不同用量的钙镁调理剂对酸性砖红壤的改良效果研究

李进　陈小丽　林小妹　梁燕秋　景占鑫

摘 要 为了探究石灰类改良剂的合理施用量，本研究采用室内土壤培养试验，设置0%、0.03%、0.09%、0.18%、0.30%、0.60%共6个不同用量的钙镁调理剂处理，研究其对酸性砖红壤的改良效果。结果表明，钙镁调理剂能够有效提高酸性砖红壤的pH值、EC值，降低酸性砖红壤中的致酸离子，有效增加酸性土壤中交换性钙镁离子总量。在本次试验中，钙镁调理剂施用量越多，改良酸性土壤的效果越好，即0.60%用量的钙镁调理剂改良效果最好。

关键词 钙镁调理剂;砖红壤;土壤改良

中图分类号：S156.2 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.12.072

我国酸性土壤的分布面积约占总耕地面积的21%[1]，严重制约了我国农业的可持续发展。土壤的酸化主要是因为土壤中的盐基离子如钙离子、镁离子等大量淋失，导致了致酸离子（如铝离子）的释放。土壤酸化会引起土壤养分失衡、土壤板结、土壤肥力下降等一系列问题，不利于作物的生长发育[2]。石灰类土壤改良剂可以改良土壤酸化问题，并在一定程度上改善土壤理化性质，增加土壤养分，提高酸性土壤的生产力。

目前，国内外关于土壤酸性改良常用的方法是通過施用含钙镁的石灰类调理剂来改良土壤的酸化问题。施用石灰类改良剂可以在短时间内有效提高酸性土壤的pH值，而且可以中和酸性土壤中的潜性酸，降低酸性土壤溶液中交换性铝的含量，还能补充土壤缺乏的钙、镁等速效养分。但施用石灰改良酸性土壤也存在一些问题，如长期大量施用石灰可能会导致土壤板结问题加剧，然而停止施用石灰则可能会引起土壤复酸化问题[3]。因此，探究石灰类调理剂的适宜施用量，探索酸性土壤改良的新方法、新产品具有重要意义。

本研究以此自制调理剂为研究对象，采用室内土壤培养的方法，研究不同用量的钙镁调理剂对酸性砖红壤的改良效果，以期能够得出钙镁调理剂的适宜施用量，降低土壤酸度，为酸性土壤的改良及可持续利用提供理论依据，同时对海水资源的合理开发利用具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试土壤取自广东省湛江市广东海洋大学外环西路（21°9′15″N，110°17′30″E）的甘蔗地0～20 cm厚的耕层土壤，该土壤为雷州半岛典型的玄武岩母质酸性砖红壤。将土样在室内自然风干，磨碎，分别过2 mm和0.149 mm的筛，用于土壤培养试验，并测定各项土壤基础理化指标。经测定供试土壤的基本理化性质为pH 4.31，EC 0.77 mS·cm-1，有机质19.03 g·kg-1，全N 0.4 g·kg-1，碱解N 64.63 mg·kg-1，速效P 17.48 mg·kg-1，速效 K 117.10 mg·kg-1，交换性钙3.45 cmol·kg-1，交换性镁3.29 cmol·kg-1。

1.2 供试材料

本研究所施用的钙镁调理剂是以海水为原料，通过离子交换树脂对海水进行脱Na+，富集Mg2+、Ca2+，生成氯化钙和氯化镁的混合浓缩液，然后投入石灰生成氢氧化镁等沉淀物。为了便于产业化生产，采用沉淀池自然沉降的方法，自然沉淀24 h，弃去上清液，留下层悬浊液，将悬浊液取出后晾晒，失水结晶后得钙镁调理剂，其主要成分为Mg（OH）2、Ca（OH）2、MgCl2、CaCl2。钙镁调理剂的pH值为11.15，EC值为172.35 mS·cm-1，其各组分质量所占百分比如表1所示。

1.3 试验设计

试验地点为广东海洋大学第三试验楼，采用室内土壤培养法，培养时间为2018年12月21日至2019年2月16日。每个培养盒装土2 kg，按钙镁离子总质量占装土总质量的质量比例向培养盒中投放钙镁调理剂，投入比例设置为0%（CK）、0.03%（S1）、0.09%（S2）、0.18%（S3）、0.30%（S4）、0.60%（S5），共计6个处理，每个处理设3个重复，合计18个重复，具体处理设计如表2所示。

