不同土壤調理劑對紅黃壤黃桃園土壤及黃桃品質的影響

王勤儉 ,王峰 ,俞巧鋼 ,劉海天 ,楊艷 ,柴有忠 ,張圓圓,馬軍偉

(1.浙江豐瑜生態科技股份有限公司,浙江 浦江 322200;2.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所,浙江 杭州 310021;3.浦江縣農業技術推廣中心,浙江 浦江 322200;4.浙江農藝師學院,浙江 杭州 310021)

浙江省浦江縣中余鄉屬亞熱帶季風性氣候,年均氣溫為17.5 ℃,年均降水量為1 424 mm,年日照為1 996 h,光熱水資源優越,另外由于此地地處金衢盆地出風口,晝夜溫差大[1],非常適宜黃桃栽培,且造就了其獨特品質,逐漸發展成帶動浙江山區農民增收致富的一個特色經濟產業——“中余黃桃”。2021 年,黃桃種植面積為160 hm2,總產量達到150 萬kg,為村民增收1 400 余萬元。由于該黃桃種植區主要分布在浙江紅黃壤區,土壤本底呈酸性,加之近年來黃桃產區果農片面的追求其高產,過量施用無機化肥,忽略有機肥的投入,導致黃桃耕地土壤環境質量下降,土壤酸化狀況現象較為普遍,嚴重降低了黃桃的產量和品質。因此,對該地區土壤進行科學化的酸化防治是保證其黃桃產業可持續發展的重要措施。

目前農業生產中施用生石灰仍然是解決土壤酸化問題的主要手段[2]。但是,生石灰往往對地表下層 (>20 cm) 土壤調理效果不大,施用不當時還會造成養分利用效率下降、土壤板結、傷害根系等問題[3-4]。本研究以常規施肥為對照,分別比較了施用生石灰、含腐植酸土壤調理劑和含硅鉀土壤改良劑對黃桃園土壤酸化和養分狀況的影響,同時還分析了不同土壤酸化改良劑對黃桃果實品質的影響。此研究結果對我國南方紅黃壤區果園酸化治理,保證其產業持續健康發展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況與土壤樣品的采集

本研究地處浙江省浦江縣中余鄉三十六崗黃桃基地,地力較為均勻,土壤養分狀況:pH 為5.28,有機質含量為21.3 g·kg-1,總氮含量為 1.57 g·kg-1,有效磷含量為31.3 mg·kg-1,速效鉀含量為124 mg·kg-1;研究對象為成齡黃桃樹。試驗處理以農民常規管理,即不作酸化治理為對照,土壤酸化治理處理組分別為施用生石灰 (65 kg·hm-2);施用含腐植酸的土壤調理劑(2 250 kg·hm-2;有機質≥2.0 g·kg-1,腐植酸≥0.8 g·kg-1,CaO ≥1.5 g·kg-1,MgO≥1.0 g·kg-1);施用含硅鉀土壤改良劑(2 250 kg·hm-2;K2O≥0.4 g·kg-1,CaO≥3.2 g·kg-1,MgO ≥0.5 g·kg-1,SiO2≥3.0 g·kg-1);每個小區面積300 m2,每個處理3 次重復。采樣法采用梅花形方法,分別對每個小區采集5 個子樣,并充分混合成一個樣品,果園土壤采樣深度為0～40 cm。在陰涼處自然風干后去除樣品中的植物根系和殘渣等。用瑪瑙研缽研磨,然后過100 目尼龍篩[5-6]。第一次取樣為2020 年12 月11 日,土壤酸性調理劑使用前。第二次取樣為2021 年9 月24日,黃桃收獲季節取土壤和果實。

1.2 指標測定

使用電位法(水土體積質量比為2.5∶1) 測定土壤pH;外加熱重鉻酸鉀容重法測定土壤有機質含量;凱式蒸餾法測定全氮含量;采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定有效磷含量;采用1.0 mol·L-1NH4OAc 浸提-火焰光度法測定速效鉀含量;用氯化鉀淋洗法測定土壤交換性酸交換性鋁離子[5-6]。按照魏林根等[7]方法測定土壤中交換性鈣鎂含量。參照莫淑勛等[8]比色法測定果實中可溶性糖的含量,按照龍淑珍[9]方法測定可滴定酸與維生素C (VC) 含量。

