土壤调理剂与有机肥配施治理红壤茶园土壤酸化与培育地力的效果

赵丽芳， 黄鹏武， 陈翰， 卢升高*

(1.乐清市农业农村发展中心，浙江 乐清 325600； 2.浙江大学 环境与资源学院，浙江 杭州 310058)

茶树是一种主要分布在热带和亚热带地区的常绿植物。作为一种经济作物，茶树属于喜酸植物，适宜的土壤pH在5.5左右，然而长期种植茶树会使土壤进一步酸化[1]。由于茶园土壤的长期茶叶种植，尤其是过量氮肥的施用，加剧了茶园土壤酸化过程。土壤酸化导致交换性盐基离子溶出，降低土壤养分的有效性，增加铝毒，恶化土壤物理化学性质，对作物根部造成严重损害，导致茶树生长不良，并降低产量和品质[2]。土壤酸化引起的重金属、铝和氟的活化并增加它们在茶叶中的积累，进而威胁人体健康[3]。针对茶园土壤的严重酸化问题，施用土壤调理剂是有效的修复技术措施。用于茶园土壤酸化治理的改良剂有土壤调理剂、有机物料、微生物制剂等。对于茶园酸化的治理，很多研究推荐施用有机肥[4-5]，但有机肥与土壤调理剂配施研究的较少。本研究采用近年应用较广的土壤调理剂与商品有机肥配施，以严重酸化的红壤茶园土壤为对象，探讨不同土壤调理剂与有机肥配施对茶园土壤酸化的修复作用与效果，为茶园高产稳产、提高茶叶品质提供技术措施。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验在乐清市白岩街道赤水垟村茶园进行。试验茶园表层(0～20 cm)土壤pH 4.0～4.7，全氮1.35 g·kg-1，速效磷19.72 mg·kg-1，交换性酸总量5.44 cmol·kg-1。

供试土壤调理剂有牡蛎壳粉、硅钙镁钾肥、腐殖酸、海藻肥和矿物型土壤调理剂。其中：牡蛎壳粉主要成分为碳酸钙，是一种近年来常用于改善土壤酸化的产品[6]；硅钙镁钾肥是一种含多元素的天然矿质碱性肥料；海藻肥是一种主要由海洋生物提取物制备的调理剂[7]；腐殖酸在提高化肥利用率、降低酸性土壤中交换性酸总量、促进农作物增产方面效果明显[8-9]。

供试有机肥为商品有机肥，含有机质34.2%、氮1.54%、磷0.84%、钾2.21%。

1.2 处理设计与样品采集

试验设6个处理：T1，常规对照(不施肥)；T2，硅钙镁钾肥1 125 kg·hm-2+商品有机肥7 500 kg·hm-2；T3，矿物型土壤调理剂1 500 kg·hm-2+商品有机肥7 500 kg·hm-2；T4，牡蛎壳粉1 500 kg·hm-2+商品有机肥7 500 kg·hm-2；T5，海藻肥1 500 kg·hm-2+商品有机肥7 500 kg·hm-2；T6，腐殖酸2 250 kg·hm-2+商品有机肥7 500 kg·hm-2。采用大区试验，大区面积为0.033～0.053 hm-2。土壤调理剂和有机肥在第1年冬季施入，第2年秋季采样。土壤采样前每个处理分为3个裂区，每个裂区按S形取样法采取表层混合土样。土壤经自然风干后磨细，分别过2.000 mm和0.159 mm筛保存备用。

1.3 土壤基本性质测定

土壤基本化学性质测定采用常规方法[10]：土壤pH采用土水比1∶2.5 (m∶V)浸提pH计(PB-21，Sartorius，Germany)测定；土壤交换性酸采用1 mol·L-1KCl浸提和0.1 mol·L-1NaOH中和滴定法测定；土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定；土壤速效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，钼锑抗比色法测定；交换性盐基离子采用1 mol·L-1NH4Ac (pH 7)浸提，交换性Ca2+和Mg2+原子吸收分光光度法测定，交换性K+和Na+火焰光度法测定。

