土壤調(diào)理劑配施配方肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)及交換性能的影響

林琛茗，韋家少，吳 敏，王大鵬，張 先，詹 杉，王桂花

土壤調(diào)理劑配施配方肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)及交換性能的影響

林琛茗，韋家少，吳 敏*，王大鵬，張 先，詹 杉，王桂花

中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所/省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地–海南省熱帶作物栽培生理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南?？?571101

土壤有機(jī)質(zhì)和鹽基飽和度是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)。為了探究土壤調(diào)理劑與配施化肥對(duì)熱帶地區(qū)酸化土壤有機(jī)質(zhì)和土壤交換性能的影響，明確土壤調(diào)理劑配施配方肥改良酸性土壤和提升土壤肥力的最佳方案，本研究在海南省儋州市木薯園開(kāi)展田間試驗(yàn)，采用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合型土壤調(diào)理劑并配施不同梯度配方肥的改良方式，對(duì)比分析不施肥、常規(guī)施肥和土壤調(diào)理劑與化肥配施對(duì)木薯地土壤有機(jī)質(zhì)和土壤交換性能的影響，從而為改良酸性土壤、減肥增效、緩解土壤環(huán)境等問(wèn)題提供理論依據(jù)和科學(xué)參考。結(jié)果表明：與CK（不施肥）相比，土壤調(diào)理劑配施配方肥（100%、75%、50%）處理的pH分別提高了0.29、0.24和0.44（<0.05），土壤有機(jī)質(zhì)分別提高了20.82%、22.04%和20.49%（<0.05），交換性鹽基總量分別提高了20.62%、21.25%和48.75%（<0.05），土壤交換性酸含量分別降低了17.65%、15.38%和30.43%（<0.05），在所有處理中以Tr50（土壤調(diào)理劑+50%配方肥）處理的改良效果最好。因此，在土壤改良中推薦施用土壤調(diào)理劑+50%配方肥的改良方案。

土壤調(diào)理劑；配方肥；木薯；有機(jī)質(zhì)；土壤交換性能

酸性土壤（pH<5.5）廣泛分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，約占地球總面積的30%和世界耕地面積的50%，并提供了25%～80%的蔬菜生產(chǎn)[1]。中國(guó)的酸性土壤約占全國(guó)總面積的12%[2]，主要分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，該地區(qū)自然條件優(yōu)越，水熱條件好。作為中國(guó)重要的水果和糧食作物生產(chǎn)基地[3]，由于自身的氣候條件[4]和不合理的耕種制度[5]等原因?qū)е略摰貐^(qū)土壤酸度增加，致使土壤退化程度加劇[6]，嚴(yán)重制約了該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展[7]。

針對(duì)酸性土壤改良的主要手段是施撒石灰和施用有機(jī)物料[8]等。石灰作為一種傳統(tǒng)的酸性土壤改良劑能夠有效緩解土壤酸化[9-10]，但是頻繁施用石灰會(huì)提高HCO3–活性，增加土壤中有機(jī)質(zhì)分解的速度，造成土壤復(fù)酸化[11]。所以，施用有機(jī)物料改良酸性土壤越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注。研究表明，生物炭具有較大的比表面積和堿性基團(tuán)，可以改善土壤酸化又兼具良好的固碳能力[12]。但是，不同來(lái)源的生物炭在改良酸性土壤方面差異較大。因此，需要一種既能有效緩解土壤酸化又能有效培肥土壤，并且能夠減少肥料施用量的土壤調(diào)理劑來(lái)改良酸性土壤。

土壤調(diào)理劑可有效改善土壤質(zhì)量[13]，調(diào)節(jié)土壤酸堿性[14]，增加土壤有機(jī)質(zhì)，保肥保墑，提高作物產(chǎn)量[15]。針對(duì)自然因素和過(guò)量施用化肥導(dǎo)致的土壤酸化問(wèn)題，國(guó)內(nèi)研究者認(rèn)為，與傳統(tǒng)的改良方法相比，施用土壤調(diào)理劑在緩解土壤酸化，減少化肥使用量和提高產(chǎn)量等方面優(yōu)勢(shì)更大[13-14]。但當(dāng)前市場(chǎng)上土壤調(diào)理劑多為無(wú)機(jī)型土壤調(diào)理劑，鮮有有機(jī)質(zhì)含量高，且pH也較高的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合型酸性土壤調(diào)理劑。

