電解錳渣基土壤調(diào)理劑在甘藍(lán)上的應(yīng)用及對酸化土壤的改良效果

楊國瓊，蔡國勇，周富忠

（1.湖北利川市汪營鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，445400；2.利川市土肥站）

利川是湖北省蔬菜生產(chǎn)大市[1，2]，常年種植面積15萬畝（1萬hm2）左右，但近年來因土壤嚴(yán)重酸化導(dǎo)致十字花科蔬菜根腫病連年偏重發(fā)生，高山基地減產(chǎn)嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)絕收現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了利川高山蔬菜產(chǎn)業(yè)的健康穩(wěn)步發(fā)展[3，4]。因此，改善土壤酸化現(xiàn)狀、修復(fù)退化土壤、提高土壤生產(chǎn)力尤為重要。

王寧等[5]研究認(rèn)為，弱堿性的堿渣不僅可緩解土壤酸化，還可增加土壤中Si、Mg、K、Ca等元素含量。張?jiān)剖娴萚6]研究結(jié)果表明，施用菇渣土壤調(diào)理劑可改善土壤的理化性狀。陳賢樹等[7]研究認(rèn)為，鐵尾礦可作為土壤調(diào)理劑改善土壤。國內(nèi)外亦有許多研究表明，使用不同土壤調(diào)理劑可改善土壤理化性質(zhì)，并提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)[8~11]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1 t電解金屬錳可產(chǎn)生7~9 t廢渣[12]，且隨著礦石貧化，錳廢渣產(chǎn)量還將大幅增加，因此，合理利用錳渣具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在電解錳渣的資源化利用過程中，人們開展了廣泛的研究[13]，呂瑩等[14]將其作為無機(jī)土壤改良劑對酸性土壤重金屬污染進(jìn)行了修復(fù)，因此將電解錳渣制成土壤調(diào)理劑具有一定的實(shí)踐意義和科學(xué)價(jià)值。

本研究從電解錳渣資源化利用的角度出發(fā)，針對湖北省恩施州耕地酸化問題，以電解錳渣為原料制備了3種不同類型的土壤調(diào)理劑，進(jìn)行甘藍(lán)田間試驗(yàn)，比較常規(guī)施肥（CK）與研制的高鉀型（A型）、高磷型（B型）和高錳型（C型）3種電解錳渣基土壤調(diào)理劑對酸化耕地的改良作用及對錳敏感作物甘藍(lán)的增產(chǎn)效果。本研究不僅能為改良酸化土壤提供新的思路，還可實(shí)現(xiàn)電解錳渣的減量化處理，對電解錳渣的資源化利用具有重大意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)與土壤條件

2019年4~7月，按《土壤調(diào)理劑效果試驗(yàn)和評價(jià)要求》（NY/T 2271-2016）的相關(guān)要求[15]，在利川市柏楊壩鎮(zhèn)沿河村原梅子水玉米雜交場開展試驗(yàn)。試驗(yàn)田地處東經(jīng)108.870 392°、北緯30.516 821°，海拔1 100 m，屬利川二高山蔬菜核心種植區(qū)。試驗(yàn)地土壤為第四紀(jì)黏土母質(zhì)發(fā)育的黃棕壤土類黏黃土，土層厚1 m以上，耕層深度30 cm，試驗(yàn)田面積2畝（1 334 m2）。試驗(yàn)前取樣檢測，土壤pH值5.13，含有機(jī)質(zhì)22.7 g/kg、全氮1.16 g/kg、有效磷117 mg/kg、速效鉀319 mg/kg。土壤酸化，有機(jī)質(zhì)含量低，全氮含量中等、有效磷和速效鉀含量極高[16]。

1.2 試驗(yàn)材料

土壤調(diào)理劑：由中南民族大學(xué)研制，灰色顆粒，主要營養(yǎng)元素含量見表1。

表1 3種土壤調(diào)理劑主要營養(yǎng)元素含量及pH值

肥料：46.4%宜化尿素；45%（15-15-15）騰升復(fù)合肥；匯豐商品有機(jī)肥，總養(yǎng)分5%（2-1-2），有機(jī)質(zhì)≥45%。以上肥料在當(dāng)?shù)厥袌鲑徺I。

