CaO型土壤調理劑對蔗地pH調節效果及對甘蔗生長的影響

吳凱朝，徐 林，覃興云，李育鵬，莫大強，黃成豐，鄧智年，黃 海， 龐 天*，王維贊*

(1廣西壯族自治區農業科學院甘蔗研究所，廣西南寧530007；2廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室，廣西南寧530007；3農業部廣西甘蔗生物技術與遺傳改良重點實驗室，廣西南寧530007；4廣西來賓市金鳳凰農業投資有限公司，廣西來賓546100；5天脊煤化工集團股份有限公司，山西潞城047500)

0 引言

甘蔗是我國最重要的糖料作物，種植面積占糖料作物種植面積的85%以上，產糖量占食糖總產量的90%以上。在長期的甘蔗種植生產中，蔗地長年連作，無節制地使用各種化肥和農藥，導致土壤理化性狀惡化，土壤酸化板結，養分平衡失調，地力下降，抵御自然災害能力差。酸化后的土壤微生物活性顯著降低[1]，細菌群落也隨之發生改變[2-3]。目前，我國多數蔗地的土壤酸化嚴重，甘蔗主產區廣西的多個蔗區土壤pH在4.0～5.5之間[4]，特別是“糖都”崇左蔗區，土壤pH＜5.5的蔗地占比達到69%[5]。土壤板結嚴重，影響甘蔗根系正常生長，對產量和品質的提高起到阻礙作用。蔗地酸化不但對土壤環境產生危害，酸和鋁毒脅迫對甘蔗產生毒害的同時土壤中重金屬也被活化，甘蔗生長會受到嚴重抑制，產量降低，品質下降，嚴重降低了蔗糖業經濟效益。因此，解決蔗地酸化退化，提高甘蔗產量和品質是當前糖料蔗生產中急需解決的問題。

土壤調理劑是一類加入土壤中用于改善土壤的物理和化學性質及其生物活性的制劑，它可以改善土壤環境質量，改良土壤的偏酸、偏堿、鹽漬化以及板結狀態，有效地促進植物生長[6]。目前，已有多種土壤調理劑在各種作物上得到很好的應用和推廣，耕地質量、作物長勢、產量和品質得到有效提高，對現代農業高質量發展起到重要的作用[7-10]。在甘蔗上，免深耕型土壤調理劑對宿根蔗和新植蔗都有增產效應[11]，土壤激活型土壤調理劑對甘蔗苗期、伸長期生長都有促進效應，提高成莖率，增加有效莖數，極顯著增加蔗莖產量，還可以提高葉片葉綠素含量和葉片中N、K含量[12-13]。在酸性土壤條件下，蔗地施用石灰顯著提高土壤pH，可有效促進甘蔗出苗、分蘗，有效提高甘蔗產量和品質[14]，能有效防控甘蔗幼苗黃化病發生[15]。CaO型土壤調理劑富含N、P、Si、Mg、Fe、微量元素以及硝酸稀土，pH值在8.0～8.5之間。研究表明，CaO型土壤調理劑具有松土保水，平衡土壤養分，修復農藥和重金屬污染，提高土壤pH、肥料利用率和作物抗逆能力[16-18]。

一直以來，酸化蔗地的土壤改良沒有引起足夠的重視，蔗地酸化的問題沒有得到有效解決，關于調節酸化蔗地問題的研究報道甚少。本研究根據廣西紅壤蔗地的情況，以傳統常規種植作為對照，使用不同施用量CaO型土壤調理劑對甘蔗田土壤進行改良，通過比較蔗地土壤pH變化、甘蔗生長、產量性狀及蔗糖分，篩選最佳的CaO型土壤調理劑施用量，為合理使用土壤調理劑調節改良酸化蔗地土壤提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設在廣西扶綏縣渠黎鎮雷達現代農業合作社聯合社的新植甘蔗地(甘蔗連作＞10年)。地塊平整、方正，排灌方便，土壤肥力適中，整塊蔗地面積4 hm2。

1.2 試驗材料

試驗所需的CaO型土壤調理劑為廣西晉天脊農業服務有限公司提供的粉劑“天脊”土壤調理劑(含腐植酸)，CaO≥40%。供試甘蔗品種為桂糖46號。

1.3 試驗方法

試驗設置CaO型土壤調理劑4個施用量水平處理，分別為0(CK)、1500(A)、2250(B)和3000 kg/hm2(C)。采用隨機區組設計，3個重復，每個處理區面積為0.1 hm2，各處理區之間間隔距離3 m。蔗地翻犁和平整后，4月17日按區按量人工撒施CaO型土壤調理劑，使用帶旋耕開行機器開種植溝，機器種植甘蔗，行距1.6 m，下種量為75000芽/hm2，施用基肥750 kg/hm2(復合肥，度銳750 mL/hm2拌肥一起施用)，6月25日施用攻莖肥900 kg/hm2(復合肥)，田間管理按當地傳統管理水平進行。

