林琛茗，韦家少，吴 敏，王大鹏，张 先，詹 杉，王桂花
土壤调理剂配施配方肥对土壤有机质及交换性能的影响
林琛茗，韦家少，吴 敏*，王大鹏，张 先，詹 杉，王桂花
中国热带农业科学院橡胶研究所/省部共建国家重点实验室培育基地–海南省热带作物栽培生理学重点实验室，海南海口 571101
土壤有机质和盐基饱和度是评价土壤肥力的重要指标。为了探究土壤调理剂与配施化肥对热带地区酸化土壤有机质和土壤交换性能的影响，明确土壤调理剂配施配方肥改良酸性土壤和提升土壤肥力的最佳方案，本研究在海南省儋州市木薯园开展田间试验，采用有机无机复合型土壤调理剂并配施不同梯度配方肥的改良方式，对比分析不施肥、常规施肥和土壤调理剂与化肥配施对木薯地土壤有机质和土壤交换性能的影响，从而为改良酸性土壤、减肥增效、缓解土壤环境等问题提供理论依据和科学参考。结果表明：与CK（不施肥）相比，土壤调理剂配施配方肥（100%、75%、50%）处理的pH分别提高了0.29、0.24和0.44（<0.05），土壤有机质分别提高了20.82%、22.04%和20.49%（<0.05），交换性盐基总量分别提高了20.62%、21.25%和48.75%（<0.05），土壤交换性酸含量分别降低了17.65%、15.38%和30.43%（<0.05），在所有处理中以Tr50（土壤调理剂+50%配方肥）处理的改良效果最好。因此，在土壤改良中推荐施用土壤调理剂+50%配方肥的改良方案。
土壤调理剂；
配方肥；
木薯；
有机质；
土壤交换性能
酸性土壤（pH<5.5）广泛分布于热带和亚热带地区，约占地球总面积的30%和世界耕地面积的50%，并提供了25%～80%的蔬菜生产[1]。中国的酸性土壤约占全国总面积的12%[2]，主要分布于热带和亚热带地区，该地区自然条件优越，水热条件好。作为中国重要的水果和粮食作物生产基地[3]，由于自身的气候条件[4]和不合理的耕种制度[5]等原因导致该地区土壤酸度增加，致使土壤退化程度加剧[6]，严重制约了该地区农业生产的发展[7]。
针对酸性土壤改良的主要手段是施撒石灰和施用有机物料[8]等。石灰作为一种传统的酸性土壤改良剂能够有效缓解土壤酸化[9-10]，但是频繁施用石灰会提高HCO3–活性，增加土壤中有机质分解的速度，造成土壤复酸化[11]。所以，施用有机物料改良酸性土壤越来越受到国内外研究者的关注。研究表明，生物炭具有较大的比表面积和碱性基团，可以改善土壤酸化又兼具良好的固碳能力[12]。但是，不同来源的生物炭在改良酸性土壤方面差异较大。因此，需要一种既能有效缓解土壤酸化又能有效培肥土壤，并且能够减少肥料施用量的土壤调理剂来改良酸性土壤。
土壤调理剂可有效改善土壤质量[13]，调节土壤酸碱性[14]，增加土壤有机质，保肥保墒，提高作物产量[15]。针对自然因素和过量施用化肥导致的土壤酸化问题，国内研究者认为，与传统的改良方法相比，施用土壤调理剂在缓解土壤酸化，减少化肥使用量和提高产量等方面优势更大[13-14]。但当前市场上土壤调理剂多为无机型土壤调理剂，鲜有有机质含量高，且pH也较高的有机-无机复合型酸性土壤调理剂。
研究表明，施用化肥会增加土壤的酸化风险[4]。此外，土壤中有机质的分解、N、S、C循环的不平衡也会降低土壤pH[6]。目前，应用有机-无机复合型土壤调理剂，并配施配方肥对热带地区酸性土壤的改良效果和减肥增效的研究未见报道。基于此，在海南省儋州市酸性土壤中研究常规施肥、配方肥、酸性土壤调理剂配施不同梯度的配方肥对木薯种植条件下土壤的有机质、交换性酸以及交换性盐的影响，其结果将为酸性土壤改良、减肥增效、缓解土壤环境等问题提供理论依据和科学参考。
1.1 材料
试验区位于海南省儋州市中国热带农业科学院试验场10队木薯基地（109°2920E，19°2910N），试验时间为2021年7月5日至2022年5月18日。供试土壤为砖红壤，基本理化性质为：pH 4.93，有机质12.05 g/kg，碱解氮45.45 mg/kg，速效磷61.14 mg/kg，速效钾180.84 mg/kg。
