土壤調理劑與有機肥配施治理紅壤茶園土壤酸化與培育地力的效果

趙麗芳， 黃鵬武， 陳翰， 盧升高*

(1.樂清市農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展中心，浙江 樂清 325600； 2.浙江大學 環(huán)境與資源學院，浙江 杭州 310058)

茶樹是一種主要分布在熱帶和亞熱帶地區(qū)的常綠植物。作為一種經(jīng)濟作物，茶樹屬于喜酸植物，適宜的土壤pH在5.5左右，然而長期種植茶樹會使土壤進一步酸化[1]。由于茶園土壤的長期茶葉種植，尤其是過量氮肥的施用，加劇了茶園土壤酸化過程。土壤酸化導致交換性鹽基離子溶出，降低土壤養(yǎng)分的有效性，增加鋁毒，惡化土壤物理化學性質，對作物根部造成嚴重損害，導致茶樹生長不良，并降低產(chǎn)量和品質[2]。土壤酸化引起的重金屬、鋁和氟的活化并增加它們在茶葉中的積累，進而威脅人體健康[3]。針對茶園土壤的嚴重酸化問題，施用土壤調理劑是有效的修復技術措施。用于茶園土壤酸化治理的改良劑有土壤調理劑、有機物料、微生物制劑等。對于茶園酸化的治理，很多研究推薦施用有機肥[4-5]，但有機肥與土壤調理劑配施研究的較少。本研究采用近年應用較廣的土壤調理劑與商品有機肥配施，以嚴重酸化的紅壤茶園土壤為對象，探討不同土壤調理劑與有機肥配施對茶園土壤酸化的修復作用與效果，為茶園高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、提高茶葉品質提供技術措施。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗在樂清市白巖街道赤水垟村茶園進行。試驗茶園表層(0～20 cm)土壤pH 4.0～4.7，全氮1.35 g·kg-1，速效磷19.72 mg·kg-1，交換性酸總量5.44 cmol·kg-1。

供試土壤調理劑有牡蠣殼粉、硅鈣鎂鉀肥、腐殖酸、海藻肥和礦物型土壤調理劑。其中：牡蠣殼粉主要成分為碳酸鈣，是一種近年來常用于改善土壤酸化的產(chǎn)品[6]；硅鈣鎂鉀肥是一種含多元素的天然礦質堿性肥料；海藻肥是一種主要由海洋生物提取物制備的調理劑[7]；腐殖酸在提高化肥利用率、降低酸性土壤中交換性酸總量、促進農(nóng)作物增產(chǎn)方面效果明顯[8-9]。

供試有機肥為商品有機肥，含有機質34.2%、氮1.54%、磷0.84%、鉀2.21%。

1.2 處理設計與樣品采集

試驗設6個處理：T1，常規(guī)對照(不施肥)；T2，硅鈣鎂鉀肥1 125 kg·hm-2+商品有機肥7 500 kg·hm-2；T3，礦物型土壤調理劑1 500 kg·hm-2+商品有機肥7 500 kg·hm-2；T4，牡蠣殼粉1 500 kg·hm-2+商品有機肥7 500 kg·hm-2；T5，海藻肥1 500 kg·hm-2+商品有機肥7 500 kg·hm-2；T6，腐殖酸2 250 kg·hm-2+商品有機肥7 500 kg·hm-2。采用大區(qū)試驗，大區(qū)面積為0.033～0.053 hm-2。土壤調理劑和有機肥在第1年冬季施入，第2年秋季采樣。土壤采樣前每個處理分為3個裂區(qū)，每個裂區(qū)按S形取樣法采取表層混合土樣。土壤經(jīng)自然風干后磨細，分別過2.000 mm和0.159 mm篩保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 土壤基本性質測定

土壤基本化學性質測定采用常規(guī)方法[10]：土壤pH采用土水比1∶2.5 (m∶V)浸提pH計(PB-21，Sartorius，Germany)測定；土壤交換性酸采用1 mol·L-1KCl浸提和0.1 mol·L-1NaOH中和滴定法測定；土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法測定；土壤速效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定；交換性鹽基離子采用1 mol·L-1NH4Ac (pH 7)浸提，交換性Ca2+和Mg2+原子吸收分光光度法測定，交換性K+和Na+火焰光度法測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

