硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑的研發與應用

辛 廣，馬學文，2，丁方軍，2

(1.山東省腐植酸高效利用工程技術研究中心/山東農大肥業科技有限公司 山東泰安 271000；2.山東農業大學資源與環境學院 山東泰安 271018)

目前，土壤酸化已經成為影響農業生產和生態環境的一個重要因素[1- 2]。土壤酸化會影響肥料的有效性，加劇土壤礦物質營養元素的流失，使得鉀、鈉、鈣、鎂等離子的淋溶加劇，導致土壤肥力下降。土壤酸化可促進有毒有害金屬元素的活化和溶出，加重鋁、錳、鉻、鎘有毒金屬離子的淋失和溶出，使得土壤退化加劇，污染土壤和水環境[3- 4]。土壤酸化會影響土壤微生物的生命活動，抑制土壤有益微生物的生長、繁殖和活動，從而影響土壤有機質的分解和土壤中碳、氮、磷、硫的循環。土壤酸化也會導致土壤板結，使得土壤耐寒能力降低，影響作物對水分和養分的吸收，抑制作物的正常生長發育。造成土壤酸化的原因很多：①氮肥和磷肥施用過量，而有機肥和微量元素施用不足；②鹽基離子淋失、土壤交換性Al3+和H+增多；③酸雨及大量酸性氣體的排放[5- 7]。近年來，在設施栽培條件下，由于速效性有機肥(如糞尿肥)和化肥用量大，設施棚室內溫度高、蒸發量大、雨水淋溶作用少等，耕層土壤鹽分積累嚴重，常引起不同程度的次生鹽漬化[4]。迄今為止，在土壤改良中所涉及到的非金屬礦物主要有膨潤土、石灰巖、白云石、沸石、泥炭等，已形成以礦物肥料、改良劑、營養物質載體等為主的系列產品，在改良土壤方面成為促進農業發展較為重要的物質條件[5]。

本研究中的硅鈣鉀鎂肥是在腐殖酸活化基礎上進行二次研發，結合鉀長石和石灰石資源，通過高溫高壓水熱反應，對鉀長石和石灰石尾礦資源再利用，研發出一系列硅鈣鉀鎂肥。硅鈣鉀鎂肥中添加了鈣、鎂、硅等中微量元素，不僅能改良土壤酸化，還能夠滿足作物對鈣、鎂等中微量元素和硅有益元素的吸收。目前，針對硅鈣鉀鎂肥的土壤酸化改良研究相對較少， 本研究以硅鈣鉀鎂肥為新型土壤調理劑，以磷石膏為傳統土壤調理劑，以不施用土壤調理劑為空白對照，在膠東酸化果園土壤上進行試驗，以期為土壤酸化改良提供一條新途徑。

1 研發工藝

主要研發工藝是將礦石中的礦質元素整體活化分解，并補充多種中微量營養元素，以提高土壤肥力水平、促進植物營養平衡、改善土壤肥力退化和土壤貧瘠。采用不同礦源的煤基腐殖酸的新型固相活化工藝技術，篩選干法快速活化劑和高效催化劑，以提高活化效率、降低生產能耗，并與鉀長石和石灰石尾礦利用生產工藝技術相結合，實現低成本新型土壤調理劑中活化腐殖酸的工程化。硅鈣鉀鎂肥生產工藝流程如圖1所示。

圖1 硅鈣鉀鎂肥生產工藝流程

2 試驗材料與方法

2.1 供試土壤

試驗地設在山東省威海市環翠區橋頭鎮碑魯村，屬于溫帶季風性氣候區，近3年年平均溫度11.8 ℃，年平均降水量890.1 mm。供試土壤按土壤系統命名為普通簡育濕潤淋溶土，其基本理化性狀如表1所示。

表1 供試土壤基本理化性狀

有機質/(mg·kg-1)堿解氮/(mg·kg-1)速效磷/(mg·kg-1)速效鉀/(mg·kg-1)pH交換酸/(cmol·kg-1)容重/(g·cm-3)機械組成/%(質量分數)黏粒粉粒砂粒10．42112．537．13115．494．082．851．5225．540．633．9

試驗區土壤試驗前pH為4.08，達強酸性，嚴重制約果樹產量和品質，亟需進行土壤改良。

2.2 供試作物與肥料

供試作物：蘋果，品種為紅富士，11年生，種植密度為45棵/畝(1畝=666.67 m2)，樹齡相同，樹勢整齊。

供試肥料：有機無機復混肥，w(有機質)≥20%，N- P2O5- K2O為15- 5- 10；復混肥，N- P2O5- K2O為15-15-15；硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑，w(CaO)≥20%，w(MgO)≥5%，w(SiO2)≥10%，w(K2O)≥4%，w(腐殖酸)≥3%，pH為10～13；磷石膏。

2.3 試驗設計

試驗共設3個處理：常規施肥(CK)；磷石膏土壤調理劑+常規施肥(NAF)，磷石膏土壤調理劑施用量為850 kg/hm2；硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑+常規施肥(AF)，硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑施用量為850 kg/hm2)。常規施肥是指試驗進行中分別于2014年3月20日統一施用有機無機復混肥2 250 kg/hm2；2014年6月22日施用復混肥3 000 kg/hm2。每個處理3次重復，一棵樹為一次重復。施肥方式按照在樹冠下距離果樹主干1 m左右處挖穴，穴深約20 cm，直徑約25 cm，每株果樹挖穴8個。各小區除了施用肥料不同外，其他農藝措施和田間管理均一致。