作物：甘藍(lán)，品種名為奧奇娜，是利川二高山主推品種，抗黑腐病、黃萎病，耐裂、耐熱性好，球形扁圓、整齊，生育期65 d左右，產(chǎn)量高，667 m2產(chǎn)量4 000～5 000 kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，4次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積2 m×15 m=30 m2，區(qū)組間留50 cm走道，便于田間觀察，四周設(shè)保護(hù)區(qū)，處理設(shè)置如下。

處理1：不施肥（CK0）；處理2：常規(guī)施肥（CK），騰升復(fù)合肥75 kg/667 m2+宜化尿素20 kg/667 m2+匯豐商品有機(jī)肥120 kg/667 m2；處理3：CK+A型含錳土壤調(diào)理劑100 kg/667 m2；處理4：CK+B型含錳土壤調(diào)理劑100 kg/667m2；處理5：CK+C型含錳土壤調(diào)理劑100kg/667m2。

1.4 試驗(yàn)方法與指標(biāo)測定

2019年4月15日播種，保溫育苗；5月9日整地起壟，壟距1 m；起壟時(shí)按各處理肥料及調(diào)理劑用量一次性條施。5月18日移栽，株行距50 cm×50 cm，2 667株/667 m2，每壟種植2行。病蟲草害防治及其他農(nóng)事活動(dòng)各處理與四周保護(hù)區(qū)完全一致，觀察記載不同生育時(shí)期。7月22日收獲，按小區(qū)統(tǒng)計(jì)實(shí)際產(chǎn)量，各小區(qū)連續(xù)取10棵甘藍(lán)測量單株質(zhì)量、球高及直徑。播種前及收獲后按處理取土樣檢測pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣鎂、陽離子交換量、有效銅鋅鐵錳、交換性鋁、交換性鹽基等指標(biāo)。調(diào)理劑及土樣相關(guān)指標(biāo)檢測方法見表2。

表2 調(diào)理劑及土樣相關(guān)指標(biāo)檢測標(biāo)準(zhǔn)及方法

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對不同處理甘藍(lán)產(chǎn)量結(jié)果進(jìn)行F檢驗(yàn)，用新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對甘藍(lán)產(chǎn)量及效益的影響

由表3可見，不施肥（CK0）處理產(chǎn)量最低，667 m2產(chǎn)量為3 231 kg，該處理主要用于衡量試驗(yàn)地土壤的基礎(chǔ)地力，本試驗(yàn)地基礎(chǔ)地力較高，地力貢獻(xiàn)率（不施肥作物產(chǎn)量/施肥作物產(chǎn)量）在72.29%~78.69%。其他處理產(chǎn)量為4 117~4 482 kg/667 m2，甘藍(lán)產(chǎn)量排位為：A型＞C型＞B型＞常規(guī)施肥。增施調(diào)理劑組的產(chǎn)量明顯高于常規(guī)施肥組的產(chǎn)量，且增產(chǎn)均超過5%，說明在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上增施3種含錳土壤調(diào)理劑可明顯提高甘藍(lán)產(chǎn)量，但增施調(diào)理劑組之間的甘藍(lán)產(chǎn)量差異不明顯。

表3 不同處理間甘藍(lán)產(chǎn)量結(jié)果分析

2.2 不同處理對甘藍(lán)性狀的影響

在甘藍(lán)生長關(guān)鍵生育期進(jìn)行田間觀察，不施肥處理在移栽20 d后葉片顏色開始變淡發(fā)黃，出現(xiàn)脫肥現(xiàn)象，長勢明顯變?nèi)?；其他處理間葉色、長勢差異不明顯，各生育期無明顯變化。由表4可知，不同處理甘藍(lán)的單株質(zhì)量、株高、球徑的變化趨勢與產(chǎn)量的變化趨勢一致，說明調(diào)理劑可能是通過提高甘藍(lán)單株質(zhì)量、株高和球徑來提高甘藍(lán)產(chǎn)量。

