不同有機物對陜南酸化土壤改良效果研究

簡紅忠 楊小敏 王琳 高鵬

摘??? 要：為探尋適宜酸性土壤的有機改良劑，設(shè)置連續(xù)兩年增施生物炭肥、水稻秸稈、腐熟豬糞、商品有機肥田間定位對比試驗，分析不同處理對陜南中藥材種植地酸化土壤的改良效果和元胡產(chǎn)量經(jīng)濟效益。結(jié)果表明：增施生物炭肥、腐熟豬糞、商品有機肥兩年后，均能顯著提高土壤pH值，分別較對照增加了0.36，0.49，0.34;生物炭肥和腐熟豬糞能顯著降低土壤交換性酸含量，分別較對照降低了0.22，0.26 cmol·kg-1;生物炭顯著提升了土壤陽離子交換量，較對照增加了1.5 cmol·kg-1;4種有機物處理也能提升土壤交換性鈣離子、土壤有機質(zhì)、速效鉀含量、元胡產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。綜上，生物炭肥不僅能有效改良酸化土壤，同時能顯著提高元胡產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，可在陜南中藥材種植地酸化土壤改良中應(yīng)用推廣。

關(guān)鍵詞：元胡;有機物;酸化土壤改良

中圖分類號： S156.99????????? 文獻標識碼：A????????? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.09.014

Study on the Improvement Effect of Different Organic Matter on Acidified Soil in Southern Shaanxi

JIAN Hongzhong1， YANG Xiaomin1， WANG Lin2， GAO Peng1

（1. Hanzhong Agricultural Technology Extension Center， Hanzhong， Shaanxi 723000， China; 2. Zhangye Academy of Forestry Sciences， Zhangye， Gansu 734000， China）

Abstract： In order to search for suitable organic amendments for acidic soil， a field comparison experiment of applying biochar fertilizer， rice straw， decomposed pig manure， and commercial organic fertilizer for two consecutive years was set up in Chinese herbal medicine planting area in southern Shaanxi， the effect of different treatments on the improvement effect of acidic soil and the economic benefit of Corydalis turtschaninovii output were analyzed. The results showed that the application of biochar fertilizer， decomposed pig manure， and commercial organic fertilizer could significantly increase the soil pH after two years， which increased by 0.36， 0.49， and 0.34 compared with the control; biochar fertilizer and decomposed pig manure could significantly reduce the soil exchangeable acid content， which decreased by 0.22 and 0.26 cmol·kg-1 compared with the control respectively; biochar fertilize could significantly increase the soil cation exchange capacity by 1.5 cmol·kg-1 compared with the control; all the four organic matter treatments could increase the soil exchangeable calcium ions， soil organic matter， quick-acting potassium content and Corydalis turtschaninovii yield. Based on the above results， biochar fertilizer could not only effectively improve the acidified soil， but also increase the output and economic benefits of Corydalis turtschaninovii， which is recommended to be applied and popularized in the acidified soil improvement in Chinese herbal medicine planting area in southern Shaanxi.

Key words： Corydalis turtschaninovii; organic matter; acidified soil improvement

土壤酸化是指土壤中的氫離子和鋁離子富集，而鹽基離子淋失的過程[1]，自然酸化過程一般較為緩慢，但人為因素如酸沉降和不當?shù)霓r(nóng)田管理措施會加快酸化過程。從20世紀80年代至今，我國農(nóng)田土壤酸化問題日趨嚴重，土壤pH值平均下降了0.5個單位[2]。土壤酸化導致土壤重金屬離子活化，對農(nóng)作物根系產(chǎn)生毒害，影響作物生長;同時抑制了土壤中有益微生物數(shù)量，增生致病真菌，加劇土傳病害的發(fā)生，目前土壤酸化已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的障礙因素之一。中藥材—元胡（Corydalis turtschaninovii）是陜南城固縣主要經(jīng)濟作物之一，種植歷史已有40余年，種植面積穩(wěn)定在6 000 hm2左右，占全國總面積的65%以上。在元胡種植中，為了追求高產(chǎn)量，一些種植戶大量施用化學肥料特別是銨態(tài)氮肥，引起元胡適生區(qū)土壤酸化問題。據(jù)調(diào)查，該地區(qū)元胡種植區(qū)域土壤pH值已由第二次全國土壤普查5.9左右下降至5.2左右，土壤酸化嚴重制約了元胡生長和當?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，開展元胡種植區(qū)酸化土壤改良具有重要意義。

