沼渣土壤調理劑對膠東地區酸性土壤改良效果研究

王愛英， 趙嘯林， 孫玲麗， 李 華， 羅 星

(1.中國農業大學煙臺研究院， 山東 煙臺 264670； 2.眾德肥料(煙臺)有限公司， 山東 煙臺 264000)

膠東地區三面環海，土壤以棕壤為主，面積約131萬公頃，占土壤總面積的79.9%，其中耕地面積67萬公頃，占耕地總面積的75.45%[1]。棕壤呈微酸性，是具有明顯黏化特性的淋溶性土壤。由于自然環境和人為因素的影響，棕壤出現日益酸化的問題，已成為影響農業生產和生態環境的重要因素之一[2]。土壤酸化的根本原因是土壤中的鹽基性陽離子減少，H+，Al3+增加所導致[3]。據統計，膠東地區的棕壤pH值<5.5的土壤面積占總面積78.97%，其中招遠果園土壤酸化最為嚴重[4]。

膠東地區畜禽養殖業發展迅速，畜禽養殖廢棄物沼氣化處理，是一種有效的資源化和能源化利用的方式[5]。沼液、沼渣合理化農田利用是制約沼氣工程發展的重要因素。沼渣富含土壤所需的有機物質及易于植物吸收的小分子腐殖酸，可以直接還田，用于提高土壤地力[6]。但新鮮沼渣含水率高，不易長距離運輸，在施用過程中氮損失較大，一般需要進行加工，便于銷售和施用[7]。沼渣可增強土壤對酸的緩沖性能，但見效相對化學改良劑較慢。牡蠣殼的碳酸鈣含量占其質量的90%以上[8]，并可提供鈣、鎂等微量元素，主要部分為葉片狀棱柱層，含有大量微孔[9]，具有較強的吸附能力?；ㄉ鷼し壑泻邪举|素、纖維素、蛋白質等大量有機化合物,含有維生素和礦物質及部分氨基酸，也可調節堆肥含水率[10]，是一種優良的發酵添加劑。

本研究針對膠東地區土壤酸化問題，選取酸化山地棕壤為供試土壤，當地沼氣工程所產的新鮮沼渣做主要原料配以花生殼粉和具有地域特色的牡蠣殼粉，制備土壤調理劑，并研究這種土壤調理劑對酸化棕壤的改良效果，以期為解決膠東地區土壤酸化問題一種新方法。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

本研究在中國農業大學煙臺研究院試驗基地進行。新鮮沼渣來自于山東某生物科技股份有限公司；牡蠣殼粉由某肥料(煙臺)有限公司提供；花生殼粉購自煙臺市某生物有限公司；供試上海青油菜種子、尿素、磷酸二氫銨、硫酸鉀購置于煙臺市某種子公司；供試土壤采集于煙臺市萊山區果園，在自然條件下風干，過1 mm篩，基本理化指標：pH值4.79，有機質含量2.12%，堿解氮74.59 mg·kg-1，速效磷68.42 mg·kg-1，速效鉀159.88 mg·kg-1。

1.2 試驗方法

1.2.1 土壤調理劑制備

按照體積分數，取新鮮沼渣100份，加入花生殼粉30份混合均勻，加入少量發酵菌，調節含水率65%，堆肥發酵，第3天開始每隔三天翻堆一次，堆肥發酵20天，其中高溫階段(60℃以上)不少于7天，發酵20天后制成沼渣肥,略帶芳香氣味，較為松散，成黑褐色，pH值為7.05，呈弱堿性。

沼渣肥中加入一定量的牡蠣殼粉混合均勻配制成土壤調理劑，堆放陳化20天后備用。理化指標如表1所示，這種土壤調理劑呈堿性pH值8.08，有機質含量27.04%，總養分含量3.63%，是一種有機-無機土壤調理劑。

