不同土壤改良劑在紅壤旱地上的應(yīng)用效果

吳海勇，李明德，劉瓊峰,2，戴子武，吳小丹

（1.湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410125；3.湖南省瀏陽市沙市鎮(zhèn)農(nóng)技站，湖南 瀏陽 410300）

紅壤旱地是我國南方重要的農(nóng)業(yè)土壤資源，一直是開發(fā)利用研究的重點(diǎn)[1]。隨著農(nóng)業(yè)高速發(fā)展和石化燃料耗量增加，該區(qū)的土壤退化問題日益嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為土壤緊實(shí)、侵蝕、酸化、元素失衡、化學(xué)污染、有機(jī)質(zhì)流失和動(dòng)植物區(qū)系的退化等，這些問題嚴(yán)重限制了土地生產(chǎn)力的發(fā)展[2-4]。應(yīng)用土壤改良劑是修復(fù)退化土壤的重要措施之一[5]。研究表明，土壤改良劑能有效地改善土壤理化性狀和土壤養(yǎng)分狀況，并能對(duì)土壤微生物產(chǎn)生積極的影響，從而提高退化土壤的生產(chǎn)力[6-9]。但是，目前市面上的土壤改良劑品種繁多，而針對(duì)紅壤旱地土壤狀況的改良劑較少[8-9]。因此，本文選擇熟石灰、腐殖酸鉀、“地保一號(hào)”土壤調(diào)理劑3種改良劑應(yīng)用于大豆種植上，研究了不同改良劑組合及不同用量對(duì)土壤理化性狀及大豆產(chǎn)量的影響，旨在為紅壤旱地開發(fā)和保護(hù)探尋最佳的土壤改良劑及其最佳用量，以期為紅壤旱地生態(tài)恢復(fù)過程中土壤改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于長江以南廣闊的低山丘陵區(qū)的湖南瀏陽沙市鎮(zhèn)。該區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年降雨量958～1 325 mm，年平均氣溫16.1℃，年無霜期230～270 d，平均相對(duì)濕度為80%。由于降水的時(shí)間分布不均且量少，降雨季節(jié)與強(qiáng)蒸發(fā)、高溫炎熱季節(jié)相疊合發(fā)生季節(jié)性干旱，6～9月間發(fā)生季節(jié)性干旱的概率高達(dá)60%。區(qū)內(nèi)紅壤旱地普遍存在著土壤貧瘠、酸化粘重、結(jié)構(gòu)不良、肥力低下、易受侵蝕、流失嚴(yán)重等問題。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 供試土壤 土壤改良劑篩選試驗(yàn)和改良劑適宜用量試驗(yàn)分別在2008、2009年進(jìn)行。供試土壤均為第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育的熟紅土；其土壤的基本化學(xué)性狀為，試驗(yàn)1：pH值為4.8、有機(jī)質(zhì)17.2 g/kg、堿解氮94.0 mg/kg、有效磷6.3 mg/kg、速效鉀141 mg/kg、交換性鈣2.7 cmol/kg、交換性鎂0.64 cmol/kg；試驗(yàn) 2：pH 值為 5.0、有機(jī)質(zhì) 18.3 g/kg、堿解氮103.0 mg/kg、有效磷 11.6 mg/kg、速效鉀 108.0 mg/kg、交換性鈣 2.77 cmol/kg、交換性鎂 1.02 cmol/kg。

1.2.2 試驗(yàn)材料 3種土壤結(jié)構(gòu)改良劑分別為熟石灰、腐殖酸鉀、土壤調(diào)理劑，土壤調(diào)理劑為臺(tái)北森富生物科技公司產(chǎn)品“地保一號(hào)”?；瘜W(xué)肥料為：尿素（含 N 46%），鈣鎂磷肥（含 P2O512%）、氯化鉀（含K2O 60%）。

1.2.3 供試作物 供試作物為大豆，品種為湘豆14號(hào)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 改良劑篩選試驗(yàn) 試驗(yàn)于2008年進(jìn)行，設(shè)6個(gè)處理，以不施用調(diào)理劑的T1為對(duì)照，肥料、調(diào)理劑及其用量詳見表1。小區(qū)面積30 m2，重復(fù)3次，完全隨機(jī)區(qū)組排列。化肥、熟石灰、腐殖酸鉀、土壤調(diào)理劑作基肥施，拌勻，土壤翻耕后均勻撒在土上面，然后耙平，深度為5 cm左右。尿素作追肥施用，在大豆出苗2葉一心時(shí)澆施或撒施。

