牡蠣殼粉土壤調理劑對土壤理化性質及小白菜農藝性狀和品質的影響

顏墩煒，黃 強，陳海玲，陳 芝，黃 枝，郭媛貞

（莆田市農業(yè)科學研究所 福建莆田 351106）

土壤在植物的生長發(fā)育中有著不可以取代的作用，農業(yè)生產以土壤為基底，然而隨著人類社會對土壤需求的擴展，對其造成的破壞也日益嚴重。我國農田土壤污染率從20 世紀不足5%上升至2014 年的19.4%[1]，土壤板結、鹽漬酸化以及農作物中金屬和有毒物質殘留等問題日趨突出，受農藥、有機毒物、重金屬等污染的農田已達2500 萬hm2，全國受污染土壤面積超過了耕地面積的1/10[2]。土壤調理劑原材料來源廣泛、操作簡單，具有改善土壤結構、調節(jié)土壤酸堿性、修復污染土壤、調節(jié)土壤微生物區(qū)系等優(yōu)點，被用于修復退化土壤、清除土壤污染[3-6]。牡蠣殼作為土壤調理劑具有易獲取、價格低和對環(huán)境友好等多種優(yōu)勢，其主要成分為Ca-CO3，煅燒后為CaO[7]。羅漢華等[8]研究表明，施用牡蠣殼粉土壤調理劑能夠提高水稻產量，有效降低土壤中重金屬Cd 和Pb 含量。趙麗芳等[9]發(fā)現，牡蠣殼粉能夠消除土壤酸化，通過提高土壤脫氫酶（DHA）、堿性磷酸單酯酶（ALP）、無機焦磷酸酶（IPP）的活性改善土壤磷營養(yǎng)狀況，可提高作物產量。許玲玲等[10]和李雁喬等[11]研究指出，牡蠣殼粉能夠降低甜瓜和琯溪蜜柚的果實糖酸比，提高維生素C 含量和改善果實品質。柳開樓等[12]認為，施用牡蠣殼粉土壤調理劑可以使旱地花生在紅壤地增產，活化土壤養(yǎng)分，降低土壤潛性酸含量，防止土壤酸化。孫薊鋒[13]研究表明，施用牡蠣殼粉調理劑能夠顯著提高土壤脲酶、堿性磷酸酶和過氧化氫酶的活性，提高土壤pH。目前，關于牡蠣殼粉土壤調理劑多數集中在水稻、花生、煙草等作物上，而且以盆栽試驗為主，在大田栽培生產中的應用研究較少。筆者以廣泛種植的葉菜類作物小白菜（Brassica campestrisL.ssp.chinensisMakino）為研究對象，開展牡蠣殼粉土壤調理劑不同用量梯度的田間試驗，探討不同用量牡蠣殼粉土壤調理劑對土壤理化性質及小白菜農藝性狀和品質的影響，為其在農業(yè)實際生產中的應用提供一條可行的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于福建省莆田市農業(yè)科學研究所試驗基地，該地屬典型的亞熱帶海洋性季風氣候，平均溫度20 ℃，年降雨量1500 mm，年均日照時數1 995.9 h。試驗地土壤類型為重壤土，土壤基本理化性質為：pH 6.4，交換性鈣和交換性鎂含量（b）分別為6.42、1.62 cmol·kg-1，有機質含量（w，下同）19.4 g·kg-1，全氮、全磷、全鉀含量分別為0.136%、0.148%、2.44%，堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為101.7、97.6、482 mg·kg-1，有效Cd 含量為0.049 mg·kg-1。

1.2 材料

供試小白菜品種為日本武藏野種苗園株式會社育成的青梗小白菜品種早生華京，于2021 年10月22 日播種，每個小區(qū)按10.5 g 的播種量均勻撒播。牡蠣殼粉土壤調理劑選用福建省瑪塔農業(yè)發(fā)展有限公司生產的特貝鈣土壤調理劑（CaO 含量≥45%，pH 為8.5～10.5，有機質含量1.88%），該公司將牡蠣殼通過保護性烘焙煅燒工藝，在獲取氧化鈣的基礎上，最大程度地保留了牡蠣殼的有機養(yǎng)分，且具有造粒（0.28 mm）均勻、比表面積大等特點。

