施用白云石粉對酸性土壤pH 和有效養分及甘蔗生長的影響

單翔宇 黃語嬌 謝如林 李伏生?

(1. 廣西大學農學院， 南寧 530004; 2. 廣西農業科學院農業資源與環境研究所， 南寧 530007)

廣西在甘蔗生產方面具有得天獨厚的氣候優勢,一直是我國甘蔗的主要產區。 然而隨著現代農業快速發展,在種植作物過程中,化肥施用方法不當,產生了土壤酸化。 而土壤酸化在一定程度上加速了土壤礦物質養分的加速流失、活化和釋放了土壤中的有毒金屬元素,導致微生物數量減少和酶活性降低,進而影響土壤肥力和作物的生長發育[1]。在土壤酸化改良過程中合理施用石灰、白云石粉等可有效提高土壤pH,增加土壤N、Ca、Mg、S 等營養元素的有效性,降低重金屬元素活性,提高酸性土壤生產力[2],而且與肥料搭配一同施用還可以提高肥料的利用效率,緩解重金屬毒害,提高作物產量和品質[3]。 白云石分布廣、易加工、成本低,因此可制成鈣鎂磷肥或粉碎研磨制成白云石粉,應用于農業生產中[4]。 目前國內還很少有關于甘蔗生產上應用白云石粉的報道,本文就施用白云石粉對酸性土壤pH和有效養分以及甘蔗品質和產量的影響進行了研究,以期為酸性土壤條件下甘蔗高效生產提供依據。

1 材料及方法

1.1 供試材料

本試驗在廣西金光農場友誼分場試驗基地,于2016 年2月至2017 年1月進行。 土壤為赤紅壤,供試土壤pH5.35,有機質18.1g kg-1,堿解氮(N)21mg kg-1,有效磷(P)99.2mg kg-1,速效鉀(K)124.8mg kg-1,有效鈣(Ca)1204mg kg-1和有效鎂(Mg)180mg kg-1。 白云石粉MgO 含量20%,CaO 含量31%,由廣西梧州市上林馬督建材有限公司提供,甘蔗品種為廣西目前推廣的“桂糖42 號”。

1.2 試驗設計

試驗在相同施肥(N 為381.0kg hm-2,P2O5為108kg hm-2,K2O 為243.0kg hm-2)條件下,設施用6000kg hm-2的白云石粉處理(DF)和不施白云石粉處理(CF)。 試驗進行兩次施肥,播種前施用NPK復合肥(N-P2O5-K2O 15-15-15)450kg hm-2作基肥,施用尿素450kg hm-2,硫酸鉀300kg hm-2,NPK復合肥750kg hm-2作為追肥。 施肥采用機械化方式。 每個處理重復3 次,共6 個小區,小區面積為90m2(長30m,寬3m,共3 行)。 甘蔗種植前,將白云石粉均勻施用于各小區表層,對試驗地進行改土。2016年2月15日開溝施用基肥后播種,播種密度為10.5t hm-2。 5月14～15日施用追肥后培土。2017年1月7日收獲。

1.3 測定項目與方法

土壤樣品于種植前和收獲前采集,采用S 形散點采樣法采集0～30cm 耕作層土樣,各小區采集10個土壤樣品(以10 個樣品的測定結果的平均值作為該處理的測定值),各處理土壤樣品的采樣點為30個,于種植前和收獲前采集。 土壤樣品檢測土壤含水率、土壤堿解N、有效P、速效K、土壤pH、有效Ca、有效Mg 地等指標均按照《土壤農化分析》第三版[5]進行測定。

按《中國甘蔗品種志》[6]對甘蔗品種農藝性狀所定義的方法,調查株高、莖粗、有效莖數及葉片數等指標。 在甘蔗收獲前,按《甘蔗成熟期植株采樣技術規程》分別采集收獲物(蔗莖)和廢棄物(蔗葉、蔗尾和殘茬)樣品。 植株樣品測定N、P、K、Ca、Mg含量以及甘蔗汁液錘度等指標。 植株樣品N、P、K采用H2SO4-H2O2法消化后分別用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰光度計法測定,Ca 和Mg 用HNO3-HClO4法消化后用原子吸收光譜法測定。 甘蔗汁液錘度用錘度計測定。

1.4 數據統計分析

試驗數據用Excel 2016 分析,并用SPSS 19.0軟件進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 土壤理化性狀

2.1.1 土壤pH pH 是對植物生長發育起到直接影響的重要土壤指標,任何植物都有其生長發育所需的最適pH(酸堿度)范圍,酸堿度過高或過低都會對植物根系產生直接毒害作用[7]。 甘蔗生長最適pH 為6.5～7.5,但在土壤pH4.5～8.0 之間都可生長[8]。 當pH ＜4 時H+會對多數作物產生直接毒害[9]。 DF 處理土壤pH 值為6.55,CF 處理土壤pH值為5.70,DF 處理pH 值比CF 處理提高0.85,對土壤的pH 值提升明顯,表明施用白云石粉可有效提高土壤pH 值。

