腐植酸型土壤調理劑對酸性土壤理化性質和小麥生長及產量的影響

陳祥福 李文平 盧運艷 劉 偉 高進華 徐勤政

1 史丹利農業集團股份有限公司 臨沭 276700

2 全國石油和化工行業復混肥工程研究中心 臨沭 276700

土壤酸化是指在自然和人為條件下土壤中的H+和Al3+數量增加，導致土壤pH下降的現象，是土壤退化的表現形式之一[1]。我國大部分酸性土壤pH≤5.5，面積約為2.04×108hm2，約占總耕地面積的21%，遍及南方14個省區[2]。土壤酸化不僅會降低肥料的有效性，還會提高土壤中Al3+和重金屬的活性，降低土壤微生物的活性，從而導致農作物產量降低、品質下降，制約我國農業可持續發展[3]。

施用土壤調理劑是修復土壤退化的重要措施之一。已有研究表明，土壤調理劑能有效改善土壤物理、化學和生物學性狀，降低土壤交換性鋁含量[4，5]。近年來，以腐植酸為原料的土壤調理劑研發與應用較多。腐植酸施入土壤以后不但可以增加土壤有機質含量，還可以形成弱酸緩沖體系，維持土壤酸堿平衡，改善土壤理化性質[6，7]；另一方面其添加的鈣、鎂、硅等礦物成分對降低土壤交換性鋁含量具有重要作用[8～10]。

本研究以小麥為供試作物，采用2種不同配方腐植酸型土壤調理劑，研究其對江蘇贛榆酸性土壤理化性質和小麥生長及產量的影響，為腐植酸型土壤調理劑在酸性土壤上應用和推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和地點

試驗時間：2018年11月1日—2019年6月13日。

試驗地點：江蘇省連云港市贛榆區厲莊鎮河東尚莊村。

1.2 供試材料

供試小麥品種：“濟麥262”。

供試土壤：棕壤，土壤貧瘠、易板結、保水保肥能力差，其基本理化性質見表1。

供試肥料：復合肥（15-15-15），史丹利農業集團股份有限公司提供，作為基肥施用；2種腐植酸型土壤調理劑，一種是腐植酸+氧化鈣[總腐植酸（干基）≥24.6%，CaO≥40%，pH 12.5]，另一種是腐植酸+氧化鈣+硅鈣鎂[總腐植酸（干基）≥24.6%，CaO≥25%，SiO2≥5%，MgO≥2%，pH 12.1]，2種腐植酸型土壤調理劑均為實驗室自配，作基肥施用。

表1 供試土壤基本理化性質Tab.1 The basic physical and chemical properties of tested soil

1.3 試驗設計

本試驗共設5個處理，每個處理3次重復，15個小區隨機分布，每個小區面積60 m2，各小區之間地力均勻，試驗方案見表2。前茬作物為玉米。玉米秸稈打碎，與各處理的肥料一起做底肥撒施，翻地后進行統一管理，各處理間灌溉、除草、病蟲害防治等田間管理措施一致。按照當地農戶施肥習慣，所有處理復合肥均按照50千克/畝進行基施。腐植酸型土壤調理劑參照表2進行施用。

1.4 測定指標

1.4.1 土壤樣品

在每個小區按照5點“S”型取樣方法進行取樣，用不銹鋼土鉆（直徑8 cm）采集0～20 cm土樣，然后混合為1個樣品。在實驗室土壤樣品自然風干后碾碎過2 mm篩備用。

土壤理化性質檢測指標根據《土壤農化分析（第三版）》中記錄的方法進行檢測，土壤pH值采用電位計法，有機質含量采用重鉻酸鉀氧化法，土壤容重采用烘干法[11]。

1.4.2 植物樣品

小麥生物學性狀調查：小麥返青期，在每個小區選擇1 m×1 m長勢相對均勻的小麥，整棵取樣（大田挖根法[12]），每個小區取3個點，測量株高、根長、地上鮮重、根鮮重。

小麥產量及其構成因素：收獲時，每小區選擇1 m×1 m長勢相對均勻的小麥，每小區按照“S”型取3個點，分別統計有效穗數和穗粒數，并測定千粒重，根據小區產量計算出小麥理論產量。

1.5 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2013和SPSS Statistics 19進行數據統計和差異顯著性檢驗（P＜0.05）。

表2 試驗方案Tab.2 The experiment scheme

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤理化性質的影響

由表3可知，CK土壤pH與土壤初始pH相比沒有變化，但各處理組的土壤pH均有所提高，其中T5與CK差異達顯著水平；有機質含量在試驗前后變化不大，各處理組與CK相比沒有明顯差異，這是由于土壤有機質的提高需要連續多年施用有機肥，一次性施用有機質不會明顯提高土壤有機質含量；各處理組與CK相比，土壤容重均有不同程度降低，說明土壤孔隙度增加，土壤的疏松程度提高，T3、T4、T5均與CK差異達顯著水平，以T5土壤容重最小。

2.2 不同處理對小麥返青期生長發育的影響

由表4可知，施用腐植酸型土壤調理劑均能夠促進返青期小麥根系生長發育，其中添加了硅鈣鎂的處理要比未添加的表現好，與CK相比，差異達顯著水平，其中T5根長最長，為15.3 cm，比CK增加25.4%。

施用腐植酸型土壤調理劑均能夠促進小麥株高生長發育，與CK相比，除T2外差異均達顯著水平，但添加硅鈣鎂與未添加的處理相比，無明顯差異，其中T4處理株高增加最多，為16.4%。

