鋸木灰渣改良退化菜園紫色土壤的效果研究*

黃 容 高 明 呂 盛 徐國鑫 黎嘉成

（西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715）

生物質(zhì)作為一種新型的可再生環(huán)保性能源，主要是由光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體，即一切有生命的可以生長的有機(jī)物質(zhì)［1］。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源、林業(yè)生物質(zhì)資源等豐富，不僅含有大量的纖維素、木質(zhì)素，還富含有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素和各種微量元素［2］。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國每年農(nóng)作物秸稈有7×108t，林地廢棄物2×1 08t，畜禽糞便和農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)廢水約有2.6×109t，如加以充分利用可分別年替代3.48×108、0.99×108、1.12×108t標(biāo)準(zhǔn)煤［3-4］。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，絕大多數(shù)廢棄物并未作為一種資源被利用，而是隨意丟棄或排放到環(huán)境中，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了極大影響。因此實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源的合理化利用，消除環(huán)境污染，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，對(duì)中國全面建成小康社會(huì)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

生物質(zhì)灰渣是生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的固體廢棄物，富含磷、鉀等營養(yǎng)元素［5］，隨著生物質(zhì)燃料發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生的大量生物質(zhì)灰渣廢棄物如何得到充分有效地利用，成為生物質(zhì)燃料發(fā)電企業(yè)面臨的緊迫問題。與普通草木灰相比，生物質(zhì)灰渣廢棄物產(chǎn)量大，pH高，富含磷、鉀、硅等礦質(zhì)營養(yǎng)，其中有效鉀含量提高約20%［6］。生物質(zhì)灰渣不僅可以改善土壤，提高土壤質(zhì)量，還能促進(jìn)作物生長、減少病害的發(fā)生［6-9］。鋸木灰渣作為生物質(zhì)灰渣的一種類型，研究表明，鋸木灰渣最大持水量可達(dá)368%，P、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu含量最高，較谷殼灰、玉米灰、水稻灰的含量高2倍～3倍［10］。在生物質(zhì)灰渣中加入磷酸二氫鉀能顯著抑制氨平均揮發(fā)量，而鋸木灰渣中加入氯化鉀、磷酸二氫鉀能減少氨的平均揮發(fā)量［11］；同時(shí)，鋸木灰渣對(duì)磷的吸附量為1.0～11.2 g kg-1，吸附率均超過55%［12］。陳龍等［13］研究表明，具有強(qiáng)堿性的生物質(zhì)灰渣施入土壤后，能增強(qiáng)土壤中P、K活性，從而提高土壤速效P、K含量。李晶等［5］在對(duì)生物灰渣對(duì)小白菜生長的影響及對(duì)酸性土壤的改良研究表明，灰渣與化肥的混合施用能明顯增加小白菜的鮮重，顯著提高其產(chǎn)量和葉片的P、K含量，改善小白菜的品質(zhì)，明顯提高土壤 pH，補(bǔ)充土壤速效 P、K養(yǎng)分，改良酸性土壤。目前，蔬菜消費(fèi)量日益增加，促使人們長期大量施用化肥，導(dǎo)致菜園土壤質(zhì)量下降，主要表現(xiàn)為養(yǎng)分失調(diào)、酸化嚴(yán)重、微生物多樣性下降等現(xiàn)象；同時(shí)菜園土壤種植結(jié)構(gòu)單一，復(fù)種指數(shù)高，土壤經(jīng)常翻耕易破壞土壤團(tuán)聚體，加劇了菜園土壤的退化過程。因此，本文以菜園退化紫色土為研究對(duì)象，研究了鋸木灰渣對(duì)退化紫色土改良效果，并從土壤生物角度，進(jìn)一步分析了鋸木灰渣對(duì)土壤微生物群落及微生物生物量碳、氮的影響，以期為菜園退化土壤養(yǎng)分和酸化的修復(fù)提供合理措施，同時(shí)實(shí)現(xiàn)循環(huán)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試生物質(zhì)灰渣為鋸木灰渣，于2013年在重慶生息節(jié)能公司采集。通過從工廠以及農(nóng)戶中收集的鋸木生物質(zhì)經(jīng)粉碎、篩分后，放入鍋爐中在800～900℃下焚燒，所產(chǎn)生的副產(chǎn)品即本試驗(yàn)所需的生物質(zhì)灰渣（pH 12.8，N 0.78 g kg-1，P2O55.99 g kg-1，K2O 24.9 g kg-1，MgO 17.4 g kg-1，CaO 15.7 g kg-1，F(xiàn)e 14.3 g kg-1，Cu 0.19 g kg-1，Zn 0.20 g kg-1，Mn 1.5 g kg-1）。

