?復(fù)合改良材料對(duì)紅壤旱地酸化改良和小白菜產(chǎn)量的影響?

摘要：為探究施用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料對(duì)酸化紅壤旱地的改良效果，開展了配施有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料（粗魚粉與硅質(zhì)石化粉重量比7∶3）對(duì)酸化紅壤旱地的改良效果試驗(yàn)，連續(xù)種植兩季小白菜，與常規(guī)施肥的小白菜產(chǎn)量進(jìn)行比較。結(jié)果表明：有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料可以改善紅壤旱地的理化性質(zhì)，使兩季土壤pH值在分別提高了5.37%和8.27%，綜合提高了0.34個(gè)單位；顯著提高小白菜產(chǎn)量，兩季分別增產(chǎn)25.66%和262.10%；同時(shí)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料也可以明顯提升紅壤旱地的有機(jī)質(zhì)含量，兩季平均提升了30.97%；土壤中氮磷鉀養(yǎng)分含量在兩季播種前及收獲后也得到明顯提高。綜合分析可知，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料對(duì)于紅壤旱地的改良效果顯著，在提高土壤pH值的同時(shí)改善土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)，提高了紅壤旱地的生產(chǎn)力。

關(guān)鍵詞：有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料；紅壤旱地；土壤理化性質(zhì)；小白菜

中圖分類號(hào)：S156.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2024）12-0061-05

Effects of Organic-Inorganic Composite Materials on Red Soil Acidification in Dryland and the Yield of Pakchoi

ZHANG Mei-wei1，LIU Kai-lou1，HU Dan-dan1，XIA Jing1，SONG Hong-bin1，HE Xiao-lin2，YANG Shi-tong3

（1. Jiangxi Institute of Red Soil and Germplasm Resources， Nanchang 331717， PRC; 2. Jiangxi Agricultural Technology Promotion Center， Nanchang 330046， PRC; 3. College of Horticulture， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350002， PRC）

Abstract： To study the improvement effects of organic-inorganic composite materials on acidified red soil in dryland， we applied organic-inorganic composite materials （crude fish meal and silica petrochemical powder mixed in a weight ratio of 7：3） in the acidified red soil. Furthermore， we planted two consecutive seasons of pakchoi and compared the yield of pakchoi between different treatments. The results showed that the organic-inorganic composite materials improved the physical and chemical properties of red soil， increasing the soil pH by 5.37% and 8.27% respectively in the two seasons， with a comprehensive increase of 0.34. In addition， the organic-inorganic composite materials increased the yield of pakchoi in the two seasons by 25.66% and 262.10%， respectively. Furthermore， the organic-inorganic composite materials increased the organic matter content in red soil by 30.97% on average in the two seasons， and they increased the nitrogen， phosphorus， and potassium content in the soil before sowing and after harvest in the two seasons. Comprehensively， the organic-inorganic composite materials demonstrate a significant improvement effect on red soil in dryland by increasing the soil pH and modulating the soil nutrient structure， thus boosting the productivity of red soil in dryland.

Key words： organic-inorganic composite materials; red soil in dryland; physical and chemical properties of soil; pakchoi

紅壤的脫硅富鋁化過(guò)程是一個(gè)較為緩慢的酸化過(guò)程，近年來(lái)，由于人為不合理開發(fā)（氮肥過(guò)量施用和秸稈移除等）以及酸沉降等因素的影響，南方丘陵區(qū)的紅壤旱地普遍存在土壤酸化加劇現(xiàn)象[1]。與第二次土壤普查相比，近30 a來(lái)江西省紅壤耕地中pH值小于5.5的農(nóng)田面積增加35%左右[2]。2010年以來(lái)，隨著江西省農(nóng)業(yè)部門提出的“一斤石灰一斤糧”行動(dòng)，再加上秸稈還田、化肥減施增效和有機(jī)替代技術(shù)的大面積推廣，江西省的紅壤酸化趨勢(shì)略有緩解，但在全國(guó)范圍內(nèi)仍是酸化程度較高的地區(qū)。因此，紅壤酸化改良的任務(wù)十分艱巨。

