電生功能水對磚紅壤主要養分轉化的影響

王燕 劉書偉 康小平 何仲

摘要：為探討電生功能水（EFW）對磚紅壤主要養分轉化及酸性的影響，以不同pH值的EFW對磚紅壤進行噴施培養，在0、28、56、84 d時分別測定磚紅壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量和pH值，并分析其與處理之間的相關性。結果表明：（1）隨培養時間及電生功能水pH值的增大，土壤有機質和堿解氮含量呈下降趨勢，堿性特別是強堿性處理下降幅度較大，磚紅壤的酸性亦呈減弱趨勢，堿性處理可提升磚紅壤pH值2～3個等級，使其達中性或近中性。（2）土壤速效磷含量隨培養時間及EFW處理的pH值增大呈增加趨勢，EFW處理可將其含量提升2～3個等級;酸性處理的速效鉀含量隨時間增加而增加，但其堿性處理則降低，速效鉀含量隨EFW處理pH值增大呈降低趨勢，EFW處理可將其含量提升1～2個等級，即EFW處理有利于土壤中速效鉀、速效磷的轉化或活化。（3）培養84 d時，各處理的pH值與土壤pH值及速效磷含量呈正相關，與有機質、堿解氮及速效鉀含量呈負相關。研究結果可為解決磚紅壤存在的磷鉀含量低和酸性強等問題提供理論支撐。

關鍵詞：電生功能水;海南;磚紅壤;有效養分;土壤pH值;養分轉化

中圖分類號：S158 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）07-0201-04

收稿日期：2021-07-01

基金項目：海南省高等學校科學研究項目（編號：Hnky2018-56）;海南省三亞市農業科技創新項目（編號：2016NK11）。

作者簡介：王 燕（1979—），女，河南太康人，碩士，副教授，主要從事生物學教學及相關研究。E-mail：wysw119@163.com。

通信作者：康小平，博士，教授，主要從事物理農業與電子信息教學及相關研究。E-mail：xpk710@126.com。

電生功能水（EFW）是將水置于一種特殊的裝置中經電場處理，使水的pH值、氧化還原電位等發生改變而產生的具有特殊功能的酸性電解水和堿性電解水的總稱[1]，具有廣譜、瞬時殺菌、不污染環境、對人體無毒、制取方便、成本低廉等優點，受到各領域專家學者的關注。目前EFW在農業上主要應用于保鮮[2-3]、消除農藥殘留[4-5]、防治植株病害[6-7]、促進植物生長及品質改良[8-9]、土壤殺菌消毒[10-11]等方面，且效果顯著，但鮮見其在使用過程中對土壤養分影響的研究。磚紅壤是在熱帶雨林、季雨林氣候下經脫硅富鋁化作用形成的地帶性土壤，主要分布在22°N以南的熱帶北緣地區[12]，是海南省主要的土壤類型，占海南省土壤總面積的63.85%，該土壤土層深厚、質地黏重、養分含量低（特別是缺磷、缺鉀）、呈酸性至強酸性[13]。為探討EFW在磚紅壤中施用時能否改良酸性土壤，對土壤養分含量的影響是否存在共性和差異性，本研究以野外磚紅壤為對象，分析施用不同酸堿性的EFW對磚紅壤酸堿性及主要養分轉化的影響，探討EFW能否活化或加速釋放土壤中礦質元素，為其在酸性土壤地區的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料及制備

于2020年11月在海南省三亞市自然植被覆蓋的坡地采集磚紅壤，取土深度為0～30 cm，去除石塊、植物根系及葉片等雜物，混勻、待用。

電生功能水由DSJ-A100型電功能水發生器電解質量分數為0.1%的氯化鈉溶液制備。待機器工作5 min穩定后，收集酸性水和堿性水，并利用pH計分別測定其pH值、氧化還原電位，每次施用時重新制備。本試驗共設7個處理，分別記為A、B、C、D、E、F處理及CK（自來水），其中A、B、C處理為酸性處理，D、E、F處理為堿性處理，其理化性質見表1。