目前對土壤酸化改良方法研究較多，其中比較成熟的改良措施有施用生石灰、堿性肥料等[3-5]。對于有機物料改良酸性土壤的報道也有，如秸稈還田、有機肥、生物炭等[6-7]。有機物料含一定量的堿性物質(zhì)，施入后能夠中和土壤中的酸，可有效控制農(nóng)田土壤酸化，還能夠有效改善土壤理化性質(zhì)，具有較大的應(yīng)用潛力。因此，本研究選擇了水稻秸稈、生物炭肥、商品有機肥、腐熟豬糞作為改良劑，通過田間對比試驗，研究不同有機物料在元胡種植區(qū)域酸化土壤上的改良效果，以期為有機物料改良酸化土壤、提升元胡產(chǎn)量品質(zhì)提供技術(shù)依據(jù)和支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地點

試驗地點為陜西省漢中市城固縣董家營鎮(zhèn)董家營村，平均海拔447 m，年均降水量845 mm。試驗田常年種植制度為元胡-水稻輪作，土壤類型為典型水稻土，耕層土壤基本理化性狀：pH 5.12，土壤有機質(zhì)35.5 g·kg-1，全氮1.95 g·kg-1，有效磷40.9 mg·kg-1，速效鉀177.8 mg·kg-1，土壤肥力水平為中上。

1.2 試驗設(shè)計

在施用等量氮磷鉀肥料（基肥與追肥之和）水平下，探索增施不同有機物料對元胡種植地作物生長和土壤化學性質(zhì)的影響。共設(shè)5個處理：T1為對照，僅施用氮磷鉀肥料，不施用其他任何有機物料;T2為增施2 250 kg·hm-2生物炭肥;T3為增施水稻秸稈6 000 kg·hm-2;T4為增施7 500 kg·hm-2腐熟豬糞;T5為增施7 500 kg·hm-2商品有機肥。各處理氮、磷、鉀施用量為當?shù)卦N植的推薦施肥水平，其中N：270 kg·hm-2，P2O5：180 kg·hm-2，K2O：270 kg·hm-2。

1.3 供試材料

氮磷鉀肥的種類分別為尿素（四川川化尿素，N ≥46%）、重過磷酸鈣（漢中遠東化工，P2O5≥43%）、硫酸鉀（新疆羅布泊鉀鹽，K2O≥50%）;生物炭肥為沈陽隆泰生物工程有限公司生產(chǎn)，是玉米秸稈在高溫缺氧熱解過程中，產(chǎn)生的黑色固體殘渣，pH值為9.2，有機碳含量為690 g·kg-1，比表面積為29.96 m2·kg-1。水稻秸稈為元胡上季水稻收獲后粉碎所得，其中含N 11.3 g·kg-1、P2O5 1.1 g·kg-1、K2O 8.5 g·kg-1，有機質(zhì)含量94 g·kg-1，C/N為28.35;腐熟豬糞由新鮮豬糞堆漚發(fā)酵而成其中含N 7.3 g·kg-1、P2O5 2.5 g·kg-1、K2O 5.6 g·kg-1，有機質(zhì)含量132 g·kg-1，C/N為18.5;商品有機肥由陜西綠恒農(nóng)業(yè)生物科技有限公司生產(chǎn)，N-P2O5-K2O≥5%，有機質(zhì)≥450 g·kg-1。

元胡是大宗常用中藥之一，為罌粟科紫堇屬多年生草本植物，本試驗元胡品種為浙元胡，喜溫暖濕潤的氣候，宜排水良好、肥沃疏松、富有腐殖質(zhì)的砂質(zhì)壤土，在9月下旬至10月上旬播種，采用寬畦條播，播種量為800～1 000 kg·hm-2，一般在4月下旬—5月中旬采收。