酸堿性是土壤的重要化學(xué)性質(zhì)，對(duì)土壤微生物的活性、礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)分解起重要作用，因而影響土壤養(yǎng)分元素的釋放、固定和遷移等[3]。一旦土壤的pH值下降，土壤中的重金屬活度提高，游離的錳、鋁離子溶入土壤溶液中，導(dǎo)致土壤肥力降低、結(jié)構(gòu)變差，阻礙作物的生長(zhǎng)發(fā)育甚至對(duì)作物產(chǎn)生毒害作用[4-5]。每種作物都有其適宜的土壤酸堿度范圍，大多數(shù)作物以微酸至微堿性為宜[6]。有研究表明，土壤酸化一定程度上抑制小白菜的生長(zhǎng)量，提高土壤pH值可有效提高小白菜產(chǎn)量和品質(zhì)[7]。因此，合理調(diào)控土壤pH值對(duì)于作物產(chǎn)量提升意義重大。

在酸性紅壤上，施用土壤酸化改良劑可以顯著改善土壤理化性狀及其生物活性、提高退化土壤生產(chǎn)力[8]。目前，酸性土壤上常應(yīng)用堿性物質(zhì)（生物炭、石灰、硅肥和堿渣等）作為土壤酸化改良劑[9-11]，施入土壤后溶解釋放的OH-能中和H+，提高土壤pH值；施用石灰類土壤改良劑能顯著提高土壤Ca2+含量，增強(qiáng)與土壤膠體中H+和Al3+的置換反應(yīng)，提高土壤鹽基飽和度，最終降低土壤酸度[12-14]，并對(duì)土壤微生物產(chǎn)生積極影響[15]。除石灰類改良劑外，有機(jī)物料改良劑也逐步投入使用，生物炭、有機(jī)肥和腐殖酸等均有良好的改良土壤的效果[16-18]；生物炭不僅能夠通過(guò)自身的堿性屬性降低土壤交換性酸和交換性H+含量，并且表面的有機(jī)官能團(tuán)能通過(guò)吸附、絡(luò)合等途徑固定土壤溶液中的Al3+[19-20]。劉麗媛等[21]研究表明酸性土壤中施用生物炭，可以提高土壤pH值，又能夠促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)，進(jìn)而提高小白菜的生長(zhǎng)狀況及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。然而，目前的酸化土壤改良劑主要以無(wú)機(jī)堿性材料為主，缺乏有機(jī)無(wú)機(jī)材料復(fù)配的改良劑。因此，筆者研究將粗魚粉與硅質(zhì)石化粉按照7∶3的重量比例進(jìn)行復(fù)配，連續(xù)進(jìn)行兩季小白菜試驗(yàn)，探討有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良劑對(duì)小白菜產(chǎn)量、土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量的影響，以期綜合評(píng)估有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良劑的效果，從而為紅壤旱地酸化改良提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及土壤理化性質(zhì)

試驗(yàn)地點(diǎn)為江西省南昌市進(jìn)賢縣張公鎮(zhèn)小蔣村（116°17′60″E，28°35′24″N），該地屬于中亞熱帶，年均氣溫18.1℃，≥10℃積溫6 480℃，年降雨量1 537 mm，年蒸發(fā)量1 150 mm，無(wú)霜期約為289 d，年日照時(shí)數(shù)1 950 h。試驗(yàn)地土壤類型為紅壤，成土母質(zhì)為第四紀(jì)紅黏土。取0～20 cm土層檢測(cè)，試驗(yàn)前土壤肥力中等，土壤pH值4.88，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀的含量分別為17.44、0.95、1.08和14.60 g/kg，堿解氮、有效磷和速效鉀含量為110.25、11.40和60.00 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 復(fù)合改良材料 有機(jī)材料主要成分為以魚類加工殘?jiān)鼮樵系拇拄~粉，有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀含量分別為54.3%、5.3%、3.1%和1.3%。無(wú)機(jī)堿性材料主要成分為硅質(zhì)石化粉，粒徑為2 mm，pH值為7～9，SiO2和CaO含量分別為50%和45%。根據(jù)室內(nèi)模擬試驗(yàn)的結(jié)果，將有機(jī)材料與無(wú)機(jī)材料按照重量比為7∶3的比例進(jìn)行復(fù)配。復(fù)合改良材料的pH值為7～8，SiO2和CaO含量分別為15%和13%，有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀含量分別為36.5%、3.5%、2.1%和0.8%。另有當(dāng)?shù)爻Ｓ脧?fù)合肥（N–P2O5–K2O＝15–15–15）和尿素（N 46%）。

