的Cr和As含量降低37.5%和40.9%。

表7 不同處理對果實品質的影響

表8 果實中重金屬含量 （mg／kg）

2.7 不同處理對產量和經濟效益的影響

2017年分析結果表明，與CK相比，施用土壤調理劑的TL處理666.7m2投入增加192元，但產量和經濟效益分別增加7.09%和6.72%（表9）。撒施生石灰的SH處理產量和經濟效益均高于CK，但差異未達顯著水平。2018年，施用石灰和土壤調理劑，增產效果更加明顯；與CK相比，TL和SH處理的產量分別提高10.85%、4.49%，經濟效益分別增加10.95%、4.27%。

由表9還可看出，生石灰和土壤調理劑施用兩年后顯著提高了土壤pH值，SH和TL處理的土壤pH值分別比CK提高0.64、0.96個單位；且TL處理顯著高于SH處理，說明土壤調理劑對土壤pH值的提高效果優(yōu)于普通生石灰。

表9 不同處理對666.7m2產量、經濟效益及土壤pH值的影響

3 討論

3.1 施用有機-無機復合土壤調理劑對土壤理化性質的影響

相對于石灰土壤調理劑，本研究所用的有機-無機復合土壤調理劑不僅可以調節(jié)土壤pH值、補充土壤鈣元素，還可以補充其它中微量元素，并且螯合處理可提高中微量元素的有效性；腐植酸和疏松多孔的煅燒牡蠣殼粉的添加也可改良土壤物理性狀，提高土壤微生物活性。施用土壤調理劑120天后，土壤pH值，土壤速效磷、速效鉀含量，細菌、放線菌和微生物總量，蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶、磷酸酶活性均顯著高于CK，土壤堿解氮含量降低；而施用生石灰的土壤pH值提高幅度小于TL處理，土壤堿解氮含量高于CK，而土壤速效磷、速效鉀含量與CK處理差異不顯著。

3.2 施用有機-無機復合土壤調理劑對蘋果生長和經濟效益的影響

果園土壤施用有機-無機土壤調理劑可提高蘋果樹葉片氮、磷、鉀、鈣、鎂含量，降低錳含量，進而增加蘋果單果重及提高果徑＞75 mm比例，提高可溶性固形物、可溶性糖、VC含量及硬度，降低可滴定酸含量。與CK相比，施用生石灰的SH處理雖然也降低葉片中錳含量，但是兩處理間的葉片氮、磷、鉀、鎂含量差異不顯著。對于果實品質指標，SH處理只有可溶性固形物和VC含量顯著高于對照。相對于CK，TL處理666.7m2的投入只增加192元，但是經濟效益增加了1 040.58元；而施用生石灰的SH處理，其產量、經濟效益與CK差異不顯著。

4 結論

4.1 施用土壤調理劑提高了蘋果園土壤pH值和速效磷、速效鉀含量，增加細菌、放線菌和微生物總量，提高土壤酶活性，改善果實品質。

4.2 連續(xù)施用兩年后，土壤調理劑和生石灰處理的土壤pH值分別提高0.96、0.64個單位，產量分別提高10.85%、4.49%，經濟效益分別提高10.95%、4.27%。