盧運(yùn)艷 張廣忠 徐勤政 陳祥福 劉 偉 解學(xué)仕 劉兆輝

1 史丹利農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司 臨沭 276700

2 功能性生物肥料國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室 臨沭 276700

3 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 濟(jì)南 250100

土壤酸堿性是由母質(zhì)、生物、氣候以及人為因素等多種因子綜合作用的結(jié)果。土壤酸化是指在多雨的自然條件下，降雨量遠(yuǎn)超過蒸發(fā)量，在強(qiáng)烈的土壤及其母質(zhì)的淋溶作用下，土壤中的鹽基離子易向下移動(dòng)，H+被土壤吸附，使土壤鹽基飽和度下降、氫飽和度增加，引起土壤酸化[1]。

土壤的酸堿緩沖能力較強(qiáng)，在自然條件下的酸化速度非常緩慢，但隨著農(nóng)業(yè)集約化種植程度的提高、化肥施用量的加大及酸沉降的增加，土壤酸化日益加劇，已成為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要土壤障礙因子，是土壤質(zhì)量退化的重要表現(xiàn)形式，嚴(yán)重制約了我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2，3]。

土壤酸化可導(dǎo)致Ca、Mg等大量鹽基離子淋失、土壤理化性質(zhì)惡化、重金屬活性提高、土壤微生物活性降低，土壤中溶出大量的Al3+會(huì)抑制作物生長、導(dǎo)致作物減產(chǎn)[2，4]。研究較多、效果較好的調(diào)酸型土壤調(diào)理劑主要有石灰類物質(zhì)[5～9]、硅鈣礦物類、磷礦粉、堿渣和粉煤灰類等無機(jī)物[10～16]以及腐植酸等有機(jī)物類[17]，但有機(jī)無機(jī)復(fù)合改良技術(shù)比單施其中一種的效果更好[2]。風(fēng)化煤中含有豐富的再生腐植酸資源[18]，腐植酸可以用來修復(fù)改良土壤。目前，調(diào)酸型土壤調(diào)理劑對輪作尤其根莖類-葉菜類輪作的研究鮮有報(bào)道。本文在現(xiàn)有調(diào)理劑研究的基礎(chǔ)上，通過施用石灰+風(fēng)化煤、氫氧化鉀+風(fēng)化煤及硅鈣鉀鎂3類土壤調(diào)理劑確保其pH＞12的前提下，在蘿卜-芹菜輪作上開展對比試驗(yàn)，以期為不同調(diào)酸型土壤調(diào)理劑在酸性土壤改良上的應(yīng)用和推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)

于2020年2月20日—4月14日種植蘿卜（紅頭白根），生長期54天，蘿卜品種為“半夏”。芹菜5月6日育苗，5月18日移栽，7月9日收獲，生長期52天，芹菜品種為“津芹”。

試驗(yàn)地點(diǎn)為山東省臨沂市臨沭縣史丹利農(nóng)業(yè)集團(tuán)股份有限公司生態(tài)示范園連棟溫室。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地土壤為棕壤，基本性質(zhì)：pH值4.92，交換性酸0.7 cmol/kg，有機(jī)質(zhì)3 g/kg，電導(dǎo)率EC值25.80 mS/m，硝態(tài)氮29.55 mg/kg，有效磷78.20 mg/kg，速效鉀82.58 mg/kg，鈣568.24 mg/kg，鎂75.92 mg/kg，鐵86.74 mg/kg，錳57.47 mg/kg，銅1.42 mg/kg，鋅2.22 mg/kg。

調(diào)理劑I：石灰+風(fēng)化煤；調(diào)理劑II：氫氧化鉀+風(fēng)化煤；調(diào)理劑III：硅鈣鉀鎂。調(diào)理劑I～I(xiàn)II均為實(shí)驗(yàn)室自制，風(fēng)化煤來源于山西省靈石縣，總腐植酸含量≥60%。供試調(diào)酸型土壤調(diào)理劑的基本性質(zhì)見表1。