1.2.2 種植作物 小白菜為當(dāng)?shù)刂魍破贩N。第一季的小白菜品種為綠享青梗菜，種植方式為直播，播種量7.5 kg/hm2。第二季小白菜品種為蘇州青，種植方式為移栽，株行距為20 cm×10 cm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理，對(duì)照處理（CK，常規(guī)施肥，不施改良劑）和有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良處理（OI，常規(guī)施肥+施用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料），3次重復(fù)，小區(qū)面積100 m2（10 m×10 m）。具體的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料和肥料用量見(jiàn)表1。

其中復(fù)合肥全部做基肥施用，尿素在小白菜出苗后20 d作追肥撒施。有機(jī)材料于整地后人工撒到地表，與土混勻；無(wú)機(jī)堿性材料則于整地后5 d再次撒施到地表，與土混勻。

連續(xù)種植兩季小白菜，第一季小白菜的播種時(shí)間為2020年8月28日，收獲時(shí)間為2020年11月2日；第二季小白菜的播種時(shí)間為2020年12月30日，收獲時(shí)間為2021年3月20日。

1.4 測(cè)定指標(biāo)

（1）小白菜產(chǎn)量測(cè)定。每次采收小白菜時(shí)記錄每個(gè)小區(qū)的產(chǎn)量，直至采收完畢。最后計(jì)算每個(gè)小區(qū)的總產(chǎn)量。

（2）土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分分析。在小白菜播種前和收獲后采集0～20 cm的土壤樣品，風(fēng)干過(guò)篩后，測(cè)定土壤pH值、有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分含量。土壤pH值在2.5∶1的水土比下直接用pH計(jì)讀取。土壤有機(jī)質(zhì)采用K2Cr2O7-H2SO4氧化法測(cè)定，土壤全氮用半微量開式法，有效磷采用HCl-NH4F法，速效鉀采用NH4OAc浸提–火焰光度計(jì)法。詳細(xì)步驟參考《土壤農(nóng)化分析》。

（3）所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2003和SPSS 16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，顯著性分析采用LSD方法（P＜

0.05），圖件采用Origin 8.1進(jìn)行制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 小白菜產(chǎn)量變化

紅壤旱地上施用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料可以顯著提高小白菜產(chǎn)量（圖1）。與CK處理相比，OI處理在第一季和第二季的白菜產(chǎn)量分別增加了25.66%和262.10%。尤其是在第二季，冬季低溫下CK處理的產(chǎn)量非常低，但OI處理仍保持了較高的產(chǎn)量。

2.2 土壤pH值變化

施用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料可以顯著提升紅壤旱地的土壤pH值。由圖2結(jié)果顯示，不論是播種前還是收獲后，OI處理下土壤pH值均顯著高于CK處理，第一季和第二季的平均增幅分別為5.37%和8.27%，兩季的結(jié)果綜合表明，與CK處理相比，OI處理可以使紅壤旱地的土壤pH值提高0.34個(gè)單位。

2.3 土壤有機(jī)質(zhì)含量變化

有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料可以顯著提升紅壤旱地的有機(jī)質(zhì)含量（圖3）。與CK處理相比，OI處理的土壤有機(jī)質(zhì)在第一季播種前和收獲后分別提高12.22%和19.03%，第二季播種前和收獲后分別提高了77.12%和19.02%；兩季平均提升了30.97%。