1.4 調查項目及方法

2019年3月6日采集各小區處理前的土壤樣本。處理后的土壤樣本分別于4月23日、4月29日、5月10日、5月22日、6月26日、9月18日進行采集。土壤樣本采用“S”取樣法，每個小區選取5個采樣點，采集蔗地耕層0～30 cm土壤0.5 kg，做好標記，樣本送農業農村部甘蔗品質監督檢驗測試中心(南寧)進行pH檢測。檢測方法參考NY/T 1121.2-2006《土壤檢測 第2部分：土壤pH的測定》[19]進行測定。

分別于2019年7月17日、8月6日、9月18日和2020年1月12日對各處理的甘蔗株高和莖徑進行調查。2020年1月12日還進行產量性狀調查，每小區選66.7 m2測定蔗莖重量。甘蔗單莖重(kg)=小區甘蔗重量(kg)÷小區有效莖數(條)；單位面積有效莖(條/hm2)=小區有效莖數(條)/小區面積(m2)×10000(m2)。甘蔗單位面積產量(t/hm2)=單莖重(kg)×單位面積有效莖數(條/hm2)/1000。參考GB/T 10499-2014《糖料甘蔗試驗方法》[20]每小區砍取10條甘蔗進行甘蔗錘度和蔗糖分測定。

試驗數據分別采用GraphPad Prism和Excel 2013軟件進行統計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 CaO型土壤調理劑對蔗地pH值變化的影響

各處理區的土壤pH曲線變化趨勢基本相似，均表現為先升高后緩慢下降的趨勢，但各處理的土壤pH變化幅度有差異(圖1)。CK在整個調查期內，土壤pH在5.0～6.0之間波動，表現在甘蔗種植后先升高后回落到處理前相當水平。CaO型土壤調節劑處理前期，A處理(1500 kg/hm2)、B處理(2250 kg/hm2)和C處理(3000 kg/hm2)的土壤pH急劇升高，分別達到6.8、7.1、7.3，土壤pH上升幅度與土壤調理劑施用量成正相關；隨著處理時間的推移土壤pH緩慢下降，但6個月后土壤pH仍然明顯高于處理前，并且維持在一個相對較高的水平，有利于甘蔗生長。

圖1 各處理區土壤pH變化曲線

2.2 CaO型土壤調理劑處理對蔗地土壤pH調節效果

在CaO型土壤調理劑前，對照區與處理區地塊土壤pH有一定的差異，對照區土壤pH高于處理區0.2～0.3。對照區在處理前和處理后的土壤pH差異不顯著，1500、2250和3000 kg/hm2處理區在土壤調理劑施用6個月后，土壤pH提高幅度較大，上升到5.6～5.7之間，pH值上調效果顯著，上調幅度分別達到0.74、0.80和0.90(表1)。

表1 CaO型土壤調理劑處理前和處理6個月后的土壤pH

CaO型土壤調理劑施用后土壤pH上調幅度達到極顯著差異水平(圖2)，調節效果隨使用量增加呈現上升趨勢，以3000 kg/hm2處理提高幅度最高，與2250 kg/hm2處理差異不大，但與1500 kg/hm2處理調節效果有顯著差異。

圖2 各處理區6個月后土壤pH上升幅度

2.3 CaO型土壤調理劑處理對甘蔗株高的影響

施用CaO型土壤調理劑的各個處理對甘蔗伸長期的株高有顯著的促進效應，以2250 kg/hm2(B處理)促進效果最佳，其株高在4個測定期比CK分別增加了31.9、30.2、22.7和27.4 cm，其中，2019年9月18日增加了22.7 cm，達到0.05統計水平的顯著差異，其他3個測定期均達到0.01統計水平的極顯著差異(圖3)。

圖3 不同處理各個時期甘蔗的株高

2.4 CaO型土壤調理劑處理對甘蔗莖徑的影響

從圖4可以得出，施用CaO型土壤調理劑對甘蔗莖徑增粗有一定的促進效應。特別是在甘蔗伸長期前期，與對照相比，CaO型土壤調理劑3個水平處理對甘蔗莖徑增粗效果達到顯著差異水平，促進效果以2250 kg/hm2最佳，但3個處理之間差異不顯著。在后3個測定期，CaO型土壤調理劑處理對甘蔗伸長期莖徑有一定的提高，但未達到0.05統計水平的顯著差異。

