電生功能水對(duì)磚紅壤主要養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的影響

王燕 劉書(shū)偉 康小平 何仲

摘要：為探討電生功能水（EFW）對(duì)磚紅壤主要養(yǎng)分轉(zhuǎn)化及酸性的影響，以不同pH值的EFW對(duì)磚紅壤進(jìn)行噴施培養(yǎng)，在0、28、56、84 d時(shí)分別測(cè)定磚紅壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量和pH值，并分析其與處理之間的相關(guān)性。結(jié)果表明：（1）隨培養(yǎng)時(shí)間及電生功能水pH值的增大，土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量呈下降趨勢(shì)，堿性特別是強(qiáng)堿性處理下降幅度較大，磚紅壤的酸性亦呈減弱趨勢(shì)，堿性處理可提升磚紅壤pH值2～3個(gè)等級(jí)，使其達(dá)中性或近中性。（2）土壤速效磷含量隨培養(yǎng)時(shí)間及EFW處理的pH值增大呈增加趨勢(shì)，EFW處理可將其含量提升2～3個(gè)等級(jí);酸性處理的速效鉀含量隨時(shí)間增加而增加，但其堿性處理則降低，速效鉀含量隨EFW處理pH值增大呈降低趨勢(shì)，EFW處理可將其含量提升1～2個(gè)等級(jí)，即EFW處理有利于土壤中速效鉀、速效磷的轉(zhuǎn)化或活化。（3）培養(yǎng)84 d時(shí)，各處理的pH值與土壤pH值及速效磷含量呈正相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)、堿解氮及速效鉀含量呈負(fù)相關(guān)。研究結(jié)果可為解決磚紅壤存在的磷鉀含量低和酸性強(qiáng)等問(wèn)題提供理論支撐。

關(guān)鍵詞：電生功能水;海南;磚紅壤;有效養(yǎng)分;土壤pH值;養(yǎng)分轉(zhuǎn)化

中圖分類號(hào)：S158 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2022）07-0201-04

收稿日期：2021-07-01

基金項(xiàng)目：海南省高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目（編號(hào)：Hnky2018-56）;海南省三亞市農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目（編號(hào)：2016NK11）。

作者簡(jiǎn)介：王 燕（1979—），女，河南太康人，碩士，副教授，主要從事生物學(xué)教學(xué)及相關(guān)研究。E-mail：wysw119@163.com。

通信作者：康小平，博士，教授，主要從事物理農(nóng)業(yè)與電子信息教學(xué)及相關(guān)研究。E-mail：xpk710@126.com。

電生功能水（EFW）是將水置于一種特殊的裝置中經(jīng)電場(chǎng)處理，使水的pH值、氧化還原電位等發(fā)生改變而產(chǎn)生的具有特殊功能的酸性電解水和堿性電解水的總稱[1]，具有廣譜、瞬時(shí)殺菌、不污染環(huán)境、對(duì)人體無(wú)毒、制取方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，受到各領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的關(guān)注。目前EFW在農(nóng)業(yè)上主要應(yīng)用于保鮮[2-3]、消除農(nóng)藥殘留[4-5]、防治植株病害[6-7]、促進(jìn)植物生長(zhǎng)及品質(zhì)改良[8-9]、土壤殺菌消毒[10-11]等方面，且效果顯著，但鮮見(jiàn)其在使用過(guò)程中對(duì)土壤養(yǎng)分影響的研究。磚紅壤是在熱帶雨林、季雨林氣候下經(jīng)脫硅富鋁化作用形成的地帶性土壤，主要分布在22°N以南的熱帶北緣地區(qū)[12]，是海南省主要的土壤類型，占海南省土壤總面積的63.85%，該土壤土層深厚、質(zhì)地黏重、養(yǎng)分含量低（特別是缺磷、缺鉀）、呈酸性至強(qiáng)酸性[13]。為探討EFW在磚紅壤中施用時(shí)能否改良酸性土壤，對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響是否存在共性和差異性，本研究以野外磚紅壤為對(duì)象，分析施用不同酸堿性的EFW對(duì)磚紅壤酸堿性及主要養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的影響，探討EFW能否活化或加速釋放土壤中礦質(zhì)元素，為其在酸性土壤地區(qū)的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料及制備

于2020年11月在海南省三亞市自然植被覆蓋的坡地采集磚紅壤，取土深度為0～30 cm，去除石塊、植物根系及葉片等雜物，混勻、待用。

電生功能水由DSJ-A100型電功能水發(fā)生器電解質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的氯化鈉溶液制備。待機(jī)器工作5 min穩(wěn)定后，收集酸性水和堿性水，并利用pH計(jì)分別測(cè)定其pH值、氧化還原電位，每次施用時(shí)重新制備。本試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理，分別記為A、B、C、D、E、F處理及CK（自來(lái)水），其中A、B、C處理為酸性處理，D、E、F處理為堿性處理，其理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將土樣裝入塑料栽植桶（150 mm×140 mm）中，每個(gè)處理1桶，重復(fù)3次，共21桶，土樣質(zhì)量約0.80 kg/桶，貼上標(biāo)簽。