1.4 大田試驗管理措施

試驗為連續(xù)兩年施用有機物料定位試驗，元胡第1年種植時間為2018年10月12日，收獲時間為2019年5月12日，第2年種植時間為2019年9月26日，收獲時間為5月1日，試驗小區(qū)面積10.8 m2，隨機區(qū)組排列，重復3次，共15個小區(qū)。小區(qū)間以排水溝隔離，采用簡易水肥一體化裝置進行灌溉，單灌單排，避免串水串肥。

1.5 樣品采集及測定分析

第2年元胡收獲后，采集各小區(qū)0～20 cm土壤，每個小區(qū)3個點混合成1個土壤樣品，風干過1 mm篩后測定土壤pH（電位法），交換性酸氫、鋁含量（中和滴定法），土壤陽離子交換量、土壤交換性鹽基離子鈣、鎂、鈉（乙酸銨交換-原子吸收法），土壤有機質(zhì)（重鉻酸鉀外加熱法）、全氮（凱氏定氮法）、有效磷（鉬銻抗比色法）、速效鉀（火焰光度法），具體檢測方法參照鮑士旦《土壤農(nóng)化分析》[8]。數(shù)據(jù)用SPPS 22.0進行各處理的基本運算和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤酸度指標的影響

表1結(jié)果顯示，連續(xù)2年定位試驗后，與T1對照相比，增施生物炭肥（T2）、腐熟豬糞（T4）、商品有機肥（T5）均能顯著提高土壤pH值，分別提高了0.36，0.49，0.34個pH單位;增施水稻秸稈（T3）的土壤pH值略有增長，但未達到顯著水平。對土壤交換性酸的影響結(jié)果顯示，施用生物炭肥（T2）、腐熟豬糞（T4）能顯著降低土壤交換性酸總量，分別較對照降低了0.22，0.26 cmol·kg-1，降低效果仍以腐熟豬糞（T4）最好，二者之間差異不顯著;施用水稻秸稈（T3）、商品有機肥（T5）土壤交換性酸總量分別較對照下降了0.08，0.12 cmol·kg-1，下降效果不顯著。土壤交換性氫、交換性鋁與交換性酸總量表現(xiàn)結(jié)果趨勢一致。

2.2 不同處理對土壤CEC和交換性鹽基離子的影響

表2結(jié)果顯示，與對照相比，施用生物炭肥（T2）能顯著提升土壤陽離子交換量，提高了1.5 cmol·kg-1;施用腐熟豬糞（T4）、商品有機肥（T5）土壤陽離子交換量略有提升，但未達到顯著水平;施用水稻秸稈（T3）土壤陽離子交換量無顯著變化。增施不同有機物均能顯著提升土壤交換性鹽基鈣離子，其中以T4效果最好，較對照提高了0.29 cmol·kg-1，然后依次為T2、T5、T3，較對照分別提高了0.22，0.20，0.19 cmol·kg-1，不同有機物處理之間差異不顯著。增施不同有機物對土壤交換性鎂和鈉離子均無顯著影響。

2.3 不同處理對土壤肥力的影響

表3結(jié)果顯示，施用不同的有機物料均能提升土壤有機質(zhì)含量，提升效果表現(xiàn)為生物炭肥（T2）>商品有機肥（T5）>腐熟豬糞（T4）>水稻秸稈（T3），分別較對照增加了12.8%，9.0%，7.0%，5.2%，其中T2和T5效果顯著;增施不同有機物處理下土壤全氮均略有增加，但效果不顯著;增施不同有機物處理對有效磷無顯著影響;增施不同有機物均能顯著增加土壤速效鉀含量，T2、T3、T4、T5分別較對照增加了12.2%，13.3%，13.6%，12.9%，但不同有機物處理之間無顯著差異。

