單翔宇 黃語嬌 謝如林 李伏生?

(1. 廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 南寧 530004; 2. 廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所， 南寧 530007)

廣西在甘蔗生產(chǎn)方面具有得天獨(dú)厚的氣候優(yōu)勢,一直是我國甘蔗的主要產(chǎn)區(qū)。 然而隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)快速發(fā)展,在種植作物過程中,化肥施用方法不當(dāng),產(chǎn)生了土壤酸化。 而土壤酸化在一定程度上加速了土壤礦物質(zhì)養(yǎng)分的加速流失、活化和釋放了土壤中的有毒金屬元素,導(dǎo)致微生物數(shù)量減少和酶活性降低,進(jìn)而影響土壤肥力和作物的生長發(fā)育[1]。在土壤酸化改良過程中合理施用石灰、白云石粉等可有效提高土壤pH,增加土壤N、Ca、Mg、S 等營養(yǎng)元素的有效性,降低重金屬元素活性,提高酸性土壤生產(chǎn)力[2],而且與肥料搭配一同施用還可以提高肥料的利用效率,緩解重金屬毒害,提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。 白云石分布廣、易加工、成本低,因此可制成鈣鎂磷肥或粉碎研磨制成白云石粉,應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[4]。 目前國內(nèi)還很少有關(guān)于甘蔗生產(chǎn)上應(yīng)用白云石粉的報(bào)道,本文就施用白云石粉對酸性土壤pH和有效養(yǎng)分以及甘蔗品質(zhì)和產(chǎn)量的影響進(jìn)行了研究,以期為酸性土壤條件下甘蔗高效生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料及方法

1.1 供試材料

本試驗(yàn)在廣西金光農(nóng)場友誼分場試驗(yàn)基地,于2016 年2月至2017 年1月進(jìn)行。 土壤為赤紅壤,供試土壤pH5.35,有機(jī)質(zhì)18.1g kg-1,堿解氮(N)21mg kg-1,有效磷(P)99.2mg kg-1,速效鉀(K)124.8mg kg-1,有效鈣(Ca)1204mg kg-1和有效鎂(Mg)180mg kg-1。 白云石粉MgO 含量20%,CaO 含量31%,由廣西梧州市上林馬督建材有限公司提供,甘蔗品種為廣西目前推廣的“桂糖42 號”。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在相同施肥(N 為381.0kg hm-2,P2O5為108kg hm-2,K2O 為243.0kg hm-2)條件下,設(shè)施用6000kg hm-2的白云石粉處理(DF)和不施白云石粉處理(CF)。 試驗(yàn)進(jìn)行兩次施肥,播種前施用NPK復(fù)合肥(N-P2O5-K2O 15-15-15)450kg hm-2作基肥,施用尿素450kg hm-2,硫酸鉀300kg hm-2,NPK復(fù)合肥750kg hm-2作為追肥。 施肥采用機(jī)械化方式。 每個(gè)處理重復(fù)3 次,共6 個(gè)小區(qū),小區(qū)面積為90m2(長30m,寬3m,共3 行)。 甘蔗種植前,將白云石粉均勻施用于各小區(qū)表層,對試驗(yàn)地進(jìn)行改土。2016年2月15日開溝施用基肥后播種,播種密度為10.5t hm-2。 5月14～15日施用追肥后培土。2017年1月7日收獲。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

土壤樣品于種植前和收獲前采集,采用S 形散點(diǎn)采樣法采集0～30cm 耕作層土樣,各小區(qū)采集10個(gè)土壤樣品(以10 個(gè)樣品的測定結(jié)果的平均值作為該處理的測定值),各處理土壤樣品的采樣點(diǎn)為30個(gè),于種植前和收獲前采集。 土壤樣品檢測土壤含水率、土壤堿解N、有效P、速效K、土壤pH、有效Ca、有效Mg 地等指標(biāo)均按照《土壤農(nóng)化分析》第三版[5]進(jìn)行測定。

