海南木薯種植地施用環保型土壤改良劑的效果

吳炳孫 韋家少 吳敏 何鵬 吳文冠 王桂花 高樂

摘要 海南用于種植木薯的土壤一般都比較酸瘦。通過在海南木薯種植地施用由農業廢棄物資源和腐殖酸等研制而成的環保型土壤改良劑（酸性土壤改良劑和營養型酸性土壤改良劑）.研究環保型土壤改良劑在種植木薯的土壤中的改良效果。結果表明：2種改良劑均可提高土壤pH，有效改善土壤酸度，增加土壤有機質，提高木薯鮮薯產量：施用營養型酸性土壤改良劑的木薯各種農藝性狀均優于不施用的，鮮薯產量約是不施用的二倍，比施用酸性土壤改良劑增產71. 2%;木薯種植生產中可根據土壤狀況和增產目標選用不同類型的土壤改良劑。

關鍵詞 木薯;土壤改良劑;磚紅壤

海南地處熱帶地區的最南端，磚紅壤是典型的土壤類型，其為熱帶雨林或次雨林地區的地帶性土壤，在海南高溫多雨、干濕季節變化較明顯的季風性氣候影響之下，進行著強烈富鋁化與高度生物富集的成土過程，同時由于受人為開發利用過程中管理措施的影響，水土流失和肥力退化嚴重.而且土壤還高度酸化[1-3]。因此，防治土壤退化，改良、修復與重建退化土壤，是實現土壤資源可持續利用的重要任務。

吳敏等[4-6]近幾年就熱區農業廢棄物資源、腐殖酸等對酸性土壤的改良效果進行了探索，結果表明，熱區農業廢棄物資源香蕉假莖生物質炭、椰殼生物質炭、橡膠木屑生物質炭等和腐植酸等具有改良熱區酸性土壤、提高熱區土壤養分含量和化肥利用率等作用，并研制了“環保型酸性土壤改良劑”。在此基礎上，為了響應農業農村部提出的減肥增效要求和節約勞動力成本，根據作物營養需求特性以及種植土壤肥力狀況、土壤障礙因子等多方面因素.把作物的配方肥添加到酸性土壤改良劑中，合二為一，研制了既可改良酸性土壤又可提供作物營養的“營養型酸性土壤改良劑”。該改良劑通過利用生物質炭和腐殖酸的吸附、多孔隙等特性，實現土壤養分的吸附/釋放，調控土壤酸堿度，改善土壤微生態環境，改良土壤結構，提高肥料利用率。

木薯（Manihot esculenta Crantz）是世界三大薯類之一，是中國南方重要的經濟與糧食作物[7]。同時木薯是生物質能源作物，在十三五規劃中，木薯產業已成為中國第二大類熱帶作物產業，主產區在廣西、廣東、海南、云南、福建等熱帶地區[8]。海南的物候條件周年可種植木薯，2015年的種植面積約為2.6萬公頃[9]，主要分布在白沙黎族自治縣、瓊中縣、儋州市、東方市、屯呂縣、定安縣、呂江縣等市縣，其中白沙的邦溪鎮、七訪鎮、打安鎮和瓊中的營根鎮具有悠久的種植歷史與良好的種植基礎。但是海南的木薯種植土壤一般都比較酸瘦，地力條件差，投入少，所以產量較低。本研究選取國家木薯產業技術體系白沙綜合試驗站所在地邦溪鎮作為施用環保型和營養型酸性土壤改良劑試點，以驗證改良劑對土壤改良和產量影響的效果，為大面積推廣應用該產品提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地概況

試驗地位于海南省白沙市邦溪鎮國家木薯產業技術體系白沙綜合試驗站及其周邊農戶木薯種植地，地處北緯19°21'，東經109°07'，地貌以臺地為主，屬北熱帶季風島嶼型氣候，氣候暖熱，沒有霜期，年平均溫度24℃，年平均降雨量1400 mm。土壤為磚紅壤，其土壤理化性質及供試木薯品種見表1。

