不同土壤調理劑對甘薯產量及土壤酸化改良研究

何林夫，石 江，駱樂談，章紅運，趙 琳*

(1.杭州蕭山技師學院，浙江杭州 311201；2.杭州市農業科學研究院，浙江杭州 310024；3.浙江省勿忘農種業股份有限公司，浙江杭州 310020)

近年來我國土壤酸化的時間周期越來越短，范圍也越來越大。造成土壤偏酸的原因主要有集中降水且量大，淋溶作用強烈，堿性鹽基流失；長期過量施用復合肥；大氣污染、酸雨等。目前我國南方黃紅壤地區已成為世界上除北美和歐洲之外的第三大酸雨區。土壤酸化是指在自然和人為條件下土壤值下降的現象，是土壤退化的重要標志之一。土壤酸化可造成農作物減產、營養元素流失、金屬和重金屬化合物的溶解度增加。我國關于土壤酸化問題的研究尚少，并集中于華南土壤酸化較明顯的紅壤地區。近年來，人為活動導致的土壤酸化越來越嚴重，土壤酸化會導致土壤僵硬板結，甚至土表結皮，耐旱能力變差；肥料流失嚴重，利用率不足30%；鉻、鉛、鎘等有毒重金屬離子溶解度升高，活性增加，毒害作物的根部;土壤微生物的氨化作用和硝化作用能力下降，養分吸收受阻，生長變慢，產量降低。

針對土壤退化的主要成因，國內研究者相繼提出了施石灰的酸堿度人工調節、石灰氮和加客土式土壤墾復等主要恢復手段。施用石灰是實際生產中應對土壤酸化的一項傳統措施，施用一定量的石灰可以中和土壤酸度，改善土壤的理化性質，提高土壤養分有效性，降低Al和其他重金屬對作物的毒害。但長期施用石灰也暴露出一些弊端，如頻繁、過度地施用石灰不但造成土壤板結，更使土壤復酸化程度加強，引起土壤Ca、Mg失衡。在土壤實際修復中，還沒有合適的改良劑既能有效地中和土壤酸化，調節土壤養分比例，又能改善土壤微環境恢復土壤微生物多樣性和功能。因此，開發合理的土壤酸化改良劑和改良方案，對促進土壤酸化治理具有重要意義。

1 材料與方法

甘薯材料為“杭薯2號”，該品種株型半直立，長蔓、莖頂端絨毛無或疏，頂芽花青苷顯色強度無或弱，頂葉綠色，單株薯數 5～8 個，薯塊柱形，大、中薯率高，薯皮紅色，薯肉白色，薯塊萌芽性中等，出苗較快，干率 44.2%，淀粉率 72.1%，蛋白質 3.5%，可溶性糖 4.1%，還原糖 3.2%，為杭州市農業科學研究院自主選育的優良甘薯品系，目前已申報非主要農作物登記。

田間試驗布置。試驗設于臨安錦東糧油專業合作社(板橋)試驗點，采用隨機區組設計，每個處理3次重復，2019年4月28日扦插，每個小區8.60 m×5.65 m，小區之間間隔1 m。試驗所需的有機肥、土壤調理劑、生石灰和生物質炭等材料均為統一采購，生石灰從杭州臨安昇達農業生物科技有限公司采購，土壤調理劑從浙江豐瑜生態科技股份有限公司采購，商品有機肥從杭州臨安錦來富生物科技有限公司采購，生物質炭從姚氏炭業采購。在覆蓋和施肥之前，將改良劑施入土壤表層(0～20 cm)，具體處理見表1。

表1 甘薯不同田間處理Table 1 Different field treatments of sweet potato

樣品采集與檢測。試驗前(2019年4月11日)和甘薯收獲結束后(2019年8月4日)，分別在各小區采用梅花形法均勻隨機采取5個采樣點土樣，采樣工具用不銹鋼土鉆，取樣深度為耕層15 cm左右，充分混合后按四分法留取1 kg組成一個土壤樣品，并填寫好相應標簽。

土壤樣品處理。從野外采回的土壤樣品均勻倒在樣品盤上，攤成薄薄一層，置于干凈整潔的室內通風處自然風干，嚴禁暴曬。風干后的土樣平鋪在制樣板上，用木棍或塑料棍碾壓，并將植物殘體、石塊等侵入體和新生體剔除干凈。壓碎的土樣用2 mm孔徑篩過篩，將通過2 mm孔徑篩的土樣用四分法取出一部分繼續碾磨，使之全部通過0.25 mm尼龍網篩，供有機質、全氮等項目的測定。

樣品檢測。土壤pH采用pH計測定，有機質測定參照魯如坤的方法，采用堿解擴散法測定土壤中堿解氮含量，速效磷采用NaHCO法浸提，鉬藍比色法測定含量，速效鉀采用NHCOONH浸提，火焰光度計測定。