表1 供試調(diào)酸型土壤調(diào)理劑的基本性質(zhì)Tab.1 Basic properties of acid-regulating soil conditioner

根據(jù)蘿卜及芹菜不同需肥情況，設(shè)置氮磷鉀配比分別為25-14-10、16-11-23和20-20-20的水溶性大量元素肥料作為追肥，其原料均為尿素、磷酸一銨、硫酸鉀、硝酸鉀和磷酸二氫鉀幾種復(fù)配而成。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用盆栽試驗(yàn)，共設(shè) 4 個(gè)處理：對照（CK），不施用土壤調(diào)理劑；石灰 + 風(fēng)化煤（I）；氫氧化鉀 + 風(fēng)化煤（II）；硅鈣鉀鎂（III）。其中處理II的速效和強(qiáng)堿特性直接影響作物的耐受度，且已做過實(shí)驗(yàn)室小試驗(yàn)證，結(jié)果表明處理II用量10 kg/667 m2與處理I和III用量40 kg/667 m2改良土壤酸度的效果相當(dāng)，故施用量設(shè)置為10 kg/667 m2。試驗(yàn)方案見表2。

表2 試驗(yàn)方案Tab.2 Experimental scheme

蘿卜盆栽試驗(yàn)：每個(gè)處理10次重復(fù)，每盆裝土8 kg，加入土壤調(diào)理劑后，將其充分混合均勻，且不施其他底肥，然后澆透水過夜后播種，蘿卜種子8粒/盆，出苗后間苗2次，每盆僅留1株，生長54天后收獲，期間共追肥3次，稀釋倍數(shù)為1000倍，于3月5日進(jìn)行第一次追肥，氮磷鉀配比為25-14-10，追肥量為0.26克/盆，3月20日和4月3日進(jìn)行第二次和第三次追肥，追肥氮磷鉀配比為16-11-23，追肥量為0.53克/盆。

芹菜盆栽試驗(yàn)：收獲蘿卜后的各處理加入土壤調(diào)理劑后，充分混合均勻，且不施其他底肥，所有處理挑選大小均一的芹菜幼苗，每盆1 株，移栽后澆水定植，生長 52 天后收獲，期間共追肥 4 次，氮磷鉀配比均為 20-20-20，5 月 25 日第一次追肥，追肥量為 0.26 克 / 盆，后 3 次追肥日期分別為 6 月5 日、6 月 15 日、6 月24 日，追肥量均為 0.53 克 / 盆。

1.4 指標(biāo)測定與方法

1.4.1 生長指標(biāo)測定

蘿卜直徑：采用游標(biāo)卡尺測量蘿卜最粗處所得，精確到mm。

蘿卜單長：采用鋼尺量取肉質(zhì)根膨大部分的長度所得，精確到cm。

蘿卜單根重：采用百分之一天平測得的整個(gè)地下肉質(zhì)根部分的重量，精確到g。

芹菜株高：采用鋼尺從芹菜莖基部至葉片最高點(diǎn)所得，精確到cm。

芹菜莖粗：采用游標(biāo)卡尺測量芹菜莖基部所得，精確到mm。

芹菜地上鮮重：采用百分之一天平測得的整個(gè)地上莖葉部分的重量，精確到g。

芹菜地下鮮重：采用百分之一天平測得的整個(gè)地下根系部分的重量，精確到g。

葉綠素：應(yīng)用SPAD-502Plus葉綠素含量測定儀進(jìn)行，每株測量6次取平均值。

1.4.2 土壤樣品指標(biāo)測定

pH值用酸度計(jì)（PB-10）檢測，土壤交換性酸采用林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林土壤交換性酸度的測定》（LY/T 1240-1999）測定。硝態(tài)氮、有效磷用流動(dòng)注射分析儀（FIA）檢測，速效鉀用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP）檢測，有機(jī)質(zhì)采用容量法OM設(shè)備（LOI Weighter）檢測。