EFW處理每周一噴1次，之后每2 d噴自來(lái)水1次，CK每周同一時(shí)間只噴自來(lái)水。用噴霧型噴壺均勻噴在土壤表面，使土壤上下層充分濕潤(rùn)，用稱質(zhì)量法保持土壤含水量約為25%。噴施后蓋上蓋子，置于海南熱帶海洋學(xué)院實(shí)驗(yàn)基地設(shè)施大棚（23～30 ℃）內(nèi)培養(yǎng)，時(shí)間為2020年11月至2021年1月。

1.3 土樣采集與測(cè)定

于培養(yǎng)后0、28、56、84 d上午（噴施前進(jìn)行）采集土樣，每桶隨機(jī)選3個(gè)點(diǎn)，使用自制圓柱形取樣器垂直插入土壤，各點(diǎn)均勻取土并混勻。指標(biāo)參照鮑士旦的方法[14]進(jìn)行測(cè)定，土壤pH值和氧化還原電位采用1 ∶1水土比電位法（PHS-3E型pH計(jì)），土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法，速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法（UV-1100紫外分光光度計(jì)），速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法（FP6431火焰光度計(jì)）。

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

采用Excel繪制圖表;用SPSS 19.0軟件統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，采用Duncan s新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試磚紅壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量分析

供試土壤pH值為4.10，有機(jī)質(zhì)含量為1.82 g/kg，堿解氮含量為3.53 mg/kg，速效磷含量為 2.57 mg/kg，速效鉀含量為21.08 mg/kg，石礫占8%左右。參照全國(guó)第2次土壤普查土壤養(yǎng)分及pH值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[15]，對(duì)該土壤進(jìn)行分級(jí)：土壤為極強(qiáng)酸性，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均為最低等級(jí)（6級(jí)），即極缺乏水平。

2.2 不同處理對(duì)磚紅壤酸堿性的影響

由表2可知，隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)及電生功能水pH值的增加，土壤的pH值逐漸增大。酸性處理的pH值稍低于CK，但差異不顯著;堿性處理的pH值增幅初始較明顯而后減緩，堿性處理間差異不顯著，但與其他處理差異顯著（ P <0.05）。84 d時(shí)，D、E、F處理的pH值分別比CK提高1.37、1.50、1.95，達(dá)土壤pH值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的近中性或中性。可見(jiàn)，堿性處理特別是強(qiáng)堿性處理可有效降低磚紅壤的酸度。

2.3 不同處理對(duì)磚紅壤主要有效養(yǎng)分的影響

2.3.1 有機(jī)質(zhì)含量 由表3可知，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)及電生功能水pH值增大，有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)。酸性處理的有機(jī)質(zhì)含量高于CK但差異不顯著，E、F處理在84 d時(shí)均與CK及酸性處理差異顯著（ P <0.05）。說(shuō)明EFW處理特別是堿性處理會(huì)加速土壤有機(jī)質(zhì)的消耗或釋放。

2.3.2 堿解氮含量 由表4可知，隨電生功能水pH值的增大，堿解氮含量逐漸下降;隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，堿解氮含量總體呈下降趨勢(shì)，但存在波動(dòng)。處理84 d時(shí)，處理A與CK及堿性處理差異顯著（ P <0.05），F(xiàn)處理與其他處理差異顯著（ P <0.05）。說(shuō)明EFW處理特別是強(qiáng)堿性處理會(huì)加速土壤堿解氮的消耗或釋放。

2.3.3 速效磷含量 由表5可知，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)及電生功能水pH值的增大，速效磷含量呈增加趨勢(shì)。培養(yǎng)56d時(shí)，酸堿處理的速效磷含量顯著增加（ P <0.05）;84 d 時(shí)，CK的速效磷含量顯著低于除A以外的其他處理（ P <0.05），A、B處理均與F處理差異顯著（ P <0.05），堿性處理間差異不顯著。A、B處理速效磷含量增加為4級(jí)即缺乏水平，C、D、E、F處理增加為3級(jí)即中等水平。說(shuō)明EFW特別是堿性處理有利于土壤中磷的活化。