研究表明，施用化肥會(huì)增加土壤的酸化風(fēng)險(xiǎn)[4]。此外，土壤中有機(jī)質(zhì)的分解、N、S、C循環(huán)的不平衡也會(huì)降低土壤pH[6]。目前，應(yīng)用有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合型土壤調(diào)理劑，并配施配方肥對(duì)熱帶地區(qū)酸性土壤的改良效果和減肥增效的研究未見(jiàn)報(bào)道?；诖?，在海南省儋州市酸性土壤中研究常規(guī)施肥、配方肥、酸性土壤調(diào)理劑配施不同梯度的配方肥對(duì)木薯種植條件下土壤的有機(jī)質(zhì)、交換性酸以及交換性鹽的影響，其結(jié)果將為酸性土壤改良、減肥增效、緩解土壤環(huán)境等問(wèn)題提供理論依據(jù)和科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)區(qū)位于海南省儋州市中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場(chǎng)10隊(duì)木薯基地（109°2920E，19°2910N），試驗(yàn)時(shí)間為2021年7月5日至2022年5月18日。供試土壤為磚紅壤，基本理化性質(zhì)為：pH 4.93，有機(jī)質(zhì)12.05 g/kg，堿解氮45.45 mg/kg，速效磷61.14 mg/kg，速效鉀180.84 mg/kg。

供試木薯品種為‘南植199’。土壤調(diào)理劑為中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠所自制，土壤調(diào)理劑原材料包括熱帶農(nóng)業(yè)廢棄物生物炭、泥炭、石灰、沸石、鎂粉等，其中，有機(jī)成分占50%，無(wú)機(jī)成分占50%，該調(diào)理劑有機(jī)質(zhì)含量>20%，pH>10。配方肥為中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠所自制，養(yǎng)分比例為N∶P2O5∶K2O=7.47∶1∶8.52，配方肥所用原材料為魯西化工集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的尿素（總氮≥46.4%），濟(jì)南鑫碩化工有限公司生產(chǎn)的鈣鎂磷肥（有效磷含量≥12%）和烏拉爾鉀肥股份公司生產(chǎn)的氯化鉀（有效鉀含量≥62%）。復(fù)合肥為天津撒可富化肥有限公司生產(chǎn)，其總養(yǎng)分≥45%，養(yǎng)分比例為N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共計(jì)7個(gè)處理，包括對(duì)照CK（不施肥）、Ts（常規(guī)施肥，即單施復(fù)合肥）、Tp（100%配方肥）、Tr（單施土壤調(diào)理劑）、Tr100（土壤調(diào)理劑+100%配方肥）、Tr75（土壤調(diào)理劑+75%配方肥）、Tr50（土壤調(diào)理劑+50%配方肥），3次重復(fù)。每小區(qū)面積為28 m2，小區(qū)間隔離帶寬2 m。種植規(guī)格株行距為100 cm×80 cm，種植木薯28株。具體試驗(yàn)處理見(jiàn)表1。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定 土壤pH采用電位法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定；堿解氮采用堿解蒸餾法測(cè)定；速效磷采用HCl-NH4F浸提鉬藍(lán)比色法測(cè)定；速效鉀采用乙酸銨浸提火焰光度計(jì)法測(cè)定；交換性酸采用氯化鉀交換-中和滴定法測(cè)定；交換性鈣和鎂采用乙酸銨交換原子吸收分光光度法測(cè)定；交換性鉀和鈉采用乙酸銨交換火焰光度法測(cè)定；陽(yáng)離子交換量采用乙酸銨交換-堿解蒸餾法測(cè)定[16]。

表1 試驗(yàn)處理

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013軟件整理，利用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著法（LSD）檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異顯著性水平（<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用土壤調(diào)理劑對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

施用土壤調(diào)理劑對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響如圖1所示。不同處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量在12.20～ 14.89 g/kg之間，不同處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為：土壤調(diào)理劑+75%配方肥、土壤調(diào)理劑+50%配方肥、土壤調(diào)理劑+100%配方肥＞100%配方肥、不施肥。除土壤調(diào)理劑處理的土壤有機(jī)質(zhì)比不施肥提高11.97%外，土壤調(diào)理劑配施配方肥的所有處理均顯著高于不施肥處理，分別提高20.82%、22.04%和20.49%。