研究區(qū)位于重慶九龍坡區(qū)白市驛鎮(zhèn)蔬菜基地，白市驛鎮(zhèn)是重慶“主城西拓”即西部新城建設(shè)的重點(diǎn)區(qū)域，屬典型的亞熱帶濕潤季風(fēng)型氣候區(qū)。1997年之前，重慶市九龍坡區(qū)白市驛鎮(zhèn)主要種植水稻、玉米等糧食作物。在1997年之后，該地區(qū)慢慢地向蔬菜種植方向發(fā)展，至今已有了較大面積范圍的蔬菜基地。重慶市九龍坡區(qū)的土壤為灰棕紫泥土。該地區(qū)的土壤主要用于種植蔬菜，同時(shí)蔬菜在一年種植4～6季，復(fù)種指數(shù)達(dá)到400%～600%，比種植糧食的復(fù)種指數(shù)高很多。由于長期種植蔬菜，集約化程度高，大量的使用化肥，導(dǎo)致土壤酸化嚴(yán)重，板結(jié)、活土層變淺等問題，亟需尋求方便、快捷解決此問題的方案。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在重慶市九龍坡區(qū)白市驛選取地帶養(yǎng)分差異較小的田塊（pH4.5，有機(jī)質(zhì)26.9 g kg-1，堿解氮134.4 mg kg-1，有效磷132.8 mg kg-1，速效鉀171.5 mg kg-1），試驗(yàn)設(shè)7個(gè)處理，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積為4×5 m2，每個(gè)小區(qū)分別按0、3 000、6 000、9 000、12 000、15 000、18 000 kg hm-2添加生物質(zhì)灰渣，標(biāo)記為A0、A200、A400、A600、A800、A1000、A1200，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)于2013年4月開始，施用1 500 kg hm-2的有機(jī)肥（雞糞），7 d后，通過撒施的方式，一次性施入鋸木灰渣，于機(jī)械翻耕使鋸木灰渣與土壤混勻后3 d，種植蔬菜（飄兒白），每季作物種植期間按當(dāng)?shù)氐姆绞竭M(jìn)行田間管理并根據(jù)當(dāng)?shù)氐某Ｒ?guī)施肥量，其中底肥施用450 kg hm-2的NPK復(fù)合肥（N-P2O5- K2O：15-15-15，總養(yǎng)分≥45%），追施300 kg hm-2的NPK復(fù)合肥（N-P2O5- K2O：22-9-9，總養(yǎng)分≥40%）。大田試驗(yàn)共種植5季蔬菜（飄兒白），分別于蔬菜收獲后的2013年5月18日、8月14日、10月31日、12月20日、2014年3月24日（分別標(biāo)記為T1、T2、T3、T4、T5）記錄蔬菜產(chǎn)量，并采集了最后一季0～20 cm和20～40 cm土樣，每個(gè)小區(qū)采集5點(diǎn)（梅花形布點(diǎn)），將5點(diǎn)土樣均勻混合成一個(gè)樣品，取部分土樣置于放了冰袋的保溫箱中運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，并置于4℃冰箱保存用于測(cè)定微生物數(shù)量和微生物生物量碳、氮指標(biāo)，另一部分在室內(nèi)剔除石礫、肉眼可見的植物殘?bào)w及根系等雜質(zhì)后，經(jīng)自然風(fēng)干后測(cè)定土壤的基本理化性質(zhì)等指標(biāo)。