按《中國甘蔗品種志》[6]對甘蔗品種農(nóng)藝性狀所定義的方法,調(diào)查株高、莖粗、有效莖數(shù)及葉片數(shù)等指標(biāo)。 在甘蔗收獲前,按《甘蔗成熟期植株采樣技術(shù)規(guī)程》分別采集收獲物(蔗莖)和廢棄物(蔗葉、蔗尾和殘茬)樣品。 植株樣品測定N、P、K、Ca、Mg含量以及甘蔗汁液錘度等指標(biāo)。 植株樣品N、P、K采用H2SO4-H2O2法消化后分別用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰光度計(jì)法測定,Ca 和Mg 用HNO3-HClO4法消化后用原子吸收光譜法測定。 甘蔗汁液錘度用錘度計(jì)測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2016 分析,并用SPSS 19.0軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤理化性狀

2.1.1 土壤pH pH 是對植物生長發(fā)育起到直接影響的重要土壤指標(biāo),任何植物都有其生長發(fā)育所需的最適pH(酸堿度)范圍,酸堿度過高或過低都會(huì)對植物根系產(chǎn)生直接毒害作用[7]。 甘蔗生長最適pH 為6.5～7.5,但在土壤pH4.5～8.0 之間都可生長[8]。 當(dāng)pH ＜4 時(shí)H+會(huì)對多數(shù)作物產(chǎn)生直接毒害[9]。 DF 處理土壤pH 值為6.55,CF 處理土壤pH值為5.70,DF 處理pH 值比CF 處理提高0.85,對土壤的pH 值提升明顯,表明施用白云石粉可有效提高土壤pH 值。

2.1.2 土壤有效養(yǎng)分 土壤酸化會(huì)加快N、K、Mg、Ca 等營養(yǎng)元素流失,影響土壤微生物活動(dòng),進(jìn)而影響土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化,降低土壤肥力[10]。 從表1 中可以看出,施用白云石粉對土壤中堿解N、有效P、速效K、有效Ca 及有效Mg 的含量都有顯著提高,DF 處理有效N 含量為29.4mg kg-1,比CF 處理提高了11.2mg kg-1；有效P 含量為182.9mg kg-1,比CF 處理提高了68.2mg kg-1；速效K 含量為187.2mg kg-1,比CF 處理提高了46.0mg kg-1；有效Ca 含量為4012mg kg-1,比CF 處理提高了2156mg kg-1；有效Mg 含量為976.8mg kg-1,比CF 處理提高了775.2mg kg-1。 上述結(jié)果說明,與不施白云石粉相比,施用白云石粉后,土壤有效Ca 和Mg 的變化幅度較大,說明白云石粉中的CaCO3和MgCO3可有效提高土壤中有效Ca 和Mg 的含量。

表1 施用白云石粉對土壤有效養(yǎng)分含量的影響

2.2 植株生長指標(biāo)

由表2 可知,6～8月甘蔗株高增加較快,莖徑主要在6～8月增長較快,葉片數(shù)8～10月增長數(shù)量明顯高于6～8月。 DF 和CF 處理的株高在6～8月分別增長了124cm 和100cm,在8～10月分別增長了89cm 和74cm。 DF 和CF 處理的莖徑在6～8月分別增長了16.1mm 和15.6mm,在8～10月分別增長了0.9mm 和0.8mm。 6～8月份,DF 和CF 處理的葉片數(shù)則分別增長了2 片和1 片,在8～10月則分別增長了8 片和6 片。 DF 處理的甘蔗在同一時(shí)期株高、莖徑、葉片數(shù)及生長情況均要好于CF 處理。

表2 施用白云石粉對甘蔗伸長期株高、莖徑和葉片數(shù)的影響

2.3 植株養(yǎng)分含量

2.3.1 葉中養(yǎng)分含量 從表3 中看出,甘蔗葉片不同部位營養(yǎng)元素含量有所不同,青葉和葉梢養(yǎng)分含量K＞N＞Ca＞Mg＞P,老葉養(yǎng)分含量Ca＞N＞K＞Mg＞P。DF 處理青葉、老葉和葉梢中N、P、K、Ca 和Mg 含量均高于CF 處理,差異顯著,DF 處理青葉中N 含量比CF 處理高出2.65g kg-1、0.57g kg-1、2.33g kg-1,DF 處理老葉中P 和K 的含量比CF 處理高出1.20g kg-1、0.22g kg-1、1.01g kg-1,DF 處理葉梢中N、P 和K 的含量比CF 處理高出1.94g kg-1、0.33g kg-1、1.75g kg-1,DF 處理青葉中Ca 和Mg 含量比CF 處理高出5.42g kg-1和4.12g kg-1,DF 處理老葉中Ca和Mg 含量比CF 處理高出5.21g kg-1和2.91g kg-1,DF 處理葉梢中Ca 和Mg 含量比CF 處理高出3.33g kg-1和1.82g kg-1。