數(shù)據(jù)處理與分析采用Excel 2010和SPSS 24.0軟件，利用LSD法進行處理組間差異顯著性檢驗分析(P<0.05)，采用Origin Pro Student Version作圖，使用R軟件包ggbiplot進行主成分分析并作圖。

2 結果與分析

2.1 對茶園土壤pH和交換性酸含量的影響

土壤調理劑與有機肥配施對茶園土壤pH的影響見圖1所示。結果表明，土壤調理劑與有機肥配施處理土壤pH較對照(T1)平均增加0.12～0.41個單位，其中，T4處理(牡蠣殼粉和有機肥配施)顯著(P<0.05)增加土壤pH。土壤調理劑與有機肥配施對茶園土壤交換性酸總量的影響結果表明，5種土壤調理劑與有機肥配施處理顯著降低土壤交換性酸總量。由于茶園土壤酸化嚴重，土壤交換性H+和Al3+含量高，是影響茶樹根系生長的主要原因。當土壤pH<4.5時，土壤酸化產(chǎn)生的水溶性Al3+將明顯影響茶樹的正常生長，消除土壤的鋁毒是治理紅壤酸化的重要內容。土壤交換性H+和Al3+分析表明，茶園土壤的交換性酸組成以交換性Al3+為主，交換性Al3+是茶園土壤的主要致酸離子。土壤調理劑與有機肥配施顯著降低交換性Al3+含量，其中，T4、T5(海藻肥和有機肥配施)和T6(腐殖酸和有機肥配施)處理對降低土壤交換性Al3+的效果較為明顯，分別降低交換性Al3+含量0.81、0.52和0.45 cmol·kg-1。而T4處理降低土壤交換性H+的效果最為明顯。

柱間無相同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)，圖2同。

2.2 對茶園土壤交換性鹽基離子組成的影響

土壤調理劑與有機肥配施對茶園土壤交換性陽離子組成的影響見表1所示。結果表明，土壤調理劑與有機肥配施對土壤中交換性鹽基離子產(chǎn)生了較大影響，5種調理劑顯著提高土壤交換性K+和Ca2+含量，其中，T5處理增加土壤交換性K+和Ca2+含量效果最明顯，分別提高交換性K+和Ca2+含量173%和202%。T2(硅鈣鎂鉀肥礦物型和有機肥配施)、T4、T5和T6處理顯著增加土壤交換性Na+和Mg2+含量。T5處理顯著提高交換性K+、Na+、Ca2+和Mg2+離子含量。土壤酸化往往導致土壤中交換性鹽基離子的流失，造成土壤礦質養(yǎng)分缺乏。土壤調理劑與有機肥配施有效地提高了土壤交換性鹽基離子含量，降低交換性H+和Al3+含量，在提高土壤礦質養(yǎng)分的同時消除土壤的鋁毒。相關性分析表明，土壤的交換性陽離子含量與土壤pH呈顯著正相關，與交換性H+和Al3+含量呈顯著負相關。土壤調理劑與有機肥配施提高土壤交換性K+和Ca2+含量是修復土壤酸化的重要機制。

表1 土壤調理劑與有機肥配施處理對茶園土壤交換性鹽基離子含量的影響

2.3 對茶園土壤有機質和速效磷含量的影響

土壤調理劑與有機肥配施對茶園土壤有機質和速效磷含量的影響見圖2所示。結果表明，土壤調理劑與有機肥配施處理提高土壤有機質含量，其中，T5和T6處理顯著增加了土壤有機質含量。與對照比較，土壤調理劑與有機肥配施處理增加了速效磷含量40%～150%，其中，T3(礦物型土壤調理劑和有機肥配施)、T5和T6處理顯著提高土壤速效磷含量。酸化土壤中磷常常與鐵鋁氧化物形成沉淀，導致有效磷含量很低。土壤調理劑與有機肥配施有效地提高了土壤中磷的有效性。