1.4.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016和SPSS 19.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan法檢驗(yàn)進(jìn)行差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)酸型土壤調(diào)理劑對蘿卜-芹菜輪作生長發(fā)育的影響

2.1.1 調(diào)酸型土壤調(diào)理劑對蘿卜生長發(fā)育的影響

由表3可知，與對照相比，各處理間蘿卜的葉綠素含量并無顯著差異；從蘿卜單長上看，處理II表現(xiàn)最好，與對照間有顯著差異，增加11.1%；蘿卜直徑上，對照和處理III表現(xiàn)較好，處理I次之，處理II表現(xiàn)最差，處理II與其他處理間均存在顯著差異。從蘿卜長寬比及單根重來看，處理III更有利于蘿卜的橫向生長，即促進(jìn)蘿卜增粗，處理III單根重比對照提高12.6%；而處理II更有利于蘿卜的縱向生長，但與對照相比未增重；處理I蘿卜長寬比為2.96，比對照增重10.3%。

表3 調(diào)酸型土壤調(diào)理劑對蘿卜生長發(fā)育的影響Tab.3 Effects of acid-regulating soil conditioner on the growth of radish

2.1.2 調(diào)酸型土壤調(diào)理劑對芹菜生長發(fā)育的影響

由表4可知，處理II芹菜的葉綠素含量最低，其他處理葉綠素含量都高于對照。從葉綠素、株高及莖粗來看，總體上各處理間處理I表現(xiàn)最好，其次是處理III，處理II表現(xiàn)較差。株高、莖粗在一定程度上直接決定著芹菜的地上鮮重，故芹菜地上鮮重的表現(xiàn)與株高、莖粗的表現(xiàn)趨勢一致。從芹菜地下鮮重來看，石灰+風(fēng)化煤與硅鈣鉀鎂調(diào)理劑的促生長效果無顯著性差異。不施用調(diào)理劑的對照，芹菜基本絕產(chǎn)，說明對酸性土壤越敏感的作物，施用調(diào)酸型土壤調(diào)理劑效果越顯著。

表4 調(diào)酸型土壤調(diào)理劑對芹菜生長發(fā)育的影響Tab.4 Effects of acid-regulating soil conditioner on the growth of celery

2.2 調(diào)酸型土壤調(diào)理劑對蘿卜-芹菜輪作土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.2.1 調(diào)酸型土壤調(diào)理劑對土壤pH值的影響

酸性土壤初始pH值為4.92。由圖1可得，蘿卜收獲后，與對照相比，處理III可使土壤pH值提高0.34個(gè)單位，處理I和處理II分別使土壤pH值提高0.16個(gè)單位和0.09個(gè)單位，且各處理間有明顯差異，表現(xiàn)為硅鈣鉀鎂＞石灰+風(fēng)化煤＞氫氧化鉀+風(fēng)化煤。與對照相比，總體上施用調(diào)酸型土壤調(diào)理劑種植蘿卜后土壤pH值都有一定程度的提高，土壤pH提升了0.09～0.34個(gè)單位。而在芹菜收獲后，大體上土壤pH值有明顯提升，對照土壤pH值提升至5.63，與對照相比，處理III可使土壤pH值提高0.11個(gè)單位，處理I可使土壤pH值提高0.42個(gè)單位，處理II使土壤pH值下降0.12個(gè)單位，總體上施用石灰+風(fēng)化煤和硅鈣鉀鎂種植芹菜后土壤pH值都有明顯提高，而施用氫氧化鉀+風(fēng)化煤，芹菜收獲后則出現(xiàn)了一定的復(fù)酸化現(xiàn)象，這可能與追肥種類、土壤緩沖能力等綜合作用有關(guān)。各處理間有明顯差異，總體表現(xiàn)為石灰+風(fēng)化煤＞硅鈣鉀鎂＞氫氧化鉀+風(fēng)化煤。