圖4 不同處理各個時期甘蔗的莖徑

2.5 CaO型土壤調理劑處理對甘蔗產量性狀和糖分的影響

從表2可以得出，CaO型土壤調理劑甘蔗的產量性狀有促進效應。與對照相比，土壤調理劑3個水平處理對甘蔗的蔗糖分和單位面積產量的促進效果均達到了極顯著差異水平，蔗糖分可增加0.51%～0.65%(絕對值)，蔗莖產量增加達7.80～9.15 t/hm2，以2250 kg/hm2效果最佳；3000 kg/hm2促進甘蔗單位面積有效莖數大幅度增加，達到顯著差異水平；CaO型土壤調理劑3個處理水平對甘蔗單莖重和錘度也有一定程度的提高，但未達到0.05統計水平的顯著差異。

表2 甘蔗不同處理產量性狀及甘蔗品質

3 討論

石灰是我國傳統的酸性土壤改良劑，施用后能顯著提高蔗地土壤pH，與有機肥配合施用還能夠改變土壤有害金屬活性，降低毒害。錳毒和鋁毒是廣西酸性土壤上甘蔗生長的主要限制因子[21]，但長期施用石灰對作物生長發育有抑制作用，容易造成土壤鈣的富集，導致土壤養分比例失衡，土壤板結[22]，而CaO型土壤調理劑是一種新型的土壤調理劑，具有松土、補鈣、調酸、修復和增效的作用。本研究結果表明，常年連作的蔗地施用CaO型土壤調理劑后，顯著提高蔗地土壤pH，并且使蔗地土壤pH保持較長時間在6.0以上，其中A處理有2個測定期土壤pH＞6.0，B處理有4個測定期土壤pH＞6.0，C處理有5個測定期土壤pH＞6.0，表明土壤pH維持在6.0以上水平的時間長度與施用量也是密切相關，對甘蔗生長十分有利。從CaO型土壤調理劑對蔗地土壤pH調節效果來看，當茬施用2250 kg/hm2土壤調理劑后，雖然土壤pH從4.8可上升到5.6，但是當茬施用的調節效果未能達到一次性改良的目的(pH 6.5)，仍需要多茬施用或加大施用量。從我們的研究結果可以看到，施用前期土壤pH很快上升，如果過量施用，土壤pH過高也可能會對甘蔗生長有不利的影響。甘蔗生產中，蔗地土壤pH變化還可能和蔗地施肥、用藥有密切的相關性，因此如何使用土壤調理劑配合施肥用藥，以及土壤調理劑對蔗地土壤理化性狀改良、對微生物類群、活性的影響等問題，有待我們進一步深入研究。

甘蔗最適生長土壤pH在5.5～7.5之間，土壤pH＜5.5會產生有害金屬毒害，不利于甘蔗正常生長[23]。研究表明，免深耕型和土壤激活型土壤調理劑都能提高甘蔗產量[11,13]，土壤激活型土壤調理劑對甘蔗生長有促進效應的同時還能提高葉片葉綠素含量和葉片中N、K含量[12-13]。施用石灰可以提高酸性土壤甘蔗幼苗葉片葉綠素含量，增強甘蔗葉片光合作用能力，促進甘蔗幼苗的生長[24]，能有效促進甘蔗出苗、分蘗[14]，有效提高甘蔗產量和品質[14,25]，還可以防控甘蔗幼苗黃化病[15]。這些研究結果說明了土壤調理劑對土壤起到較好的改良效果，有利于提高甘蔗產量及品質。從本研究CaO型土壤調理劑對甘蔗生長及產量性狀的影響可以看出，CaO型土壤調理劑對甘蔗各時期的株高、莖徑及收獲期的甘蔗產量性狀有十分顯著的促進效應，一方面驗證了CaO型土壤調理劑對土壤的改良效果，另一方面也說明沒有得到改良的蔗地，對甘蔗生長可能有抑制作用，節間伸長、莖徑增粗及糖分累積等明顯滯后，這些方面值得我們進一步去探討研究。此外，施用土壤調理劑是一個長期動態平衡的過程，不能當茬過量施用土壤調理劑，應根據蔗地的實際情況進行，因地制宜，進一步開展多次多茬施用追蹤調查研究。

4 結論

本研究結果表明，CaO型土壤調理劑能有效提高蔗地土壤pH，促進甘蔗生長及產量形成，以2250 kg/hm2施用量較適合。本研究結果為利用土壤調理劑改良蔗地酸化土壤提供了科學依據。