2.4 不同處理對元胡產(chǎn)量效益的影響

由表4可以看出，以施用生物炭肥（T2）對元胡增產(chǎn)效果最好，然后依次是商品有機肥（T5）、腐熟豬糞（T4）、水稻秸稈（T3），分別較對照增加了10.8%，7.7%，4.2%，1.3%，除T3外的其他處理增產(chǎn)均達到了顯著水平。去除肥料成本后，以生物炭肥處理（T2）元胡經(jīng)濟效益最高，較對照新增純收益達到4 464元·hm-2，其次依次為商品有機肥、水稻秸稈和腐熟豬糞。

3 結(jié)論與討論

酸性土壤改良目的之一就是提升土壤pH，生物質(zhì)炭富含堿基，并且表面積具有含氧官能團，能夠與土壤中的氫離子、鋁離子結(jié)合成穩(wěn)定物質(zhì)，從而降低土壤交換性酸離子含量;研究也表明，在不同有機肥中，腐熟豬糞的堿度高于新鮮糞便、谷物秸稈和綠肥等有機物[12]，腐熟豬糞施入土壤后，能夠彌補農(nóng)產(chǎn)品移除引起的土壤堿性物質(zhì)損失;水稻秸稈相比其他三種有機肥物料在提升土壤pH值上無顯著效果，主要是與其本身呈中性，并且在秸稈腐解過程中產(chǎn)生有機酸有關(guān)[13]。本研究結(jié)果表明，施用生物質(zhì)炭肥、腐熟豬糞、商品有機肥能顯著提升土壤pH，并降低土壤交換性酸總量，這與前人研究結(jié)果[6，9-11]大致相同。

生物炭肥主要是通過作物秸稈高溫煅燒而成，作物在生長過程中吸收了一定量的K+、Ca2+、Mg2+等陽離子，熱解后，灰分中的元素呈可溶態(tài)，施入土壤后，能提高酸性土壤的陽離子交換量[10]。本研究中，連續(xù)2年增施生物質(zhì)炭，土壤陽離子交換量顯著提升，這與陳建清等[9]、王義祥等[14]、林清火等[15]的研究結(jié)果一致;不同的有機物料能顯著提升土壤交換性鈣離子的含量，主要是因為有機肥中含有鈣、鎂等中量元素;而對土壤交換性鎂離子、鈉離子無顯著影響，其機理有待深入研究。

增施有機物（秸稈、有機肥、畜禽糞便、綠肥等）能顯著提高土壤有機質(zhì)含量已成為共識，有機物施入到酸性土壤中后對土壤有機質(zhì)的影響也有報道，毛妍婷等[7]在酸化菜田的研究表明，增施有機肥10年后，耕層土壤有機質(zhì)是常規(guī)施肥的1.3倍左右;徐振華[16]的研究結(jié)果表明，在北方酸化土壤改良中，添加生物炭處理土壤有機質(zhì)含量增加了35%。本研究中，增施不同有機物均能增加土壤有機質(zhì)含量，與上述結(jié)果一致;同時亦能顯著增加土壤速效鉀含量，但對土壤全氮和有效磷含量影響不顯著，這可能與有機物質(zhì)施用時間較短及土壤養(yǎng)分高含量背景值有關(guān)，但其機理也有待深入研究。

綜上所述，施用生物炭肥相較于其他三類有機物在提升土壤pH、降低土壤活性酸、提升土壤陽離子交換量、土壤肥力及提高元胡產(chǎn)量和經(jīng)濟效益綜合方面表現(xiàn)較優(yōu)，推薦在陜南中藥材種植地酸化土壤改良中應(yīng)用推廣。

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收稿日期：2021-06-21

基金項目：2019年陜西省第一批省級農(nóng)業(yè)專項資金項目（陜農(nóng)計[2019]60號-財耕地質(zhì)量保護與提升項目）

作者簡介：簡紅忠（ 1970— ） ，男，陜西漢中人，高級農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣方面研究。

通訊作者簡介：楊小敏（1989—），女，陜西咸陽人，農(nóng)藝師，碩士，主要從事耕地質(zhì)量保護與提升技術(shù)推廣方面研究。