1.3 分析方法

土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定：土壤全氮采用H2SO4-H2O2消煮―蒸餾滴定法測(cè)定；土壤全磷采用H2SO4-H2O2消煮―釩鉬黃比色法測(cè)定；土壤全鉀采用H2SO4-H2O2消煮―火焰光度計(jì)法測(cè)定；土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤有效磷采用pH8.5，0.5 mol L-1NaHCO3浸提―鉬藍(lán)比色法測(cè)定；土壤速效鉀采用pH 7，1 mol L-1醋酸銨浸提―火焰光度計(jì)法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；土壤活性酸采用電位法測(cè)定（水土比1︰1）；土壤潛在酸采用中性1 mol L-1KCl淋洗，0.1 mol L-1HCl標(biāo)準(zhǔn)液滴定法測(cè)定，具體測(cè)定步驟參見文獻(xiàn)［14］。

微生物數(shù)量測(cè)定：土壤微生物種類豐富，主要有細(xì)菌、真菌及放線菌等。細(xì)菌采用牛肉汁蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基平板混菌法培養(yǎng)測(cè)定；真菌采用馬丁氏瓊脂培養(yǎng)基平板混菌法培養(yǎng)測(cè)定；放線菌采用高氏1號(hào)瓊脂培養(yǎng)基平板混菌法培養(yǎng)測(cè)定。

土壤微生物生物量碳、氮測(cè)定：采用氯仿熏蒸直接提取法，其中土壤微生物C用重鉻酸鉀-硫酸消煮―硫酸亞鐵滴定法，N用過硫酸鉀消煮―比色法，利用熏蒸和未熏蒸土壤提取的有機(jī)碳、全氮含量之差分別乘以系數(shù)0.38（微生物生物量碳）、0.45（微生物生物量氮），求得土壤微生物生物量碳、氮。

圖1 不同鋸木灰渣施用量下各季蔬菜產(chǎn)量箱式圖Fig. 1 Yield of vegetable relative to application rate of the ash

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理和作圖采用Excel 2010、SPSS18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不同處理之間差異采用One-Way ANOVA進(jìn)行比較（LSD法，p＜0.05）。

2 結(jié) 果

2.1 不同鋸木灰渣施用量對(duì)蔬菜產(chǎn)量的影響

鋸木灰渣施用能顯著提高各季蔬菜產(chǎn)量，如圖1所示，隨著鋸木灰渣施用量的增加，蔬菜產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)。其中鋸木灰渣施用量15 000和18 000 kg hm-2（A1000和A1200）處理的蔬菜產(chǎn)量均值分別為15 417和16 996 kg hm-2，顯著高于其他處理，較未施用鋸木灰渣（A0）處理分別顯著提高了66.6%～95.0%和76.1%～121.9%（p＜0.05）。從五季蔬菜產(chǎn)量的離散程度可以看出，A1200處理的蔬菜產(chǎn)量在上下四分位數(shù)之間箱體最長，數(shù)據(jù)分布也較為分散，而其他鋸木灰渣施用量處理的數(shù)據(jù)分布較為集中，可見鋸木灰渣的高施用量對(duì)于各季蔬菜產(chǎn)量間的提升效果較為明顯。

2.2 不同鋸木灰渣施用量對(duì)退化紫色菜園土化學(xué)性質(zhì)的影響

圖2 不同鋸木灰渣施用量下土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化Fig. 2 Content of soil organic matter in the soil relative to application rate of the ash

鋸木灰渣施用對(duì)有機(jī)質(zhì)含量的影響如圖2所示。與對(duì)照A0（0 kg hm-2）相比，鋸木灰渣的施用能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，且表層（0～20 cm）土壤的有機(jī)質(zhì)含量平均較亞表層（20～40 cm）高出0.16～5.82 g kg-1，其中A800和A1000處理的表層和亞表層的土壤有機(jī)質(zhì)含量相差不大，而其他處理的差值超過了3 g kg-1。在0～20 cm土層中，鋸木灰渣的施用能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，其中A1200處理的有機(jī)質(zhì)含量最高（36.30 g kg-1），較A0處理顯著增加了9.39 g kg-1，而其他處理間差異不顯著。在20～40 cm土層中，各處理的有機(jī)質(zhì)含量為A1200＞A1000＞A800＞A600＞A200＞A0＞A400，但各處理間差異不顯著?？傮w上，高量的鋸木灰渣施用較中低量的對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的提升效果較佳。

