電解錳渣基土壤調理劑在甘藍上的應用及對酸化土壤的改良效果

楊國瓊，蔡國勇，周富忠

（1.湖北利川市汪營鎮農業服務中心，445400；2.利川市土肥站）

利川是湖北省蔬菜生產大市[1，2]，常年種植面積15萬畝（1萬hm2）左右，但近年來因土壤嚴重酸化導致十字花科蔬菜根腫病連年偏重發生，高山基地減產嚴重，甚至出現絕收現象，嚴重影響了利川高山蔬菜產業的健康穩步發展[3，4]。因此，改善土壤酸化現狀、修復退化土壤、提高土壤生產力尤為重要。

王寧等[5]研究認為，弱堿性的堿渣不僅可緩解土壤酸化，還可增加土壤中Si、Mg、K、Ca等元素含量。張云舒等[6]研究結果表明，施用菇渣土壤調理劑可改善土壤的理化性狀。陳賢樹等[7]研究認為，鐵尾礦可作為土壤調理劑改善土壤。國內外亦有許多研究表明，使用不同土壤調理劑可改善土壤理化性質，并提高作物產量與品質[8~11]。

據統計，每生產1 t電解金屬錳可產生7~9 t廢渣[12]，且隨著礦石貧化，錳廢渣產量還將大幅增加，因此，合理利用錳渣具有重要的現實意義。在電解錳渣的資源化利用過程中，人們開展了廣泛的研究[13]，呂瑩等[14]將其作為無機土壤改良劑對酸性土壤重金屬污染進行了修復，因此將電解錳渣制成土壤調理劑具有一定的實踐意義和科學價值。

本研究從電解錳渣資源化利用的角度出發，針對湖北省恩施州耕地酸化問題，以電解錳渣為原料制備了3種不同類型的土壤調理劑，進行甘藍田間試驗，比較常規施肥（CK）與研制的高鉀型（A型）、高磷型（B型）和高錳型（C型）3種電解錳渣基土壤調理劑對酸化耕地的改良作用及對錳敏感作物甘藍的增產效果。本研究不僅能為改良酸化土壤提供新的思路，還可實現電解錳渣的減量化處理，對電解錳渣的資源化利用具有重大意義。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點與土壤條件

2019年4~7月，按《土壤調理劑效果試驗和評價要求》（NY/T 2271-2016）的相關要求[15]，在利川市柏楊壩鎮沿河村原梅子水玉米雜交場開展試驗。試驗田地處東經108.870 392°、北緯30.516 821°，海拔1 100 m，屬利川二高山蔬菜核心種植區。試驗地土壤為第四紀黏土母質發育的黃棕壤土類黏黃土，土層厚1 m以上，耕層深度30 cm，試驗田面積2畝（1 334 m2）。試驗前取樣檢測，土壤pH值5.13，含有機質22.7 g/kg、全氮1.16 g/kg、有效磷117 mg/kg、速效鉀319 mg/kg。土壤酸化，有機質含量低，全氮含量中等、有效磷和速效鉀含量極高[16]。

1.2 試驗材料

土壤調理劑：由中南民族大學研制，灰色顆粒，主要營養元素含量見表1。

表1 3種土壤調理劑主要營養元素含量及pH值

肥料：46.4%宜化尿素；45%（15-15-15）騰升復合肥；匯豐商品有機肥，總養分5%（2-1-2），有機質≥45%。以上肥料在當地市場購買。

作物：甘藍，品種名為奧奇娜，是利川二高山主推品種，抗黑腐病、黃萎病，耐裂、耐熱性好，球形扁圓、整齊，生育期65 d左右，產量高，667 m2產量4 000～5 000 kg。

1.3 試驗設計

試驗設5個處理，4次重復，隨機區組排列，小區面積2 m×15 m=30 m2，區組間留50 cm走道，便于田間觀察，四周設保護區，處理設置如下。

處理1：不施肥（CK0）；處理2：常規施肥（CK），騰升復合肥75 kg/667 m2+宜化尿素20 kg/667 m2+匯豐商品有機肥120 kg/667 m2；處理3：CK+A型含錳土壤調理劑100 kg/667 m2；處理4：CK+B型含錳土壤調理劑100 kg/667m2；處理5：CK+C型含錳土壤調理劑100kg/667m2。

