小麥—水稻輪作下施用鋼渣對酸性土壤的改良效果

魏賢 趙夢霖 鄒雪園

摘要[目的]研究施用鋼渣對小麥-水稻輪作制度下酸性土壤的改良效果。 [方法]研究了鋼渣施用對小麥-水稻輪作下作物產量、土壤pH的影響，以及土壤pH 和土壤養分的相關性。[結果]與當季對照相比，第一季種植小麥后土壤pH上升0.17～1.00，第二季種植水稻后土壤pH上升0.36～2.21，第三季種植小麥后土壤pH上升0.56～2.68，第四季種植水稻后土壤pH上升0.80～2.41。從第三季開始，連續施用鋼渣處理的土壤有機質含量相對對照逐漸下降。鋼渣施用可以顯著增加小麥產量，但連續施用對水稻無增產效果。與當季對照相比，施用鋼渣后，第一季小麥增產215.81%～504.65%，第三季小麥增產22.69%～37.78%。[結論]施用鋼渣能提高小麥-水稻輪作制度下酸性土壤的pH，增加小麥產量。

關鍵詞鋼渣；小麥-水稻輪作；酸性土壤；改良

中圖分類號S156文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）19-0104-03

The Improvement Effect of Steel Slag Application on Acidic Soil under Wheatrice Rotation System

WEI Xian1， ZHAO Menglin2 ， ZOU Xueyuan2

（1. Qingyuan City Agricultural Technology Promotion Station， Qingyuan，Guangdong 511500；2. Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070）

Abstract[Objective] To explore the improvement effect of steel slag application on acidic soil under wheatrice rotation system. [Method]The effect of steel slag application on crop yield and soil pH， the correlation between soil nutrient and soil pH were studied.[Result] Compared to the control， after planting the first season of wheat soil pH increased by 0.17-1.00 ， after planting the second season of rice soil pH increased by 0.36-2.21， after planting the thirds season of wheat soil pH increased by 0.56-2.68， after planting the fourth season of rice soil pH increased by 0.80-2.41. From the third season， the soil organic matter content of the successive application of steel slag decreased gradually compared with the control. The application of steel slag significantly increased the yield of wheat， but the continuous application did not increase the yield of rice. Compared with season control， after the application of steel slag， wheat yield increased by 215.81%-50465% in the first season， the yield increased by 22.69%-37.78% in the third season. [Conclusion]Steel slag can increase the pH of acid soil and the yield of wheat under the system of wheatrice rotation.

Key wordsSteel slag；Wheatrice rotation；Acid soil；Improvement

近年來，土壤酸化日益加劇，嚴重影響了農業生產[1]。 土壤酸化引起的問題越來越受到人們的重視，針對改良酸性土壤的改良劑產品也層出不窮。施用酸性土壤改良劑是快速有效解決問題的方法，酸性土壤改良劑具有廣闊的市場前景。而作為煉鋼副產品的鋼渣具有許多優良特性，其含有的大量堿性物質不僅能夠快速中和土壤酸性物質，而且還含有酸性土壤中缺少的鈣和鎂，以及對禾本科有益的元素硅[2]。筆者選擇煉鋼企業產生的鋼渣作為酸性土壤改良劑，研究小麥-水稻輪作制度下鋼渣用量對酸性棕壤的改良效果，以及連續施用鋼渣對土壤和食品安全性的影響。

1材料與方法

1.1試驗材料

水稻：水稻品種G兩優9815。

土壤：黃紅壤，取自武漢市江夏區賀勝橋鎮。土壤基本理化性質：pH 649，堿解氮59.85 mg/kg，速效磷7.65 mg/kg，速效鉀75.88 mg/kg，全氮1.15 g/kg，有機質6.78 g/kg，交換性鈣1 313.45 mg/kg，

交換性鎂140.73 mg/kg，全鉻137.23 mg/kg，全鎘011 mg/kg，全砷0.09 mg/kg。

改良劑：鋼渣，固體灰色粉末，粒徑為100目。改良劑基本理化性質：

pH 12.52，堿解氮3.15 mg/kg，全氮0.03 g/kg，速效鉀47.52 mg/kg，速效磷105.19 mg/kg；

CO2-3濃度69 mg/kg，HCO-3濃度0 mg/kg， Cl-濃度11.08 mg/kg，硝態氮含量31.89 mg/kg，SO2-4含量30.8 mg/kg，Na+含量115.02 mg/kg，K+含量25.64 mg/kg，Ca2+含量1 597.84 mg/kg，Mg2+含量0.07 mg/kg；有效態銅含量2.01 mg/kg，有效態錳含量30.72 mg/kg，有效態鋅含量1.26 mg/kg，有效態鐵含量32908 mg/kg；

