周昊文，王香琪，齊永波，張 晨，曹 維，章力干

（農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點實驗室，安徽農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，安徽 合肥 230036）

自然條件下的土壤酸化較為緩慢，但近幾十年來，受高強度人為活動的影響，我國農(nóng)田土壤酸化加速發(fā)展，在酸度和酸化面積上均呈擴大趨勢［1-3］。土壤酸化會導致鉀、鈣、鎂等多種礦質(zhì)營養(yǎng)元素流失以及鋁毒和重金屬毒害等多種脅迫，進而影響農(nóng)作物生產(chǎn)潛力和品質(zhì)，已成為一些地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的限制因子［3-5］。因此，采取有效措施減緩土壤酸化進程并對酸化土壤進行酸度改良和肥力提升，實現(xiàn)酸性土壤可持續(xù)利用，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護均具有重要意義。

施用多功能調(diào)理劑是改良土壤酸化的一種有效措施［6］。與傳統(tǒng)施用石灰相比，酸化土壤多功能調(diào)理劑的主要作用除了調(diào)節(jié)土壤酸度外，還能在一定程度上改善土壤養(yǎng)分狀況和土壤結(jié)構(gòu)、增強作物抗病抗旱能力，進而改善作物產(chǎn)量和品質(zhì)［5，7-8］。目前，國內(nèi)外對酸化土壤調(diào)理劑的開發(fā)與應用進行了廣泛的研究，應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的酸化土壤調(diào)理劑的種類和數(shù)量日益增加。不同調(diào)理劑因原料組成、理化性質(zhì)的差異，在不同類型土壤上的施用效果有很大的差別［9-11］。選擇合適的酸化土壤調(diào)理劑，要兼顧土壤的酸性改良和肥力提升。將富含養(yǎng)分，而有害物質(zhì)含量非常有限的堿性工業(yè)廢棄物或副產(chǎn)品，加工成酸化土壤調(diào)理劑，可以在中和土壤酸度的同時提高土壤養(yǎng)分含量［5，12-13］。冀建華等［5］研究表明，磷石膏、鉀長石在高溫下煅燒而制得的堿性物料，含有磷、鉀、鈣、鎂、硅等營養(yǎng)元素，在酸性水稻土中施用培肥增產(chǎn)效應顯著。Shi 等［12-13］研究表明堿渣與骨渣配合施用，不僅能夠顯著提高酸性土壤pH 和磷、鉀、鈣、鎂等養(yǎng)分的含量，還可促進小麥對養(yǎng)分的吸收，并提高產(chǎn)量。本研究采用的礦物質(zhì)調(diào)理劑由鐵尾礦和副產(chǎn)品云母、白云石經(jīng)煅燒后制得，呈堿性且富含植物生長所需的鉀、鈣、鎂、硅等有益元素，具有既能中和土壤酸性又可增加植物所需養(yǎng)分的雙重作用［14］。然而，土壤調(diào)理劑的田間施用要考慮添加量如何優(yōu)化的問題，如果添加量過少，土壤改良效果不明顯，反之添加量過大，成本高，造成浪費。適宜添加量的確定要綜合考慮土壤、作物及調(diào)理劑的特性［8］。安徽省地處長江流域油菜優(yōu)勢區(qū)域帶，而安徽省沿江及皖南油菜適宜區(qū)廣泛分布著酸性土壤，近年來，皖南部分地區(qū)土壤酸化日益加重，已成為制約油菜種植的土壤障礙因子之一［15］。鑒于此，本研究以安徽省黃山市典型酸性土壤進行油菜田間試驗，探索由鐵尾礦和副產(chǎn)品云母、白云石制備的礦物質(zhì)調(diào)理劑在酸性土壤油菜栽培上的施用效果及適宜用量，以期為其推廣應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于安徽省黃山市，該地區(qū)酸性土壤廣泛分布。試驗于2017 年9 月到2018 年5 月分別依托黃山市黟縣有農(nóng)生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司宏村基地（29°55′41.82″ N，117°54′30.04″ E）和黃山市農(nóng)業(yè)科學研究所休寧縣基地（29°39′32.77″ N，118°14′19.36″ E）進行。黟縣試驗小區(qū)長8 m，寬2.5 m，面積20 m2；休寧試驗小區(qū)長9 m，寬3.6 m，面積32.4 m2。供試土壤均為酸性水稻土，土壤基本理化性質(zhì)如表1 所示。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗材料