不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著（P<0.05）。

2.2 施用土壤調(diào)理劑對(duì)土壤pH的影響

施用土壤調(diào)理劑對(duì)土壤pH的影響如圖2所示。不同處理的土壤pH表現(xiàn)為：土壤調(diào)理劑+75%配方肥、土壤調(diào)理劑+50%配方肥、100%配方肥、土壤調(diào)理劑+100%配方肥>土壤調(diào)理劑＞單施復(fù)合肥、不施肥（<0.05）。除常規(guī)施肥外，土壤調(diào)理劑+75%配方肥、土壤調(diào)理劑+50%配方肥、100%配方肥、土壤調(diào)理劑+100%配方肥和土壤調(diào)理劑處理的pH分別比不施肥處理高0.37、0.29、0.24、0.44和0.17。

不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著（P<0.05）。

2.3 施用土壤調(diào)理劑對(duì)土壤交換性酸的影響

施用土壤調(diào)理劑對(duì)土壤交換性酸含量如表2所示。施用土壤調(diào)理劑對(duì)土壤交換性酸含量的影響有差異，施用土壤調(diào)理劑的各處理顯著降低了土壤交換性酸和交換性鋁含量，而增加了交換性氫的含量。各處理的交換性酸表現(xiàn)為常規(guī)施肥最高，土壤調(diào)理劑+50%配方肥最低，土壤調(diào)理劑+75%配方肥次之；而在土壤交換性氫含量中則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)；交換性鋁的變化趨勢(shì)與交換性酸相似。

表2 不同處理下的土壤交換性酸含量

注：同列不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著（<0.05）。

Note: Different small lettersin the same column indicate significant difference between different treatments (<0.05).

2.4 施用土壤調(diào)理劑對(duì)土壤交換性鹽基含量的影響

施用土壤調(diào)理劑對(duì)土壤交換性鹽基含量如表3所示。與CK相比，其他各處理的交換性鹽基總量均有提高，其中土壤調(diào)理劑配施配方肥處理均顯著高于CK，并以土壤調(diào)理劑+50%配方肥在所有交換性鹽含量中保持最高。施用土壤調(diào)理劑配施配方肥的所有處理中土壤交換性鈉和交換性鉀含量并無(wú)差異，但是顯著高于CK；施用土壤調(diào)理劑配施配方肥也高于常規(guī)施肥和配方肥處理，但差異不顯著。除土壤調(diào)理劑+50%配方肥和CK處理外，其他處理間的土壤中交換性鈣含量均無(wú)差異，但顯著高于CK。CK、常規(guī)施肥、配方肥和土壤調(diào)理劑處理的土壤中交換性鎂均無(wú)差異，而土壤調(diào)理劑配施配方肥的處理則表現(xiàn)為：土壤調(diào)理劑+50%配方肥>土壤調(diào)理劑+100%配方肥>土壤調(diào)理劑+75%配方肥（<0.05）。

2.5 施用土壤調(diào)理劑對(duì)土壤鹽基飽和度的影響

施用土壤調(diào)理劑對(duì)土壤陽(yáng)離子交換量（cation exchange capacity, CEC）和鹽基飽和度含量如表4所示。土壤調(diào)理劑+50%配方肥土壤的CEC顯著高于其他處理，其中配方肥、土壤調(diào)理劑+100%配方肥和土壤調(diào)理劑+75%配方肥之間無(wú)差異，但顯著高于常規(guī)施肥和CK。鹽基飽和度的變化趨勢(shì)也大致與CEC相似，即土壤調(diào)理劑配施配方肥的處理最高，常規(guī)施肥和配方法次之，CK最低。

表3 不同處理下的土壤交換性鹽基含量

注：同列不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著（<0.05）。

Note: Different small lettersin the same column indicate significant difference between different treatments (<0.05).

表4 不同處理下的土壤鹽基飽和度

注：同列不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著（<0.05）。

Note: Different small lettersin the same column indicate significant difference between different treatments (<0.05).

