硅鈣鉀鎂肥土壤調(diào)理劑的研發(fā)與應(yīng)用

辛 廣，馬學(xué)文，2，丁方軍，2

(1.山東省腐植酸高效利用工程技術(shù)研究中心/山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司 山東泰安 271000；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 山東泰安 271018)

目前，土壤酸化已經(jīng)成為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的一個(gè)重要因素[1- 2]。土壤酸化會(huì)影響肥料的有效性，加劇土壤礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的流失，使得鉀、鈉、鈣、鎂等離子的淋溶加劇，導(dǎo)致土壤肥力下降。土壤酸化可促進(jìn)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(huán)境[3- 4]。土壤酸化會(huì)影響土壤微生物的生命活動(dòng)，抑制土壤有益微生物的生長(zhǎng)、繁殖和活動(dòng)，從而影響土壤有機(jī)質(zhì)的分解和土壤中碳、氮、磷、硫的循環(huán)。土壤酸化也會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)，使得土壤耐寒能力降低，影響作物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，抑制作物的正常生長(zhǎng)發(fā)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(jī)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(shè)施栽培條件下，由于速效性有機(jī)肥(如糞尿肥)和化肥用量大，設(shè)施棚室內(nèi)溫度高、蒸發(fā)量大、雨水淋溶作用少等，耕層土壤鹽分積累嚴(yán)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(rùn)土、石灰?guī)r、白云石、沸石、泥炭等，已形成以礦物肥料、改良劑、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)載體等為主的系列產(chǎn)品，在改良土壤方面成為促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展較為重要的物質(zhì)條件[5]。

本研究中的硅鈣鉀鎂肥是在腐殖酸活化基礎(chǔ)上進(jìn)行二次研發(fā)，結(jié)合鉀長(zhǎng)石和石灰石資源，通過高溫高壓水熱反應(yīng)，對(duì)鉀長(zhǎng)石和石灰石尾礦資源再利用，研發(fā)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(duì)鈣、鎂等中微量元素和硅有益元素的吸收。目前，針對(duì)硅鈣鉀鎂肥的土壤酸化改良研究相對(duì)較少， 本研究以硅鈣鉀鎂肥為新型土壤調(diào)理劑，以磷石膏為傳統(tǒng)土壤調(diào)理劑，以不施用土壤調(diào)理劑為空白對(duì)照，在膠東酸化果園土壤上進(jìn)行試驗(yàn)，以期為土壤酸化改良提供一條新途徑。

1 研發(fā)工藝

主要研發(fā)工藝是將礦石中的礦質(zhì)元素整體活化分解，并補(bǔ)充多種中微量營(yíng)養(yǎng)元素，以提高土壤肥力水平、促進(jìn)植物營(yíng)養(yǎng)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(shù)，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(chǎn)能耗，并與鉀長(zhǎng)石和石灰石尾礦利用生產(chǎn)工藝技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)低成本新型土壤調(diào)理劑中活化腐殖酸的工程化。硅鈣鉀鎂肥生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 硅鈣鉀鎂肥生產(chǎn)工藝流程

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 供試土壤

試驗(yàn)地設(shè)在山東省威海市環(huán)翠區(qū)橋頭鎮(zhèn)碑魯村，屬于溫帶季風(fēng)性氣候區(qū)，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(tǒng)命名為普通簡(jiǎn)育濕潤(rùn)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(jī)質(zhì)/(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(jī)械組成/%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))黏粒粉粒砂粒10．42112．537．13115．494．082．851．5225．540．633．9

試驗(yàn)區(qū)土壤試驗(yàn)前pH為4.08，達(dá)強(qiáng)酸性，嚴(yán)重制約果樹產(chǎn)量和品質(zhì)，亟需進(jìn)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(shì)整齊。