鋸木灰渣施用對(duì)退化紫色菜園土pH的影響如圖3所示。鋸木灰渣施用可以提高土壤表層（0～20 cm）及亞表層（20～40 cm）pH，且亞表層土壤的pH均高于表層土壤。在0～20 cm土層中，除A600處理外，其他鋸木灰渣處理的土壤pH較A0處理（5.01）顯著提高了0.97～1.11個(gè)單位（p＜0.05），其中A1200處理的表層土壤pH最大，為6.12；在20～40 cm土層中，各鋸木灰渣處理的土壤pH較A0處理（5.19）均顯著提高了0.90～1.33個(gè)單位（p＜0.05）；可見施用鋸木灰渣可以有效提高土壤pH。

圖3 不同鋸木灰渣施用量下土壤pH的變化Fig. 3 Soil pH in the soil relative to application rate of the ash

鋸木灰渣施用對(duì)退化紫色菜園土交換性H+、Al3+的影響如圖4所示。土壤中交換性H+和Al3+可以反映出土壤酸化程度。如圖4a所示，在0～20 cm土層中，與對(duì)照A0相比，鋸木灰渣處理的土壤中交換性H+、Al3+均顯著下降，其中A1000處理的交換性H+、Al3+總量最低，僅0.83 cmol kg-1，其次為A800（0.87 cmol kg-1）和A1200（1.02 cmol kg-1）處理。鋁的活化和釋放是酸性土壤緩沖酸化的主要途徑，與此同時(shí)溶解態(tài)鋁的增加對(duì)陸地和水生生物造成潛在傷害。本試驗(yàn)中，隨著鋸木灰渣施用量的增加，0～20 cm土層的交換性Al3+含量較A0處理呈顯著的下降趨勢(shì)，其中A1000處理的交換性Al3+含量最低，僅為0.63 cmol kg-1，較對(duì)照A0顯著下降了0.88 cmol kg-1，可見鋸木灰渣高施用量處理可以有效地降低鋁害，提高土壤pH；但過高的鋸木灰渣施用量（A1200）處理的0～20 cm土層的交換性Al3+含量達(dá)0.90 cmol kg-1，較A1000處理顯著提高了0.27 cmol kg-1，可見過高的施用量，降低鋁害的效果反而下降。

圖4 不同鋸木灰渣施用量下表層土壤（a）和亞表層土壤（b）中交換性H+、Al3+的變化Fig. 4 Contents of exchangeable H+ and Al3+ in the surface layer （a） and subsurface layer （b） of the soil relative to application rate of the ash

如圖4b所示，在20～40 cm土層中，鋸木灰渣處理能顯著降低土壤交換性H+、Al3+總量，各處理交換性H+、Al3+總量表現(xiàn)為A800＜A1000＜A1200＜A 600＜A200＜A400＜A0，較A0處理分別下降了1.06、1.04、1.00、0.88、0.87、0.71 cmol kg-1。對(duì)于土壤交換性Al3+而言，鋸木灰渣施用仍可以降低鋁害，其中A800和A1000處理效果較好，分別較A0顯著下降了1.04和1.01 cmol kg-1。

鋸木灰渣施用對(duì)退化紫色菜園土有效養(yǎng)分的影響如圖5所示。與A0處理相比，除A800處理顯著提高了土壤堿解氮含量外，其他施用量處理的堿解氮下降了3.1～10.4 mg kg-1，但無顯著差異。對(duì)土壤有效磷而言，鋸木灰渣還田1年后，僅A1200處理的土壤有效磷較A0處理增加了8.5 mg kg-1，其他處理則顯著下降。鋸木灰渣的施用能顯著提高土壤速效鉀含量，且隨著施用量的增加呈增加趨勢(shì)，其中A1200處理的土壤有效磷含量最高，為164.3 mg kg-1，其次為A1000處理（148.9 mg kg-1），均分別較A0處理顯著提高了55.3和39.9 mg kg-1。