1.3 試驗設計

試驗以常規(guī)施肥為CK，在常規(guī)施肥的基礎上增施不同牡蠣殼粉土壤調理劑施用量水平（T1～T5），分別為750、1500、2250、3000、3750 kg?hm-2，每個處理4 次重復，每個處理小區(qū)面積11 m2（1.1 m×10.0 m），共24 個小區(qū)，隨機排列。常規(guī)施肥于播種前一周結合整地施入三元復合肥（N、P、K質量比為18∶18∶18）750 kg?hm-2作為基肥，牡蠣殼粉土壤調理劑和基肥混勻一起施用，于播種后17 d和27 d 每個小區(qū)分別追施尿素200 g，不同處理除所施土壤調理劑用量不同外，其他田間管理均一致。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤理化性質的測定 于土壤調理劑施用前按照“S”型取樣法選取5 個點，每點用土壤取樣器取20 cm 深的土樣，測定基底土壤相關理化性質。在小白菜采收后，于T2、T3、T4（表1）3 個小區(qū)，以相同方法提取土樣，每個處理3 次重復，按NY/T 1221—2007 相關土壤測定標準測定水溶性鹽總量、有機質含量、有效磷含量、機械組成、交換性鈣含量、交換性鎂含量，按NY/T 889—2004 測定速效鉀含量，按《土壤農業(yè)化學分析法》方法測定堿解氮含量，按NY/T 56—1987 測定全氮含量，按GB/T 237239—2009 測定有效鎘含量，按NY/T 1377—2007 土壤測定標準測定pH。

表1 牡蠣殼粉土壤調理劑對株高和單株質量的影響

1.4.2 小白菜農藝性狀與品質指標的測定 小白菜于2021 年12 月1 日采收，采收時每個處理選取12 棵植株，4 次重復，按《不結球白菜種質源描述規(guī)范》測量株高、葉片長、葉片寬、葉柄長、葉柄寬、葉質量、葉柄質量，并稱量單株質量，小白菜葉面積=葉長×葉寬×葉面積系數（0.66）。用SPAD-502 Plus（日本）葉綠素測量儀測定葉綠素含量（SPAD），每個植株取一片葉測3 個點取平均值，每個處理取12株，4 次重復；選取T2、T3、T4 這3 個經濟性狀較好的（表1）小區(qū)和CK，在其中隨機取新鮮樣品500 g，每個處理3 次重復，按GB 5009 測定標準測定植株維生素C、鈣、蛋白質、粗纖維等相關品質指標含量。

1.5 數據分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2019 和SPSS 26.0 進行數據整理和統(tǒng)計分析，用Microsoft Excel 2019 軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 牡蠣殼粉土壤調理劑對小白菜農藝性狀的影響

由表1 可知，僅T3 處理的株高顯著高于CK，比CK 增加4.49%，其他施用土壤調理劑處理小白菜株高與對照均無顯著差異；小白菜單株質量隨著土壤調理劑施用量的增加呈現先增加后減少的趨勢，表現為T3＞T2＞T4＞T5＞T1＞CK，除T1 外，其他處理的單株質量都顯著高于CK，T3 處理單株質量最大，比CK 增加44.51%。

由表2 可以看出，不同用量牡蠣殼粉土壤調理劑對小白菜葉片生長的影響有一定差異，增施土壤調理劑后小白菜的葉長、葉柄寬、葉柄質量、葉質量和葉面積都隨著土壤調理劑施用量的增加呈現先增高后降低的趨勢，葉寬和葉柄長隨土壤調理劑施用量的增加表現為先增后降再增的趨勢，T2 處理的葉寬和葉柄長最大，比CK 分別增加12.84%和2.82%，葉長、葉柄寬、葉柄質量、葉質量、葉面積均在施用量為2250 kg·hm-2（T3）時達到最大值，較CK分別提高5.38%、11.73%、25.79%、26.38%、18.25%，均顯著高于CK，表明T3 處理對小白菜的葉片長勢促進效果最好。各處理與對照的幫葉比差異均不顯著，T3 與T4 處理之間幫葉比差異顯著，其他處理間差異不顯著。

表2 牡蠣殼粉土壤調理劑對葉片的影響

由圖1 可知，小白菜的SPAD 隨著牡蠣殼粉土壤調理劑施用量的增加呈現先增高后降低的趨勢，在T4 時最高，相比CK 增加4.03%，T5 開始下降，但仍高于CK。除T1 和T2 外，其他處理的SPAD都顯著高于CK。