表1 土壤調理劑理化指標

1.2.2 土壤調理劑施入條件的優化

本研究采用盆栽油菜的方式研究土壤調理劑對酸性土壤調理效果和對農作物的生長影響。設計7個處理，稱取一定量的酸化土壤，按照干重比例分別施入0%，5%，8%，10%，15%，20%，25%的土壤調理劑，以施入25%土壤調理劑土壤中氮磷鉀含量為參考，用尿素、磷酸二氫銨、硫酸鉀補充其余各組土樣中的養分，使每組的總養分保持一致。另設一對照作為處理8，施入15%的沼渣肥1174.49 g，補充尿素19.73 g，磷酸二氫銨14.31 g，硫酸鉀10.06 g，各組土壤混合均勻后裝入花盆中，每盆裝入7 kg土壤，每組做3個平行。表2為每盆施入土壤調理劑和補充氮、磷、鉀相應質量。

土壤裝盆后穩定10 d，然后每盆播種油菜種子20粒，定時澆水，觀察蔬菜長勢。出苗40 d后收獲蔬菜，同時采集土樣進行檢測分析。

1.3 檢測方法

土壤理化性質檢測方法：五點取樣法從各盆取土樣，自然條件下風干；酸度計測定土壤pH值；烘干法測定土壤含水量；環刀法測定土壤容重，計算土壤孔隙度；威爾科克斯法測定土壤田間持水量；凱氏定氮法測定土壤總氮；鉬銻抗顯色法測定土壤總磷；火焰光度法測土壤總鉀[11]。

油菜生理指標測定方法：以盆為單位測定油菜鮮重；2,6-二氯靛酚滴定法測定維生素C含量[12]；分光光度法測定葉綠素含量[13]。

1.4 數據分析方法

數據采用Excel和SPSS進行數據統計分析。顯著性分析采用新復極差法α=0.05。

2 結果與分析

2.1 不同土壤調理劑施入量對土壤理化性質的影響

2.1.1 不同土壤調理劑施入量對土壤pH值的影響

制備的土壤調理劑pH值為8.08，屬于堿性土壤調理劑，對土壤具有調劑pH值的作用，不同施入量對土壤pH值影響不同，結果如圖1所示。隨著土壤調理劑施入量的增加，土壤pH值有增大的趨勢，當10%的土壤調理劑時，pH值平均增加了1.18。繼續增加土壤調理劑的量，土壤pH值繼續增加，但增加幅度不大。酸化土壤的調理是個長期過程，為了不破壞土壤結構，本研究建議單次施用土壤調理劑提升土壤pH值1個單位較為合適，因此加入10%土壤調理劑對酸化土壤較為有效。施入15%的沼渣肥后，使土壤pH增加了1.03，對土壤酸化有改良作用，添加了同等劑量的土壤調理劑使土壤pH增加了1.53，可見牡蠣殼粉的添加顯著提高了調理劑對土壤酸性的改良效果。

圖1 不同土壤調理劑施入量對土壤pH值的影響

2.1.2 不同土壤調理劑施入量對土壤土壤容重、孔隙度的影響

土壤容重是土壤緊實程度的一個重要指標，土壤團聚體、土粒之間和土壤團聚體內部都有孔隙，這些孔隙和密實程度影響土壤水、肥、氣、熱等狀態[14]。土壤的酸化造成了團聚體的減少，使土壤密實程度增加，孔隙度降低。在提升土壤pH值的同時應該密切關注土壤容重的變化。本研究使用的土壤調理劑是一種有機-無機土壤調理劑，對改善土壤結構具有一定的幫助，研究結果如表3所示。施入土壤調理劑后容重逐漸降低，施用25%土壤調理劑容重最低，達到1.0733 g·cm-3；土壤孔隙度逐漸增加，施用25%土壤調理劑孔隙度最高，達到59.33%。其中施入土壤調理劑10%，15%，20%的3組處理差異不顯著。綜合考慮，雖然施入25%土壤調理劑具有最佳效果，但施用10%的土壤調理劑已經顯著改善了土壤密實程度，提高了土壤孔隙度，因此本研究建議施用10%的土壤調理劑對板結土壤進行改良。

