沼渣土壤调理剂对胶东地区酸性土壤改良效果研究

王爱英， 赵啸林， 孙玲丽， 李 华， 罗 星

(1.中国农业大学烟台研究院， 山东 烟台 264670； 2.众德肥料(烟台)有限公司， 山东 烟台 264000)

胶东地区三面环海，土壤以棕壤为主，面积约131万公顷，占土壤总面积的79.9%，其中耕地面积67万公顷，占耕地总面积的75.45%[1]。棕壤呈微酸性，是具有明显黏化特性的淋溶性土壤。由于自然环境和人为因素的影响，棕壤出现日益酸化的问题，已成为影响农业生产和生态环境的重要因素之一[2]。土壤酸化的根本原因是土壤中的盐基性阳离子减少，H+，Al3+增加所导致[3]。据统计，胶东地区的棕壤pH值<5.5的土壤面积占总面积78.97%，其中招远果园土壤酸化最为严重[4]。

胶东地区畜禽养殖业发展迅速，畜禽养殖废弃物沼气化处理，是一种有效的资源化和能源化利用的方式[5]。沼液、沼渣合理化农田利用是制约沼气工程发展的重要因素。沼渣富含土壤所需的有机物质及易于植物吸收的小分子腐殖酸，可以直接还田，用于提高土壤地力[6]。但新鲜沼渣含水率高，不易长距离运输，在施用过程中氮损失较大，一般需要进行加工，便于销售和施用[7]。沼渣可增强土壤对酸的缓冲性能，但见效相对化学改良剂较慢。牡蛎壳的碳酸钙含量占其质量的90%以上[8]，并可提供钙、镁等微量元素，主要部分为叶片状棱柱层，含有大量微孔[9]，具有较强的吸附能力。花生壳粉中含有包括木质素、纤维素、蛋白质等大量有机化合物,含有维生素和矿物质及部分氨基酸，也可调节堆肥含水率[10]，是一种优良的发酵添加剂。

本研究针对胶东地区土壤酸化问题，选取酸化山地棕壤为供试土壤，当地沼气工程所产的新鲜沼渣做主要原料配以花生壳粉和具有地域特色的牡蛎壳粉，制备土壤调理剂，并研究这种土壤调理剂对酸化棕壤的改良效果，以期为解决胶东地区土壤酸化问题一种新方法。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本研究在中国农业大学烟台研究院试验基地进行。新鲜沼渣来自于山东某生物科技股份有限公司；牡蛎壳粉由某肥料(烟台)有限公司提供；花生壳粉购自烟台市某生物有限公司；供试上海青油菜种子、尿素、磷酸二氢铵、硫酸钾购置于烟台市某种子公司；供试土壤采集于烟台市莱山区果园，在自然条件下风干，过1 mm筛，基本理化指标：pH值4.79，有机质含量2.12%，碱解氮74.59 mg·kg-1，速效磷68.42 mg·kg-1，速效钾159.88 mg·kg-1。

1.2 试验方法

1.2.1 土壤调理剂制备

按照体积分数，取新鲜沼渣100份，加入花生壳粉30份混合均匀，加入少量发酵菌，调节含水率65%，堆肥发酵，第3天开始每隔三天翻堆一次，堆肥发酵20天，其中高温阶段(60℃以上)不少于7天，发酵20天后制成沼渣肥,略带芳香气味，较为松散，成黑褐色，pH值为7.05，呈弱碱性。

沼渣肥中加入一定量的牡蛎壳粉混合均匀配制成土壤调理剂，堆放陈化20天后备用。理化指标如表1所示，这种土壤调理剂呈碱性pH值8.08，有机质含量27.04%，总养分含量3.63%，是一种有机-无机土壤调理剂。