圖1 調(diào)酸型土壤調(diào)理劑對土壤pH值的影響Fig.1 Effects of acid-regulating soil conditioner on the pH of soil

2.2.2 調(diào)酸型土壤調(diào)理劑對土壤交換性酸的影響

酸性土壤初始交換性酸為0.7 cmol/kg。由圖2可得，蘿卜收獲后，與對照相比，處理I和III可使土壤交換性酸降低0.07個(gè)單位和0.20個(gè)單位，處理II反而使土壤交換性酸提高了0.19個(gè)單位，且各處理間有明顯差異，總體上施用調(diào)酸型土壤調(diào)理劑種植蘿卜后土壤交換性酸降低幅度上表現(xiàn)為硅鈣鉀鎂＞石灰+風(fēng)化煤＞氫氧化鉀+風(fēng)化煤。而在芹菜收獲后，對照土壤的交換性酸降低了0.18個(gè)單位，與對照相比，處理I、處理II、處理III可使土壤交換性酸降低0.42個(gè)單位、0.14個(gè)單位和0.20個(gè)單位，總體上施用調(diào)理劑種植芹菜后土壤交換性酸都有一定程度的下降，降低幅度順序總體上為石灰+風(fēng)化煤＞硅鈣鉀鎂＞氫氧化鉀+風(fēng)化煤。

圖2 調(diào)酸型土壤調(diào)理劑對土壤交換性酸的影響Fig.2 Effects of acid-regulating soil conditioner on exchangeable acid of soil

2.2.3 調(diào)酸型土壤調(diào)理劑對土壤養(yǎng)分狀況的影響

由表5可知，與對照相比，種植蘿卜施用調(diào)酸型土壤調(diào)理劑后，處理I、處理II、處理III的硝態(tài)氮分別提高9.05、6.74、11.43 mg/kg，各處理與對照間都存在顯著差異，但各處理間差異不顯著；處理I、處理II、處理III的有效磷分別提高14.13、6.06、2.69 mg/kg，各處理與對照間都存在顯著差異，但各處理間差異不顯著。處理I、處理II、處理III的速效鉀含量分別提高12.59、7.38、18.21 mg/kg，各處理與對照間都存在顯著差異?？傮w表現(xiàn)為硅鈣鉀鎂＞石灰+風(fēng)化煤＞氫氧化鉀+風(fēng)化煤。較對照比，施用調(diào)酸型土壤調(diào)理劑后土壤有機(jī)質(zhì)含量也有所提升，但各處理間差異不顯著。

表5 調(diào)酸型土壤調(diào)理劑對土壤養(yǎng)分狀況的影響Tab.5 Effects of acid-regulating soil conditioner on the nutrient status of soil

與對照相比，種植芹菜施用調(diào)酸型土壤調(diào)理劑后，處理I、處理II、處理III的硝態(tài)氮分別提高20.12、7.21、18.44 mg/kg，各處理與對照間都存在顯著差異，但處理I與處理III之間差異不顯著；處理I、處理II、處理III的有效磷分別提高10.84、0.47、4.54 mg/kg，處理I、處理III與對照間都存在顯著差異，且各施調(diào)理劑處理間差異明顯；處理I、處理II、處理III的速效鉀含量分別提高12.51、2.18、12.87 mg/kg，處理I、處理III與對照間存在顯著差異，但處理I與處理III之間差異不明顯?？傮w表現(xiàn)為石灰+風(fēng)化煤＞硅鈣鉀鎂＞氫氧化鉀+風(fēng)化煤。較對照比，施用2次調(diào)酸型土壤調(diào)理劑后土壤有機(jī)質(zhì)含量提升較明顯，且與對照間存在顯著差異，但處理I和處理II間差異不明顯。