供试木薯品种为‘南植199’。土壤调理剂为中国热带农业科学院橡胶所自制，土壤调理剂原材料包括热带农业废弃物生物炭、泥炭、石灰、沸石、镁粉等，其中，有机成分占50%，无机成分占50%，该调理剂有机质含量>20%，pH>10。配方肥为中国热带农业科学院橡胶所自制，养分比例为N∶P2O5∶K2O=7.47∶1∶8.52，配方肥所用原材料为鲁西化工集团股份有限公司生产的尿素（总氮≥46.4%），济南鑫硕化工有限公司生产的钙镁磷肥（有效磷含量≥12%）和乌拉尔钾肥股份公司生产的氯化钾（有效钾含量≥62%）。复合肥为天津撒可富化肥有限公司生产，其总养分≥45%，养分比例为N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15。
1.2 方法
1.2.1 试验设计 试验采用随机区组设计，共计7个处理，包括对照CK（不施肥）、Ts（常规施肥，即单施复合肥）、Tp（100%配方肥）、Tr（单施土壤调理剂）、Tr100（土壤调理剂+100%配方肥）、Tr75（土壤调理剂+75%配方肥）、Tr50（土壤调理剂+50%配方肥），3次重复。每小区面积为28 m2，小区间隔离带宽2 m。种植规格株行距为100 cm×80 cm，种植木薯28株。具体试验处理见表1。
1.2.2 指标测定 土壤pH采用电位法测定；
有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法测定；
碱解氮采用碱解蒸馏法测定；
速效磷采用HCl-NH4F浸提钼蓝比色法测定；
速效钾采用乙酸铵浸提火焰光度计法测定；
交换性酸采用氯化钾交换-中和滴定法测定；
交换性钙和镁采用乙酸铵交换原子吸收分光光度法测定；
交换性钾和钠采用乙酸铵交换火焰光度法测定；
阳离子交换量采用乙酸铵交换-碱解蒸馏法测定[16]。
表1 试验处理
1.3 数据处理
试验数据采用Excel 2013软件整理，利用SPSS 22.0软件进行统计分析，采用最小显著法（LSD）检验试验数据的差异显著性水平（<0.05）。
2.1 施用土壤调理剂对土壤有机质的影响
施用土壤调理剂对土壤有机质的影响如图1所示。不同处理的土壤有机质含量在12.20～ 14.89 g/kg之间，不同处理的土壤有机质含量表现为：土壤调理剂+75%配方肥、土壤调理剂+50%配方肥、土壤调理剂+100%配方肥＞100%配方肥、不施肥。除土壤调理剂处理的土壤有机质比不施肥提高11.97%外，土壤调理剂配施配方肥的所有处理均显著高于不施肥处理，分别提高20.82%、22.04%和20.49%。
不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）。
2.2 施用土壤调理剂对土壤pH的影响
施用土壤调理剂对土壤pH的影响如图2所示。不同处理的土壤pH表现为：土壤调理剂+75%配方肥、土壤调理剂+50%配方肥、100%配方肥、土壤调理剂+100%配方肥>土壤调理剂＞单施复合肥、不施肥（<0.05）。除常规施肥外，土壤调理剂+75%配方肥、土壤调理剂+50%配方肥、100%配方肥、土壤调理剂+100%配方肥和土壤调理剂处理的pH分别比不施肥处理高0.37、0.29、0.24、0.44和0.17。
不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）。
2.3 施用土壤调理剂对土壤交换性酸的影响
施用土壤调理剂对土壤交换性酸含量如表2所示。施用土壤调理剂对土壤交换性酸含量的影响有差异，施用土壤调理剂的各处理显著降低了土壤交换性酸和交换性铝含量，而增加了交换性氢的含量。各处理的交换性酸表现为常规施肥最高，土壤调理剂+50%配方肥最低，土壤调理剂+75%配方肥次之；
而在土壤交换性氢含量中则表现出相反的趋势；
交换性铝的变化趋势与交换性酸相似。
表2 不同处理下的土壤交换性酸含量
注：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著（<0.05）。
Note: Different small lettersin the same column indicate significant difference between different treatments (<0.05).