1.1.2 試驗材料

本試驗使用2種土壤改良劑.其中1種為中國熱帶農業科學院橡膠研究所研發的“環保型酸性土壤改良劑”，該種改良劑主要以香蕉假莖生物質炭、椰殼生物質炭、橡膠木屑生物質炭等和腐植酸及白云石、沸石等構成，具有改良土壤酸化、板結，提高肥料利用率等功能：另1種是在“環保型酸性土壤改良劑”的基礎上添加木薯氮磷鉀配方肥，制成既可改良酸性土壤又可提供作物營養的“營養型酸性土壤改良劑”。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

“環保型酸性土壤改良劑”應用效果試驗于2016年6月至2017年1月在試驗站與3塊農戶等4塊木薯地進行（這是大田應用性試驗，比較粗略.參試地塊為農戶的，必須配合他們的時間進行，該試驗施用基肥時木薯已經種植大約20 d，所以試驗時間只從施用基肥的6月份開始計算。木薯在海南一年四季都可以種植，其生長周期為8-10個月是正常的）。 “營養型酸性土壤改良劑”應用效果試驗于2017年3月至2018年1月在試驗站木薯地進行，其木薯種植品種、試驗面積、土壤狀況見表1，由于該試驗為應用示范試驗，所以只設立了施用土壤改良劑和不施用2種處理。“環保型酸性土壤改良劑”與“營養型酸性土壤改良劑”施用量均是3 750 kg/hm²，作基肥一次性施用。各處理中均未施用其它肥料，除施肥外，其余農事管理完全一致。

1.2.2 項目測定

產量、農藝性狀及淀粉含量：2017年1月于木薯收獲期針對不同處理均按照梅花點各取木薯20株，稱量單株鮮薯產量并取有代表性的新鮮塊根測定鮮薯淀粉含量和干物質率。2018年1月收獲期分別考察不同處理木薯株高、莖粗、單株結薯數、薯長、薯粗、單株鮮薯重、地上部植株鮮重等農藝性狀。

土壤養分含量：試驗前和每年試驗結束后（收獲木薯后）均采取0～20 cm、20—40 cm等土層樣品，根據《土壤農業化學分析方法》[10]測定全氮、全磷、全鉀、有機質、速效氮、有效磷、速效鉀含量和pH。全氮用H₂SO₄-H₂O₂靛酚藍比色法，全磷用H₂SO₄-H₂O₂鉬銻抗比色法，全鉀用H₂SO₄-H₂O₂火焰分光光度計法，速效氮用堿解蒸餾法，速效磷用鹽酸氟化銨法.速效鉀用乙酸銨提取法.有機質用重鉻酸鉀氧化容量法.pH用電位法。

1.3 數據統計

采用Microsoft Excel進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 施用酸性土壤改良劑對木薯產量及土壤有機質、酸度的影響

針對2016年6月種植木薯的4個地塊，設置了施用酸性土壤改良劑和不施用2種處理，2017年1月收獲。從表2可看出，4個地塊4個木薯品種中施用酸性土壤改良劑的處理鮮薯公頃產量均比不施用的高，增產幅度從5.5%～51.5%，其中以華南12號的增幅最大，達51.5%.公頃產量為72.41t/hm²。

在木薯生長的8個月期間，4個地塊的有機質含量均以施用酸性土壤改良劑的土壤高于不施用改良劑的土壤，且都比種植前有所提高：而不施用改良劑的處理有3塊地（試驗站，農戶1，農戶2）低于種植前的，只有農戶3地塊有所提高。木薯收獲后土壤pH值都有所提升，其中施用酸性土壤改良劑的土壤比不施用的土壤提升更多，試驗站基地的地塊從4. 92提升到了6.05。由此可見，酸性土壤改良劑具有提高土壤有機質含量和提升土壤酸度的作用，同時通過增加土壤養分活性和提高養分吸收率來提高木薯鮮薯產量。木薯塊根干物質率和淀粉含量在不同品種之間差異較大，二者均以食用品種最高，華南12號最低;而同一品種施用與不施用酸性土壤改良劑的木薯塊根，除了食用品種外，其它3個品種的干物質率和淀粉含量均是不施用的處理略高于施用的處理。