圖1 牡蠣殼粉土壤調理劑對SPAD 的影響

2.2 牡蠣殼粉土壤調理劑對小白菜品質的影響

由圖2 可知，施用牡蠣殼粉土壤調理劑后，小白菜中蛋白質含量相比于CK 都有所提高，表現為T3＞T4＞T2＞CK，T3 蛋白質含量最高，為1.72 g·100 g-1，比CK 增加10.97%。施用土壤調理劑后，T2 和T3處理小白菜粗纖維含量較CK 分別增加12.77%和6.38%，但與CK 差異不顯著。T3 和T4 處理中小白菜中鈣含量分別為646.67 和684.67 mg·100 g-1，比CK 分別增加12.60%和19.21%。施用土壤調理劑后小白菜維生素C 含量有所提升，T2 和T4 處理小白菜維生素C 含量為30.8 和28.23 mg·100 g-1，較CK 分別增加33.74%和22.58%，各處理間差異均不顯著。

圖2 牡蠣殼粉土壤調理劑對小白菜品質指標的影響

2.3 牡蠣殼粉土壤調理劑對土壤理化性質的影響

由表3 可見，施用牡蠣殼粉土壤調理劑后，土壤pH 和交換性鈣含量相比于CK 有所下降，但差異均不顯著，T2 和T3 處理pH 比CK 分別降低6.94%和3.02%，T2 處理土壤中交換性鈣含量最低，比CK 降低9.51%。各處理交換性鎂含量和CK 相比差異不顯著。土粒密度在T4 處理下最高，為2.55 g·cm-3，相比于CK 增加了5.81%。

表3 牡蠣殼粉土壤調理劑對土壤理化性質的影響

由表4 可以看出，牡蠣殼粉土壤調理劑可以提高土壤中氮含量，T2 處理氮含量最高，全氮和堿解氮含量相比于CK 分別提高5.65%和5.73%。土壤中全磷含量與CK 差異不顯著，T2 處理最高；但有效磷含量隨著土壤調理劑用量的增加而減少，T3、T4 有效磷含量比CK 分別降低13.99%和17.94%，均顯著低于CK。施用土壤調理劑后T2 和T4 速效鉀含量相較于CK 有所降低，但差異不顯著，較CK分別降低8.24%和4.16%；T3 速效鉀含量比CK 增加1.44%，但差異不顯著。施用牡蠣殼粉土壤調理劑后，T2、T3 土壤有機質含量相比于CK 分別增加1.27%和1.58%，T4 處理比對照降低4.01%。CK 中土壤有效Cd 含量為0.052 mg·kg-1，施用牡蠣殼粉土壤調理劑后，T2 土壤有效Cd 含量最高，但也僅有0.054 mg·kg-1，表明施用牡蠣殼粉土壤調理劑并不會導致土壤中有效Cd 含量顯著增加。

表4 牡蠣殼粉土壤調理劑對土壤養(yǎng)分含量的影響

2.4 相關性分析

采用Pearson 相關分析對小白菜農藝性狀、品質指標和土壤性質相關性進行分析，結果表明（表5），土壤有效磷含量與葉面積、葉片質量之間呈顯著負相關，而施用牡蠣殼粉土壤調理劑后，土壤中有效磷含量顯著下降，表明牡蠣殼粉土壤調理劑可促進小白菜對有效磷的吸收從而提高生物量。土壤pH與有機質、全氮、有效Cd 含量呈極顯著負相關，與堿解氮含量呈顯著負相關，與交換性鈣含量呈極顯著正相關。有機質含量與全氮含量呈極顯著正相關，與交換性鈣含量呈顯著負相關。菜體中蛋白質含量與粗纖維含量、鈣含量均呈顯著正相關。

表5小白菜農藝性狀、品質指標和土壤性質相關性分析

3 討 論

3.1 牡蠣殼粉土壤調理劑對土壤養(yǎng)分和有效Cd 含量的影響

本研究結果表明，與對照相比，施用牡蠣殼粉土壤調理劑可以提高土壤中全氮含量（2.42%～5.65%），提高堿解氮含量（2.85%～5.73%），這可能是施用牡蠣殼粉土壤調理劑有效增加了作物根際細菌、固氮菌和放線菌的數量，有助于土壤中總氮素的積累[14]。土壤中的速效養(yǎng)分可以被植物直接吸收利用[15]，其含量高低可以用來評價土壤供應養(yǎng)分的能力[16]。本試驗土壤中速效鉀（T3 除外）和有效磷的含量相比于CK 有所下降，最高分別下降8.24%和17.94%。這可能是施用牡蠣殼粉土壤調理劑促進了植物根系發(fā)育，提高了根系活力[17]，同時使土壤微生物類群向細菌化方向發(fā)展，出現了具有解磷、解鉀和固氮作用的功能菌群，有助于難溶性磷向速效磷的轉化，有效提升了小白菜對土壤中所含的氮、磷、鉀等多種速效養(yǎng)分的吸收能力和綜合利用率[13-14]，從而有效提高小白菜產量。另外也有研究表明，小白菜為喜鈣作物，鈣肥可促進植株葉部和莖部對磷素的吸收以及葉片對鎂素的吸收，有效提高作物產量和品質。馮密等[18]和GAO等[19]研究發(fā)現，植物生物量與土壤中有效磷和速效鉀含量呈負相關，隨著植物生物量增加，土壤中速效鉀和有效磷含量降低，這與本試驗結果一致。但也有研究指出，土壤中交換性Ca2+易與土壤中的HOP42-經化學作用產生Ca-P化合物，使磷的有效性降低[2]，這也可能是施用牡蠣殼粉土壤調理劑后土壤中有效磷和交換性鈣含量降低的一個原因。