兩地供試油菜品種均為中油雜19 號。試驗所采用的礦物質(zhì)調(diào)理劑由安徽金日盛礦業(yè)有限責任公司提供，在1100℃條件下，將鐵尾礦、云母和白云石按質(zhì)量比1.0∶1.5∶2.5 進行煅燒活化，獲得的礦物質(zhì)調(diào)理劑呈堿性，且富含農(nóng)作物生長所必需的鉀、鈣、鎂、硅等有益元素［14］。根據(jù)《土壤調(diào)理劑 通用要求》（NY/T 3034—2016），供試調(diào)理劑pH 按照NY/T 1973—2010 標準測定，總氮含量按照NY/T 2542—2014 標準測定，磷、鉀含量按照NY/T 2273—2012 標準測定，鈣、鎂、硅含量按照NY/T 2272—2012 標準測定，汞、砷、鎘、鉛、鉻含量按照NY/T 1978—2010 標準測定。其主要活性成分和重金屬含量見表2。

表2 供試礦物質(zhì)調(diào)理劑主要活性成分和重金屬含量

1.3 試驗設計

試驗共設5 個處理，分別為：空白對照（T1）、當?shù)赝扑]施肥（T2）、當?shù)赝扑]施肥配施750 kg/hm2調(diào)理劑（T3）、當?shù)赝扑]施肥配施1500 kg/hm2調(diào)理劑（T4）和當?shù)赝扑]施肥配施2250 kg/hm2調(diào)理劑（T5），每個處理設置3 個重復，按照完全隨機區(qū)組排列。

1.4 樣品測定方法

采用隨機取樣法，分別在苗期、抽苔期、盛花期、成熟期采集0～20 cm 耕作層土壤，取回的土壤樣品，經(jīng)風干、研磨、過篩后，進行土壤pH（水土比2.5∶1）、土壤堿解氮（堿解擴散法）、土壤有效磷（NaHCO3浸提-鉬藍比色法）、土壤速效鉀（NH4OAc 浸提-火焰光度法）測定［16］。

在油菜成熟期隨機選取植株，統(tǒng)計株高，記錄一級分枝數(shù)、單株角果數(shù)、每角粒數(shù)、千粒重，理論產(chǎn)量計算公式為：理論產(chǎn)量=單位面積有效株×單株角果數(shù)×角果粒數(shù)×千粒重×10-6。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2010 軟件進行計算，采用SPSS 19.0 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，采用LSD 多重比較進行不同處理間的差異顯著性檢驗（P＜0.05），Origin 8.0 軟件進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 礦物質(zhì)調(diào)理劑對土壤pH的影響

不同用量的礦物質(zhì)調(diào)理劑對土壤pH的影響如圖1 所示。黟縣試驗地中，施用礦物質(zhì)調(diào)理劑可以顯著提高油菜各生育期土壤pH（P＜0.05），隨礦物質(zhì)調(diào)理劑用量的增加而顯著提高（P＜0.05），在整個油菜生育期內(nèi)土壤pH 增幅呈增大趨勢，與T2處理相比，T3、T4 和T5 處理苗期土壤pH 分別增加0.49、0.58 和0.98 個單位，成熟期土壤pH 分別增加0.56、0.79 和1.14 個單位。休寧試驗地中，施用礦物質(zhì)調(diào)理劑可以顯著提高油菜各生育期土壤pH（P＜0.05），隨礦物質(zhì)調(diào)理劑用量的增加呈增加趨勢，在整個油菜生育期內(nèi)土壤pH 增幅呈減小趨勢，與T2 處理相比，T3、T4 和T5 處理苗期土壤pH 分別增加0.35、0.67 和0.75 個單位，成熟期土壤pH 分別增加0.18、0.48 和0.50 個單位。礦物質(zhì)調(diào)理劑在同一地區(qū)兩塊試驗地施用后對土壤pH 均表現(xiàn)出顯著提升作用，且隨礦物質(zhì)調(diào)理劑用量的增加呈增加趨勢，而隨著油菜生育時期的推移，土壤pH 增幅表現(xiàn)出一定的差異。