2.1.2 土壤有效養分 土壤酸化會加快N、K、Mg、Ca 等營養元素流失,影響土壤微生物活動,進而影響土壤物質轉化,降低土壤肥力[10]。 從表1 中可以看出,施用白云石粉對土壤中堿解N、有效P、速效K、有效Ca 及有效Mg 的含量都有顯著提高,DF 處理有效N 含量為29.4mg kg-1,比CF 處理提高了11.2mg kg-1；有效P 含量為182.9mg kg-1,比CF 處理提高了68.2mg kg-1；速效K 含量為187.2mg kg-1,比CF 處理提高了46.0mg kg-1；有效Ca 含量為4012mg kg-1,比CF 處理提高了2156mg kg-1；有效Mg 含量為976.8mg kg-1,比CF 處理提高了775.2mg kg-1。 上述結果說明,與不施白云石粉相比,施用白云石粉后,土壤有效Ca 和Mg 的變化幅度較大,說明白云石粉中的CaCO3和MgCO3可有效提高土壤中有效Ca 和Mg 的含量。

表1 施用白云石粉對土壤有效養分含量的影響

2.2 植株生長指標

由表2 可知,6～8月甘蔗株高增加較快,莖徑主要在6～8月增長較快,葉片數8～10月增長數量明顯高于6～8月。 DF 和CF 處理的株高在6～8月分別增長了124cm 和100cm,在8～10月分別增長了89cm 和74cm。 DF 和CF 處理的莖徑在6～8月分別增長了16.1mm 和15.6mm,在8～10月分別增長了0.9mm 和0.8mm。 6～8月份,DF 和CF 處理的葉片數則分別增長了2 片和1 片,在8～10月則分別增長了8 片和6 片。 DF 處理的甘蔗在同一時期株高、莖徑、葉片數及生長情況均要好于CF 處理。

表2 施用白云石粉對甘蔗伸長期株高、莖徑和葉片數的影響

2.3 植株養分含量

2.3.1 葉中養分含量 從表3 中看出,甘蔗葉片不同部位營養元素含量有所不同,青葉和葉梢養分含量K＞N＞Ca＞Mg＞P,老葉養分含量Ca＞N＞K＞Mg＞P。DF 處理青葉、老葉和葉梢中N、P、K、Ca 和Mg 含量均高于CF 處理,差異顯著,DF 處理青葉中N 含量比CF 處理高出2.65g kg-1、0.57g kg-1、2.33g kg-1,DF 處理老葉中P 和K 的含量比CF 處理高出1.20g kg-1、0.22g kg-1、1.01g kg-1,DF 處理葉梢中N、P 和K 的含量比CF 處理高出1.94g kg-1、0.33g kg-1、1.75g kg-1,DF 處理青葉中Ca 和Mg 含量比CF 處理高出5.42g kg-1和4.12g kg-1,DF 處理老葉中Ca和Mg 含量比CF 處理高出5.21g kg-1和2.91g kg-1,DF 處理葉梢中Ca 和Mg 含量比CF 處理高出3.33g kg-1和1.82g kg-1。

表3 施用白云石粉對甘蔗葉片不同部位養分含量的影響

(續上表)

2.3.2 蔗莖中養分含量 從表4 中可以得出,兩個處理的土壤養分含量指標,均為K 含量最高,P 含量最低。 兩個處理的蔗莖在N、P、K、Ca 和Mg 含量上均存在明顯不同,DF 處理的各養分均要比CF 處理含量高。 與CF 處理相比,DF 處理蔗莖N 含量增加1.39g kg-1,P 含量提高0.25g kg-1,K 含量提高2.32g kg-1,Ca 含量提高3.52g kg-1,Mg 含量提高3.77g kg-1。

表4 施用白云石粉對蔗莖養分含量的影響

2.4 甘蔗產量及品質

2.4.1 干物質積累 植物有機物和營養成分累積的一個重要指標常常用干物質積累多少來衡量,干物質積累量越多則說明植物長勢越好。 表5 所示,施用白云石粉處理收獲期甘蔗的莖干物質積累量達到了276.64g 株-1,葉干物質積累量達到了62.75g株-1,葉梢干物質積累達到95.34g 株-1,而通過CF處理的收獲期甘蔗的差距則較大,葉干物質積累量僅為30.15g 株-1,葉梢干物質量僅為57.64g 株-1,莖干物質積累量僅為196.90g 株-1。 通過對比,DF處理葉、葉梢和莖干物質量與CF 處理的甘蔗相比分別增加了32.60g 株-1、38.70g 株-1、79.74g 株-1,兩個處理結果差異較大,表明施用白云石粉可顯著提高作物地上部有機物的積累,利于作物生長。