圖5 不同鋸木灰渣施用量下表層土壤有效養(yǎng)分含量的變化Fig. 5 Content of available nutrients in the surface layer of the soil relative to application rate of the ash

2.3 不同鋸木灰渣施用量對(duì)退化紫色菜園土生物性質(zhì)的影響

鋸木灰渣施用對(duì)退化紫色菜園土微生物群落的影響如表1所示。由表1可見，無論在表層土壤（0～20 cm）還是亞表層土壤（20～40 cm）中，細(xì)菌的總數(shù)量在土壤三大類菌的種群數(shù)量分布最多，其次為真菌和放線菌；同時(shí)表層土壤的三大類菌的種群數(shù)量高于亞表層土壤。對(duì)土壤細(xì)菌而言，隨著鋸木灰渣施用量的增加，0～20 cm土層的細(xì)菌數(shù)量呈先增加后減少的趨勢(shì)，其中中等施用量（A600和A800）處理的細(xì)菌數(shù)量較高，分別較對(duì)照A0顯著提高了238%和283%（p＜0.05），其次為高等施用量處理（A1000和A1200）。各鋸木灰渣處理較對(duì)照A0能顯著提高真菌數(shù)量，表現(xiàn)為A600＞A400＞A1200＞A1000＞A800＞A200，其中A1000、A800和A200處理間差異不顯著，且顯著低于其他鋸木灰渣施用量處理。土壤放線菌含量明顯低于細(xì)菌和真菌，所占比例較低，A400和A800處理含量較大，分別較A0顯著提高了70%和58%?？傮w上，中量（6 000～12 000 kghm-2）鋸木灰渣處理對(duì)提高土壤三大類菌的種群數(shù)量的效果較佳。

鋸木灰渣施用對(duì)退化紫色菜園土微生物生物量的影響如圖6所示。土壤微生物生物量是土壤中的活性營養(yǎng)庫，調(diào)控著土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化循環(huán)及有效性。隨著鋸木灰渣施用量的增加，土壤微生物生物量碳（SMBC）呈先增加后減少的趨勢(shì)，其中A600和A800處理的SMBC含量明顯高于其他處理，分別較A0處理顯著提高了78.7%和70.4%（p＜0.05），而其他處理（除A400外）的SMBC均顯著下降了23.7%～35.2%。與A0處理相比，鋸木灰渣處理顯著提高了土壤微生物生物量氮（SMBN）含量，其中A1200處理的SMBN含量最大（40.54 m gkg-1），其次為A600處理（34.32mg kg-1）。通過計(jì)算微生物碳氮比發(fā)現(xiàn)，各處理的微生物生物量碳氮比表現(xiàn)為A0（19.09）＞A800（12.80）＞A600（10.44）＞A400（9.81）＞A200（7.45）＞A1000（4.18）＞A1200（3.78）。

表1 不同鋸木灰渣施用量下土壤三大類菌的種群數(shù)量Table 1 Populations of the three major groups of soil microbes in the soil relative to application rate of the ash

圖6 不同鋸木灰渣施用量下表層土壤微生物生物量的變化Fig. 6 Biomass of soil microbes in the soil relative to application rate of the ash