表1 篩選試驗(yàn)各小區(qū)肥料施用量 （kg/667m2）

1.3.2 改良劑最佳用量試驗(yàn) 在2008年篩選出最佳改良劑組合后，于2009年進(jìn)行此最佳組合適宜用量的研究，設(shè)置5個(gè)處理如下（詳見表2）：C1，不施用改良劑，作為對(duì)照；C2～C5的改良劑用量分別為 0.5、1、1.5、2 倍常量。小區(qū)面積 30 m2，重復(fù) 3 次，完全隨機(jī)區(qū)組排列。化肥、改良劑施用方法同上。

表2 適宜用量試驗(yàn)各小區(qū)肥料施用量 （kg/667m2）

1.4 土壤樣品的采集和測(cè)產(chǎn)

試驗(yàn)前取基礎(chǔ)土樣；大豆收獲后，測(cè)定每個(gè)處理耕層（0～20 cm）土壤的容重、孔隙度及含水量，并取樣測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、土壤養(yǎng)分和土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。大豆收獲時(shí)每個(gè)小區(qū)取考種樣，單打單收，單計(jì)產(chǎn)，測(cè)定每個(gè)小區(qū)的實(shí)際產(chǎn)量。

1.5 測(cè)定項(xiàng)目及測(cè)定方法

土壤容重及孔隙度用環(huán)刀法測(cè)定；土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體采用干篩法測(cè)定；水穩(wěn)性團(tuán)聚體采用改進(jìn)的Yoder法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法；土壤水解性氮的測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法；土壤有效磷的測(cè)定采用鹽酸－氟化銨提取－鉬銻抗比色法；土壤速效鉀的測(cè)定采用乙酸銨浸提－火焰光度法；土壤pH（水∶土=2.5∶1）采用電位法。土壤團(tuán)聚體破壞率計(jì)算參照文獻(xiàn)[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 改良劑篩選試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 不同改良劑對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響 土壤團(tuán)聚體是土壤肥力的調(diào)節(jié)中心，影響著土壤的孔隙度、持水性、通透性和抗蝕性。農(nóng)學(xué)上通常以直徑>0.2 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量判別土壤結(jié)構(gòu)好壞，多的好，少的差[11]。由表3可知，不同處理>0.25 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量依次為T4>T6>T5>T2>T3>T1。這表明3種土壤改良劑的施用，均能一定程度的改善土壤結(jié)構(gòu)，其中以T4、T6的效果最明顯，這可能是由于土壤改良劑都有一定的分散和粘著性，大水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量增加。從團(tuán)聚體破壞率也可以看出，T4、T6的團(tuán)聚體破壞率要小于其他處理，這反映出腐殖酸鉀和土壤調(diào)理劑對(duì)提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性、改善土壤結(jié)構(gòu)有較好的效果。

表3 不同處理對(duì)水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成及破壞率的影響（%）

2.1.2 不同改良劑對(duì)土壤養(yǎng)分的影響 不同改良劑處理的土壤酸堿度及養(yǎng)分狀況見表4：T2～T6處理的pH值均比T1有所提高，這說明熟石灰和腐殖酸鉀均能對(duì)土壤pH值起到緩沖作用，一定程度的降低土壤酸化作用；T2～T6處理有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量均稍高于對(duì)照處理，但有效磷、速效鉀的含量均低于對(duì)照處理；T4、T6速效鉀含量略高于T2、T3、T5；由于 T2和 T5均施用了熟石灰 50 kg/667m2，所以這兩個(gè)處理的交換性鈣的含量比其他處理的要高，分別為3.26、3.02 cmol/kg；T5和T6的交換性鎂的含量比其他處理相對(duì)較高。總體上講，3種土壤改良劑對(duì)養(yǎng)分的影響差異較小，而在酸化較嚴(yán)重的紅壤地區(qū)，熟石灰對(duì)提高土壤交換性鈣的作用較明顯。

表4 不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分及大豆產(chǎn)量的影響

2.1.3 不同改良劑對(duì)大豆產(chǎn)量的影響 從表4看出，大豆產(chǎn)量以對(duì)照處理T1最低，為95.93 kg/667m2，T5 最高，其次是 T2，分別為 105.19、103.15 kg/667m2，比T1增加了9.65%、7.52%，但是經(jīng)方差分析表明，各處理間產(chǎn)量差異均未達(dá)到顯著性水平。結(jié)合各處理土壤理化性狀、大豆產(chǎn)量等方面效用，T5綜合效益相對(duì)優(yōu)于其他處理，所以，選定腐殖酸鉀+熟石灰組合（以腐殖酸鉀50 kg/667m2+熟石灰50 kg/667m2為一個(gè)常量單位）進(jìn)行以下最佳用量試驗(yàn)。