品質檢測。可溶性糖的檢測方法參考GB 5009.8—2016；還原糖的檢測方法參考GB 5009.7—2016；水分的檢測方法參考GB 5009.3—2016。

用Excel 2016錄入和整理數據，然后用SAS JMP 14 pro 和OriginPro 8.5軟件進行數據分析和作圖。

2 結果與分析

有機肥(OF)、有機肥分別配施調理劑(OF+T)、配施生物質炭(OF+B)、配施石灰(OF+L)、配施阿美滋(OF+A)及單施生物質炭(B)土壤pH分別達5.91、6.16、6.61、7.41、5.89、6.64，相比對照分別提高了0.68、0.93、1.38、2.18、0.66和1.41。所有處理與對照差異顯著，其中在有機肥配施生石灰的處理下，pH最高，達7.41；單施生物質炭情況下，土壤pH為6.64，而有機肥配施生物質炭處理與單施生物質炭相比，土壤pH有所下降，為6.61；有機肥配施阿美滋的處理下，pH增加最少，僅為0.66(圖1)。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05)圖1 不同處理下土壤pH的變化Fig.1 Changes of soil pH value under different treatments

有機肥(OF)、有機肥分別配施調理劑(OF+T)、配施生物質炭(OF+B)、配施石灰(OF+L)、配施阿美滋(OF+A)及單施生物質炭(B)土壤有機質分別達32.66、31.36、37.65、33.38、26.04和34.46 g/kg，相比對照分別提高了31.53%、26.32%、51.62%、34.43%、4.89%和38.79%。所有處理中，僅有機肥配施阿美滋與對照相比，差異不顯著。有機肥配施生物質炭處理下，土壤有機質含量最高，為37.65 g/kg，其次為單施生物質炭，有機質含量達34.46 g/kg(圖2)。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05) 圖2 不同處理下土壤有機質含量的變化Fig.2 Changes of soil organic matter content under different treatments

有機肥(OF)、有機肥分別配施調理劑(OF+T)、配施生物質炭(OF+B)、配施石灰(OF+L)、配施阿美滋(OF+A)及單施生物質炭(B)土壤速效鉀含量分別達120.25、252.20、218.33、169.35、137.49、145.49 mg/kg，相比對照平均提高了-11.69%、85.22%、60.35%、24.37%、0.97%和6.85%。所有處理中，有機肥處理與對照相比，土壤速效鉀含量降低，有機肥分別配施調理劑與有機肥配施生物質炭的處理，與對照相比，差異顯著，其他處理與對照相比差異均不顯著(圖3)。

有機肥(OF)、有機肥分別配施調理劑(OF+T)、配施生物質炭(OF+B)、配施石灰(OF+L)、配施阿美滋(OF+A)及單施生物質炭(B)土壤有效磷含量分別達94.34、82.87、88.61、97.76、107.64、106.20 mg/kg，相比對照平均提高了13.68%、-0.13%、6.78%、17.81%、29.71%、27.98%。所有處理中，僅有機肥配施阿美滋及單施生物質炭與對照相比，差異顯著，其他處理與對照相比差異均不顯著。有機肥配施土壤調理劑的處理，土壤有效磷的含量不升反降，有機肥配施阿美滋的處理下，土壤有機磷含量增長最多，為29.71%(圖4)。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05) 圖3 不同處理下土壤速效鉀含量的變化Fig.3 Changes of soil available potassium content under different treatments

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05) 圖4 不同處理下土壤有效磷含量的變化Fig.4 Changes of soil available phosphorus content under different treatments

有機肥(OF)、有機肥分別配施調理劑(OF+T)、配施生物質炭(OF+B)、配施石灰(OF+L)、配施阿美滋(OF+A)及單施生物質炭(B)土壤堿解氮含量分別達116.42、116.11、110.84、114.02、113.64、132.80 mg/kg，相比對照分別提高了7.25%、6.96%、2.11%、5.04%、4.69%、22.34%。所有處理與對照相比，僅單施生物質炭的處理土壤堿解氮與對照差異顯著，其他處理差異均不顯著(圖5)。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05) 圖5 不同處理下土壤堿解氮含量的變化Fig.5 Changes of soil alkali hydrolyzable nitrogen content under different treatments

有機肥(OF)、有機肥分別配施調理劑(OF+T)、配施生物質炭(OF+B)、配施石灰(OF+L)、配施阿美滋(OF+A)及單施生物質炭(B)甘薯產量分別達10 608.30、11 618.55、11 844.45、11 086.65、10 835.55和11 197.20 kg/hm，相比對照分別增加了2.99%、12.80%、14.99%、7.64%、5.20%和8.71%。有機肥配施生物質炭和有機肥配施土壤調理劑的處理與對照相比，差異顯著，其余處理與對照相比差異不顯著，產量最高的處理為有機肥配施生物質炭(圖6)。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference between different treatments (P<0.05) 圖6 不同處理下甘薯產量的變化Fig.6 Changes of yield of sweet potato under different treatments