Cd含量0.12 mg/kg，Cr含量144.24 mg/kg，Cu含量31.77 mg/kg，Pb含量0 mg/kg，Mn含量8 904.38 mg/kg，Zn含量115.79 mg/kg，Fe含量115.59 g/kg，As含量10.50 mg/kg，Se含量0.52 mg/kg，Hg含量0.23 mg/kg。鋼渣重金屬含量均符合國家土壤環境質量二級標準（GB 15618—1995）。

1.2試驗設計

試驗共設5個處理，分別為：

①SS0（空白對照，CK）；

②SS1（1 g/kg鋼渣）；

③SS2（2 g/kg鋼渣）；

④SS3（3 g/kg鋼渣）；

⑤SS4（4 g/kg鋼渣）。

試驗方式為小麥-水稻輪作。作物種植前以相同處理繼續施用鋼渣，鋼渣與肥料分開施用。試驗方案見表1。

1.3樣品采集與處理

每種作物分3個時期取植物地上部樣品，并記錄取樣數，取樣后風干。成熟期植物樣品風干脫粒計產。植物收獲后采取土壤樣品。植物樣品采樣后洗去表面塵土，然后放入105 ℃烘箱殺青1 h，后改為60 ℃烘干、稱重，之后粉碎，密封裝袋。禾本科植物在成熟期調查分蘗數。土壤樣品風干后磨細，過20目和60目篩，密封裝袋。

1.4測定項目與方法

1.4.1土壤樣品的測定。

土壤pH：水浸提電位法（水土比為2.5∶1.0）；

有機質：重鉻酸鉀容量法-外加熱法；

堿解氮：堿解擴散法；

速效磷：0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；

速效鉀：1 mol/L乙酸銨浸提-火焰光度法；

交換性鈣、交換性鎂：1 mol/L乙酸銨交換-原子吸收光譜法；

有效硅：檸檬酸浸提-硅鉬藍比色法；

重金屬：王水-高氯酸-氫氟酸微波消解（220 ℃），原子吸收光譜法測定Cr、Cd（石墨爐）含量，原子熒光光譜法測定As含量。

1.4.2植物樣品的測定。

N、P、K：H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮法測定N含量，鉬銻抗比色法測定P含量，火焰光度計法測定K含量；

Ca、Mg：硝酸-高氯酸消煮，原子吸收法測定Ca、Mg含量。

植物重金屬：硝酸-高氯酸微波消解，原子吸收光譜法測定Fe、Mn、Cu、Zn、Cr、Cd（石墨爐）含量，原子熒光光譜法測定As含量。

1.5數據分析

采用Excel 2013進行相關圖表繪制；用SPSS 20.0統計軟件進行方差分析、多重比較和相關性分析（LSD法，P<0.05）。

2結果與分析

2.1作物產量

由于所選土壤較為貧瘠，2012—2013年作物長勢普遍較差，產量較低。從表2可以看出，2012—2013年小麥產量隨鋼渣施用量的增加而增加。相對對照，2012—2013年小麥各處理分別增產2.16、2.70、4.52、5.05倍，其中各處理相對對照均達顯著增產效果。

2013—2014年小麥施用鋼渣的處理相對對照達顯著增產效果。其中各處理小麥相對對照分別增產22.69%、2913%、35.56%、37.78%。相對2012—2013年小麥增產效果下降，但產量遠高于2012—2013年小麥，其中2013—2014年SS4處理小麥產量是2012—2013年SS4處理小麥產量的422倍。說明在改良酸性土壤方面，施用鋼渣能起到很好的效果。但施用鋼渣處理間差異不顯著，說明長期施用鋼渣對作物增產效果下降。

2014年水稻產量SS1、SS2處理與SS0對照相比有所下降，但差異不顯著。SS3和SS4處理相對對照其產量顯著下降，分別下降了15.92%和19.28%。說明在水田中可能不宜長期大量施用鋼渣，這種現象在鋼渣改良土壤過程中較少見。

2.2土壤pH

酸性土壤最重要的改良指標是土壤pH，它直觀地反映了土壤酸堿度變化，同時影響土壤養分的形態和有效性[3]。從表3可以看出，不同年份土壤pH均隨著鋼渣施用量的增加而提高。在2012—2013年小麥中，施用鋼渣能顯著提高土壤pH。相對對照，2012—2013年小麥施用鋼渣后土壤pH分別提高0.17、0.27、0.65、1.00。

2013年繼續施用鋼渣后，2013年水稻各處理土壤pH相對2012—2013年小麥土壤pH變化較大。這與淹水條件有關，土壤淹水能使土壤pH趨向中性[4]。2013年旱地改水田后，對照土壤pH提高了0.60。在相同施用鋼渣處理下，2013年水稻相對2012—2013年小麥，SS1、SS2、SS3和SS4處理土壤pH分別提高了0.79、1.05、1.39、1.71。2013年連續施用鋼渣后，土壤pH同樣得到顯著提高，土壤pH隨鋼渣施用量增加繼續增加，施用鋼渣的處理相對不施用鋼渣其pH分別提高了0.36、0.72、1.44、2.11。其中SS4處理已將土壤pH調至中性范圍。