2.4 土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量變化

與有機(jī)質(zhì)的結(jié)果相似，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料可以顯著提升紅壤旱地的全氮、有效磷和速效鉀含量（表2）。在第一季播種前，OI處理的土壤全氮、有效磷和速效鉀分別增加了10.53%、39.86%和9.23%，收獲后的增幅分別為19.57%、39.71%和23.42%。在第二季也呈現(xiàn)出相似的結(jié)果，播種前OI處理的土壤全氮、有效磷和速效鉀分別比CK處理增加了83.33%、86.01%和39.00%；收獲后OI土壤全氮、有效磷和速效鉀分別比CK處理增加了19.15%、39.44%和25.49%。

3 討論與結(jié)論

我國(guó)酸性土壤主要分布在長(zhǎng)江以南的紅黃壤地區(qū)以及東北的大、小興安嶺和長(zhǎng)白山地區(qū)，前者又分為川、貴、滇黃壤亞區(qū)和華中、華南的紅壤亞區(qū)，其中紅壤地區(qū)酸性土壤面積最大，問(wèn)題較為嚴(yán)重[22]。在試驗(yàn)中，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料可以顯著提高土壤pH值，增加有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分含量，進(jìn)而促進(jìn)小白菜高產(chǎn)，與前人研究結(jié)果一致。如鄧小華等[23]研究指出，施用土壤改良劑可以提高黃紅壤的pH值、堿解氮和有效磷含量，增加土壤CEC；吳多基等[24]研究表明在等量氮磷鉀養(yǎng)分供應(yīng)條件下，增施土壤改良劑能提高紅壤酸性稻田土壤pH值和CEC，其增幅與土壤改良劑的用量呈線性關(guān)系。原因主要是有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料中較多的有機(jī)質(zhì)和硅質(zhì)石化粉等可以吸附并中和土壤中的H+，并且粗魚粉是天然高分子有機(jī)物質(zhì)，可以促進(jìn)作物在酸性土壤中的生長(zhǎng)，主要表現(xiàn)在可以降低土壤交換性Al3+，進(jìn)而減少因Al3+水解而產(chǎn)生的H+的含量[25]。但是，由于不同改良劑的成分、用量等存在差異，研究中有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料對(duì)紅壤pH值、有機(jī)質(zhì)的提升幅度與其他研究存在明顯差異。此外，需要強(qiáng)調(diào)的是，由于研究未開展有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料的用量梯度試驗(yàn)，再加上不同地塊紅壤的酸化程度不同，因此，關(guān)于有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料在紅壤旱地的合理用量還有待進(jìn)一步研究。

大量研究表明，在紅壤旱地上化肥是土壤酸化的主要誘導(dǎo)因素，而有機(jī)肥則抑制土壤的酸化[26]。同時(shí)，有機(jī)肥與化肥在中性和堿性土壤上經(jīng)常表現(xiàn)出相同肥效，有時(shí)有機(jī)肥肥效更低，但是在南方酸性紅壤上，特別是旱地土壤上，有機(jī)肥經(jīng)常表現(xiàn)出較化肥更好的肥效，施用有機(jī)肥的土壤其作物產(chǎn)量更高，養(yǎng)分吸收能力更強(qiáng)[27-30]。因此，采用有機(jī)肥替代化肥是實(shí)現(xiàn)紅壤酸化阻控的主要措施之一。在研究中，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料處理使用無(wú)機(jī)堿性材料與粗魚粉材料配施，土壤pH值得到較大幅度的提升，發(fā)揮化學(xué)法和生物法土壤改良的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合農(nóng)業(yè)措施建立綜合阻酸技術(shù)，對(duì)長(zhǎng)期阻控土壤酸化具有積極的意義。然而，受研究條件等客觀原因的限制，研究未進(jìn)行有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料施用下化肥減施比例的試驗(yàn)，因此，在后續(xù)的試驗(yàn)中，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料替代化肥比例的研究還有進(jìn)一步開展。

綜合結(jié)果分析可知，在紅壤旱地上，施用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合改良材料可以改良土壤酸化和提升小白菜的產(chǎn)量，且對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分也有明顯的增加效果，因此，建議在酸化紅壤上推廣應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）