2.2 營養型土壤改良劑對木薯農藝性狀及產量的影響

2017年3月，在白沙試驗站基地的木薯種植地塊上，繼續設置施用營養型土壤改良劑和不施用的2個處理的應用試驗。表3的結果說明，每公頃施3750 kg營養型土壤改良劑的木薯，其株高、莖粗、單株結薯數、薯塊長度、薯塊粗度、地上部分植株鮮重、單株鮮薯重等各項農藝性狀均優于不施用的處理，單位面積產量為88. 61t/hm²，而不施肥處理只有45.02t/hm²，施用比不施用增產96.8%，產量差不多翻了一番，說明營養型土壤改良劑為木薯生長提供了全面、合理的營養元素，滿足了木薯營養生長和塊根膨大各時期對養分的需求。而2017年試驗站施用營養型土壤改良劑的產量與2016年施用酸性土壤改良劑的相比較，也增產了71.2%。由此可見，營養型土壤改良劑較酸性土壤改良劑可供養分的優越性。試驗站不施用任何土壤改良劑的處理，2017年與2016年的產量相比較，鮮薯產量減少8.2%，說明木薯種植是逐年消耗地力的，一是因為木薯生長的整個生育期對養分的需要，二是因為收獲木薯塊根帶走了部分養分。二者導致了種植土壤養分的逐年減少，在沒有外源養分的供應情況下，最終出現了減產。

2.3 施用土壤改良劑2年后木薯種植土壤養分的變化

2016年在白沙試驗站基地地塊上種植木薯，2017年1月采集土壤進行測定分析，結果顯示，施用酸性土壤改良劑與不施用的處理全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀含量均有所下降，其中不施用改良劑的處理比施用酸性改良劑的處理下降幅度更大，速效磷除外;而施用酸性土壤改良劑的土壤有機質則比種植前有所提高，pH提高至6.05（表4）。

在上述相同地塊上，2017年設置了施用營養型土壤改良劑和不施用的2個處理，2018年1月收獲木薯后采集土樣進行分析。結果表明，施用營養型改良劑的土壤氮、磷、鉀全量和速效養分、有機質含量均高于不施用改良劑的土壤;而與2017年施用酸性土壤改良劑的相比較，全氮略有增加，全磷、全鉀有所下降，而堿解氮降低了，速效磷和速效鉀、有機質卻增加了。其可能原因：一方面是營養型改良劑活化了土壤中的全磷、全鉀，使其轉化為速效磷和速效鉀，從而提高了速效磷和速效鉀含量。由此也說明，施用營養型改良劑可以提高土壤有機質含量;另一方面是營養型改良劑提供的氮元素不足以滿足木薯生長過程中需要的大量氮營養，土壤中部分速效氮被消耗掉，導致了土壤中的速效氮含量有所下降。與2016年種植木薯前比較，施用營養型改良劑的土壤氮、磷、鉀全量和速效氮均下降，而速效磷、速效鉀和有機質含量均提高了;pH值雖比2017年1月降低了一些，但比2016年種植木薯前有所提高（5.66）。

2018年收獲后不施用營養型改良劑的土壤，其全磷、全鉀和速效氮、速效磷含量均低于2017年和2016年種植木薯前的含量，且是逐年下降的，這是因為木薯的營養生長和生殖生長均需吸收大量營養，在不添加外源肥料的情況下必然消耗土壤中貯藏的礦質養分并致其含量逐年下降;而其全氮和速效鉀含量也均低于2016年種植木薯前的含量，但呈先下降（種植第一年2017年）再上升（種植第二年2018年）的變化趨勢;但其有機質含量高于2017年和2016年種植木薯前的含量，呈先下降（種植第一年2017年）再上升（種植第二年2018年）變化趨勢，其可能原因是2017年種植第一年沒有施用營養型改良劑，而木薯生長所需養分除了轉化土壤礦質元素全量外，還分解了土壤中部分有機質，2018年種植第二年有機質提高是因為2017年收獲后部分枯枝落葉回歸土壤所致。而速效鉀含量種植第二年有所提高可能是因為試驗前土壤全鉀含量和速效鉀含量都相當高，雖然種植第一年消耗掉一部分（即2017年土壤速效鉀含量下降），但2017年枯枝落葉回歸增加土壤有機質，所帶來的鉀含量足以滿足2018年木薯生長的需要，并有所富余。