1.3 統計分析與制圖

利用Microsoft Excel 2019 和SPSS 19.0 進行數據處理和統計分析。使用SigmaPlot 14.0 進行本文圖像的制作。

2 結果與分析

2.1 不同調理劑對黃桃果園土壤酸化狀況的影響

土壤中交換性酸的大量增加是造成土壤酸化的根本原因之一,對于我國南方紅黃壤的酸化原因,具體表現在土壤中交換性H+和交換態A13+含量的大量增加[4]。如圖1 所示,較對照,生石灰、含腐植酸土壤調理劑以及硅鉀型土壤調理劑都可以顯著提高黃桃耕地土壤的pH 值 (分別提高0.70、0.57 和0.47 個單位),同時降低土壤中交換性H+和土壤可交換性酸總量,且3 種土壤酸化改良劑的效果之間沒有顯著性差異。生石灰,含腐植酸土壤調理劑以及硅鉀型土壤調理劑都可顯著降低土壤中的交換態A13+含量,但是含腐植酸土壤調理劑以及硅鉀型土壤調理劑的降低幅度更大,表明了含腐植酸土壤調理劑以及硅鉀型土壤調理劑在提高土壤pH 值的同時,對降低酸性紅黃壤的鋁毒風險具有一定的作用。

圖1 不同調理劑對黃桃果園土壤酸化狀況的影響

2.2 不同調理劑對黃桃果園土壤養分含量的影響

土壤中的氮含量是反映土壤提供養分能力的重要方面。如圖2 所示,較對照,施用3 種土壤調理劑對土壤氮含量沒有顯著影響,而土壤有機質含量不僅是體現土壤肥力的重要指標,也是反映土壤對酸化緩沖能力的重要方面。較對照,施用生石灰處理對土壤有機質含量沒有顯著影響,而施用含腐植酸土壤調理劑和硅鉀型土壤調理劑可顯著升高土壤有機質含量,表明了含腐植酸土壤調理劑和硅鉀型土壤調理劑具有一定的土壤培肥的功能。

圖2 不同調理劑對黃桃果園土壤養分含量的影響

土壤酸化使土壤的肥力質量降低,主要表現在酸化過程中有效態營養元素含量的急劇減少,降低土壤肥力質量。如圖2 所示,較對照,生石灰、含腐植酸土壤調理劑以及硅鉀型土壤調理劑均顯著提高了土壤中速效鉀含量,但硅鉀型土壤調理劑處理下土壤速效鉀含量提升幅度更大,表明了硅鉀型土壤調理劑處理對酸化土壤鉀元素供應的改良效果更佳,這可能是由于硅鉀型土壤調理劑一方面活化了酸性土壤中的鉀元素,另一方面是由于其本身含有鉀元素,伴隨著施用而補充了土壤鉀元素。較對照,生石灰、含腐植酸土壤調理劑以及硅鉀型土壤調理劑也顯著提高了土壤中有效磷含量,但含腐植酸土壤調理劑處理對土壤有效磷含量提升效果最好。

2.3 不同調理劑對黃桃果園土壤陽離子交換量,交換態鈣、鎂含量的影響

土壤中鹽基離子流失是造成土壤酸化的另一個主要原因。如圖3 所示,較對照,生石灰、含腐植酸土壤調理劑以及硅鉀型土壤調理劑顯著提高了土壤中陽離子交換量,表明以上土壤調理劑施用后土壤中和酸的能力均上升,而四個處理之間的土壤陽離子交換量分別為對照<生石灰<含腐植酸土壤調理劑<硅鉀型土壤調理劑,表明了含腐植酸土壤調理劑和硅鉀型土壤調理劑的施用對土壤陽離子交換量的提升要優于生石灰,且硅鉀型土壤調理劑的效果更好。

圖3 不同調理劑對黃桃果園土壤陽離子交換量交換態

土壤酸化下土壤鹽基離子流失主要指土壤交換態鈣和交換態鎂。較對照,生石灰、含腐植酸土壤調理劑以及硅鉀型土壤調理劑顯著提高了土壤中交換態鈣和交換態鎂含量,表明以上土壤調理劑施用后均可補充土壤中流失的鈣和鎂。有研究表明,當土壤中交換態鈣含量大于10 cmol·kg-1時,土壤存在板結,有效磷含量降低的風險。正常施肥+生石灰處理下土壤中交換態鈣含量為10.35 cmol·kg-1,顯著高于含腐植酸土壤調理劑 (7.80 cmol·kg-1),硅鉀型土壤調理劑 (7.89 cmol·kg-1) 處理。因此,較含腐植酸土壤調理劑和硅鉀型土壤調理劑,生石灰的施用可能會產生土壤板結,有效磷含量降低的風險。