1.4 数据分析与处理

数据处理与分析采用Excel 2010和SPSS 24.0软件，利用LSD法进行处理组间差异显著性检验分析(P<0.05)，采用Origin Pro Student Version作图，使用R软件包ggbiplot进行主成分分析并作图。

2 结果与分析

2.1 对茶园土壤pH和交换性酸含量的影响

土壤调理剂与有机肥配施对茶园土壤pH的影响见图1所示。结果表明，土壤调理剂与有机肥配施处理土壤pH较对照(T1)平均增加0.12～0.41个单位，其中，T4处理(牡蛎壳粉和有机肥配施)显著(P<0.05)增加土壤pH。土壤调理剂与有机肥配施对茶园土壤交换性酸总量的影响结果表明，5种土壤调理剂与有机肥配施处理显著降低土壤交换性酸总量。由于茶园土壤酸化严重，土壤交换性H+和Al3+含量高，是影响茶树根系生长的主要原因。当土壤pH<4.5时，土壤酸化产生的水溶性Al3+将明显影响茶树的正常生长，消除土壤的铝毒是治理红壤酸化的重要内容。土壤交换性H+和Al3+分析表明，茶园土壤的交换性酸组成以交换性Al3+为主，交换性Al3+是茶园土壤的主要致酸离子。土壤调理剂与有机肥配施显著降低交换性Al3+含量，其中，T4、T5(海藻肥和有机肥配施)和T6(腐殖酸和有机肥配施)处理对降低土壤交换性Al3+的效果较为明显，分别降低交换性Al3+含量0.81、0.52和0.45 cmol·kg-1。而T4处理降低土壤交换性H+的效果最为明显。

柱间无相同小写字母者表示组间差异显著(P<0.05)，图2同。

2.2 对茶园土壤交换性盐基离子组成的影响

土壤调理剂与有机肥配施对茶园土壤交换性阳离子组成的影响见表1所示。结果表明，土壤调理剂与有机肥配施对土壤中交换性盐基离子产生了较大影响，5种调理剂显著提高土壤交换性K+和Ca2+含量，其中，T5处理增加土壤交换性K+和Ca2+含量效果最明显，分别提高交换性K+和Ca2+含量173%和202%。T2(硅钙镁钾肥矿物型和有机肥配施)、T4、T5和T6处理显著增加土壤交换性Na+和Mg2+含量。T5处理显著提高交换性K+、Na+、Ca2+和Mg2+离子含量。土壤酸化往往导致土壤中交换性盐基离子的流失，造成土壤矿质养分缺乏。土壤调理剂与有机肥配施有效地提高了土壤交换性盐基离子含量，降低交换性H+和Al3+含量，在提高土壤矿质养分的同时消除土壤的铝毒。相关性分析表明，土壤的交换性阳离子含量与土壤pH呈显著正相关，与交换性H+和Al3+含量呈显著负相关。土壤调理剂与有机肥配施提高土壤交换性K+和Ca2+含量是修复土壤酸化的重要机制。

表1 土壤调理剂与有机肥配施处理对茶园土壤交换性盐基离子含量的影响

2.3 对茶园土壤有机质和速效磷含量的影响

土壤调理剂与有机肥配施对茶园土壤有机质和速效磷含量的影响见图2所示。结果表明，土壤调理剂与有机肥配施处理提高土壤有机质含量，其中，T5和T6处理显著增加了土壤有机质含量。与对照比较，土壤调理剂与有机肥配施处理增加了速效磷含量40%～150%，其中，T3(矿物型土壤调理剂和有机肥配施)、T5和T6处理显著提高土壤速效磷含量。酸化土壤中磷常常与铁铝氧化物形成沉淀，导致有效磷含量很低。土壤调理剂与有机肥配施有效地提高了土壤中磷的有效性。