1.4 試驗方法與指標測定

2019年4月15日播種，保溫育苗；5月9日整地起壟，壟距1 m；起壟時按各處理肥料及調理劑用量一次性條施。5月18日移栽，株行距50 cm×50 cm，2 667株/667 m2，每壟種植2行。病蟲草害防治及其他農事活動各處理與四周保護區完全一致，觀察記載不同生育時期。7月22日收獲，按小區統計實際產量，各小區連續取10棵甘藍測量單株質量、球高及直徑。播種前及收獲后按處理取土樣檢測pH值、有機質、全氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣鎂、陽離子交換量、有效銅鋅鐵錳、交換性鋁、交換性鹽基等指標。調理劑及土樣相關指標檢測方法見表2。

表2 調理劑及土樣相關指標檢測標準及方法

1.5 數據統計方法

采用Excel進行數據分析，對不同處理甘藍產量結果進行F檢驗，用新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同處理對甘藍產量及效益的影響

由表3可見，不施肥（CK0）處理產量最低，667 m2產量為3 231 kg，該處理主要用于衡量試驗地土壤的基礎地力，本試驗地基礎地力較高，地力貢獻率（不施肥作物產量/施肥作物產量）在72.29%~78.69%。其他處理產量為4 117~4 482 kg/667 m2，甘藍產量排位為：A型＞C型＞B型＞常規施肥。增施調理劑組的產量明顯高于常規施肥組的產量，且增產均超過5%，說明在常規施肥的基礎上增施3種含錳土壤調理劑可明顯提高甘藍產量，但增施調理劑組之間的甘藍產量差異不明顯。

表3 不同處理間甘藍產量結果分析

2.2 不同處理對甘藍性狀的影響

在甘藍生長關鍵生育期進行田間觀察，不施肥處理在移栽20 d后葉片顏色開始變淡發黃，出現脫肥現象，長勢明顯變弱；其他處理間葉色、長勢差異不明顯，各生育期無明顯變化。由表4可知，不同處理甘藍的單株質量、株高、球徑的變化趨勢與產量的變化趨勢一致，說明調理劑可能是通過提高甘藍單株質量、株高和球徑來提高甘藍產量。

表4 不同處理間甘藍性狀統計分析

2.3 3種土壤調理劑改良酸化土壤的效果

試驗前后不同處理土壤pH值、交換性鋁、有效錳、鹽基飽和度等土壤酸化指標變化情況見表5。

表5 試驗前后各處理土壤酸性指標變化

土壤pH值：試驗前土壤pH值平均為5.13，屬酸化土壤。試驗后，不施肥土壤pH值略有下降，常規施肥處理pH值下降幅度較大，增施3種不同土壤調理劑后土壤pH值也不同程度下降，但下降幅度較常規施肥小；相比常規施肥，667 m2增施A、B、C型調理劑100 kg，可分別使土壤pH值相對提升（相對提升量為常規施肥下降量減增施調理劑下降量，也就是增施調理劑后比常規施肥少下降的量）0.14、0.19、0.17。說明不施肥土壤pH值變化不明顯，常規施肥使耕地進一步酸化，而中南民族大學研制的A、B、C型3種含錳土壤調理劑對土壤酸化有較好的緩解作用，且B型優于C型，C型優于A型，但優勢不明顯。

交換性鋁：土壤交換性鋁是土壤潛在酸的主要來源，其含量越高，潛在酸度越大。其與土壤交換性氫構成了土壤交換性酸總量，是土壤酸度的容量指標[6]。試驗前，土壤交換性鋁平均為36.25 mg/kg，試驗后，不施肥土壤交換性鋁含量略有下降；而常規施肥土壤交換性鋁升高0.70 mg/kg；增施3種不同含錳土壤調理劑后土壤交換性鋁含量呈不同程度下降，A、B、C型分別下降2.67、3.08、4.52 mg/kg，下降幅度高于不施肥處理；與常規施肥對比，相對下降值（相對下降值為增施調理劑下降值+常規施肥上升值，也就是增施調理劑后比常規施肥多下降的值）分別為3.37、3.78、5.22 mg/kg；對降低交換性鋁的效果表現為：C型優于B型，B型優于A型，但優勢不明顯。