表5 施用白云石粉對收獲期甘蔗干物質積累量的影響

2.4.2 產量 從表6 可以看出,通過DF 處理甘蔗收獲期莖長達到331cm,CF 處理為273cm,相差61cm,施用白云石粉處理的莖長明顯好于不施白云石粉處理；對于莖徑來說,DF 處理為30mm,CF 處理為26.72mm,DF 處理比CF 處理增加了3.28mm；對有效莖數來說,DF 處理為51250 株hm-2,CF 處理為40417 株hm-2,施用白云石粉處理比不施白云石粉處理有效莖數多10833 株hm-2。 折合產量后,DF 處理要比不施白云石粉產量的超過一半。 因此,施用白云石粉可顯著提高甘蔗產量。2.4.3 蔗糖含量及產糖量 衡量甘蔗品質的其中一個重要指標是蔗糖分,其主要與產糖率等制糖工業重要經濟指標關系顯著[11]。 在提高甘蔗產量的同時,提升甘蔗糖分是研究甘蔗高產施肥的主要目的。 由表7 可知,DF 處理蔗糖含量為16.26%,CF處理蔗糖含量為13.14%,說明施用白云石粉對甘蔗蔗糖含量的提高有顯著影響。 不同處理公頃產糖量DF 比CF 提高了7.27t hm-2,說明施用白云石粉對甘蔗產糖量的影響極顯著。

表6 施用白云石粉對甘蔗產量構成和產量的影響

表7 施用白云石粉對甘蔗蔗糖含量和產糖量的影響

3 討論與結論

3.1 施用白云石粉對土壤pH 和有效養分的影響

養分在土壤施入肥料后常以離子形態溶于土壤溶液中,形成的養分有被作物吸收、隨水淋溶和被土壤吸附或固定三種去向[12]。 土壤pH 值過低會制約土壤中有效養分的轉化、導致土壤養分的流失加速、土壤易板結,致使土壤肥力降低,從而使甘蔗對土壤養分的吸收和利用率降低,對甘蔗生長發育造成不良影響,因此對酸性土壤改良的研究是提高甘蔗產量和品質的重要措施。 有研究表明,施用白云石粉可提高有效養分含量、土壤pH 值及交換性Ca 和Mg 的含量[13]。

通過對土壤pH 值、有效N、速效P、有效K、有效Ca 及有效Mg 的含量分析,結果表明,施用白云石粉后土壤pH 得到提高,同時,能有效促進土壤有機質分解,增加土壤堿解N 含量；白云石粉中的CaCO3能有效降低土壤對P 的吸附,提高土壤有效P 含量；降低土壤酸化程度,減少K+流失速度,使土壤速效K 含量提高。 白云石粉中含有的CaCO3和MgCO3,還可對交換性Ca 和交換性Mg 的土壤含量提升。 由此可知,施用白云石粉可以有效促進土壤有機質分解,提高土壤的pH 值,增加土壤養分的有效性,有效促進甘蔗根系生長,通過促進甘蔗對土壤中養分的吸收,有效提升甘蔗產量。

3.2 施用白云石粉對養分吸收的影響

植物中營養元素含量可以反映出土壤養分的供應情況、肥料利用情況及甘蔗體內養分情況[14]。 甘蔗生長離不開N、P、K、Ca 和Mg 等重要營養元素,缺一不可,否則就會造成不良影響制約甘蔗生長發育,降低甘蔗產量。 施用白云石粉對于甘蔗體內N、P、K、Ca 和Mg 等元素含量的提升發揮重要作用,甘蔗各部位N、P、K、Ca 和Mg 含量排序與謝如林等[15]的結果一致。

3.3 施用白云石粉對甘蔗干物質積累的影響

農作物干物質是將新鮮植株的水分烘干的剩余部分,干物質組成可分為有機質和礦物質兩部分,其中90%～95% 為有機質, 礦物質僅占5%～10%[16]。 干物質積累量是反映植物對養分的吸收和利用情況的有效指標。 在相同施肥條件下,施用白云石粉后,甘蔗莖干物質積累量提高最多,其余各部位干物質積累量均有所提升,因此在酸性土壤中施用白云石粉可提升甘蔗生長發育速度,從而提高干物質積累和產量。

3.4 施用白云石粉對甘蔗產量和品質的影響

土壤酸化是限制甘蔗增產的不利因素之一,因此,改良酸性土壤可在根本上解決制約植物生長發育的問題,從而提高甘蔗產量。 有研究表明,施用石灰可改善酸性土壤中的養分,使作物產量增加[2-5,8-10]。

對不同處理甘蔗株高、莖徑和葉片數量以及成熟期甘蔗產量和含糖量對比分析結果表明,施用白云石粉有利于甘蔗生長發育,可提高甘蔗株高、莖徑和葉片的生長速度、成熟期地上部生物量和有效莖數,從而提高甘蔗產量。 施用白云石粉可大幅增加土壤有效養分含量,為甘蔗生長提供充足的養分,并促進其吸收利用,提高植株有效養分含量,活化植株體內的淀粉合成酶,促進糖的轉化,有利于提高甘蔗含糖量和產糖量,與以往研究結果一致[2]。

需要指出的是,施用白云石粉對酸性土壤有效養分和甘蔗生長、產量和品質的影響僅進行了一年的研究,有關白云石粉后效的問題有待進一步試驗研究證明。