图2 土壤调理剂与有机肥配施处理对茶园土壤有机质和速效磷含量的影响

2.4 对土壤pH、交换性酸和养分含量影响的比较

不同调理剂对土壤pH、酸度、交换性盐基离子和养分含量的影响见表2所示，结果表明，牡蛎壳粉调理剂对改善土壤酸度的效果最明显；海藻肥对提高土壤有机质和速效磷的效果最明显，且对提高土壤中交换性盐基阳离子的效果也最好；硅钙镁钾肥和牡蛎壳调理剂也显著提高交换性盐基阳离子含量。

表2 土壤调理剂与有机肥配施处理对土壤pH、交换性酸和养分含量影响的F检验

土壤调理剂与有机肥配施处理红壤茶园土壤pH、酸度、交换性盐基离子与养分指标的主成分分析见图3所示。图中8个指标即8个箭头，箭头所指方向为正，分组在箭头所指方向越远，该箭头代表的指标对该分组影响越大，可以看出，T5处理在有机质、速效磷、土壤交换性盐基离子方向上影响最大，即T5在6个处理组中能最大程度地影响土壤有机质、速效磷、交换性盐基离子含量；T4在pH方向上影响最大，即T4在6个处理组中能最大程度地影响土壤pH。

图3 土壤调理剂与有机肥配施各处理间的主成分分析

3 讨论

茶园土壤酸化修复的田间试验结果表明，土壤调理剂与有机肥配施能够不同程度地降低土壤酸度，提高土壤矿质养分和有效磷含量，降低铝毒，改善土壤酸化对茶树生长的不良影响。土壤调理剂能提高土壤pH，减少酸性土壤交换性酸总量，降低酸性土壤活性铝的毒害，主要是由于土壤调理剂本身含有碱性物质，能对酸性土壤起直接中和作用，且调理剂中含有丰富的钙、镁、硫等矿质元素，这些阳离子如Ca2+、Mg2+、K+等能与Al3+竞争交换位点，起到减轻铝毒的作用。如牡蛎壳粉调理剂主要成分以钙、钠和钾为主，可以为土壤提供丰富的Ca2+离子，提高盐基饱和度，同时取代土壤胶体上的A13+，中和土壤溶液中的H+，提高土壤pH。有机肥和腐殖酸类调理剂中含有大量有机质，具有较高的活性，可吸附交换性H+、Al3+，从而改善土壤的酸化状况。同时，它们可增加土壤中的有机物质含量，增强土壤对酸度变化的缓冲能力。腐殖酸是聚电解质高分子化合物，来源于植物和动物的残留物以及微生物细胞的化学和生物降解，具有丰富的羧基、羟基等含氧官能团，能消耗土壤中较多的H+，与土壤中Al3+有很强的络合能力，形成稳定腐殖质复合物，有效降低土壤中铝的毒性。海藻肥是以海洋植物海藻为主要原料制成的生物肥料，含有丰富的矿质元素与生物活性物质，除了提供Ca2+、Na+等离子外，还具有活化土壤有效养分的功能。此外，酸性土壤中的磷易被红壤中铝/铁氧化物和氢氧化物吸附，生物可利用磷比例很低，是酸化土壤中作物生长最主要的养分限制因素。土壤调理剂与有机肥配施提高土壤pH，促进了酸性土壤中被固定无机磷的释放，将其转化为可以被作物吸收的有效磷。同时，有机肥也向土壤提供了有效磷。因此，土壤调理剂与有机肥配施能有效提高酸性土壤有效磷含量。

4 小结

土壤调理剂与有机肥配施改良茶园土壤酸化的田间试验结果表明，土壤改良剂与有机肥配施能提高土壤pH，降低土壤交换性酸含量，提高交换性盐基离子和速效磷含量，有效地改良茶园土壤酸化危害。试验采用的5种调理剂以牡蛎壳粉提高土壤pH、降低交换性Al3+含量的效果最明显；海藻肥提高交换性Na+、K+、Ca2+和Mg2+含量和速效磷效果较好。田间试验证明土壤调理剂与有机肥配施是茶园土壤酸化修复的有效措施。