表3 施用白云石粉對甘蔗葉片不同部位養(yǎng)分含量的影響

(續(xù)上表)

2.3.2 蔗莖中養(yǎng)分含量 從表4 中可以得出,兩個(gè)處理的土壤養(yǎng)分含量指標(biāo),均為K 含量最高,P 含量最低。 兩個(gè)處理的蔗莖在N、P、K、Ca 和Mg 含量上均存在明顯不同,DF 處理的各養(yǎng)分均要比CF 處理含量高。 與CF 處理相比,DF 處理蔗莖N 含量增加1.39g kg-1,P 含量提高0.25g kg-1,K 含量提高2.32g kg-1,Ca 含量提高3.52g kg-1,Mg 含量提高3.77g kg-1。

表4 施用白云石粉對蔗莖養(yǎng)分含量的影響

2.4 甘蔗產(chǎn)量及品質(zhì)

2.4.1 干物質(zhì)積累 植物有機(jī)物和營養(yǎng)成分累積的一個(gè)重要指標(biāo)常常用干物質(zhì)積累多少來衡量,干物質(zhì)積累量越多則說明植物長勢越好。 表5 所示,施用白云石粉處理收獲期甘蔗的莖干物質(zhì)積累量達(dá)到了276.64g 株-1,葉干物質(zhì)積累量達(dá)到了62.75g株-1,葉梢干物質(zhì)積累達(dá)到95.34g 株-1,而通過CF處理的收獲期甘蔗的差距則較大,葉干物質(zhì)積累量僅為30.15g 株-1,葉梢干物質(zhì)量僅為57.64g 株-1,莖干物質(zhì)積累量僅為196.90g 株-1。 通過對比,DF處理葉、葉梢和莖干物質(zhì)量與CF 處理的甘蔗相比分別增加了32.60g 株-1、38.70g 株-1、79.74g 株-1,兩個(gè)處理結(jié)果差異較大,表明施用白云石粉可顯著提高作物地上部有機(jī)物的積累,利于作物生長。

表5 施用白云石粉對收獲期甘蔗干物質(zhì)積累量的影響

2.4.2 產(chǎn)量 從表6 可以看出,通過DF 處理甘蔗收獲期莖長達(dá)到331cm,CF 處理為273cm,相差61cm,施用白云石粉處理的莖長明顯好于不施白云石粉處理；對于莖徑來說,DF 處理為30mm,CF 處理為26.72mm,DF 處理比CF 處理增加了3.28mm；對有效莖數(shù)來說,DF 處理為51250 株hm-2,CF 處理為40417 株hm-2,施用白云石粉處理比不施白云石粉處理有效莖數(shù)多10833 株hm-2。 折合產(chǎn)量后,DF 處理要比不施白云石粉產(chǎn)量的超過一半。 因此,施用白云石粉可顯著提高甘蔗產(chǎn)量。2.4.3 蔗糖含量及產(chǎn)糖量 衡量甘蔗品質(zhì)的其中一個(gè)重要指標(biāo)是蔗糖分,其主要與產(chǎn)糖率等制糖工業(yè)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)關(guān)系顯著[11]。 在提高甘蔗產(chǎn)量的同時(shí),提升甘蔗糖分是研究甘蔗高產(chǎn)施肥的主要目的。 由表7 可知,DF 處理蔗糖含量為16.26%,CF處理蔗糖含量為13.14%,說明施用白云石粉對甘蔗蔗糖含量的提高有顯著影響。 不同處理公頃產(chǎn)糖量DF 比CF 提高了7.27t hm-2,說明施用白云石粉對甘蔗產(chǎn)糖量的影響極顯著。

表6 施用白云石粉對甘蔗產(chǎn)量構(gòu)成和產(chǎn)量的影響

表7 施用白云石粉對甘蔗蔗糖含量和產(chǎn)糖量的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 施用白云石粉對土壤pH 和有效養(yǎng)分的影響

