矿物改良剂对酸化土壤改良和菠菜生长的影响

赵 磊 秦丽娜 李志强 宋建霞 范贝贝

（1.招远市农业技术推广中心 山东 烟台 265400；2.中国农业大学有机循环研究院（苏州） 江苏 苏州 215000）

近年来， 我国农田土壤酸化逐渐趋于明显。 近40 年来，我国耕地土壤pH 平均下降了0.5 个单位，土壤酸化面积已占全国耕地总面积的40%以上[1]。 土壤酸化会降低土壤养分的有效性， 加速钙、 镁等盐基离子的流失，导致土壤质量下降[2]。 此外，土壤酸化还会增加土壤金属毒害作用（如铝毒和锰毒），抑制植物根系的生长， 影响植物对营养元素的吸收， 导致作物的产量和品质降低[3]。 目前，土壤酸化已经成为影响我国粮食安全及农田可持续发展的主要障碍因素之一。

招远市位于胶东半岛， 是山东省重要的粮食和水果产区。 近年来由于过度施用化肥、农药施用不科学等原因导致该地区土壤酸化加剧[4]。 通过对采集的招远市农田土壤（468 个）和果园土壤（736 个）样品进行检测分析， 结果表明农田土壤pH＜5.5 的占72%，果园土壤pH＜5.5 的占63%[5]。以上结果表明，招远市土壤酸化问题十分严重， 开展土壤酸化改良工作是非常迫切的。

施用生石灰是目前农业生产中改良酸性土壤的主要措施，但石灰改良效果持续性差，施用不当容易导致土壤板结和养分失衡[6]。 与传统的生石灰相比，矿物改良剂能有效提高土壤pH， 调节土壤酸度，还能提高土壤养分利用率，进而促进植物生长[6-7]。 周昊文等[7]的研究表明，施用矿物质调理剂能有效改良酸化土壤， 提高土壤速效养分， 提高油菜的产量。 本研究以招远市强酸性土壤为研究对象， 采用菠菜盆栽试验探究3 种矿物改良剂对酸化土壤改良和土壤养分的影响， 并分析了改良剂对菠菜生长的影响，以期为胶东半岛酸化土壤改良和生产力恢复提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

试验土壤采自山东省招远市某农田土壤（37°38′N、120°31′E）。 采用随机布点法采集0～20 cm 表层土壤，多点混合。 土壤样品经自然风干、粗磨后过2 mm筛，混合均匀后备用。 供试土壤黏粒、粉粒和沙粒的占比分别为0.5%、76.0%和23.5%。 土壤pH 4.31，EC值0.25 mS/cm，土壤交换性Al3+含量为2.80 cmol/kg，有机质含量为16.2 g/kg， 速效磷含量为64.1 mg/kg，速效钾含量为141 mg/kg，碱解氮含量为145 mg/kg。

1.2 供试材料

试验采用的矿物改良剂A 硅钙镁肥是在高温下煅烧而形成的碱性肥料，其中技术指标：CaO≥30%、SiO2≥20%、MgO≥2.5%。 其他2 种矿物改良剂由硅钙钾镁肥与生物炭、 水滑石按照一定的比例复配制备，分别得到矿物改良剂B 和矿物改良剂C。 其中生物炭为小麦秸秆生物炭，在500℃条件下热解3 h，冷却粉碎后制得。 水滑石为镁铝水滑石，购于山东优索化工科技有限公司。 矿物改良剂的制备工艺如下：将生物炭和水滑石分别采用行星式球磨机球磨45 min，过60 目筛；再将各种原料按照一定的比例加入搅拌机中，混合均匀，得到粉末状矿物改良剂。

菠菜种子购于哈里姆种子（天津）有限公司，为无霜叶菠菜，在中国大部分地区可于春、夏、秋、冬四季播种。

1.3 盆栽试验

盆栽试验共设4 个处理： 不添加任何材料的处理（CK）、添加10 g/kg 矿物改良剂A 处理（T1）、添加10 g/kg 矿物改良剂B 处理（T2）和添加10 g/kg 矿物改良剂C 处理（T3）。 每个处理重复3 次，随机放置在招远市三友果蔬种植专业合作社的温室中。

将矿物改良剂与土壤样品充分混匀，并将1 000 g混合样品装入育苗盆中，在室温下培养7 d。 培养结束后， 在2021 年9 月12 日将3 棵长势相同的菠菜苗移栽到育苗盆的表层土中，生长25 d 后收获，采集土壤样品并收获植株。 菠菜生长期间每天浇水，湿度保持在土壤田间持水量的60%左右。

1.4 样品分析

土壤pH、EC 值、有机质、速效磷和速效钾的测定参考参考 《土壤农业化学分析方法》[8]， 土壤交换性Al3+采用1 mol/L KCl 浸提，0.02 mol/L NaOH 滴定测定。 菠菜植株样品采用硝酸消解，消解液的钙和镁浓度采用火焰原子吸收分光光度法测定（PinAAcle900T，美国铂金埃尔默）。