有效錳：試驗前土壤有效錳平均為100.62 mg/kg，處于極高水平[15]。試驗后，土壤有效錳含量整體下降，不施肥處理下降幅度較大，常規施肥下降幅度次之；增施3種不同含錳土壤調理劑的下降幅度較小，可能與不同調理劑錳含量相關，C型錳含量最高，下降幅度最小，A、B型錳含量相當，下降幅度也差不多。

鹽基飽和度：一般鹽基飽和度≥80%為較肥沃的土壤；50%~80%為中等肥力水平的土壤；低于50%的土壤肥力較低[18]。本研究中，試驗前土壤鹽基飽和度平均為55.56%，處于中等偏低水平。試驗后土壤鹽基飽和度整體上升，上升幅度排序為處理4＞處理5＞處理3＞處理1＞處理2，常規施肥處理基本不變；增施A、B、C型含錳土壤調理劑的土壤鹽基飽和度分別提高5.87%、11.30%、7.44%，土壤肥力提升。

2.4 3種土壤調理劑對土壤部分養分指標的影響

由表6可見，土壤有機質：試驗前均值為22.68 g/kg，試驗后整體水平下降，不施肥處理下降程度略大，其他處理變化差異不明顯。

表6 試驗前后各處理土壤養分指標變化

大量元素：試驗前土壤全氮含量中等、有效磷及速效鉀含量處于極高水平。試驗后，土壤全氮、速效鉀含量整體呈下降趨勢，有效磷含量變化不明顯；不施肥處理氮、磷、鉀含量下降幅度皆最大；常規施肥氮、磷含量變化不大，說明氮、磷水平施用合理，而鉀的施用量不足，導致下降幅度較大。增施3種不同類型調理劑對土壤全氮含量影響差異不明顯；可提高土壤有效磷含量，提高程度與不同類型調理劑含磷量有關；A型調理劑因富含鉀元素，為土壤補充了一定量的鉀營養，故土壤速效鉀含量略上升，B、C型調理劑對土壤速效鉀含量影響差異不明顯。

交換性鈣鎂：試驗地鈣、鎂含量豐富。試驗后土壤交換性鈣、鎂含量變化趨勢基本一致，不施肥處理下降幅度較大，常規施肥略下降，3種不同含錳土壤調理劑因皆含一定量的鈣、鎂元素，使土壤交換性鈣、鎂含量有所提高，提升程度與不同類型調理劑中鈣、鎂含量高低有關。

微量元素：試驗前土壤有效銅、鋅、鐵平均含量分別為2.26、2.00、96.60 mg/kg，分別處于極高、高和極高水平。試驗后不施肥、常規施肥處理土壤有效銅、鋅、鐵含量均下降；增施3種不同類型含錳土壤調理劑對土壤有效鋅、有效銅含量影響不明顯，但均使土壤有效鐵含量上升。

3 結論與討論

試驗地基礎地力較高，貢獻率在72.29%~78.69%。在常規施肥的基礎上，667 m2增施100 kg中南民族大學研制的A、B、C型3種含錳土壤調理劑可提高甘藍產量，甘藍增產皆超過5%。從對甘藍的增產效果看，A型優于C型，C型優于B型。

3種土壤調理劑均可提高甘藍單株質量、株高和球徑，從而實現甘藍增產；對改良酸化土壤有較好效果，667 m2施用100 kg當季可相對提高土壤pH值0.14~0.19，接近使用同等用量石灰的當季治理效果[11]；土壤交換性鋁含量相對降低3.37~5.22 mg/kg、鹽基飽和度提高5.87%~11.30%，有降低土壤鋁毒害、提高土壤保肥供肥能力的作用；因3種調理劑皆為錳礦尾渣加工生產而成，含一定量的錳元素，施用后可使土壤有效錳含量相對提高，存在錳過量的潛在風險。綜合比較3種調理劑對酸性土壤的改良效果得出，B型優于C型，C型優于A型。因3種土壤調理劑含有一定量的磷、鈣、鎂元素，為土壤補充了部分磷、鈣、鎂營養，特別是A型調理劑鉀含量較高，為作物補充了鉀營養。但對土壤有機質、全氮、有效銅、有效鋅、有效鐵等營養物質的影響不明顯。

本試驗對酸化土壤其他物理、化學性狀的改良效果有待進一步檢測分析；該調理劑在其他區域和作物上的應用效果能否重現，也有待進一步試驗、示范驗證。