2.3.4 速效鉀含量 由表6可知，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，速效鉀含量呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，酸性處理增加，堿性處理下降，56 d后酸性與堿性處理差異顯著（ P <0.05）。隨著電生功能水pH值的增大，速效鉀含量呈下降趨勢(shì)，CK低于EFW處理且差異顯著（ P <0.05）。84 d時(shí)，F(xiàn)、CK處理仍為6級(jí)即極缺乏水平，D、E處理提升為5級(jí)即很缺乏水平，A、B、C處理提升為4級(jí)即缺乏水平。說(shuō)明EFW處理有利于土壤中鉀的活化，其中酸性處理更為明顯。

2.4 不同處理的pH值與土壤酸堿性及有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量的相關(guān)性

從圖1至圖5可知，各處理的pH值與土壤pH值、速效磷含量呈正相關(guān)，與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀含量呈負(fù)相關(guān);從相關(guān)程度來(lái)看，各處理的pH值與土壤pH值、土壤有機(jī)質(zhì)含量呈高度相關(guān)，與土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量呈中度相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

土壤是作物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，其pH值、有機(jī)質(zhì)含量及氮、磷、鉀三要素的含量是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)，其中土壤pH值是土壤的重要化學(xué)性質(zhì)，影響土壤微生物的活性、有機(jī)質(zhì)的分解及礦物質(zhì)的有效性，對(duì)土壤養(yǎng)分的釋放、固定和遷移過(guò)程起著重要作用。本研究結(jié)果如下。

（1）堿性處理可提升磚紅壤pH值2～3個(gè)等級(jí)，使土壤達(dá)中性或近中性，但處理初期可以明顯降低土壤酸度，后期降低幅度較小?？赡苁怯捎趬A性處理在施用初期會(huì)消耗土壤中大量的H+和Al3+，進(jìn)而顯著提高土壤pH值，但隨著土壤黏粒中潛性酸的釋放和土壤緩沖作用，降低了該效應(yīng)而使土壤 pH值穩(wěn)步增加[16]。說(shuō)明堿性特別是強(qiáng)堿性的EFW可明顯降低磚紅壤的酸度，可用于酸性土改良。

（2）各處理有機(jī)質(zhì)及堿解氮含量隨時(shí)間的推移及電生功能水pH值的增大呈下降趨勢(shì)?？赡苁翘幚磉^(guò)程土壤中未添加有機(jī)物料，EFW施入土壤，pH值升高，從而提高土壤中氨氧化細(xì)菌的生物多樣性[17]和微生物的活性[18-19]，使土壤結(jié)構(gòu)、通氣性和滲透性得到改善，加速了有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化及土壤有機(jī)氮的礦化和消耗。

（3）各處理速效磷的含量隨時(shí)間的推移及電生功能水pH值的增大呈增加的趨勢(shì)，EFW處理有利于速效磷的轉(zhuǎn)化，堿性處理更為明顯?？赡苁怯捎谒嵝酝寥纏H值低，土壤中游離態(tài)和交換態(tài)鋁、還原態(tài)錳含量過(guò)高，與磷形成沉淀，降低了土壤中磷的有效性[20]。但土壤pH值的升高降低了活性鐵（Fe）、鋁（Al）、錳（Mn）等元素的含量，減弱了對(duì)磷的固定[21]，并且能通過(guò)還原、酸溶和絡(luò)合溶解以及促進(jìn)解磷微生物增殖等活化土壤中難以利用的磷素，使其轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)磷[22]，進(jìn)而提高速效磷的含量。

（4）EFW處理的速效鉀含量均大于CK，但隨電生功能水pH值的增大呈下降趨勢(shì)，酸性處理隨時(shí)間的增加而增加，而堿性處理則下降。酸性處理可提升土壤中速效鉀含量2個(gè)等級(jí)，D、E處理提升1個(gè)等級(jí)，F(xiàn)處理不變?？赡苁撬嵝蕴幚硎雇寥乐械牡V物鉀轉(zhuǎn)變?yōu)橛行р洠瑥亩岣咄寥乐械乃傩р浐?。pH值升高后，土壤對(duì)K+的固定作用加強(qiáng)，有效鉀降低[12]，這可能是堿性處理速效鉀含量降低的原因。

（5）各處理的pH值與土壤pH值呈高度正相關(guān)，與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈高度負(fù)相關(guān)，與堿解氮、速效鉀含量呈中度負(fù)相關(guān)，與土壤速效磷含量呈中度正相關(guān)，具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

綜上所述，堿性電生功能水對(duì)磚紅壤酸性改良效果較好，有利于土壤中固定態(tài)的磷和礦物鉀向速效磷和速效鉀轉(zhuǎn)化，其中酸性處理有利于速效鉀的轉(zhuǎn)化，堿性處理有利于速效磷的增加，EFW處理特別是堿性處理會(huì)加大土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮的消耗或釋放速度，即EFW處理具有活化土壤礦質(zhì)養(yǎng)分和促進(jìn)養(yǎng)分釋放的作用。

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