3 討論

3.1 土壤調(diào)理劑配施配方肥增加了土壤有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)作為土壤肥力的核心，對(duì)土壤理化性質(zhì)有重要影響。本研究結(jié)果表明，土壤調(diào)理劑配施配方肥各處理的有機(jī)質(zhì)含量顯著高于CK和配方肥處理，可能是由于調(diào)理劑配施配方肥為土壤中微生物的生長(zhǎng)發(fā)育提供了大量的碳源和氮源，促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的形成[17]；而常規(guī)施肥和配方肥處理僅增加了土壤中氮源的輸入，土壤有機(jī)質(zhì)在微生物的作用下分解[18]，從而降低了有機(jī)質(zhì)含量。相較于常規(guī)施肥和配方肥處理，單施土壤調(diào)理劑有機(jī)質(zhì)含量有所增加，可能是由于調(diào)理劑中含有生物炭和泥炭，進(jìn)入土壤后可以增加土壤有機(jī)碳含量，研究表明泥炭中腐殖酸含量高可以快速增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[19]。

3.2 土壤調(diào)理劑配施配方肥降低了土壤活性酸度

土壤pH是土壤化學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，并與土壤中鋁離子成負(fù)相關(guān)性[20]。本研究結(jié)果表明，施用配方肥和土壤調(diào)理劑配施配方肥各處理的pH顯著高于其他處理。土壤調(diào)理劑的成分對(duì)土壤的改良效果密切相關(guān)，本研究中施用的土壤調(diào)理劑中有機(jī)成分占50%，主要包括生物炭和泥炭，研究表明，生物炭含有-COO–和-O–堿性基團(tuán)并且對(duì)pH具有較大的緩沖能力，其中的陽(yáng)離子（Ca2+、K+、Mg2+、Na+和Si4+）在熱解過(guò)程中形成碳酸鹽或氧化物[21-22]與酸性土壤中的H+和Al3+發(fā)生反應(yīng)；另一方面，泥炭中腐殖酸含量高，表面含有羧基、酚羥基和醇羥基等含氧官能團(tuán)[23]可以螯合土壤中的鋁離子，降低其活性；再者，調(diào)理劑中還有一定比例的石灰，三者共同作用提升了土壤中的pH。本研究表明，施用配方肥可以提高土壤pH，但考慮到熱帶地區(qū)氣候炎熱，降雨量大，施用配方肥在酸性土壤中淋溶作用強(qiáng)烈等因素，所以本研究認(rèn)為，施用土壤調(diào)理劑配施配方肥對(duì)土壤pH提升效果的持續(xù)性優(yōu)于配方肥。也有研究表明，在野外試驗(yàn)3 a后，生物炭中的堿度已被完全中和[24]。為了完全了解土壤調(diào)理劑對(duì)土壤pH提升效果的持續(xù)性，本研究還將繼續(xù)跟蹤試驗(yàn)。

3.3 土壤調(diào)理劑配施配方肥降低了土壤交換性酸

土壤交換性酸是土壤酸度容量的重要指標(biāo)之一。本研究結(jié)果表明，施用土壤調(diào)理劑各處理的土壤交換性酸和交換性鋁含量均顯著降低，交換性氫的含量有所增加，而且不同處理之間也存在差異。這可能是由于土壤調(diào)理劑中生物碳和泥炭含量占50%，所以生物炭和泥炭的理化性質(zhì)直接影響調(diào)理劑在土壤中的行為。另外，酸性土壤中交換態(tài)鋁在生物炭中的有機(jī)官能團(tuán)的螯合作用下形成有機(jī)結(jié)合態(tài)鋁，以此降低了土壤中鋁的活性[25-26]；另一方面泥炭中含有大量的羧基、酚羥基和醇羥基等含氧官能團(tuán)[23]可以螯合土壤中的鋁離子，降低其活性。此外，土壤調(diào)理劑中的鹽基離子與鋁發(fā)生交換反應(yīng)也是導(dǎo)致交換性酸含量降低的原因之一[25]。研究表明，土壤pH增加是導(dǎo)致交換性酸降低的主要原因，當(dāng)土壤溶液pH>5.0時(shí)，土壤中的鋁離子通過(guò)水解作用形成羥基鋁或氫氧化鋁沉淀[26]，本文中施用土壤調(diào)理劑顯著提升了酸性土壤pH也為此研究結(jié)果提供了證據(jù)。