1.2 試驗設計

將土樣裝入塑料栽植桶（150 mm×140 mm）中，每個處理1桶，重復3次，共21桶，土樣質量約0.80 kg/桶，貼上標簽。

EFW處理每周一噴1次，之后每2 d噴自來水1次，CK每周同一時間只噴自來水。用噴霧型噴壺均勻噴在土壤表面，使土壤上下層充分濕潤，用稱質量法保持土壤含水量約為25%。噴施后蓋上蓋子，置于海南熱帶海洋學院實驗基地設施大棚（23～30 ℃）內培養，時間為2020年11月至2021年1月。

1.3 土樣采集與測定

于培養后0、28、56、84 d上午（噴施前進行）采集土樣，每桶隨機選3個點，使用自制圓柱形取樣器垂直插入土壤，各點均勻取土并混勻。指標參照鮑士旦的方法[14]進行測定，土壤pH值和氧化還原電位采用1 ∶1水土比電位法（PHS-3E型pH計），土壤有機質含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法，堿解氮含量采用堿解擴散法，速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法（UV-1100紫外分光光度計），速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法（FP6431火焰光度計）。

1.4 數據處理分析

采用Excel繪制圖表;用SPSS 19.0軟件統計分析數據，采用Duncan s新復極差法進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 供試磚紅壤基礎養分含量分析

供試土壤pH值為4.10，有機質含量為1.82 g/kg，堿解氮含量為3.53 mg/kg，速效磷含量為 2.57 mg/kg，速效鉀含量為21.08 mg/kg，石礫占8%左右。參照全國第2次土壤普查土壤養分及pH值分級標準[15]，對該土壤進行分級：土壤為極強酸性，土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均為最低等級（6級），即極缺乏水平。

2.2 不同處理對磚紅壤酸堿性的影響

由表2可知，隨培養時間的延長及電生功能水pH值的增加，土壤的pH值逐漸增大。酸性處理的pH值稍低于CK，但差異不顯著;堿性處理的pH值增幅初始較明顯而后減緩，堿性處理間差異不顯著，但與其他處理差異顯著（ P <0.05）。84 d時，D、E、F處理的pH值分別比CK提高1.37、1.50、1.95，達土壤pH值分級標準中的近中性或中性。可見，堿性處理特別是強堿性處理可有效降低磚紅壤的酸度。

2.3 不同處理對磚紅壤主要有效養分的影響

2.3.1 有機質含量 由表3可知，隨著培養時間的延長及電生功能水pH值增大，有機質含量呈下降趨勢。酸性處理的有機質含量高于CK但差異不顯著，E、F處理在84 d時均與CK及酸性處理差異顯著（ P <0.05）。說明EFW處理特別是堿性處理會加速土壤有機質的消耗或釋放。

2.3.2 堿解氮含量 由表4可知，隨電生功能水pH值的增大，堿解氮含量逐漸下降;隨培養時間的延長，堿解氮含量總體呈下降趨勢，但存在波動。處理84 d時，處理A與CK及堿性處理差異顯著（ P <0.05），F處理與其他處理差異顯著（ P <0.05）。說明EFW處理特別是強堿性處理會加速土壤堿解氮的消耗或釋放。

2.3.3 速效磷含量 由表5可知，隨著培養時間的延長及電生功能水pH值的增大，速效磷含量呈增加趨勢。培養56d時，酸堿處理的速效磷含量顯著增加（ P <0.05）;84 d 時，CK的速效磷含量顯著低于除A以外的其他處理（ P <0.05），A、B處理均與F處理差異顯著（ P <0.05），堿性處理間差異不顯著。A、B處理速效磷含量增加為4級即缺乏水平，C、D、E、F處理增加為3級即中等水平。說明EFW特別是堿性處理有利于土壤中磷的活化。