2.1.3 不同土壤調理劑施入量對土壤持水量的影響

土壤水分運移和儲存在養分運輸和植物生長過程中發揮著重要作用，土壤水分特征主要為土壤持水[15]。土壤持水量是土壤所能維持的較穩定的水含量，是土壤水吸能力的體現。不同比例的土壤調理劑檢測土壤持水量如圖2所示。隨著土壤調理劑量的增加，土壤持水量增加，說明這種有機-無機土壤調理劑具有提高土壤保水效果的作用。當施用8%的土壤調理劑時，土壤持水量提高27%，變化顯著。繼續增加土壤調理劑的量，土壤持水量進一步增加，但增加趨于緩和。施用25%土壤調理劑，土壤持水量提高35.8%。說明施用8%土壤調理劑能顯著改善土壤持水效果。

表3 不同土壤調理劑施入量對土壤容重、孔隙度的影響

圖2 不同土壤調理劑施入量對土壤持水量的影響

2.2 不同土壤調理劑施入量對作為品質影響

2.2.1 對小油菜生物量的影響

土壤條件的變化會影響地上作物產量，施入不同比例的土壤調理劑對小油菜的產量具有明顯的影響作用。由圖3可以看出，隨著施入土壤調理劑比例的增加，小油菜的產量有增加的趨勢。其中施入10%土壤調理劑產量提高22.5%；施入20%的土壤調理劑對提高小油菜產量影響較大，單盆產量達到86.8 g，相對空白產量提高82%。當施入量超過20%之后，對提高小油菜產量效果不顯著。

2.2.2 對小油菜Vc含量的影響

維生素是人體必不可少的營養元素，Vc含量的多少是衡量蔬菜品質的重要指標之一。如圖4所示，隨著土壤調理劑施入量的增加，種植的小油菜Vc含量也呈增加趨勢。施加5%土壤調理劑對小油菜Vc含量影響不顯著，其余各處理對Vc含量影響均顯著提高。施入10%土壤調理劑能提高小油菜Vc含量27%，施入20%提高54%，施入25%提高80%。因此較大量的土壤調理劑能夠明顯改善油菜的品質。這是因為本研究制備的有機-無機土壤調理劑中富含鉀、鈣、鎂、鐵等?；瘜W肥料中不包含的中、微量營養元素，能調節植物內環境，促進植物均衡生長從而改善了油菜品質[16]。

圖3 不同土壤調理劑施入量對小油菜產量的影響

圖4 不同土壤調理劑施入量對小油菜Vc含量的影響

圖5 不同土壤調理劑施入量對小油菜葉綠素含量的影響

2.2.3 對小油菜葉綠素含量的影響

葉綠素是直接影響綠色植物光合作用速率和光合產物形成的重要因素，是小油菜品質的重要體現。在土壤中施入不同比例的土壤調理劑對種植作物小油菜總葉綠素含量均有影響。如圖5所示，總葉綠素含量隨施加土壤調理劑的比例增加而增大，相對不添加土壤調理劑，添加10%，20%，25%土壤調理劑，小油菜中總葉綠素含量分別提高21%，34%，40%。

3 結論

本研究所用的土壤調理劑是用新鮮沼渣、花生殼粉和牡蠣殼粉制備的，其中沼渣可以單獨用于調理土壤結構，牡蠣殼粉能有效提高土壤pH值。本研究制備的土壤調理劑兼具沼渣和牡蠣殼粉的功能，是一種有機-無機復合型土壤調理劑。通過研究發現這種土壤調理劑具有以下作用：

(1)本研究制備的土壤調理劑富含有機質，腐殖質，N，P，K，Ca等營養元素，施加量在25%之內能促進小油菜的生長，增加小油菜Vc含量，提升葉綠素含量；

(2)這種土壤調理劑能顯著改善土壤結構，提升土壤質量。當施入10%時能提升土壤pH值1以上，土壤容重降低10%，孔隙度增加9.6%，土壤持水量增加24%。

這種調理劑能有效改良酸化土壤，提高養分利用率，具有保水作用，有利于作物生長。本研究使用盆栽實驗，添加比例用占土壤質量百分比進行計算，對溫室栽培有一定的指導作用。針對大田酸化嚴重土壤，建議這種有機-無機土壤調理劑施用量8 t·畝-1，具有較好的改良效果。