2.4 施用土壤调理剂对土壤交换性盐基含量的影响
施用土壤调理剂对土壤交换性盐基含量如表3所示。与CK相比，其他各处理的交换性盐基总量均有提高，其中土壤调理剂配施配方肥处理均显著高于CK，并以土壤调理剂+50%配方肥在所有交换性盐含量中保持最高。施用土壤调理剂配施配方肥的所有处理中土壤交换性钠和交换性钾含量并无差异，但是显著高于CK；
施用土壤调理剂配施配方肥也高于常规施肥和配方肥处理，但差异不显著。除土壤调理剂+50%配方肥和CK处理外，其他处理间的土壤中交换性钙含量均无差异，但显著高于CK。CK、常规施肥、配方肥和土壤调理剂处理的土壤中交换性镁均无差异，而土壤调理剂配施配方肥的处理则表现为：土壤调理剂+50%配方肥>土壤调理剂+100%配方肥>土壤调理剂+75%配方肥（<0.05）。
2.5 施用土壤调理剂对土壤盐基饱和度的影响
施用土壤调理剂对土壤阳离子交换量（cation exchange capacity, CEC）和盐基饱和度含量如表4所示。土壤调理剂+50%配方肥土壤的CEC显著高于其他处理，其中配方肥、土壤调理剂+100%配方肥和土壤调理剂+75%配方肥之间无差异，但显著高于常规施肥和CK。盐基饱和度的变化趋势也大致与CEC相似，即土壤调理剂配施配方肥的处理最高，常规施肥和配方法次之，CK最低。
表3 不同处理下的土壤交换性盐基含量
注：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著（<0.05）。
Note: Different small lettersin the same column indicate significant difference between different treatments (<0.05).
表4 不同处理下的土壤盐基饱和度
注：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著（<0.05）。
Note: Different small lettersin the same column indicate significant difference between different treatments (<0.05).
3.1 土壤调理剂配施配方肥增加了土壤有机质
土壤有机质作为土壤肥力的核心，对土壤理化性质有重要影响。本研究结果表明，土壤调理剂配施配方肥各处理的有机质含量显著高于CK和配方肥处理，可能是由于调理剂配施配方肥为土壤中微生物的生长发育提供了大量的碳源和氮源，促进了土壤有机质的形成[17]；
而常规施肥和配方肥处理仅增加了土壤中氮源的输入，土壤有机质在微生物的作用下分解[18]，从而降低了有机质含量。相较于常规施肥和配方肥处理，单施土壤调理剂有机质含量有所增加，可能是由于调理剂中含有生物炭和泥炭，进入土壤后可以增加土壤有机碳含量，研究表明泥炭中腐殖酸含量高可以快速增加土壤有机质含量[19]。
3.2 土壤调理剂配施配方肥降低了土壤活性酸度
土壤pH是土壤化学性质的重要指标之一，并与土壤中铝离子成负相关性[20]。本研究结果表明，施用配方肥和土壤调理剂配施配方肥各处理的pH显著高于其他处理。土壤调理剂的成分对土壤的改良效果密切相关，本研究中施用的土壤调理剂中有机成分占50%，主要包括生物炭和泥炭，研究表明，生物炭含有-COO–和-O–碱性基团并且对pH具有较大的缓冲能力，其中的阳离子（Ca2+、K+、Mg2+、Na+和Si4+）在热解过程中形成碳酸盐或氧化物[21-22]与酸性土壤中的H+和Al3+发生反应；
另一方面，泥炭中腐殖酸含量高，表面含有羧基、酚羟基和醇羟基等含氧官能团[23]可以螯合土壤中的铝离子，降低其活性；
再者，调理剂中还有一定比例的石灰，三者共同作用提升了土壤中的pH。本研究表明，施用配方肥可以提高土壤pH，但考虑到热带地区气候炎热，降雨量大，施用配方肥在酸性土壤中淋溶作用强烈等因素，所以本研究认为，施用土壤调理剂配施配方肥对土壤pH提升效果的持续性优于配方肥。也有研究表明，在野外试验3 a后，生物炭中的碱度已被完全中和[24]。为了完全了解土壤调理剂对土壤pH提升效果的持续性，本研究还将继续跟踪试验。
3.3 土壤调理剂配施配方肥降低了土壤交换性酸
土壤交换性酸是土壤酸度容量的重要指标之一。本研究结果表明，施用土壤调理剂各处理的土壤交换性酸和交换性铝含量均显著降低，交换性氢的含量有所增加，而且不同处理之间也存在差异。这可能是由于土壤调理剂中生物碳和泥炭含量占50%，所以生物炭和泥炭的理化性质直接影响调理剂在土壤中的行为。另外，酸性土壤中交换态铝在生物炭中的有机官能团的螯合作用下形成有机结合态铝，以此降低了土壤中铝的活性[25-26]；
另一方面泥炭中含有大量的羧基、酚羟基和醇羟基等含氧官能团[23]可以螯合土壤中的铝离子，降低其活性。此外，土壤调理剂中的盐基离子与铝发生交换反应也是导致交换性酸含量降低的原因之一[25]。研究表明，土壤pH增加是导致交换性酸降低的主要原因，当土壤溶液pH>5.0时，土壤中的铝离子通过水解作用形成羟基铝或氢氧化铝沉淀[26]，本文中施用土壤调理剂显著提升了酸性土壤pH也为此研究结果提供了证据。
3.4 土壤调理剂配施配方肥增加了土壤交换性能和盐基饱和度
土壤阳离子交换量和盐基饱和度是评价土壤保肥能力的重要指标之一。本研究中土壤调理剂+50%配方肥处理的CEC和盐基饱和度最高。可能是由于调理剂中的生物炭和泥炭表面所携带大量含氧官能团与H+水解活性铝，并通过羧基官能团吸附碱基离子，进而使土壤体可变负电荷增加或可变正电荷减少，从而使土壤胶体有效负电荷密度增加；
另外，供试土壤调理剂中含有50%的无机肥料（石灰、沸石、镁粉），也有利于提高土壤盐基离子总量，二者共同作用提高了土壤CEC和盐基饱和度[27]。虽然本文没有对土壤调理剂中生物炭和泥炭所含有机官能团进行测定，但是施用土壤调理剂配施配方肥对土壤的交换性能和盐基饱和度的提升作用是显著的。吴敏等[28]研究了4种不同来源生物炭对土壤酸度及交换性能的影响，结果表明，土壤阳离子交换量的提升顺序表现为蕉炭＞椰炭＞蔗炭＞胶炭，并认为除pH和自身携带阳离子的原因外，有机官能团的多少也是影响交换性能的重要因素。