3 結(jié)論與討論

土壤酸化嚴(yán)重影響著作物生長，尤其對酸性土壤敏感的作物，影響作物產(chǎn)量甚至使作物絕產(chǎn)。學(xué)者們對改良酸性土壤較好的石灰類、硅鈣類等進(jìn)行了大量的長期研究，有機(jī)物料與石灰、堿渣等強(qiáng)堿性物質(zhì)配合施用更有利于酸性土壤的改良[2]。研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)化煤中含有豐富的再生腐植酸資源[18]，而腐植酸是天然的土壤改良劑，具有改善土壤理化性質(zhì)、提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)等方面的重要作用，這與楊雪貞等[19～21]的研究結(jié)果一致。

本研究選用石灰+風(fēng)化煤、氫氧化鉀+風(fēng)化煤和硅鈣鉀鎂調(diào)理劑在酸性土壤上的應(yīng)用效果做對比，從種植根莖類作物蘿卜到葉菜類作物芹菜，試驗(yàn)可得，硅鈣鉀鎂更有利于蘿卜的橫向生長，即促進(jìn)蘿卜的增粗，更有利于產(chǎn)量的提高，可使蘿卜增產(chǎn)12.6%，其次是石灰+風(fēng)化煤，可使蘿卜增產(chǎn)10.3%；而氫氧化鉀+風(fēng)化煤蘿卜增產(chǎn)效果不明顯。這可能與根莖類作物都喜鉀，而硅鈣鉀鎂本身可提供部分鉀營養(yǎng)，對提升蘿卜產(chǎn)量有一定的影響有關(guān)。從芹菜的葉綠素、株高、莖粗及產(chǎn)量來看，石灰+風(fēng)化煤在芹菜的生長上表現(xiàn)最優(yōu)，其次是硅鈣鉀鎂，再次是氫氧化鉀+風(fēng)化煤。而不施用調(diào)理劑的對照，芹菜基本絕產(chǎn)，說明對酸性土壤越敏感的作物，施用調(diào)酸型土壤調(diào)理劑效果越顯著。因此，在酸性土壤的改良上，選用調(diào)酸型土壤調(diào)理劑需要區(qū)別對待根莖類或葉菜類等不同種類作物。

土壤pH值和交換性酸，可直接反應(yīng)土壤的酸度狀況。在本試驗(yàn)中，蘿卜-芹菜輪作后，與對照相比，硅鈣鉀鎂可使土壤pH值提高0.11個(gè)單位，石灰+風(fēng)化煤可使土壤pH值提高0.42個(gè)單位，而氫氧化鉀+風(fēng)化煤施用后土壤出現(xiàn)了一定的復(fù)酸化現(xiàn)象，這可能與追肥種類、土壤緩沖性等綜合作用的影響相關(guān)[22～25]。

對于土壤養(yǎng)分狀況，與對照相比，各施調(diào)理劑處理均提高了酸性土壤的硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量，說明各處理均提高了酸性土壤的養(yǎng)分有效性，從而提高了蘿卜和芹菜的產(chǎn)量。這與廉曉娟[26]、靳輝勇[27]、趙英[28]等研究結(jié)果一致。

綜上所述，通過蘿卜-芹菜輪作可得，在根莖類作物種植上建議施用硅鈣鉀鎂或者石灰+風(fēng)化煤調(diào)理劑，結(jié)合土壤酸度的降低、土壤養(yǎng)分有效性的提高及作物產(chǎn)量的提高，建議施用量為每畝40 kg，并可根據(jù)實(shí)際土壤狀況及種植作物合理調(diào)整。此外，葉菜類尤其對酸性土壤較敏感的作物建議首選石灰+風(fēng)化煤土壤調(diào)理劑，在保證產(chǎn)量的情況下改土效果最明顯，其次推薦硅鈣鉀鎂調(diào)理劑，而如用氫氧化鉀+風(fēng)化煤調(diào)理劑，建議選擇根莖類作物。