2.2 礦物質(zhì)調(diào)理劑對土壤速效養(yǎng)分含量的影響

不同用量的礦物質(zhì)調(diào)理劑對土壤堿解氮含量的影響如圖2 所示。礦物質(zhì)調(diào)理劑施用后土壤堿解氮含量無顯著增加，隨礦物質(zhì)調(diào)理劑用量的增加未表現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律。在整個油菜生育期內(nèi)，黟縣試驗地土壤中的堿解氮含量呈先增加后降低趨勢，抽苔期施用礦物質(zhì)調(diào)理劑處理土壤堿解氮含量較高，較苗期相同處理增加1.87%～14.7%，且顯著高于T2 處理（P＜0.05）；休寧試驗地土壤中堿解氮含量呈降低趨勢，苗期施用礦物質(zhì)調(diào)理劑處理土壤堿解氮含量較高，但與T2 處理無顯著差異。

不同用量的礦物質(zhì)調(diào)理劑對土壤有效磷含量的影響如圖3 所示。兩試驗地中，配施礦物質(zhì)調(diào)理劑可以增加油菜各生育期土壤有效磷含量，隨礦物質(zhì)調(diào)理劑用量的增加而明顯增加，T4 和T5 處理土壤有效磷含量較其他處理顯著增加（P＜0.05）。在整個油菜生育期內(nèi)，黟縣試驗地土壤中有效磷含量呈增加趨勢，各處理成熟期土壤有效磷含量最高，其中T4 和T5 處理土壤有效磷含量顯著高于其他處理（P＜0.05），分別較T2處理增加7.29%和11.1%；休寧試驗地土壤中有效磷含量呈降低趨勢，各處理成熟期土壤有效磷含量最低，其中T4 和T5 處理土壤有效磷含量顯著高于推薦施肥處理（P＜0.05），分別較T2 處理高出16.8%和51.3%。

不同用量的礦物質(zhì)調(diào)理劑對土壤速效鉀含量的影響如圖4 所示。兩試驗地中，施用礦物質(zhì)調(diào)理劑可以顯著增加油菜各生育期土壤速效鉀含量（P＜0.05），除盛花期外，土壤速效鉀含量隨礦物質(zhì)調(diào)理劑用量的增加而顯著增加（P＜0.05）。在整個油菜生育期內(nèi)，黟縣試驗地土壤中速效鉀含量呈增加趨勢，各處理成熟期土壤速效鉀含量差異顯著（P＜0.05），T3、T4 和T5 處理土壤速效鉀含量分別較T2 處理高出28.5%、37.3%和79.1%；休寧試驗地土壤中速效鉀含量呈先降低后增加趨勢，各處理成熟期土壤速效鉀含量差異顯著（P＜0.05），T3、T4 和T5 處理土壤速效鉀含量分別較T2 處理高出21.3%、56.7%和99.4%。

2.3 礦物質(zhì)調(diào)理劑對油菜生長及產(chǎn)量的影響

由表3 可以看出，兩試驗地施用礦物質(zhì)調(diào)理劑后，均表現(xiàn)出有效促進油菜的生長發(fā)育，有利于成熟期油菜的一級分枝數(shù)、單株角果數(shù)、每角粒數(shù)以及千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因子的形成。與推薦施肥處理相比，施用礦物質(zhì)調(diào)理劑處理油菜成熟期株高明顯增加。黟縣試驗地中，T4 和T5 處理顯著高于其他處理（P＜0.05）；休寧試驗地中，施用礦物質(zhì)調(diào)理劑處理均顯著高于T2 和T1 處理（P＜0.05）。此外，施用礦物質(zhì)調(diào)理劑對油菜產(chǎn)量構(gòu)成因子形成也有一定的促進作用，黟縣試驗地，T4 和T5 處理單株角果數(shù)和千粒重顯著高于T2 處理（P＜0.05），較T2 處理分別增加14.6%、18.7%和6.59%、6.34%；休寧試驗地，T4 和T5 處理一級分枝數(shù)和千粒重顯著高于T2 處理（P＜0.05），較T2 處理分別增加12.9%、9.68%和6.32%、4.21%。受產(chǎn)量構(gòu)成因子尤其是單株角果數(shù)、一級分枝數(shù)和千粒重的影響，黟縣試驗地中，T3、T4 和T5 處理油菜產(chǎn)量與T2處理相比分別提高了13.3%、15.2%和24.0%；休寧試驗地油菜發(fā)生根腫病，各處理根腫病發(fā)病率分別為17.7%、17.3%、12.0%、8.3%和4.8%，休寧試驗地油菜產(chǎn)量低于黟縣試驗地，與T2 處理相比，T3 處理油菜產(chǎn)量減少了0.87%，T4 和T5 處理油菜產(chǎn)量分別提高了31.5%和18.6%。說明施用礦物質(zhì)調(diào)理劑對油菜增產(chǎn)效果明顯。