牡蠣殼具有吸附性，能夠吸附海水中的重金屬，牡蠣殼粉中的重金屬可能會釋放到土壤中，導致土壤鎘含量超標，但本試驗結果表明施用750～3750 kg?hm-2的牡蠣殼粉土壤調理劑后，土壤中有效Cd 含量與對照差異不大，最高僅為0.054 mg·kg-1，遠低于《環(huán)境質量標準》（GB 1516—2008）中土壤Cd 污染的最低風險篩選值。

3.2 牡蠣殼粉土壤調理劑對土壤pH的影響

有研究表明，在酸性土壤（pH＜6）中施用牡蠣殼粉土壤調理劑能夠使土壤pH 顯著提高[11-12，16，20-21]，本試驗卻未達到明顯調節(jié)pH 的效果，其原因可能是：（1）牡蠣殼粉對pH 提升的能力有限。本試驗供試基底土壤pH 為6.4，根據我國土壤酸堿度的分級標準[2]，屬弱酸性土壤，前人研究大多以pH＜6 的酸性土壤盆栽試驗，且大田土壤水肥條件和氣候環(huán)境較為復雜，故施用牡蠣殼粉土壤調理劑提升pH 的效果不明顯。許玲玲等[17]在pH 為6.09 的微酸性土壤中施用牡蠣殼粉土壤調理劑，最終pH 也僅提高了0.06；（2）施用牡蠣殼粉土壤調理劑后，土壤pH會經歷先升后降的過程，最終趨于平穩(wěn)，前期是因為牡蠣殼粉為堿性，能夠中和土壤溶液中的活性酸H+，因此pH 升高，后期土壤pH 呈下降趨勢，這可能是因為有機質在礦化過程中，土壤硝化作用使得銨態(tài)氮轉化為硝態(tài)氮，產生的H+降低了土壤pH[22]。雖然施用牡蠣殼粉對提升pH 不顯著，但趙麗芳等[9]研究表明其可提高潛性酸含量，降低土壤交換性酸總量，加強酸化緩沖。

3.3 牡蠣殼粉土壤調理劑對小白菜品質的影響

小白菜為喜鈣作物，鈣肥可有效提高作物產量和品質[23]。筆者的試驗表明，施用2250、3000 kg·hm-2牡蠣殼粉土壤調理劑可以提高小白菜植株中鈣含量，但與對照相比差異不顯著，其原因可能是鈣自根系向地上部運輸十分緩慢，而小白菜生長周期短，所以對菜體中鈣含量的影響不顯著。有研究表明，小白菜體內的葉綠素含量隨著土壤中可溶性鈣含量的增加而增加，增施鈣肥可以提高植物抗氧化酶系統(tǒng)活性，進而促進光合作用[24-25]，牡蠣殼粉土壤調劑中含有大量的鈣，這可能是小白菜葉綠素含量增加的原因。

4 結 論

本試驗結果表明，在微酸性土壤中施用牡蠣殼粉土壤調理劑對提高土壤pH、交換性鈣和交換性鎂含量效果不顯著，施入750～3750 kg·hm-2的牡蠣殼粉土壤調理劑均可促進小白菜葉綠素合成，提高小白菜產量，1500～3000 kg·hm-2牡蠣殼粉土壤調理劑用量能夠增加土壤中氮元素含量，促進有效磷的吸收和利用，提高小白菜維生素C 和蛋白質含量。綜合考慮，在小白菜種植中施用2250 kg·hm-2（T3）的牡蠣殼粉土壤調理劑對提高小白菜產量和長勢效果最好，且一定程度上改良土壤理化性質，提高小白菜品質。