与对照和常规施肥相比，土壤调理剂配施配方肥的所有处理均显著提高了土壤pH、土壤有机质和交换性盐基总量，并显著降低了土壤交换性酸含量。在所有处理中以土壤调理剂+50%配方肥处理的改良效果最好。因此，在土壤改良中推荐施用酸性改良剂+50%配方肥的改良方案。
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LIN Chenming, WEI Jiashao, WU Min*, WANG Dapeng, ZHANG Xian, ZHAN Shan, WANG Guihua
Rubber Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Hainan Provincial Key Laboratory of Tropical Crop Cultivation and Physiology-State Key Laboratory Breeding Base Jointly Built by Province and Ministry, Haikou, Hainan 571101, China
The saturation of soil organic matter and salt base serves as an important indicator for evaluating soil fertility, so this study is to explore the effects of soil conditioners and directive fertilizers on acidified soil, organic matter and soil exchange performance in tropical areas, clarify the formula of soil conditioners and directive fertilization, improve acidic soil and improve soil fertility. The cassava orchard in Danzhou City, Hainan province was applied to carry out field experiments. Organic-inorganic composite soil conditioners were used, and different gradient formula fertilizers were applied. The research aims to compare and analyze the effects of no fertilizer application, conventional fertilizer application and application of soil conditioner and chemical fertilizer on soil organic matter and soil exchange properties of cassava land, so as to provide a theoretical basis and scientific reference for improving acidic soil, increasing soil fertility and mitigating soil environment. The experimental results showed that compared with CK, the soil conditioner with directive fertilization (100%, 75%, 50%) treatment increased pH by 0.29, 0.24 and 0.44 (<0.05), the soil organic matter by 20.82%, 22.04% and 20.49% (<0.05), the total exchangeable salt base by 20.62%, 21.25% and 48.75% (<0.05), and soil exchangeable acid content decreased by 17.65%, 15.38% and 30.43% (<0.05), respectively, and of all treatments, Tr50 (soil conditioner+50% formulated fertilizer)treatment had the best effect of improvement. Thus, the improvement scheme of applying soil conditioner+50% formulated fertilizer in soil improvement was recommended.
soil conditioner; formulated fertilizer; cassava; organic matter; soil exchange performance
S533；
S156
A
10.3969/j.issn.1000-2561.2022.10.023
2022-07-14；
2022-08-08
国家重点研发计划项目（No. 2020YFD1001200）。
林琛茗（1988—），男，博士，助理研究员，研究方向：土壤学。*通信作者（Corresponding author）：吴 敏（WU Min），E-mail：wuminhainan@sina.com。
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