表4 不同處理間甘藍(lán)性狀統(tǒng)計(jì)分析

2.3 3種土壤調(diào)理劑改良酸化土壤的效果

試驗(yàn)前后不同處理土壤pH值、交換性鋁、有效錳、鹽基飽和度等土壤酸化指標(biāo)變化情況見表5。

表5 試驗(yàn)前后各處理土壤酸性指標(biāo)變化

土壤pH值：試驗(yàn)前土壤pH值平均為5.13，屬酸化土壤。試驗(yàn)后，不施肥土壤pH值略有下降，常規(guī)施肥處理pH值下降幅度較大，增施3種不同土壤調(diào)理劑后土壤pH值也不同程度下降，但下降幅度較常規(guī)施肥??；相比常規(guī)施肥，667 m2增施A、B、C型調(diào)理劑100 kg，可分別使土壤pH值相對提升（相對提升量為常規(guī)施肥下降量減增施調(diào)理劑下降量，也就是增施調(diào)理劑后比常規(guī)施肥少下降的量）0.14、0.19、0.17。說明不施肥土壤pH值變化不明顯，常規(guī)施肥使耕地進(jìn)一步酸化，而中南民族大學(xué)研制的A、B、C型3種含錳土壤調(diào)理劑對土壤酸化有較好的緩解作用，且B型優(yōu)于C型，C型優(yōu)于A型，但優(yōu)勢不明顯。

交換性鋁：土壤交換性鋁是土壤潛在酸的主要來源，其含量越高，潛在酸度越大。其與土壤交換性氫構(gòu)成了土壤交換性酸總量，是土壤酸度的容量指標(biāo)[6]。試驗(yàn)前，土壤交換性鋁平均為36.25 mg/kg，試驗(yàn)后，不施肥土壤交換性鋁含量略有下降；而常規(guī)施肥土壤交換性鋁升高0.70 mg/kg；增施3種不同含錳土壤調(diào)理劑后土壤交換性鋁含量呈不同程度下降，A、B、C型分別下降2.67、3.08、4.52 mg/kg，下降幅度高于不施肥處理；與常規(guī)施肥對比，相對下降值（相對下降值為增施調(diào)理劑下降值+常規(guī)施肥上升值，也就是增施調(diào)理劑后比常規(guī)施肥多下降的值）分別為3.37、3.78、5.22 mg/kg；對降低交換性鋁的效果表現(xiàn)為：C型優(yōu)于B型，B型優(yōu)于A型，但優(yōu)勢不明顯。

有效錳：試驗(yàn)前土壤有效錳平均為100.62 mg/kg，處于極高水平[15]。試驗(yàn)后，土壤有效錳含量整體下降，不施肥處理下降幅度較大，常規(guī)施肥下降幅度次之；增施3種不同含錳土壤調(diào)理劑的下降幅度較小，可能與不同調(diào)理劑錳含量相關(guān)，C型錳含量最高，下降幅度最小，A、B型錳含量相當(dāng)，下降幅度也差不多。

鹽基飽和度：一般鹽基飽和度≥80%為較肥沃的土壤；50%~80%為中等肥力水平的土壤；低于50%的土壤肥力較低[18]。本研究中，試驗(yàn)前土壤鹽基飽和度平均為55.56%，處于中等偏低水平。試驗(yàn)后土壤鹽基飽和度整體上升，上升幅度排序?yàn)樘幚?＞處理5＞處理3＞處理1＞處理2，常規(guī)施肥處理基本不變；增施A、B、C型含錳土壤調(diào)理劑的土壤鹽基飽和度分別提高5.87%、11.30%、7.44%，土壤肥力提升。

2.4 3種土壤調(diào)理劑對土壤部分養(yǎng)分指標(biāo)的影響

由表6可見，土壤有機(jī)質(zhì)：試驗(yàn)前均值為22.68 g/kg，試驗(yàn)后整體水平下降，不施肥處理下降程度略大，其他處理變化差異不明顯。