以上結果充分說明，種植木薯第一年施用酸性土壤改良劑雖然可以提高土壤pH值，有效地改良土壤，提高土壤有機質含量，但是由于酸性土壤改良劑中沒有添加化學肥料，而木薯生長是需要吸收、消耗各種養分的，所以木薯收獲后所有土壤養分含量均有所下降，進而說明木薯的生長是消耗地力的。木薯種植第二年施用了添加木薯配方肥的營養型土壤改良劑，在改善土壤酸度的同時，通過降低土壤中的的氫、鋁離子有效地激活了土壤中磷鉀有效性，同時釋放改良劑自身的養分含量，豐富了土壤中的磷鉀速效養分.為木薯生長提供了充足而全面的營養元素。

3 討論與結論

本試驗所使用的酸性土壤改良劑與營養型土壤改良劑，均含有生物質炭，生物質炭主要由芳香烴和單質碳或具有石墨結構的碳組成，含有60%以上的碳元素[11]，具有高度羧酸酯化和芳香化結構[12]，在土壤中所形成的有機碳具有較高的生物化學和熱穩定性[13]，可以增加土壤有機碳含量以及土壤有機質或腐殖質含量[4];生物質炭也含有有機官能團和碳酸鹽等堿性物質[15]，添加到土壤中，可以中和土壤酸性，提高土壤pH[16-17]。本試驗應用中，在木薯種植地施用酸性土壤改良劑和營養型改良劑，均可以提升土壤pH，有效提高土壤有機質，但以酸性土壤改良劑改善土壤酸度效果更好，營養型改良劑提升有機質的效果更優;施用酸性土壤改良劑1年的木薯種植地速效氮、磷、鉀含量均較試驗前降低，這是因為酸性土壤改良劑本身并沒有添加氮、磷、鉀營養元素，而木薯生長是必需的，這就消耗了土壤原有的養分。而施用營養型改良劑1年后，木薯土壤的堿解氮仍在下降，這是因為木薯生長過程中需要消耗大量的氮元素，這與譚麗霞等[18]的結論相一致，即氮素營養是影響木薯生長發育和決定塊莖產量的主要因素. 其對木薯最終產量的貢獻率可達50%;而速效磷、鉀含量都提高了，說明土壤中的磷、鉀元素被有效活化了，從而提高了土壤中的速效磷、鉀含量。

酸性土壤改良劑中的植物物料（農業廢棄物）及其生物炭本身除含有C外，還含有N、P、K、Ca和Mg等養分，并具有灰化堿[19]，能有效提高土壤pH，提高土壤陽離子交換量，增加有機質水平，活化土壤養分，提高土壤養分的有效性[20-21]，從而為木薯生長提供了所需養分，提高木薯塊根產量。營養型土壤改良劑，是根據木薯營養特性在酸性土壤改良劑中添加了合理比例的氮磷鉀，施用后木薯鮮薯產量大幅度提高，同時也比施用酸性土壤改良劑的增產了71.2%，這與林洪鑫等[22]的結論相一致，即施肥處理的木薯產量顯著高于不施肥處理，也驗證了適當比例的氮、磷、鉀肥配合施用可以顯著增加產量[23]，所以氮磷鉀的合理運籌是木薯高產栽培的重要策略之一[24]。

在海南乃至其它熱帶地區的木薯種植地，可根據目的和要求，選擇施用酸性土壤改良劑或營養型改良劑。如果是為了改良酸性土壤，可以選擇施用酸性土壤改良劑，但產量增幅偏低。而施用營養型土壤改良劑，既可改良酸性土壤，又可大幅度地提高木薯鮮薯產量，且施用省工省時，節約勞動力成本，這是保持木薯土壤養分可持續供給的主要方法。

參考文獻

[1]何鵬，吳敏，韋家少.海南省膠同土壤肥力質量指標的時空變異特性研究[J].中國農學通報，2008（10）： 310-316.