有機肥(OF)、有機肥分別配施調理劑(OF+T)、配施生物質炭(OF+B)、配施石灰(OF+L)、配施阿美滋(OF+A)及單施生物質炭(B)處理下，甘薯的可溶性糖含量、還原糖含量和水分指標見表2。由表2可知，生物質炭處理下，甘薯的可溶性糖和還原糖含量最高，分別高于對照4.0、1.6 g/kg，差異顯著；而水分低于對照5.0 g/kg，差異不顯著。有機肥配施調理劑的處理下，還原糖比對照高0.7 g/kg，水分比對照高17.7 g/kg，差異均不顯著。

3 結論與討論

(1)在改善土壤pH方面，所有處理與對照相比，pH均出現不同程度的提升。有機肥配施生石灰的處理下，pH最高；單施生物質炭處理下的pH比有機肥配施生物質炭處理下的pH高0.03；有機肥配施阿美滋的處理下，pH增加最少，僅為0.66，說明生物質炭可提高土壤pH，阿美滋對土壤pH的提升效果一般。

(2)在提高土壤有機質含量方面，有機肥配施生物質炭處理下，土壤有機質含量最高，為37.65 g/kg，其次為單施生物質炭，有機質含量達34.46 g/kg，而有機肥配施阿美滋處理下，有機質含量也有所提升，但與對照相比，差異不顯著。說明生物質炭的施用可提升土壤有機質含量，生物質炭配施有機肥后，有機質含量提升更多，但阿美滋的使用對提升土壤有機質含量效果不顯著。

表2 不同處理下甘薯品質Table 2 Sweet potato quality under different treatments

(3)在土壤速效鉀、有機磷和堿解氮含量方面，有機肥處理降低了土壤速效鉀含量，有機肥配施調理劑與有機肥配施生物質炭的處理，與對照相比，速效鉀含量差異顯著，分別增加85.22%、60.35%。有機肥配施土壤調理劑的處理下，土壤有效磷的含量不升反降，有機肥配施阿美滋的處理下，土壤有機磷含量增長最多，為29.71%。單施生物質炭的處理下，土壤堿解氮與對照相比，增加了22.34%，說明單施有機肥不利于土壤中氮磷鉀含量的提升。

(4)在甘薯產量方面，所有處理與對照相比，產量均提高。其中有機肥配施生物質炭處理下，產量最高，其次為有機肥配施土壤調理劑的處理，產量提高12.80%，單施生物質炭處理與對照相比，產量提高8.71%，但差異不顯著。說明生物質炭和土壤調理劑的施用可提高甘薯產量，阿美滋、生石灰的施用同樣可提高產量，但效果不明顯。

(5)在甘薯品質指標方面，生物質炭施用后，甘薯可溶性糖和還原糖含量分別提高了4.0、1.6 g/kg，而水分降低5.0 g/kg。有機肥配施土壤調理劑的處理下，還原糖提高0.7 g/kg，水分增加17.7 g/kg，說明生物質炭可提高甘薯可溶性糖和還原糖含量，降低水分，土壤調理劑可提高還原糖含量，增加水分。

(6)綜合土壤pH、有機質含量、產量和品質等方面指標，有機肥配施生石灰可快速提升土壤的pH，但有機質含量、速效鉀含量、有效磷含量、堿解氮含量、產量和品質等指標的提升效果不佳；有機肥配施生物質炭可顯著提高土壤pH、有機質含量、土壤速效鉀含量、甘薯產量和品質等指標；有機肥配施土壤調理劑可提高甘薯產量和還原糖含量等指標；單施生物質炭可提高土壤pH、有機質含量、有效磷含量、堿解氮含量、甘薯產量和品質等指標，但相對而言，配施有機肥效果更佳。綜合而言，在甘薯土壤酸化治理過程中，可選用有機肥配施生物質炭來提高其產量和品質。

生物質炭對甘薯土壤酸化性質的改良效果盡管鮮有報道，但生物質炭在南方油菜()上的應用研究證實其具有良好地改良土壤酸性潛力。 該研究結果與前人研究結果較為一致，這是因為生物質炭是由生物質材料熱解而成，其pH、有機官能團、碳酸鹽、灰分堿含量與生物質材料相比均得到了明顯提高，能夠有效中和土壤酸性。生物質炭因為具有高度芳香性的碳組分和較高的碳氮比，在土壤中不易被微生物降解。

施用生石灰是常見的改良土壤酸化問題的手段，陳燕霞等研究表明，施用石灰或石灰加沸石可以顯著或極顯著降低菜園酸化土壤中的交換性鋁含量，減少鋁毒，提高土壤 pH。該方法簡單快捷，但也存在土壤板結等問題。而近年來以堿渣、粉煤灰和脫硫廢棄物等為主要原料的土壤調理劑也取得了較好的應用和推廣效果。黃慶等利用堿渣和城市污泥制造的多元酸性土壤調理劑改良酸性菜園土的試驗中，pH提高0.69，鹽基飽和度提高33.18%，有效鋁降低40.39%。該研究結果與前人報道結果較為一致，生石灰或土壤調理劑的施用同樣可提高土壤pH、有機質含量，不同程度改善土壤酸化。