2013—2014年水旱輪作中由水田改為旱地種植小麥，其中不施用鋼渣的處理土壤pH較2013年有所下降，但比2012—2013年不施用鋼渣處理高0.34，說明干濕交替也能提高土壤pH。2013—2014年小麥土壤pH仍與鋼渣施用量呈正比，施用鋼渣的處理相對不施用鋼渣處理差異均達顯著水平，其土壤pH相對對照分別提高了0.56、1.27、2.11、2.68。2013—2014年，SS4處理已將土壤pH調至中性范圍。

2014年水旱輪作由旱地改為水田繼續種植水稻，其中不施用鋼渣處理土壤pH比之前不施用鋼渣處理的土壤pH均提高，且不同處理間均達顯著差異，施用鋼渣的處理相對不施用鋼渣處理其土壤pH分別提高了0.80、1.59、2.17、2.41。其中SS2處理pH已處于土壤中性范圍，而SS3、SS4處理將土壤pH提升至弱堿性范圍，已超出大部分作物種植最佳土壤pH范圍。

在扣除上一季環境本底帶來的影響后，每一季不同鋼渣處理提升pH能力不同。在連續施用4次鋼渣的過程中，鋼渣改良效率最高出現在2013—2014年小麥SS2處理，1 g/kg鋼渣能提高pH 0.55。其次是2014年SS1處理，1 g/kg鋼渣能提高pH 0.48。在4次施用鋼渣后，鋼渣對pH的改良效率逐漸降低。而2014年SS4處理出現鋼渣對pH貢獻的負增長，說明淹水作用逐漸在調控pH的過程中占主導地位，抑制了土壤pH的提升，在鋼渣調節pH至中性范圍后，可以考慮減少或不繼續施用鋼渣[5]。在不同作物種植中，以2013年水稻改良劑改良效率最高，1 g/kg鋼渣能提高土壤pH 0.40。連續施用4次鋼渣后，以SS2處理提升土壤pH效率最高，1 g/kg鋼渣能提升土壤pH 0.44。說明在小麥-水稻輪作中，可以考慮短期多施或者長期少施改良劑。

2.3土壤pH和土壤養分相關性分析

在2年的輪作中，土壤有機質在前2次輪作中未表現出與土壤pH的相關性，但在2013—2014年小麥和2014年水稻種植中與土壤pH呈極顯著負相關，說明pH的升高促進了土壤有機氮的礦化，土壤有機質含量下降。

土壤速效磷在前3次輪作中均表現出與土壤pH呈極顯著正相關，而在2014年，水稻土壤速效磷和土壤pH無相關性。一方面pH的上升促進了土壤磷從固定態向吸附態的轉化，增加了磷的有效性，另一方面pH超過一定值時，土壤磷有效性下降。

土壤速效鉀在前3次輪作中均表現出與土壤pH呈極顯著負相關，而在2014年土壤速效鉀和土壤pH無相關性。

3結論與討論

鋼渣中含有較多的堿性物質，能夠中和土壤中的酸性物質[6]。該研究表明，施用鋼渣后，土壤pH均有所提高，隨著鋼渣施用量的增加，土壤pH不斷提高。土壤pH的變化直觀反映了鋼渣對酸性土壤的改良效果。鋼渣施用顯著提高了小麥-水稻輪作下土壤pH。與當季對照相比，第一季種植小麥后土壤pH上升0.17～1.00，第二季種植水稻后土壤pH上升0.36～2.21，第三季種植小麥后土壤pH上升0.56～268，第四季種植水稻后土壤pH上升0.80～2.41。從第三季開始，連續施用鋼渣處理的土壤有機質含量相對對照逐漸下降。與對照相比，鋼渣施用可以顯著增加小麥產量，但連續施用對水稻無增產效果。與當季對照相比，施用鋼渣后，第一季小麥增產215.81%～504.65%，第三季小麥增產2269%～37.78%，第四季水稻產量下降4.96%～19.28%。

參考文獻

[1] 陳紹榮，余根德，白云飛，等.土壤酸化及酸性土壤調理劑應用概述[J].化肥工業，2013，40（2）：66-68.

[2] DAS B，PRAKASH S，REDDY P S R，et al.An overview of utilization of slag and sludge from steel industries[J].Resources，conservation and recycling，2007，50（1）：40-57.

[3] 李九玉，王寧，徐仁扣.工業副產品對紅壤酸度改良的研究[J].土壤，2009，41（6）：932-939.

[4] 陳永亮，周曉燕，韓士杰.不同N素形態對落葉松苗木根/土界面pH值及養分有效性的影響[J].林業科學，2006，42（9）：134-139.

[5] 朱昌鋒.淹水對土壤磷有效性影響的研究[D].重慶：西南大學，2008.

[6] 劉鳴達，張玉龍，王耀晶，等.施用鋼渣對水稻土pH、水溶態硅動態及水稻產量的影響[J].土壤通報，2002，33（1）：47-50.