不同土壤改良劑在紅壤旱地上的應用效果

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.湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410125；3.湖南省瀏陽市沙市鎮農技站，湖南 瀏陽 410300）

紅壤旱地是我國南方重要的農業土壤資源，一直是開發利用研究的重點[1]。隨著農業高速發展和石化燃料耗量增加，該區的土壤退化問題日益嚴重，主要表現為土壤緊實、侵蝕、酸化、元素失衡、化學污染、有機質流失和動植物區系的退化等，這些問題嚴重限制了土地生產力的發展[2-4]。應用土壤改良劑是修復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分狀況，并能對土壤微生物產生積極的影響，從而提高退化土壤的生產力[6-9]。但是，目前市面上的土壤改良劑品種繁多，而針對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”土壤調理劑3種改良劑應用于大豆種植上，研究了不同改良劑組合及不同用量對土壤理化性狀及大豆產量的影響，旨在為紅壤旱地開發和保護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恢復過程中土壤改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地點位于長江以南廣闊的低山丘陵區的湖南瀏陽沙市鎮。該區屬亞熱帶濕潤季風氣候區，年降雨量958～1 325 mm，年平均氣溫16.1℃，年無霜期230～270 d，平均相對濕度為80%。由于降水的時間分布不均且量少，降雨季節與強蒸發、高溫炎熱季節相疊合發生季節性干旱，6～9月間發生季節性干旱的概率高達60%。區內紅壤旱地普遍存在著土壤貧瘠、酸化粘重、結構不良、肥力低下、易受侵蝕、流失嚴重等問題。

1.2 試驗材料

1.2.1 供試土壤 土壤改良劑篩選試驗和改良劑適宜用量試驗分別在2008、2009年進行。供試土壤均為第四紀紅色粘土發育的熟紅土；其土壤的基本化學性狀為，試驗1：pH值為4.8、有機質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 2：pH 值為 5.0、有機質 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 試驗材料 3種土壤結構改良劑分別為熟石灰、腐殖酸鉀、土壤調理劑，土壤調理劑為臺北森富生物科技公司產品“地保一號”。化學肥料為：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。

1.3 試驗設計

1.3.1 改良劑篩選試驗 試驗于2008年進行，設6個處理，以不施用調理劑的T1為對照，肥料、調理劑及其用量詳見表1。小區面積30 m2，重復3次，完全隨機區組排列。化肥、熟石灰、腐殖酸鉀、土壤調理劑作基肥施，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葉一心時澆施或撒施。

表1 篩選試驗各小區肥料施用量 （kg/667m2）

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

表2 適宜用量試驗各小區肥料施用量 （kg/667m2）

1.4 土壤樣品的采集和測產

試驗前取基礎土樣；大豆收獲后，測定每個處理耕層（0～20 cm）土壤的容重、孔隙度及含水量，并取樣測定土壤有機質、土壤養分和土壤團粒結構。大豆收獲時每個小區取考種樣，單打單收，單計產，測定每個小區的實際產量。

1.5 測定項目及測定方法

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

2 結果與分析

2.1 改良劑篩選試驗結果

2.1.1 不同改良劑對土壤結構的影響 土壤團聚體是土壤肥力的調節中心，影響著土壤的孔隙度、持水性、通透性和抗蝕性。農學上通常以直徑>0.2 mm水穩性團聚體含量判別土壤結構好壞，多的好，少的差[11]。由表3可知，不同處理>0.25 mm的水穩性團聚體含量依次為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構，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，大水穩性團聚體數量增加。從團聚體破壞率也可以看出，T4、T6的團聚體破壞率要小于其他處理，這反映出腐殖酸鉀和土壤調理劑對提高土壤團聚體穩定性、改善土壤結構有較好的效果。

表3 不同處理對水穩性團聚體組成及破壞率的影響（%）

2.1.2 不同改良劑對土壤養分的影響 不同改良劑處理的土壤酸堿度及養分狀況見表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處理有機質和堿解氮含量均稍高于對照處理，但有效磷、速效鉀的含量均低于對照處理；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較高。總體上講，3種土壤改良劑對養分的影響差異較小，而在酸化較嚴重的紅壤地區，熟石灰對提高土壤交換性鈣的作用較明顯。

表4 不同處理對土壤養分及大豆產量的影響

2.1.3 不同改良劑對大豆產量的影響 從表4看出，大豆產量以對照處理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%，但是經方差分析表明，各處理間產量差異均未達到顯著性水平。結合各處理土壤理化性狀、大豆產量等方面效用，T5綜合效益相對優于其他處理，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為一個常量單位）進行以下最佳用量試驗。

2.2 改良劑最佳用量試驗結果

2.2.1 不同用量改良劑對土壤理化性狀的影響土壤容重是反映土壤緊實程度、孔隙狀況等結構性特征的重要指標，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]。測定數據表明（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 改良劑不同用量對水穩性團聚體組成及破壞率的影響

不同用量改良劑對水穩性團聚體及其破壞率的影響也表現出比較一致的特征，各處理>0.25 mm粒徑的水穩性團聚體含量相差甚小，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土壤結構的影響較小，不過也可能是由于試驗時間較短，效果不明顯。

2.2.2 不同用量改良劑對土壤養分的影響 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，但增加的幅度較小；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明顯的遞增趨勢，尤其以速效鉀的增加幅度最大，C5速效鉀含量比對照處理C1高出74.07%；而有機質、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，隨著腐殖酸鉀和熟石灰用量的增加，土壤速效養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，破壞土壤生態平衡。

2.2.3 不同用量改良劑對大豆產量的影響 由表6大豆產量分析可知，C5產量最低，僅為91.16 kg/667m2，未施用改良劑的C1產量也較低，C3、C4產量最高，分別為 107.49、107.05 kg/667m2，說明并非改良劑施用越多，大豆產量就越高，而是在一定的范圍內，大豆產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 改良劑不同用量對土壤養分及大豆產量的影響

3 小結與討論

研究區域內土壤呈酸性（pH<5），加上化肥施用和酸沉降的雙重影響，pH呈現逐漸降低的趨勢。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，促進了鋁、錳等元素的釋放，從而造成土壤“既酸又瘦”，對作物生長產生了極為不利的影響[12]。由土壤改良劑篩選試驗可知，腐殖酸鉀配合熟石灰施用是最佳改良劑組合，它對改善土壤理化性狀、提高大豆產量都有較好的效果。這主要是腐殖酸鉀的含量增加，土壤有機質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，土壤本身養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為一個常量值的基礎上，進行該組合最佳施用量的試驗結果表明，在施用0.5倍常量～1.5倍常量土壤改良劑之間，土壤有機質、速效養分、大豆產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，增益效果相對較低。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重的養分不平衡，過猶不及。

綜合土壤理化性狀、大豆產量及生態效益，在南方丘陵的紅壤旱地大豆種植區，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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