3 討 論

3.1 鋸木灰渣施用對(duì)退化紫色菜園土化學(xué)性質(zhì)的影響

鋸木灰渣是植株莖部在高溫（800～900 ℃）下焚燒所得生物質(zhì)灰渣［10］，富含磷、鉀等礦質(zhì)元素，灰渣的應(yīng)用不僅能促進(jìn)作物生長，減少病害發(fā)生，而且因其呈堿性，施入土壤后能調(diào)節(jié)土壤酸堿度，增加硝態(tài)氮含量，補(bǔ)給微量元素，提高土壤肥力，使蔬菜持續(xù)高產(chǎn)。本研究中，鋸木灰渣較對(duì)照A 0能顯著提高蔬菜產(chǎn)量，且隨著鋸木灰渣施用量的增加，各處理的產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)，這與陳龍等［13］研究結(jié)果類似。這是因?yàn)槌蕢A性的鋸木灰渣施入土壤后，提高了土壤的pH（圖3），同時(shí)鋸木灰渣中富含作物生長所需的P、K等營養(yǎng)元素，最終提高蔬菜產(chǎn)量。土壤有機(jī)質(zhì)是衡量土壤肥力高低的重要指標(biāo)之一，它能改善土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)過程的條件，提高土壤的吸收性能和緩沖性能。本試驗(yàn)條件下，鋸木灰渣的施用能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，尤其是大量施用鋸木灰渣能有效提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，這是因?yàn)殇從净以哂锌紫抖却?、比表面積大等特點(diǎn)，施入土壤后，表面大量的含氧官能團(tuán)如羧基和酚羥基等，以陰離子形態(tài)存在，增強(qiáng)了對(duì)土壤養(yǎng)分離子的保持，促進(jìn)了土壤團(tuán)粒的形成，使之在調(diào)整土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤有機(jī)質(zhì)含量方面有重要的作用［15］；同時(shí)鋸木灰渣施入土壤后，有助于增加土壤細(xì)菌、真菌和放線菌三大類菌的種群數(shù)量（表1），促進(jìn)腐殖化過程，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。隨著鋸木灰渣施用量的增加，其中的礦質(zhì)營養(yǎng)大部分被植物吸收利用后，剩余的鋸木灰渣會(huì)繼續(xù)改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的形成。

我國土壤酸化問題較為嚴(yán)重，而由土壤酸化所引發(fā)的鹽基離子淋失、有毒重金屬活化、活性鋁溶出等一系列問題，會(huì)嚴(yán)重影響土壤安全、植物生長和人體健康；特別是土壤酸化后，氫離子會(huì)與土壤膠體上的鹽基離子交換，導(dǎo)致營養(yǎng)元素大量流失，引起土壤肥力下降，嚴(yán)重影響作物生長，不利于可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)平衡［4］。鋸木灰渣的強(qiáng)堿性及其豐富的堿金屬、微量元素，使其可以作為酸性土壤的改良劑。本研究中，亞表層的pH較表層土壤的高，這是因?yàn)楸韺油寥澜?jīng)撒施鋸木灰渣后，采用了翻耕操作，有助于表層和亞表層土壤混合，但土壤的酸化大部分是由于施肥引起的，而追施的化肥大多數(shù)只針對(duì)于土壤的耕作層，即0～20 cm土層范圍內(nèi)，20～40 cm土層位于耕作層（0～20 cm）下方，致使大量化肥無法到達(dá)該層次（亞表層，20～40 cm），從而亞表層土壤的pH高于表層。但鋸木灰渣的施用均可以有效提高土壤表層和亞表層的pH，且隨著施用量的增加，pH也隨之上升，這與大多的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)殇從净以泻袎A性物質(zhì)，一方面能中和酸性土壤，提高土壤pH；另一方面一些大分子物質(zhì)可與各種陰、陽離子結(jié)合生成鹽，從而形成了相互轉(zhuǎn)化的緩沖體系，調(diào)節(jié)和穩(wěn)定了土壤pH，減緩了土壤酸化［16］，主要表現(xiàn)在土壤交換性酸含量的降低（圖4）。土壤交換性酸主要是由交換性H+、Al3+等決定的，是土壤緩沖體系的總酸容量［17］，Saarsalmi等［18-19］研究表明生物質(zhì)灰渣因其含有鈣、鎂和鉀氧化物、氫氧化物、碳酸鹽，這些含氧官能團(tuán)能與鋁形成穩(wěn)定的配（鰲）合物，使土壤交換性鋁轉(zhuǎn)化為活性較低的有機(jī)絡(luò)合態(tài)鋁，使其對(duì)酸性土壤具有強(qiáng)烈的中和作用。本試驗(yàn)施用的生物質(zhì)灰渣鋸木灰渣富含鈣、鎂和鉀氧化物（K2O 24.9 g kg-1，MgO 17.4 g kg-1，CaO 15.7 g kg-1），較水稻灰、谷殼灰和玉米灰含量高2～3倍［10］，因此隨著鋸木灰渣施用量的增加，可供酸性土壤中和作用的堿性物質(zhì)越多，對(duì)土壤酸化的改善效果越佳，但是過高鋸木灰渣施用量（18 000 kg hm-2）對(duì)于降低土壤中交換性H+、Al3+效果低于中低灰渣施用量，可見雖然鋸木灰渣具有疏松多孔、強(qiáng)堿性的特征，但對(duì)于土壤中交換性H+、Al3+的中和存在一定的飽和性。