[2]魏久鎮，王登峰，魏志遠，等. 海南昌江農田土壤pH時空分布研究[J]. 熱帶作物學報，2013，34（3）：413-417.

[3]侯立恒，王熊飛，王汀忠，等.海南省耕地有機質和pH值變化分析[J].農業科技通訊，2018 （1）：120-123.

[4]吳敏，韋家少，孫海東，等.植物物料及其生物炭對酸性土壤的改良[J].熱帶作物學報，2016，37 （12）：2276-2282.

[5]吳敏，韋家少，孫海東.等，熱帶農業廢棄物對橡膠同土壤酸度的影響[J].西北農林科技大學學報（自然科學版），2017，45 （3）：170-175.

[6]吳敏，韋家少，孫海東，等.生物質炭對橡膠同土壤酸度及交換性能的影響[J].中同農業科技導報，2017， 19（3）：98-107

[7]黃潔，張偉特，李開綿，等.木薯營養診斷及施肥研究初報[J].熱帶農業科學，1999，19 （5）：40-46.

[8]李軍，加強木薯食用化和能源化多元開發重振廣西木薯產業[J].農業研究與應用，2018，31 （1）：1-4.

[9]楊丹，海南木薯產業發展與影響因素實證分析[D].海口：海南大學.2017。

[10]魯如坤，土壤農業化學分析方法[M].北京： 中國農業出版社，2000.

[11]陳溫福，張偉明，孟軍，等.生物炭應用技術研究[J].中國工程科學，2011，13 （2）：83-89.

[12] Washington J B.Joseph J P. Sorption hystersisof benzene in charcoal particles [J]. EnvironSci Technol， 2003， 37（2）： 409-417.

[13]安增莉，方青松，侯艷偉，生物炭輸入對土壤污染物遷移行為的影響[J].環境科學導刊，2011，30（3）：7-10.

[14] Kimetu J M， Lehmann J. Stability and stabilisation of biochar and green manure in soil with different organiccarbon contents [J]. Aust J SoilRes， 2010， 48（7）： 577-585.

[15] Xu J M， Tang C， Chen Z L. Chemical eomposflioncontrols residue decomposition in soils differing in initial pH[J]. Soil Bio Biochem， 2006， 38：544-552

[16] Yuan J H，Xu R K，Zhang H.The forms of alkalis inthe biochar produced from crop residues at different temperatures [J]. Bioresource Technology，2011， 102：3 488-3 497

[17] Yuan J H.Xu R K.The amelioration effects of lowtemperature biochar generated from nine cropresidues on an acidic Ultisol [J]. Soil Use andManagement， 2011， 27（1）： 110-115

[18]譚麗霞，曾建華，吳宇佳，等.木薯氮磷鉀肥優化施用技術研究[J].廣東農業科學，2012， 39 （12）：66-68.

[19] CaoX D.Harris W.Properties of dairy-manure-derived biochar pertinent to its potential use inremediation [J]. Bioresource Technology， 2010，101（14）：5 222 5 228.

[20]何緒生，耿增超，佘雕，等.生物炭生產與農用的意義及國內外動態[J].農業工程學報，2011， 27（2）：1-7.

[21]黃超，劉麗君，章明奎.生物質炭對紅壤性質和黑麥草生長的影響[J].浙江大學學報（農業與生命科學版），2011，37（4）：439-445.

[22]林洪鑫，袁展汽，劉仁根，等.不同氮磷鉀處理對木薯產量、養分積累、利用及經濟效益的影響[J].植物營養與肥料學報，2012，18（6）：1 459-1 468.

[23] Nguyen H， Schoenau J J， Nguyen D， et al. Effectsof long-termnitrogen， phosphorus， and potassiumfertilization on cassava yield and plant nutrientcomposition in north Vietnam [J]. J Plant Nutr，2002，25 （3）：425-442.

[24]漆智平，唐樹梅，洪彩香，等.木薯的營養特性及平衡施肥[J].廣西農業生物科學，1999，18（3）：176-180， 183.