圖2 土壤調理劑與有機肥配施處理對茶園土壤有機質和速效磷含量的影響

2.4 對土壤pH、交換性酸和養(yǎng)分含量影響的比較

不同調理劑對土壤pH、酸度、交換性鹽基離子和養(yǎng)分含量的影響見表2所示，結果表明，牡蠣殼粉調理劑對改善土壤酸度的效果最明顯；海藻肥對提高土壤有機質和速效磷的效果最明顯，且對提高土壤中交換性鹽基陽離子的效果也最好；硅鈣鎂鉀肥和牡蠣殼調理劑也顯著提高交換性鹽基陽離子含量。

表2 土壤調理劑與有機肥配施處理對土壤pH、交換性酸和養(yǎng)分含量影響的F檢驗

土壤調理劑與有機肥配施處理紅壤茶園土壤pH、酸度、交換性鹽基離子與養(yǎng)分指標的主成分分析見圖3所示。圖中8個指標即8個箭頭，箭頭所指方向為正，分組在箭頭所指方向越遠，該箭頭代表的指標對該分組影響越大，可以看出，T5處理在有機質、速效磷、土壤交換性鹽基離子方向上影響最大，即T5在6個處理組中能最大程度地影響土壤有機質、速效磷、交換性鹽基離子含量；T4在pH方向上影響最大，即T4在6個處理組中能最大程度地影響土壤pH。

圖3 土壤調理劑與有機肥配施各處理間的主成分分析

3 討論

茶園土壤酸化修復的田間試驗結果表明，土壤調理劑與有機肥配施能夠不同程度地降低土壤酸度，提高土壤礦質養(yǎng)分和有效磷含量，降低鋁毒，改善土壤酸化對茶樹生長的不良影響。土壤調理劑能提高土壤pH，減少酸性土壤交換性酸總量，降低酸性土壤活性鋁的毒害，主要是由于土壤調理劑本身含有堿性物質，能對酸性土壤起直接中和作用，且調理劑中含有豐富的鈣、鎂、硫等礦質元素，這些陽離子如Ca2+、Mg2+、K+等能與Al3+競爭交換位點，起到減輕鋁毒的作用。如牡蠣殼粉調理劑主要成分以鈣、鈉和鉀為主，可以為土壤提供豐富的Ca2+離子，提高鹽基飽和度，同時取代土壤膠體上的A13+，中和土壤溶液中的H+，提高土壤pH。有機肥和腐殖酸類調理劑中含有大量有機質，具有較高的活性，可吸附交換性H+、Al3+，從而改善土壤的酸化狀況。同時，它們可增加土壤中的有機物質含量，增強土壤對酸度變化的緩沖能力。腐殖酸是聚電解質高分子化合物，來源于植物和動物的殘留物以及微生物細胞的化學和生物降解，具有豐富的羧基、羥基等含氧官能團，能消耗土壤中較多的H+，與土壤中Al3+有很強的絡合能力，形成穩(wěn)定腐殖質復合物，有效降低土壤中鋁的毒性。海藻肥是以海洋植物海藻為主要原料制成的生物肥料，含有豐富的礦質元素與生物活性物質，除了提供Ca2+、Na+等離子外，還具有活化土壤有效養(yǎng)分的功能。此外，酸性土壤中的磷易被紅壤中鋁/鐵氧化物和氫氧化物吸附，生物可利用磷比例很低，是酸化土壤中作物生長最主要的養(yǎng)分限制因素。土壤調理劑與有機肥配施提高土壤pH，促進了酸性土壤中被固定無機磷的釋放，將其轉化為可以被作物吸收的有效磷。同時，有機肥也向土壤提供了有效磷。因此，土壤調理劑與有機肥配施能有效提高酸性土壤有效磷含量。

4 小結

土壤調理劑與有機肥配施改良茶園土壤酸化的田間試驗結果表明，土壤改良劑與有機肥配施能提高土壤pH，降低土壤交換性酸含量，提高交換性鹽基離子和速效磷含量，有效地改良茶園土壤酸化危害。試驗采用的5種調理劑以牡蠣殼粉提高土壤pH、降低交換性Al3+含量的效果最明顯；海藻肥提高交換性Na+、K+、Ca2+和Mg2+含量和速效磷效果較好。田間試驗證明土壤調理劑與有機肥配施是茶園土壤酸化修復的有效措施。