2.3.4 速效鉀含量 由表6可知，隨著培養時間的延長，速效鉀含量呈現出不同的變化趨勢，酸性處理增加，堿性處理下降，56 d后酸性與堿性處理差異顯著（ P <0.05）。隨著電生功能水pH值的增大，速效鉀含量呈下降趨勢，CK低于EFW處理且差異顯著（ P <0.05）。84 d時，F、CK處理仍為6級即極缺乏水平，D、E處理提升為5級即很缺乏水平，A、B、C處理提升為4級即缺乏水平。說明EFW處理有利于土壤中鉀的活化，其中酸性處理更為明顯。

2.4 不同處理的pH值與土壤酸堿性及有機質、速效氮、速效磷、速效鉀含量的相關性

從圖1至圖5可知，各處理的pH值與土壤pH值、速效磷含量呈正相關，與土壤有機質、堿解氮、速效鉀含量呈負相關;從相關程度來看，各處理的pH值與土壤pH值、土壤有機質含量呈高度相關，與土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量呈中度相關。

3 結論與討論

土壤是作物生長發育的基礎，其pH值、有機質含量及氮、磷、鉀三要素的含量是衡量土壤肥力的重要指標，其中土壤pH值是土壤的重要化學性質，影響土壤微生物的活性、有機質的分解及礦物質的有效性，對土壤養分的釋放、固定和遷移過程起著重要作用。本研究結果如下。

（1）堿性處理可提升磚紅壤pH值2～3個等級，使土壤達中性或近中性，但處理初期可以明顯降低土壤酸度，后期降低幅度較小。可能是由于堿性處理在施用初期會消耗土壤中大量的H+和Al3+，進而顯著提高土壤pH值，但隨著土壤黏粒中潛性酸的釋放和土壤緩沖作用，降低了該效應而使土壤 pH值穩步增加[16]。說明堿性特別是強堿性的EFW可明顯降低磚紅壤的酸度，可用于酸性土改良。

（2）各處理有機質及堿解氮含量隨時間的推移及電生功能水pH值的增大呈下降趨勢。可能是處理過程土壤中未添加有機物料，EFW施入土壤，pH值升高，從而提高土壤中氨氧化細菌的生物多樣性[17]和微生物的活性[18-19]，使土壤結構、通氣性和滲透性得到改善，加速了有機質的分解和轉化及土壤有機氮的礦化和消耗。

（3）各處理速效磷的含量隨時間的推移及電生功能水pH值的增大呈增加的趨勢，EFW處理有利于速效磷的轉化，堿性處理更為明顯。可能是由于酸性土壤pH值低，土壤中游離態和交換態鋁、還原態錳含量過高，與磷形成沉淀，降低了土壤中磷的有效性[20]。但土壤pH值的升高降低了活性鐵（Fe）、鋁（Al）、錳（Mn）等元素的含量，減弱了對磷的固定[21]，并且能通過還原、酸溶和絡合溶解以及促進解磷微生物增殖等活化土壤中難以利用的磷素，使其轉化為可溶態磷[22]，進而提高速效磷的含量。

（4）EFW處理的速效鉀含量均大于CK，但隨電生功能水pH值的增大呈下降趨勢，酸性處理隨時間的增加而增加，而堿性處理則下降。酸性處理可提升土壤中速效鉀含量2個等級，D、E處理提升1個等級，F處理不變。可能是酸性處理使土壤中的礦物鉀轉變為有效鉀，從而提高土壤中的速效鉀含量。pH值升高后，土壤對K+的固定作用加強，有效鉀降低[12]，這可能是堿性處理速效鉀含量降低的原因。

（5）各處理的pH值與土壤pH值呈高度正相關，與土壤有機質含量呈高度負相關，與堿解氮、速效鉀含量呈中度負相關，與土壤速效磷含量呈中度正相關，具體機制還需進一步研究。

綜上所述，堿性電生功能水對磚紅壤酸性改良效果較好，有利于土壤中固定態的磷和礦物鉀向速效磷和速效鉀轉化，其中酸性處理有利于速效鉀的轉化，堿性處理有利于速效磷的增加，EFW處理特別是堿性處理會加大土壤有機質、堿解氮的消耗或釋放速度，即EFW處理具有活化土壤礦質養分和促進養分釋放的作用。

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