供試肥料：有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥，w(有機(jī)質(zhì))≥20%，N- P2O5- K2O為15- 5- 10；復(fù)混肥，N- P2O5- K2O為15-15-15；硅鈣鉀鎂肥土壤調(diào)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(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理：常規(guī)施肥(CK)；磷石膏土壤調(diào)理劑+常規(guī)施肥(NAF)，磷石膏土壤調(diào)理劑施用量為850 kg/hm2；硅鈣鉀鎂肥土壤調(diào)理劑+常規(guī)施肥(AF)，硅鈣鉀鎂肥土壤調(diào)理劑施用量為850 kg/hm2)。常規(guī)施肥是指試驗(yàn)進(jìn)行中分別于2014年3月20日統(tǒng)一施用有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥2 250 kg/hm2；2014年6月22日施用復(fù)混肥3 000 kg/hm2。每個(gè)處理3次重復(fù)，一棵樹為一次重復(fù)。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(gè)。各小區(qū)除了施用肥料不同外，其他農(nóng)藝措施和田間管理均一致。

2.4 樣品采集與測(cè)定項(xiàng)目

樣品采集于2014年10月25日(果實(shí)成熟期)進(jìn)行。土樣采集方法是在距離樹干0.8～1.2 m范圍內(nèi)隨機(jī)選取0～40 cm 4個(gè)點(diǎn)采集土樣，將土樣充分混勻、風(fēng)干，然后分別過0.425 mm(40目)篩和0.150 mm(100目)篩并貯存?zhèn)溆谩?/p>

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

產(chǎn)量測(cè)定按照每個(gè)處理在果樹的不同方位隨機(jī)采集28個(gè)蘋果，稱重，取平均值計(jì)算單果重。根據(jù)每棵樹的蘋果數(shù)量計(jì)算出單株產(chǎn)量，再根據(jù)每公頃種植670株果樹計(jì)算出每公頃產(chǎn)量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007與SAS 8.1軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析；采用Duncan軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，分析不同處理間的顯著性(p<0.05)水平。

3 結(jié)果分析

3.1 硅鈣鉀鎂肥土壤調(diào)理劑對(duì)蘋果產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

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

表2 不同處理對(duì)蘋果產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

處理產(chǎn)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(shí)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(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)。由表2可看出：施用土壤調(diào)理劑處理的蘋果硬度均低于CK處理；與磷石膏土壤調(diào)理劑處理相比，硅鈣鉀鎂肥土壤調(diào)理劑處理的蘋果可溶性固形物含量相對(duì)較高，但各處理間差異不顯著；在各處理中，施用土壤調(diào)理劑能提高果實(shí)總糖含量并降低可滴定酸的含量，但硅鈣鉀鎂肥土壤調(diào)理劑處理與磷石膏土壤調(diào)理劑處理間差異不顯著；硅鈣鉀鎂肥土壤調(diào)理劑處理的蘋果糖酸比有所提高，且差異達(dá)到顯著性水平，與CK和施用磷石膏土壤調(diào)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(diào)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(diào)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(fā)生，促進(jìn)作物新陳代謝。此外，硅鈣鉀鎂肥土壤調(diào)理劑施用方便，安全無污染，有效節(jié)約成本，具有顯著的社會(huì)、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 硅鈣鉀鎂肥土壤調(diào)理劑對(duì)土壤酸化的改良效果

如表3所示：施用土壤調(diào)理劑后，果園土壤pH均呈升高趨勢(shì)，其中硅鈣鉀鎂肥土壤調(diào)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(diào)理劑處理提高了0.15；施用土壤調(diào)理劑后，果園土壤的陽(yáng)離子交換量(CEC)均呈升高趨勢(shì)，其中硅鈣鉀鎂肥土壤調(diào)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(diào)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(jié)語

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

(2) 新型硅鈣鉀鎂肥土壤調(diào)理劑較普通土壤調(diào)理劑有明顯的土壤改良效果，與未施土壤調(diào)理劑處理以及施用磷石膏土壤調(diào)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(fā)生土壤酸化的果園中施用硅鈣鉀鎂肥土壤調(diào)理劑可改善蘋果品質(zhì)，果實(shí)糖酸比較未施用土壤調(diào)理劑處理和施用磷石膏土壤調(diào)理劑處理分別提高16.43%和15.39%。

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