表6 試驗(yàn)前后各處理土壤養(yǎng)分指標(biāo)變化

大量元素：試驗(yàn)前土壤全氮含量中等、有效磷及速效鉀含量處于極高水平。試驗(yàn)后，土壤全氮、速效鉀含量整體呈下降趨勢，有效磷含量變化不明顯；不施肥處理氮、磷、鉀含量下降幅度皆最大；常規(guī)施肥氮、磷含量變化不大，說明氮、磷水平施用合理，而鉀的施用量不足，導(dǎo)致下降幅度較大。增施3種不同類型調(diào)理劑對土壤全氮含量影響差異不明顯；可提高土壤有效磷含量，提高程度與不同類型調(diào)理劑含磷量有關(guān)；A型調(diào)理劑因富含鉀元素，為土壤補(bǔ)充了一定量的鉀營養(yǎng)，故土壤速效鉀含量略上升，B、C型調(diào)理劑對土壤速效鉀含量影響差異不明顯。

交換性鈣鎂：試驗(yàn)地鈣、鎂含量豐富。試驗(yàn)后土壤交換性鈣、鎂含量變化趨勢基本一致，不施肥處理下降幅度較大，常規(guī)施肥略下降，3種不同含錳土壤調(diào)理劑因皆含一定量的鈣、鎂元素，使土壤交換性鈣、鎂含量有所提高，提升程度與不同類型調(diào)理劑中鈣、鎂含量高低有關(guān)。

微量元素：試驗(yàn)前土壤有效銅、鋅、鐵平均含量分別為2.26、2.00、96.60 mg/kg，分別處于極高、高和極高水平。試驗(yàn)后不施肥、常規(guī)施肥處理土壤有效銅、鋅、鐵含量均下降；增施3種不同類型含錳土壤調(diào)理劑對土壤有效鋅、有效銅含量影響不明顯，但均使土壤有效鐵含量上升。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)地基礎(chǔ)地力較高，貢獻(xiàn)率在72.29%~78.69%。在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上，667 m2增施100 kg中南民族大學(xué)研制的A、B、C型3種含錳土壤調(diào)理劑可提高甘藍(lán)產(chǎn)量，甘藍(lán)增產(chǎn)皆超過5%。從對甘藍(lán)的增產(chǎn)效果看，A型優(yōu)于C型，C型優(yōu)于B型。

3種土壤調(diào)理劑均可提高甘藍(lán)單株質(zhì)量、株高和球徑，從而實(shí)現(xiàn)甘藍(lán)增產(chǎn)；對改良酸化土壤有較好效果，667 m2施用100 kg當(dāng)季可相對提高土壤pH值0.14~0.19，接近使用同等用量石灰的當(dāng)季治理效果[11]；土壤交換性鋁含量相對降低3.37~5.22 mg/kg、鹽基飽和度提高5.87%~11.30%，有降低土壤鋁毒害、提高土壤保肥供肥能力的作用；因3種調(diào)理劑皆為錳礦尾渣加工生產(chǎn)而成，含一定量的錳元素，施用后可使土壤有效錳含量相對提高，存在錳過量的潛在風(fēng)險(xiǎn)。綜合比較3種調(diào)理劑對酸性土壤的改良效果得出，B型優(yōu)于C型，C型優(yōu)于A型。因3種土壤調(diào)理劑含有一定量的磷、鈣、鎂元素，為土壤補(bǔ)充了部分磷、鈣、鎂營養(yǎng)，特別是A型調(diào)理劑鉀含量較高，為作物補(bǔ)充了鉀營養(yǎng)。但對土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效銅、有效鋅、有效鐵等營養(yǎng)物質(zhì)的影響不明顯。

本試驗(yàn)對酸化土壤其他物理、化學(xué)性狀的改良效果有待進(jìn)一步檢測分析；該調(diào)理劑在其他區(qū)域和作物上的應(yīng)用效果能否重現(xiàn)，也有待進(jìn)一步試驗(yàn)、示范驗(yàn)證。