1.5 数据分析

试验数据利用Excel 2016 和Origin 2022 进行数据分析和作图， 利用SPSS 22.0 进行单因素方差分析，用Duncan’s 法进行多重比较（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 矿物改良剂对土壤pH 和EC 值的影响

由图1 可知，3 种矿物改良剂均显著提高了土壤pH。 与对照相比，矿物改良剂A（T1）、矿物改良剂B（T2）和矿物改良剂C（T3）使土壤pH 提高1.65、1.56和1.86 个单位，增幅分别为36.2%、34.1%和40.8%。此外， 矿物改良剂也显著提高的土壤EC 值，T1、T2和T3 处理的EC 值分别增加22.3%、36.3% 和26.3%。 矿物改良剂呈碱性，含有大量的钙、镁、硅等离子，能有效中和土壤酸度，提高土壤pH，增加土壤盐基离子的含量和盐基饱和度，改良酸化的土壤[9-10]。总的来说，3 种矿物调理剂均能有效改善土壤酸化现象，矿物改良剂C 的效果最好。

图1 不同矿物改良剂施用对土壤pH 和EC 值的影响

2.2 矿物改良剂对土壤有机质和速效养分的影响

施用矿物改良剂对土壤有机质和养分的影响见表1。 在施用量为10 g/kg 时，3 种调理剂对土壤有机质含量的影响较小，土壤有机质含量为16.4～17.6 g/kg。此外， 矿物改良剂不同程度地提高了土壤速效磷的含量。 与对照相比，T1 和T3 处理使土壤速效磷含量增加到96.6 mg/kg 和95.1 mg/kg，增幅分别为27.3%和25.3%。这可能与土壤pH 显著增加有关。在酸化土壤中，磷酸根离子易于铁、铝等离子形成难溶性磷酸盐，减低土壤磷素的可利用性。 本试验施用矿物调理剂将土壤pH 提高至6 以上， 显著降低了土壤黏粒、矿物等对磷素的固定，进而提高了磷素的有效性[2-3]。T1 和T2 处理显著提高了土壤速效钾的含量，增幅分别为13.8%和18.9%，这与前人的研究是一致的[7，9]。

表1 矿物改良剂对土壤养分的影响

2.3 矿物改良剂对菠菜生长的影响

由图2 可知，3 种矿物调理剂显著增加了菠菜地上部的生物量。T1 处理、T2 处理和T3 处理的菠菜地上部生物量分别为6.9 g/盆、7.9 g/盆和9.3 g/盆，与对照相比， 菠菜地上部生物量分别增加了17.7 倍、20.4 倍和24.3 倍。 此外，与对照相比，T1 处理、T2 处理和T3 处理使菠菜地上部的干重分别增加了6.3 倍、6.6 倍和8.5 倍。 矿物改良剂施用有效改善了土壤酸化，降低了土壤交换性铝的含量，缓解了铝毒害对植物生长的影响[11]。 此外，矿物改良剂含有大量的硅、钙、镁、钾等元素，能促进植物的生长[12]。

图2 不同矿物改良剂施用对菠菜生长的影响

2.4 矿物调理剂对菠菜钙、镁吸收的影响

钙和镁是植物生长发育必需的中量营养元素，具有重要的生理生化作用。 由图3 可知，施用3 种矿物调理剂均促进了菠菜对土壤钙、镁元素的吸收。 与对照相比，T1 处理、T2 处理和T3 处理使菠菜植株钙浓度分别提高27.1%、38.8%和11.9%。 同时，矿物调理剂更显著的促进菠菜对镁的吸收，T1 处理、T2 处理和T3 处理使植株镁浓度分别增加了84.5%、79.2%和146.8%。矿物改良剂施用减轻了铝毒害对植物根系生长和发育的影响， 促进了菠菜根系对钙镁元素的吸收。 此外，矿物改良剂含有的矿物元素也能提高土壤交换性钙和交换性镁的含量， 提高土壤钙镁可利用度，促进菠菜的吸收和累积[11，13]。

图3 不同矿物改良剂施用对菠菜钙、镁吸收的影响

4 讨论与结论

3 种矿物调理剂均能显著提高土壤pH， 本试验中土壤pH 分别提高了1.56～1.83 个单位， 有效改善了土壤酸化， 其中硅钙钾镁肥与水滑石复配制备的矿物改良剂的效果最好。

3 种矿物调理剂显著促进了菠菜的生长及对钙、镁元素的吸收。 在施用量10 g/kg 时，菠菜地上部鲜重增加17.7～24.3 倍， 菠菜植株钙浓度增加11.9%～38.8%，菠菜植株镁浓度增加79.2%～146.8%。 其中，其中硅钙钾镁肥与水滑石复配制备的矿物改良剂的效果最好。