土壤有效養(yǎng)分是作物生長直接吸收利用的重要營養(yǎng)成分。有研究表明，土壤改良劑不僅可以調(diào)節(jié)土壤酸度，還可以提高土壤中有效磷和速效鉀含量，降低堿解氮含量［20-21］。本研究中，鋸木灰渣不同施用量降低了堿解氮的含量，但影響并不明顯，而對(duì)土壤有效磷和速效鉀的影響較為明顯。黃容等［11］對(duì)生物質(zhì)灰渣與化肥混合對(duì)氨揮發(fā)的影響研究表明，鋸木灰渣與化肥特別是尿素混合施用時(shí)，會(huì)增加氨的揮發(fā)速率；同時(shí)鋸木灰渣是多年生木本植物莖部焚燒所得，pH（12.8）較高，在相同NH4+-N水平下，pH每升高一個(gè)單位，氨揮發(fā)量增加10倍［22］。因此與對(duì)照A0相比，鋸木灰渣施用降低了堿解氮含量，一方面是因?yàn)閴A性鋸木灰渣的施用，通過與尿素的配施增加了氨的揮發(fā)，減少了堿解氮的部分來源；另一方面鋸木灰渣處理的葉菜類的蔬菜產(chǎn)量較高，相應(yīng)的吸收土壤氮素也高。有研究表明，鋸木灰渣對(duì)磷的吸附量和吸附率較高，其中吸附率最高可達(dá)97.7%［12］，故在呈強(qiáng)堿性的鋸木灰渣施入土壤后，一方面活化了難溶性的鐵磷和鋁磷，減少了磷的固定，提高了土壤中水溶性磷的含量；另一方面，鋸木灰渣的施入增加了土壤磷的含量，而且通過鋸木灰渣吸附作用，提高了磷的有效性［15］。但是隨著種植時(shí)間的增加，被鋸木灰渣活化的有效磷被作物吸收利用，同時(shí)當(dāng)含鈣離子高的生物質(zhì)灰渣施入土壤后會(huì)與磷形成鈣磷，從而減少有效磷含量［8］，而高量的鋸木灰渣因其自身的磷含量高，補(bǔ)充了土壤的磷庫資源［23］。因此，本研究中鋸木灰渣還田1年后，除施用過高量的鋸木灰渣處理外，其他鋸木灰渣處理的有效磷含量均低于對(duì)照。對(duì)于速效鉀而言，由于鋸木灰渣的施用提高了土壤pH，土壤中交換性Al3+含量降低，從而增強(qiáng)了鉀對(duì)吸附位點(diǎn)的競爭能力，減少了礦質(zhì)鉀的釋放，從而減少了鉀的淋失，促進(jìn)鉀轉(zhuǎn)化為可被作物吸收利用的速效鉀［24］。