養(yǎng)分在土壤施入肥料后常以離子形態(tài)溶于土壤溶液中,形成的養(yǎng)分有被作物吸收、隨水淋溶和被土壤吸附或固定三種去向[12]。 土壤pH 值過低會(huì)制約土壤中有效養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化、導(dǎo)致土壤養(yǎng)分的流失加速、土壤易板結(jié),致使土壤肥力降低,從而使甘蔗對土壤養(yǎng)分的吸收和利用率降低,對甘蔗生長發(fā)育造成不良影響,因此對酸性土壤改良的研究是提高甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)的重要措施。 有研究表明,施用白云石粉可提高有效養(yǎng)分含量、土壤pH 值及交換性Ca 和Mg 的含量[13]。

通過對土壤pH 值、有效N、速效P、有效K、有效Ca 及有效Mg 的含量分析,結(jié)果表明,施用白云石粉后土壤pH 得到提高,同時(shí),能有效促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)分解,增加土壤堿解N 含量；白云石粉中的CaCO3能有效降低土壤對P 的吸附,提高土壤有效P 含量；降低土壤酸化程度,減少K+流失速度,使土壤速效K 含量提高。 白云石粉中含有的CaCO3和MgCO3,還可對交換性Ca 和交換性Mg 的土壤含量提升。 由此可知,施用白云石粉可以有效促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)分解,提高土壤的pH 值,增加土壤養(yǎng)分的有效性,有效促進(jìn)甘蔗根系生長,通過促進(jìn)甘蔗對土壤中養(yǎng)分的吸收,有效提升甘蔗產(chǎn)量。

3.2 施用白云石粉對養(yǎng)分吸收的影響

植物中營養(yǎng)元素含量可以反映出土壤養(yǎng)分的供應(yīng)情況、肥料利用情況及甘蔗體內(nèi)養(yǎng)分情況[14]。 甘蔗生長離不開N、P、K、Ca 和Mg 等重要營養(yǎng)元素,缺一不可,否則就會(huì)造成不良影響制約甘蔗生長發(fā)育,降低甘蔗產(chǎn)量。 施用白云石粉對于甘蔗體內(nèi)N、P、K、Ca 和Mg 等元素含量的提升發(fā)揮重要作用,甘蔗各部位N、P、K、Ca 和Mg 含量排序與謝如林等[15]的結(jié)果一致。

3.3 施用白云石粉對甘蔗干物質(zhì)積累的影響

農(nóng)作物干物質(zhì)是將新鮮植株的水分烘干的剩余部分,干物質(zhì)組成可分為有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)兩部分,其中90%～95% 為有機(jī)質(zhì), 礦物質(zhì)僅占5%～10%[16]。 干物質(zhì)積累量是反映植物對養(yǎng)分的吸收和利用情況的有效指標(biāo)。 在相同施肥條件下,施用白云石粉后,甘蔗莖干物質(zhì)積累量提高最多,其余各部位干物質(zhì)積累量均有所提升,因此在酸性土壤中施用白云石粉可提升甘蔗生長發(fā)育速度,從而提高干物質(zhì)積累和產(chǎn)量。

3.4 施用白云石粉對甘蔗產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

土壤酸化是限制甘蔗增產(chǎn)的不利因素之一,因此,改良酸性土壤可在根本上解決制約植物生長發(fā)育的問題,從而提高甘蔗產(chǎn)量。 有研究表明,施用石灰可改善酸性土壤中的養(yǎng)分,使作物產(chǎn)量增加[2-5,8-10]。

對不同處理甘蔗株高、莖徑和葉片數(shù)量以及成熟期甘蔗產(chǎn)量和含糖量對比分析結(jié)果表明,施用白云石粉有利于甘蔗生長發(fā)育,可提高甘蔗株高、莖徑和葉片的生長速度、成熟期地上部生物量和有效莖數(shù),從而提高甘蔗產(chǎn)量。 施用白云石粉可大幅增加土壤有效養(yǎng)分含量,為甘蔗生長提供充足的養(yǎng)分,并促進(jìn)其吸收利用,提高植株有效養(yǎng)分含量,活化植株體內(nèi)的淀粉合成酶,促進(jìn)糖的轉(zhuǎn)化,有利于提高甘蔗含糖量和產(chǎn)糖量,與以往研究結(jié)果一致[2]。

需要指出的是,施用白云石粉對酸性土壤有效養(yǎng)分和甘蔗生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響僅進(jìn)行了一年的研究,有關(guān)白云石粉后效的問題有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究證明。