3.4 土壤調(diào)理劑配施配方肥增加了土壤交換性能和鹽基飽和度

土壤陽(yáng)離子交換量和鹽基飽和度是評(píng)價(jià)土壤保肥能力的重要指標(biāo)之一。本研究中土壤調(diào)理劑+50%配方肥處理的CEC和鹽基飽和度最高?？赡苁怯捎谡{(diào)理劑中的生物炭和泥炭表面所攜帶大量含氧官能團(tuán)與H+水解活性鋁，并通過(guò)羧基官能團(tuán)吸附堿基離子，進(jìn)而使土壤體可變負(fù)電荷增加或可變正電荷減少，從而使土壤膠體有效負(fù)電荷密度增加；另外，供試土壤調(diào)理劑中含有50%的無(wú)機(jī)肥料（石灰、沸石、鎂粉），也有利于提高土壤鹽基離子總量，二者共同作用提高了土壤CEC和鹽基飽和度[27]。雖然本文沒(méi)有對(duì)土壤調(diào)理劑中生物炭和泥炭所含有機(jī)官能團(tuán)進(jìn)行測(cè)定，但是施用土壤調(diào)理劑配施配方肥對(duì)土壤的交換性能和鹽基飽和度的提升作用是顯著的。吳敏等[28]研究了4種不同來(lái)源生物炭對(duì)土壤酸度及交換性能的影響，結(jié)果表明，土壤陽(yáng)離子交換量的提升順序表現(xiàn)為蕉炭＞椰炭＞蔗炭＞膠炭，并認(rèn)為除pH和自身攜帶陽(yáng)離子的原因外，有機(jī)官能團(tuán)的多少也是影響交換性能的重要因素。

4 結(jié)論

與對(duì)照和常規(guī)施肥相比，土壤調(diào)理劑配施配方肥的所有處理均顯著提高了土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)和交換性鹽基總量，并顯著降低了土壤交換性酸含量。在所有處理中以土壤調(diào)理劑+50%配方肥處理的改良效果最好。因此，在土壤改良中推薦施用酸性改良劑+50%配方肥的改良方案。

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Effects of Soil Conditioner Combined with Formula Fertilizer on Soil Organic Matter and Exchange Performance

LIN Chenming, WEI Jiashao, WU Min*, WANG Dapeng, ZHANG Xian, ZHAN Shan, WANG Guihua

Rubber Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Hainan Provincial Key Laboratory of Tropical Crop Cultivation and Physiology-State Key Laboratory Breeding Base Jointly Built by Province and Ministry, Haikou, Hainan 571101, China

The saturation of soil organic matter and salt base serves as an important indicator for evaluating soil fertility, so this study is to explore the effects of soil conditioners and directive fertilizers on acidified soil, organic matter and soil exchange performance in tropical areas, clarify the formula of soil conditioners and directive fertilization, improve acidic soil and improve soil fertility. The cassava orchard in Danzhou City, Hainan province was applied to carry out field experiments. Organic-inorganic composite soil conditioners were used, and different gradient formula fertilizers were applied. The research aims to compare and analyze the effects of no fertilizer application, conventional fertilizer application and application of soil conditioner and chemical fertilizer on soil organic matter and soil exchange properties of cassava land, so as to provide a theoretical basis and scientific reference for improving acidic soil, increasing soil fertility and mitigating soil environment. The experimental results showed that compared with CK, the soil conditioner with directive fertilization (100%, 75%, 50%) treatment increased pH by 0.29, 0.24 and 0.44 (<0.05), the soil organic matter by 20.82%, 22.04% and 20.49% (<0.05), the total exchangeable salt base by 20.62%, 21.25% and 48.75% (<0.05), and soil exchangeable acid content decreased by 17.65%, 15.38% and 30.43% (<0.05), respectively, and of all treatments, Tr50 (soil conditioner+50% formulated fertilizer)treatment had the best effect of improvement. Thus, the improvement scheme of applying soil conditioner+50% formulated fertilizer in soil improvement was recommended.

soil conditioner; formulated fertilizer; cassava; organic matter; soil exchange performance

S533；S156

A

10.3969/j.issn.1000-2561.2022.10.023

2022-07-14；

2022-08-08

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（No. 2020YFD1001200）。

林琛茗（1988—），男，博士，助理研究員，研究方向：土壤學(xué)。*通信作者（Corresponding author）：吳 敏（WU Min），E-mail：wuminhainan@sina.com。