2.2 改良劑最佳用量試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 不同用量改良劑對(duì)土壤理化性狀的影響土壤容重是反映土壤緊實(shí)程度、孔隙狀況等結(jié)構(gòu)性特征的重要指標(biāo)，它影響到土壤的孔隙度與孔隙度大小分配以及土壤的穿透阻力[10]。測(cè)定數(shù)據(jù)表明（見表5），C1～C5的土壤容重為1.191～1.238 g/cm3，孔隙度在53.27%～55.07%之間，均處在比較適宜的范圍，其中C4的土壤容重最小，孔隙度最大。

表5 改良劑不同用量對(duì)水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成及破壞率的影響

不同用量改良劑對(duì)水穩(wěn)性團(tuán)聚體及其破壞率的影響也表現(xiàn)出比較一致的特征，各處理>0.25 mm粒徑的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量相差甚小，破壞率也在25.60%～27.18%之間，沒有明顯的差異。這說明一定量的熟石灰和腐殖酸鉀不同用量對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響較小，不過也可能是由于試驗(yàn)時(shí)間較短，效果不明顯。

2.2.2 不同用量改良劑對(duì)土壤養(yǎng)分的影響 從表6中看出，隨著腐殖酸鉀和熟石灰使用量的增加，土壤pH值也呈遞增的趨勢(shì)，但增加的幅度較??；由于這2種改良劑含有大量K+、Ca2+，土壤速效鉀、交換性鈣的含量也呈現(xiàn)明顯的遞增趨勢(shì)，尤其以速效鉀的增加幅度最大，C5速效鉀含量比對(duì)照處理C1高出74.07%；而有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和交換性鎂等含量，盡管隨著改良劑施用量的增加有所提高，但增加的幅度較小，且堿解氮、有效磷和交換性鎂含量以C4處理最高。這反映出，在一定的范圍內(nèi)，隨著腐殖酸鉀和熟石灰用量的增加，土壤速效養(yǎng)分和交換性鈣鎂含量有不同程度的提高，但高出1.5倍常量（腐殖酸鉀75 kg/667m2+熟石灰75 kg/667m2）后，效果增加不明顯。而且，土壤改良劑的大量施用，會(huì)增加種植成本，熟石灰堿性較高，容易燒苗，甚至造成土壤酸堿度過高，破壞土壤生態(tài)平衡。

2.2.3 不同用量改良劑對(duì)大豆產(chǎn)量的影響 由表6大豆產(chǎn)量分析可知，C5產(chǎn)量最低，僅為91.16 kg/667m2，未施用改良劑的C1產(chǎn)量也較低，C3、C4產(chǎn)量最高，分別為 107.49、107.05 kg/667m2，說明并非改良劑施用越多，大豆產(chǎn)量就越高，而是在一定的范圍內(nèi)，大豆產(chǎn)量隨著改良劑用量增加而增加，常量至1.5倍常量的改良劑是最佳的施用量。

表6 改良劑不同用量對(duì)土壤養(yǎng)分及大豆產(chǎn)量的影響

3 小結(jié)與討論

研究區(qū)域內(nèi)土壤呈酸性（pH<5），加上化肥施用和酸沉降的雙重影響，pH呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。土壤酸化加劇了土壤鹽基離子如K+、Ca2+、Mg2+等的淋溶，加劇了磷的固定，促進(jìn)了鋁、錳等元素的釋放，從而造成土壤“既酸又瘦”，對(duì)作物生長產(chǎn)生了極為不利的影響[12]。由土壤改良劑篩選試驗(yàn)可知，腐殖酸鉀配合熟石灰施用是最佳改良劑組合，它對(duì)改善土壤理化性狀、提高大豆產(chǎn)量都有較好的效果。這主要是腐殖酸鉀的含量增加，土壤有機(jī)質(zhì)的腐殖酸含量隨之提高，K+含量也增加。熟石灰施入土壤后，土壤pH值升高，土壤酸化緩沖性能加強(qiáng)，土壤本身養(yǎng)分及微量元素部分得以活化，使得土壤綜合肥力水平得以提高。

在以腐殖酸鉀50 kg/667m2+熟石灰50 kg/667m2為一個(gè)常量值的基礎(chǔ)上，進(jìn)行該組合最佳施用量的試驗(yàn)結(jié)果表明，在施用0.5倍常量～1.5倍常量土壤改良劑之間，土壤有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分、大豆產(chǎn)量等隨著改良劑施用量的增加而遞增，但至2倍常量施用量時(shí)，增益效果相對(duì)較低。而且，過量的施用土壤改良劑，一方面增加投入成本，另一方面也容易給土壤造成更嚴(yán)重的養(yǎng)分不平衡，過猶不及。

綜合土壤理化性狀、大豆產(chǎn)量及生態(tài)效益，在南方丘陵的紅壤旱地大豆種植區(qū)，建議施用量為50～75 kg/667m2的腐殖酸鉀配合50～75 kg/667m2的熟石灰。

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