表3 礦物質(zhì)調(diào)理劑施用對油菜產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

3 討論

本研究兩試驗地結(jié)果均表明，施用礦物質(zhì)調(diào)理劑能夠有效改良土壤的酸度，且土壤pH的增加隨礦物質(zhì)調(diào)理劑用量的增加呈增加趨勢，這與其他礦物質(zhì)堿性物料在酸性土壤上施用效果的研究結(jié)果一致［5，11，17-18］。其主要原因，一方面可能是礦物質(zhì)調(diào)理劑本身呈堿性，pH 值達到10.80，施用后其水解出來的OH-能與土壤溶液中的H+或Al3+相結(jié)合成為H2O 或Al（OH）3，從而降低土壤中的H+和Al3+含量［10-11］；另一方面可能與礦物質(zhì)調(diào)理劑含有活性K2O、CaO、MgO、SiO2等組分有關(guān)，K2O、CaO、MgO、SiO2含量分別為2.17%、16.33%、12.90%、18.04%，施用后直接向土壤中引入Si4+和K+、Ca2+、Mg2+等鹽基離子，增加土壤中交換性陽離子含量，從而降低了土壤酸度［5，17］。然而，隨著油菜生育時期的推移，黟縣試驗地土壤pH 增幅呈增大趨勢，而休寧試驗地土壤pH 增幅呈減小趨勢，這一差異可能與兩試驗地土壤背景pH 和土壤酸堿緩沖能力及油菜生長過程中養(yǎng)分吸收、根系分泌物釋放等因素有關(guān)。

從礦物質(zhì)調(diào)理劑對土壤速效養(yǎng)分含量的影響來看，兩試驗地施用礦物質(zhì)調(diào)理劑處理均表現(xiàn)出明顯增加油菜各生育期土壤有效磷和速效鉀含量的效果，而對土壤堿解氮含量影響不大。試驗所用的礦物質(zhì)調(diào)理劑未檢出氮（表2），不能為土壤直接補充氮素，但施用后會引起土壤pH、土壤微生物活性、作物生長及根系活性等發(fā)生變化，可能會導致土壤堿解氮含量有所波動。礦物質(zhì)調(diào)理劑未檢出磷（表2），而土壤有效磷含量顯著增加，一方面可能是土壤pH 提升后有利于促進土壤磷素有效化，如土壤中無機磷的溶解、吸附態(tài)磷的解吸以及磷與其他土壤組分的反應等，降低磷肥施入土壤后的固定速率，提高土壤的供磷水平［19］；另一方面可能是由于硅、磷具有相似的結(jié)構(gòu)與化學性質(zhì)，在土壤膠體表面會產(chǎn)生競爭吸附，調(diào)理劑施入后釋放的SiO44-會占據(jù)部分磷的吸附點位或區(qū)域，甚至將部分土壤吸附態(tài)磷取代下來，從而降低土壤對磷素的吸附固定，增加土壤有效磷含量，且隨著pH 和硅含量的升高，硅對磷的競爭吸附能力增強［20-21］。土壤速效鉀含量在低量調(diào)理劑（750 kg/hm2）施用下都達到顯著水平，主要是由于施用的為供鉀型調(diào)理劑，其活性K2O 含量達2.17%；此外，土壤酸堿度的變化、離子拮抗作用也可能成為影響土壤速效鉀含量的重要因素［12-13，22］。