施用腐植酸型土壤調理劑均能夠增加小麥地上鮮重，與CK相比，差異達顯著水平，但添加硅鈣鎂與未添加的處理相比，同等施用量下無明顯差異；提高了腐植酸型土壤調理劑的使用量后，可顯著性增加小麥地上鮮重。

施用腐植酸型土壤調理劑對根系鮮重影響不明顯，可能是因腐植酸對土壤的調理作用是一種緩慢長期的過程，小麥從播種到返青期約4～5個月，時間較短，腐植酸的促生根效果未充分發揮導致。

綜上所述，施用腐植酸型土壤調理劑可促進返青期小麥生長發育，添加硅鈣鎂對根長作用效果明顯，增加1倍腐植酸型土壤調理劑施用量（T5）可顯著提高小麥地上鮮重。綜合所有指標，在促進小麥返青期生長發育方面，以T5表現效果最好。

表4 不同處理對小麥返青期生長發育的影響Tab.4 Effects of different treatments on the growth and development of wheat returning green stage

2.3 不同處理對小麥產量的影響

由表5可知，施用腐植酸型土壤調理劑對小麥穗數影響不明顯，但是與CK比，均有不同程度提高；施用腐植酸型土壤調理劑小麥穗粒數、千粒重、理論產量與CK比，大體上差異達顯著水平；同時施用腐植酸+氧化鈣+硅鈣鎂處理要比施用腐植酸+氧化鈣處理更能提高小麥千粒重和理論產量；增加1倍腐植酸型土壤調理劑施用量的腐植酸+氧化鈣+硅鈣鎂處理（T5）與增加1倍腐植酸型土壤調理劑施用量的腐植酸+氧化鈣處理（T3）比，可以顯著提高小麥理論產量。綜合所有指標，以T5處理增產效果最為明顯，比CK增產33.7%。

2.4 不同處理小麥的經濟效益分析

由表6可知，施用腐植酸型土壤調理劑與對照相比，均能夠不同程度地提高種植戶收益。添加了硅鈣鎂的腐植酸型土壤調理劑（T4、T5）均要比未添加硅鈣鎂的腐植酸型土壤調理劑（T2、T3）表現較好，其中T5處理投入產出比最高，為1∶2.33。

表5 不同處理對小麥產量的影響Tab.5 Effects of different treatments on the yield of wheat

表6 不同處理對小麥經濟效益的影響Tab.6 Effects of different treatments on the economic benefit of wheat

3 結論與討論

酸性土壤pH低、易板結，致使土壤容重高、通氣性差，嚴重影響非喜酸性作物根系生長發育和土壤養分的吸收利用。因此，本研究通過添加腐植酸、氧化鈣、硅鈣鎂等物質來改良土壤性質，從而達到提升作物產量的目的。其中氧化鈣呈強堿性，pH高達12，其水解出來的OH-可與土壤中H+和Al3+相結合，從而降低土壤中H+和Al3+含量；另外向土壤中添加硅、鈣、鎂等離子，可增加土壤中交換性陽離子含量，生成鋁硅酸鹽等復合離子，從而提高土壤pH[13，14]。腐植酸含有大量的羰基、羧基、羥基等活性官能團，鹽基交換能力大，能吸附土壤中可溶性鹽離子，調節土壤酸堿度，此外還可增加土壤中有機質，從而起到改良土壤的作用[15]。

本研究發現：（1）施用腐植酸型土壤調理劑可促進小麥返青期生長發育，特別是根系的生長發育。添加了硅鈣鎂處理（T4、T5）與未添加處理（T2、T3）相比，作用效果更加明顯，其中T5根長最長，與CK相比可增加根長25.4%；添加同樣物質條件下，增加1倍腐植酸型土壤調理劑的施用量，在小麥地上鮮重上表現效果突出，T3與T2、T5與T4相比分別增加32.6%、25.5%。（2）施用腐植酸型土壤調理劑能夠增加小麥穗數、穗粒數、千粒重、理論產量等指標。同等施肥量條件下，腐植酸+氧化鈣+硅鈣鎂處理與單獨施用腐植酸+氧化鈣處理比，表現效果好，但是添加同樣物質條件下，50千克/畝施肥量與25千克/畝施肥量相比，各指標表現效果不一，在理論產量上沒有明顯差異。（3）施用腐植酸型土壤調理劑可顯著提高土壤pH、降低土壤容重，但對土壤有機質的改變表現一般，沒有達到顯著差異。并且在同等施肥量條件下，添加硅鈣鎂處理均要比未添加處理可以更好地改善土壤理化性質，其中，以T5（腐植酸+氧化鈣+硅鈣鎂）在提高土壤pH和降低土壤容重上表現最好。（4）施用腐植酸型土壤調理劑可以不同程度地增加每畝純收益、提高投入產出比。同等施肥量條件下，添加硅鈣鎂處理均要比未添加處理帶來的投入產出比高，其中以T5（腐植酸+氧化鈣+硅鈣鎂）處理組投入產出比最高，效果最好。

綜上所述，本試驗腐植酸型土壤調理劑不僅可以通過提高土壤pH來改良酸性土壤，還可以通過改善土壤容重來改良酸性土壤，從而保證小麥正常生長發育，提高其產量及其經濟效益。綜合考慮，本試驗以T5（每畝基施復合肥50 kg，施腐植酸+氧化鈣+硅鈣鎂50 kg）投入產出比最高，表現最好，可在農業生產中進行推廣。