2.4 樣品采集與測定項目

樣品采集于2014年10月25日(果實成熟期)進行。土樣采集方法是在距離樹干0.8～1.2 m范圍內隨機選取0～40 cm 4個點采集土樣，將土樣充分混勻、風干，然后分別過0.425 mm(40目)篩和0.150 mm(100目)篩并貯存備用。

主要測定項目[8]：土壤pH按土水比1∶5，采用Sartorius PB- 10酸度計測定；果實硬度采用硬度計法測定；還原糖含量采用3，5- 二硝基水楊酸比色法測定；可溶性固形物含量采用折光儀法測定；總糖量采用酸水解銅還原直接滴定法測定；總酸度采用滴定法測定。

產量測定按照每個處理在果樹的不同方位隨機采集28個蘋果，稱重，取平均值計算單果重。根據每棵樹的蘋果數量計算出單株產量，再根據每公頃種植670株果樹計算出每公頃產量。

試驗數據采用Excel 2007與SAS 8.1軟件進行處理和統計分析；采用Duncan軟件進行差異顯著性檢驗，分析不同處理間的顯著性(p<0.05)水平。

3 結果分析

3.1 硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑對蘋果產量及品質的影響

如表2所示：無論是硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑還是磷石膏土壤調理劑，施用后的蘋果產量均有增加趨勢，與CK處理相比，施用土壤調理劑后蘋果產量提高6.10%～12.31%，其中以硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑處理的產量最高，與磷石膏土壤調理劑處理差異顯著；硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑較CK處理增產率達12.31%，較施用磷石膏土壤調理劑增產率達5.85%，增產效果顯著。

表2 不同處理對蘋果產量及品質的影響

處理產量/(kg·hm-2)硬度/(kg·cm-2)可溶性固形物/%總糖含量/(mg·g-1)可滴定酸含量/%糖酸比CK27839．4c8．7a14．4b8．39ab0．31a28．66bNAF29539．2b7．8ab15．4ab9．02a0．31a28．92bAF31267．1a8．4a16．2a9．56a0．28ab33．37a

果實的硬度、可溶性固形物含量、總糖含量、可滴定酸含量均是衡量蘋果果實品質的重要指標。由表2可看出：施用土壤調理劑處理的蘋果硬度均低于CK處理；與磷石膏土壤調理劑處理相比，硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑處理的蘋果可溶性固形物含量相對較高，但各處理間差異不顯著；在各處理中，施用土壤調理劑能提高果實總糖含量并降低可滴定酸的含量，但硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑處理與磷石膏土壤調理劑處理間差異不顯著；硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑處理的蘋果糖酸比有所提高，且差異達到顯著性水平，與CK和施用磷石膏土壤調理劑處理相比，蘋果糖酸比分別提高16.43%和15.39%，而施用磷石膏土壤調理劑的蘋果糖酸比與CK處理無顯著差異。這是由于硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑添加了鈣、鎂、硅等中微量元素，可有效抑制缺素型生理病害的發生，促進作物新陳代謝。此外，硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑施用方便，安全無污染，有效節約成本，具有顯著的社會、生態和經濟效益。

3.2 硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑對土壤酸化的改良效果

如表3所示：施用土壤調理劑后，果園土壤pH均呈升高趨勢，其中硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑的酸化改良效果較顯著，較CK處理提高了0.27，較施用磷石膏土壤調理劑處理提高了0.15；施用土壤調理劑后，果園土壤的陽離子交換量(CEC)均呈升高趨勢，其中硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑處理的CEC提高幅度較大，較CK處理提高0.32 cmol/kg，較施用磷石膏土壤調理劑處理提高0.11 cmol/kg。

表3 土壤酸化改良效果

處理土壤pHCEC/(cmol·kg-1)AF5．399．78NAF5．279．67CK5．129．46

4 結語

(1) 與未施土壤調理劑處理以及施用磷石膏土壤調理劑處理相比，施用硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑的蘋果增產率分別達到12.31%和5.85%，增產效果顯著。

(2) 新型硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑較普通土壤調理劑有明顯的土壤改良效果，與未施土壤調理劑處理以及施用磷石膏土壤調理劑處理相比，土壤pH分別提高了0.27和0.15，土壤的CEC分別提高了0.32 cmol/kg和0.11 cmol/kg。

(3) 在發生土壤酸化的果園中施用硅鈣鉀鎂肥土壤調理劑可改善蘋果品質，果實糖酸比較未施用土壤調理劑處理和施用磷石膏土壤調理劑處理分別提高16.43%和15.39%。

參考文獻

[1] 趙靜，韓甜甜，謝興斌，等.酸化梨園土壤酶活性與土壤理化性質之間的關系[J].水土保持學報，2011(4)：115- 120.

[2] 范慶鋒，張玉龍，陳重，等.保護地土壤酸度特征及酸化機制研究[J].土壤學報，2009(3)：466- 471.

[3] 朱永明.土壤酸化的形成及防治[J].農業災害研究，2013(11- 12)：48- 50.

[4] 王見月，劉慶花，李俊良，等.膠東果園土壤酸度特征及酸化原因分析[J].中國農學通報，2010(16)：164- 169.

[5] 吳道銘，傅友強，于智衛，等.我國南方紅壤酸化和鋁毒現狀及防治[J].土壤，2013(4)：577- 584.

[6] 李慶軍，田利光，劉慶花，等.山東省果園土壤酸化狀況及酸化原因分析[J].山東農業科學，2011(10)：57- 59.

[7] 曾路生，高巖，李俊良，等.壽光大棚菜地酸化與土壤養分變化關系研究[J].水土保持學報，2010(4)：157- 161.

[8] 杜森，高祥照.土壤分析技術規范[M].2版.北京：中國農業出版社，2014.