表1 土壤调理剂理化指标

1.2.2 土壤调理剂施入条件的优化

本研究采用盆栽油菜的方式研究土壤调理剂对酸性土壤调理效果和对农作物的生长影响。设计7个处理，称取一定量的酸化土壤，按照干重比例分别施入0%，5%，8%，10%，15%，20%，25%的土壤调理剂，以施入25%土壤调理剂土壤中氮磷钾含量为参考，用尿素、磷酸二氢铵、硫酸钾补充其余各组土样中的养分，使每组的总养分保持一致。另设一对照作为处理8，施入15%的沼渣肥1174.49 g，补充尿素19.73 g，磷酸二氢铵14.31 g，硫酸钾10.06 g，各组土壤混合均匀后装入花盆中，每盆装入7 kg土壤，每组做3个平行。表2为每盆施入土壤调理剂和补充氮、磷、钾相应质量。

土壤装盆后稳定10 d，然后每盆播种油菜种子20粒，定时浇水，观察蔬菜长势。出苗40 d后收获蔬菜，同时采集土样进行检测分析。

1.3 检测方法

土壤理化性质检测方法：五点取样法从各盆取土样，自然条件下风干；酸度计测定土壤pH值；烘干法测定土壤含水量；环刀法测定土壤容重，计算土壤孔隙度；威尔科克斯法测定土壤田间持水量；凯氏定氮法测定土壤总氮；钼锑抗显色法测定土壤总磷；火焰光度法测土壤总钾[11]。

油菜生理指标测定方法：以盆为单位测定油菜鲜重；2,6-二氯靛酚滴定法测定维生素C含量[12]；分光光度法测定叶绿素含量[13]。

1.4 数据分析方法

数据采用Excel和SPSS进行数据统计分析。显著性分析采用新复极差法α=0.05。

2 结果与分析

2.1 不同土壤调理剂施入量对土壤理化性质的影响

2.1.1 不同土壤调理剂施入量对土壤pH值的影响

制备的土壤调理剂pH值为8.08，属于碱性土壤调理剂，对土壤具有调剂pH值的作用，不同施入量对土壤pH值影响不同，结果如图1所示。随着土壤调理剂施入量的增加，土壤pH值有增大的趋势，当10%的土壤调理剂时，pH值平均增加了1.18。继续增加土壤调理剂的量，土壤pH值继续增加，但增加幅度不大。酸化土壤的调理是个长期过程，为了不破坏土壤结构，本研究建议单次施用土壤调理剂提升土壤pH值1个单位较为合适，因此加入10%土壤调理剂对酸化土壤较为有效。施入15%的沼渣肥后，使土壤pH增加了1.03，对土壤酸化有改良作用，添加了同等剂量的土壤调理剂使土壤pH增加了1.53，可见牡蛎壳粉的添加显著提高了调理剂对土壤酸性的改良效果。

图1 不同土壤调理剂施入量对土壤pH值的影响

2.1.2 不同土壤调理剂施入量对土壤土壤容重、孔隙度的影响

土壤容重是土壤紧实程度的一个重要指标，土壤团聚体、土粒之间和土壤团聚体内部都有孔隙，这些孔隙和密实程度影响土壤水、肥、气、热等状态[14]。土壤的酸化造成了团聚体的减少，使土壤密实程度增加，孔隙度降低。在提升土壤pH值的同时应该密切关注土壤容重的变化。本研究使用的土壤调理剂是一种有机-无机土壤调理剂，对改善土壤结构具有一定的帮助，研究结果如表3所示。施入土壤调理剂后容重逐渐降低，施用25%土壤调理剂容重最低，达到1.0733 g·cm-3；土壤孔隙度逐渐增加，施用25%土壤调理剂孔隙度最高，达到59.33%。其中施入土壤调理剂10%，15%，20%的3组处理差异不显著。综合考虑，虽然施入25%土壤调理剂具有最佳效果，但施用10%的土壤调理剂已经显著改善了土壤密实程度，提高了土壤孔隙度，因此本研究建议施用10%的土壤调理剂对板结土壤进行改良。