3.2 鋸木灰渣施用對(duì)退化紫色菜園土生物特性的影響

土壤微生物作為土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分循環(huán)的主要驅(qū)動(dòng)者，對(duì)養(yǎng)分的有效性以及土壤質(zhì)量有重要的作用［25-26］。菜地土壤復(fù)種指數(shù)高，加上長期連作、施肥，導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降、作物減產(chǎn)等連作障礙發(fā)生［27］，微生物作為土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要部分，其群落結(jié)構(gòu)以及生態(tài)功能多樣性已成為連作障礙和土壤肥力的重要指標(biāo)之一［28-29］。本試驗(yàn)中，鋸木灰渣自身的疏松多孔的結(jié)構(gòu)，較對(duì)照A0增加了微生物的棲息生存空間，同時(shí)提供了營養(yǎng)物質(zhì)，增強(qiáng)了微生物活性，因此鋸木灰渣處理的土壤微生物數(shù)量高于對(duì)照；無論是在表層土壤（0～20 cm）還是在亞表層土壤（20～40 cm）中，細(xì)菌的總數(shù)量在土壤三大類菌的種群數(shù)量分布最多，其次為真菌和放線菌，這與大多數(shù)的研究結(jié)果相一致［30-32］，且表層土壤的三大類菌含量一般高于亞表層［33］，因表層土壤較亞表層土壤有充足的營養(yǎng)源，水熱與同期狀況較好，有利于微生物的生長和繁殖［34］。

土壤微生物生物量碳（SMBC）作為土壤碳庫中最活躍的部分，是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一［35］；土壤微生物生物量氮（SMBN）是土壤有機(jī)氮的重要組成部分，雖然含量少，卻是碳、氮循環(huán)中不可缺少的部分［36-37］。因此，土壤微生物生物量對(duì)養(yǎng)分的供應(yīng)與轉(zhuǎn)化起重要作用，可以用于表征土壤微生物對(duì)鋸木灰渣響應(yīng)的情況。本研究表明添加鋸木灰渣能顯著增加SMBN，但是僅中量鋸木灰渣施用量（9 000～12 000 kg hm-2）顯著增加了SMBC。這是因?yàn)橹辛夸從净以幚淼耐寥牢⑸锘钚暂^高（表1），在同等碳庫的情況下，微生物對(duì)碳的同化量增加，從而顯著提高了SMBC。與SMBC不同的是，在施用同等氮肥的情況下，隨著鋸木灰渣施用量的增加，SMBN呈增加趨勢(shì)，這是由于鋸木灰渣施入土壤后，一方面為微生物提供了部分氮源和增加了有機(jī)碳源的數(shù)量，通過相關(guān)性分析可知，SMBN與土壤有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)關(guān)系（p=0.040＜0.05，r=0.776），從而增強(qiáng)了微生物活性，促進(jìn)了SMBN累積；另一方面鋸木灰渣比表面積大，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，表面大量的Si-O-Si鍵與水作用后，使顆粒表面產(chǎn)生大量的羥基而顯示出親水性，這種高的水分滲透性提高了鋸木灰渣的持水性能，使之在調(diào)整土壤結(jié)構(gòu)、提高保水保肥性能方面有重要的作用吸水能力較強(qiáng)［10］，在一定程度上減少了養(yǎng)分隨水流失；有研究表明，土壤微生物生物量碳氮比的高低可以反映土壤氮素供應(yīng)能力，微生物碳氮比較小時(shí)土壤氮素具有較高的生物有效性［38］，因此隨著鋸木灰渣施用量的增加，SMBN呈增加趨勢(shì)，其中A1200處理的SMBN含量最高。

4 結(jié) 論

鋸木灰渣的施用能顯著提高蔬菜產(chǎn)量，隨著施用量的增加，產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)。鋸木灰渣還田一年后，15 000～18 000 kg hm-2的鋸木灰渣施用量對(duì)表層土壤（0～20 cm）有機(jī)質(zhì)的提升效果較佳；鋸木灰渣呈堿性，與對(duì)照相比，經(jīng)鋸木灰渣處理的表層和亞表層土壤pH均提高，鋸木灰渣提高土壤pH

主要體現(xiàn)在降低了土壤交換性Al3+含量（鋁害），但過高的施用量（18 000 kg hm-2），降低表層土壤鋁害的效果反而下降；此外，12 000～15 000 kg hm-2的鋸木灰渣施用量對(duì)土壤堿解氮和速效鉀的提升效果較佳，18 000 kg hm-2的鋸木灰渣處理的有效磷含量最大。中量（9 000～12 000 kg hm-2）鋸木灰渣處理對(duì)提高土壤三大類菌的種群數(shù)量、微生物生物量碳的效果較佳。綜上，鋸木灰渣施用量為12 000～15 000 kg hm-2時(shí)對(duì)退化紫色土的改良效果較好。

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