已有研究表明將富含養(yǎng)分，而有害物質(zhì)含量非常有限的堿性工業(yè)廢棄物或副產(chǎn)品，加工成礦物質(zhì)酸化土壤調(diào)理劑，可以在中和土壤酸度的同時提高土壤養(yǎng)分含量，從而有效改善土壤物理、化學和生物性質(zhì)，進而使其更適宜于作物生長［5，13，22-24］。本研究兩試驗地施用礦物質(zhì)調(diào)理劑均表現(xiàn)出有效促進油菜的生長發(fā)育，有利于油菜產(chǎn)量構(gòu)成因子的形成，施用量為1500 和2250 kg/hm2時表現(xiàn)出較好增產(chǎn)效果，這一結(jié)果與以往施用含有礦質(zhì)營養(yǎng)元素堿性物料的研究相一致。范文靜等［24］將工業(yè)副產(chǎn)品制備的硅鈣鎂磷鉀酸性土壤調(diào)理劑應用于油菜種植，發(fā)現(xiàn)調(diào)理劑施用使油菜產(chǎn)量和品質(zhì)顯著提高。李敏等［25］研究表明，磷石膏、鉀長石經(jīng)高溫煅燒后制得的堿性肥料硅鈣鉀鎂肥，含有水稻所需要的磷、鉀、鈣、鎂、硅大中量營養(yǎng)元素，可以有效提高水稻產(chǎn)量。本研究所用的礦物質(zhì)調(diào)理劑一方面可調(diào)理土壤酸堿度，改良酸性土壤，活化土壤中的磷；另一方面其含有的活性鉀、鈣、鎂、硅可作為油菜生長發(fā)育的養(yǎng)分來源，在調(diào)節(jié)土壤酸度、改善土壤肥力方面表現(xiàn)出很好的互補性。此外，休寧試驗點還表現(xiàn)出減少油菜根腫病發(fā)生的效果，可能是由于適量鈣、鎂、硅有利于提高植物葉綠素含量，減輕鋁毒害，達到改善作物營養(yǎng)、提高作物抗性和生物適應性的目的［19，26］。

礦物質(zhì)調(diào)理劑施用可以改善土壤pH 和養(yǎng)分狀況并促進油菜生長，但內(nèi)含的有毒有害物質(zhì)經(jīng)長期效應和累積效應可能造成的潛在生態(tài)安全風險，仍是其實現(xiàn)農(nóng)業(yè)安全利用不可忽視的問題。目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，施用無害化處理的廢棄物最關(guān)注其對農(nóng)田土壤重金屬積累的影響。研究表明，長期施用含重金屬的物料對土壤重金屬的積累隨施用時間總體呈上升趨勢［27］?，F(xiàn)階段我國土壤調(diào)理劑尚無單獨的重金屬限量國家標準，參照《水溶肥料汞、砷、鎘、鉛、鉻的限量及其含量測定》（NY 1110—2006），供試礦物質(zhì)調(diào)理劑砷、鎘、鉛均滿足標準限量要求，鉻含量超出標準值（50 mg/kg）的1.14倍（表2）。兩處試驗地采集的土壤中重金屬含量普遍較低且均未超標，油菜植株地上部和地下部均未檢測出重金屬，說明供試調(diào)理劑短期施用并未引起土壤重金屬含量變化，而長期累積效應還有待進一步探究。為有效降低土壤重金屬累積帶來的環(huán)境風險，供試礦物質(zhì)調(diào)理劑在進一步推廣應用中，除進一步優(yōu)化原料配比外，還應根據(jù)不同土壤類型和作物種類來確定施用量、施用年限和施用方式等的控制標準，并監(jiān)測長期大量施用是否會引起土壤中重金屬的累積環(huán)境風險。

4 結(jié)論

與推薦施肥相比，施加礦物質(zhì)調(diào)理劑可以顯著增加土壤pH、有效磷和速效鉀含量，且隨著施用量的增加呈增加趨勢。

與推薦施肥相比，配施礦物質(zhì)調(diào)理劑能促進油菜生長，有利于產(chǎn)量構(gòu)成要素一級分枝數(shù)、單株角果數(shù)和千粒重的形成，進而提高籽粒產(chǎn)量。綜合考慮改善土壤和作物產(chǎn)量及成本，礦物質(zhì)調(diào)理劑施用量為1500 kg/hm2時，較750 kg/hm2施用量效果好，較2250 kg/hm2施用量效果也較好且更經(jīng)濟，可作為最佳推薦施用量。