2.1.3 不同土壤调理剂施入量对土壤持水量的影响

土壤水分运移和储存在养分运输和植物生长过程中发挥着重要作用，土壤水分特征主要为土壤持水[15]。土壤持水量是土壤所能维持的较稳定的水含量，是土壤水吸能力的体现。不同比例的土壤调理剂检测土壤持水量如图2所示。随着土壤调理剂量的增加，土壤持水量增加，说明这种有机-无机土壤调理剂具有提高土壤保水效果的作用。当施用8%的土壤调理剂时，土壤持水量提高27%，变化显著。继续增加土壤调理剂的量，土壤持水量进一步增加，但增加趋于缓和。施用25%土壤调理剂，土壤持水量提高35.8%。说明施用8%土壤调理剂能显著改善土壤持水效果。

表3 不同土壤调理剂施入量对土壤容重、孔隙度的影响

图2 不同土壤调理剂施入量对土壤持水量的影响

2.2 不同土壤调理剂施入量对作为品质影响

2.2.1 对小油菜生物量的影响

土壤条件的变化会影响地上作物产量，施入不同比例的土壤调理剂对小油菜的产量具有明显的影响作用。由图3可以看出，随着施入土壤调理剂比例的增加，小油菜的产量有增加的趋势。其中施入10%土壤调理剂产量提高22.5%；施入20%的土壤调理剂对提高小油菜产量影响较大，单盆产量达到86.8 g，相对空白产量提高82%。当施入量超过20%之后，对提高小油菜产量效果不显著。

2.2.2 对小油菜Vc含量的影响

维生素是人体必不可少的营养元素，Vc含量的多少是衡量蔬菜品质的重要指标之一。如图4所示，随着土壤调理剂施入量的增加，种植的小油菜Vc含量也呈增加趋势。施加5%土壤调理剂对小油菜Vc含量影响不显著，其余各处理对Vc含量影响均显著提高。施入10%土壤调理剂能提高小油菜Vc含量27%，施入20%提高54%，施入25%提高80%。因此较大量的土壤调理剂能够明显改善油菜的品质。这是因为本研究制备的有机-无机土壤调理剂中富含钾、钙、镁、铁等常化学肥料中不包含的中、微量营养元素，能调节植物内环境，促进植物均衡生长从而改善了油菜品质[16]。

图3 不同土壤调理剂施入量对小油菜产量的影响

图4 不同土壤调理剂施入量对小油菜Vc含量的影响

图5 不同土壤调理剂施入量对小油菜叶绿素含量的影响

2.2.3 对小油菜叶绿素含量的影响

叶绿素是直接影响绿色植物光合作用速率和光合产物形成的重要因素，是小油菜品质的重要体现。在土壤中施入不同比例的土壤调理剂对种植作物小油菜总叶绿素含量均有影响。如图5所示，总叶绿素含量随施加土壤调理剂的比例增加而增大，相对不添加土壤调理剂，添加10%，20%，25%土壤调理剂，小油菜中总叶绿素含量分别提高21%，34%，40%。

3 结论

本研究所用的土壤调理剂是用新鲜沼渣、花生壳粉和牡蛎壳粉制备的，其中沼渣可以单独用于调理土壤结构，牡蛎壳粉能有效提高土壤pH值。本研究制备的土壤调理剂兼具沼渣和牡蛎壳粉的功能，是一种有机-无机复合型土壤调理剂。通过研究发现这种土壤调理剂具有以下作用：

(1)本研究制备的土壤调理剂富含有机质，腐殖质，N，P，K，Ca等营养元素，施加量在25%之内能促进小油菜的生长，增加小油菜Vc含量，提升叶绿素含量；

(2)这种土壤调理剂能显著改善土壤结构，提升土壤质量。当施入10%时能提升土壤pH值1以上，土壤容重降低10%，孔隙度增加9.6%，土壤持水量增加24%。

这种调理剂能有效改良酸化土壤，提高养分利用率，具有保水作用，有利于作物生长。本研究使用盆栽实验，添加比例用占土壤质量百分比进行计算，对温室栽培有一定的指导作用。针对大田酸化严重土壤，建议这种有机-无机土壤调理剂施用量8 t·亩-1，具有较好的改良效果。