2.4 不同調理劑對黃桃果實品質性狀的影響

可溶總糖、VC、可溶性固形物、可滴定酸是反映黃桃品質的重要指標。如表1 所示,較對照,含腐植酸土壤調理劑可顯著提高黃桃果實的可溶總糖和可滴定酸含量,但生石灰和硅鉀型土壤調理劑對黃桃可溶總糖和可滴定酸含量沒有顯著性影響;較對照,施用生石灰,含腐植酸土壤調理劑以及硅鉀型調理劑均可提高黃桃VC含量 (分別提升11.1%、32.8%、19.3%) 和可溶性固形物含量(分別提升8.7%、23.8%、9.7%),表明土壤酸化改良后可顯著提高黃桃品質,而含腐植酸土壤調理劑的提高效果大于施用生石灰和硅鉀型調理劑。

表1 不同調理劑對黃桃果實品質的影響

3 小結與討論

土壤酸化問題是制約我國南方紅黃壤地區作物產量和品質的重要障礙因子。由于我國的紅黃壤地區一般處于熱帶或亞熱帶地區,作物種類,尤其是果蔬種類繁多,而不同植物對土壤的酸化適應閾值和響應不盡相同。因此,針對不同作物種類和土壤酸化類型,選擇合適的土壤調理劑是科學解決土壤酸化問題的重要物質基礎。在本項研究中我們分別選用生石灰、含腐植酸土壤調理劑、硅鉀型土壤調理劑進行黃桃酸化土壤改良效果試驗,并選用未添加土壤調理劑的農田的常規施肥作為對照。

土壤中的交換性H+過多會增強其與土壤膠體吸附的鹽基離子的交換量,導致交換性鹽基離子進入土壤溶液,易被淋洗損失,降低土壤的鹽基飽和度,使得土壤酸堿緩沖體系進一步遭到破壞,土壤pH 逐漸下降[10]。另外,對于紅黃壤地區,土壤膠體上的交換性H+還能與土壤中固相鋁化物進行反應,解離出交換態Al3+,其又可以水解產生更多H+,進一步導致土壤中交換性酸增加,加重土壤酸化[11-12]。在本研究中,常規的生石灰,施用含腐植酸的土壤調理劑和含硅鉀土壤調理劑處理后土壤的pH 都顯著升高,表明這3 種土壤調理劑都可以改善土壤的酸化。含硅鉀土壤調理劑和含腐植酸的土壤調理劑還可以顯著降低土壤中的交換態鋁的含量,因此,這兩種土壤調理劑不僅可以直接有效的改善酸化狀況,還可以有效的緩解酸化的再發生,降低紅黃壤區常見的鋁毒產生的風險。較生石灰處理,含腐植酸的土壤調理劑和含硅鉀土壤調理劑處理后土壤的有機質含量、交換態鈣離子和交換態鎂離子含量都顯著升高,表明這兩種調理劑都具有土壤培肥的功能,而生石灰不具備這一特點,其中以含腐植酸土壤調理劑的提升效果最優,原因可能由于 (1) 含腐植酸土壤調理劑本身含有鎂元素,能夠有效補充土壤鎂;(2) 腐植酸在土壤中能夠有效的螯合鎂元素,降低鎂的損失。

土壤酸化還會影響作物品質形成。李慶軍等[13]發現,土壤酸化會顯著影響蘋果果實單果重,造成蘋果減產,另外還會影響可溶性固形物、可溶性糖的形成,對果實風味產生影響。在本研究中,較生石灰處理和含硅鉀土壤調理劑,含腐植酸的土壤調理劑可以顯著提高黃桃果實的VC含量和可溶性固形物含量,對黃桃的果實品質提升作用最好。

實施酸化耕地治理,堅持用地與養地相結合理念,突出耕地酸化危害嚴重區域,以培育健康土壤為指導思想,是確保 “農田即是良田” 的重要舉措。綜上所述,在黃桃土壤酸化改良過程中,較常規生石灰處理,含腐植酸的土壤調理劑和含硅鉀土壤調理劑不僅可以改善土壤酸化,減少可交換態鹽基的淋洗,增加土壤有機質含量,具有土壤培肥功能,其中含腐植酸的土壤調理劑還可以提高黃桃VC含量和可溶性固形物含量,提高黃桃果實品質,在浙江紅黃壤酸化果園中具有重要的推廣價值。