1.4 土样采集与样品分析

装好土后要定期向培养盒中加水且保持土壤含水量在田间持水量的70%，加水后充分搅拌使其均匀，放入MGC-450HP-2人工气候箱中，设置温度为26 ℃、湿度为60%，进行为期56天的培养。分别在培养的第1、2、6、12、26、41、56天取土壤样品，每盒取2个土壤样品，即每个处理取6个重复的土壤样品。

采用pH电位法（PHSJ-3F型试验室pH计）测定土壤pH值，采用电导率仪（DDSJ-308A型电导率仪）测土壤EC值，采用氯化钾淋洗-碱滴定法测定交换性H+和交换性Al3+，用酸碱滴定法和缓冲性曲线来测定酸碱缓冲性，用乙酸铵浸提-EDTA络合滴定法测定土壤交换性钙镁离子，半微量开氏法测定全氮，碱解扩散吸收法测碱解氮，碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法（UV-1100紫外分光光度计）测定速效磷，醋酸铵-火焰光度法（FP6431火焰光度计）测定速效钾[4-6]。

1.5 数据统计分析方法

利用SPSS 18.0、Microsoft Excel 2010进行数据分析统计。

2 结果与分析

2.1 不同用量的钙镁调理剂对土壤pH值的影响

从室内土壤培养试验的结果（见图1）可以看出，将钙镁调理剂投入土壤中培养1天后，投入钙镁调理剂处理的土壤pH值均比CK处理高，且随着钙镁调理剂用量的增加，土壤pH值也随之提高。培养第2天后，S1处理的土壤pH值与CK处理的土壤pH值差异不明显，其余的处理与CK处理均存在显著性差异（p<0.05）。不同钙镁调理剂用量处理的土壤pH值达到平衡的时间不同。S1处理、S2处理和S3处理的土壤pH值在整个培养过程中较为稳定，变化不大。培养第6天时，S4处理和S5处理较CK处理分别提高了1.46个pH单位和2.48个pH单位，第6天之后两者的pH值均趋于平稳且存在下降趋势。

2.2 不同用量的钙镁调理剂对土壤EC值的影响

由图2可知，投入钙镁调理剂处理的土壤EC值均比CK处理高，说明钙镁调理剂施入土壤后，酸性砖红壤的水溶性盐分离子含量有所提高，而且随着钙镁调理剂用量的增加，土壤EC值也随之提高，各处理之间存在显著性差异（p<0.05）。CK处理在培养过程中整体的变化不大，其余各处理的土壤EC值均有提高，变化趋势均为先提高后趋于稳定，在培养的第12天后基本所有处理均趋于稳定，土壤EC值变化不明显或无变化。到了培养的第41天，S1、S2、S3、S4、S5处理较CK处理分别提高了2.04 mS·cm-1、5.27 mS·cm-1、9.68 mS·cm-1、13.77 mS·cm-1、23.70 mS·cm-1，可以看出钙镁调理剂的用量越多，对酸性砖红壤的EC值的影响也越大。

2.3 不同用量的钙镁调理剂对土壤交换性铝的影响

如图3所示，投入钙镁调理剂后培养初期，各处理的土壤中交换性铝总量均较CK处理的交换性铝总量有所下降，说明钙镁调理剂的施用有助于降低酸性砖红壤中的交换性铝总量，而且随着钙镁调理剂用量的增加，土壤交换性铝总量降低的幅度也越来越明显。S1处理的交换性铝总量在整个培养过程中有升高趋势，但整体仍然低于CK，S2和S3处理則呈先降低后平稳的趋势，S4和S5处理随培养时间的变化不明显。到第41天时，S2、S3、S4、S5处理的土壤交换性铝总量较CK处理的分别降低了0.53 cmol·kg-1、1.79 cmol·kg-1、2.77 cmol·kg-1、3.03 cmol·kg-1。

2.4 不同用量的钙镁调理剂对土壤交换性酸的影响

从图4可以看出，培养初期，各处理的土壤中交换性总酸含量均较CK处理的交换性总酸含量有所下降，说明钙镁调理剂的施用有助于降低酸性砖红壤中的交换性总酸含量，而且随着钙镁调理剂用量的增加，土壤交换性总酸含量降低的幅度也越大。CK处理在整个培养过程中交换性总酸含量无明显变化，S1处理的交换性总酸含量在整个培养过程中有上升趋势，S2、S3处理呈先降低后稳定的趋势，S4、S5处理则没有明显变化。到第41天，S1、S2、S3、S4、S5处理的土壤交换性总酸含量较CK处理的分别降低了0.52 cmol·kg-1、1.75 cmol·kg-1、2.61 cmol·kg-1、2.72 cmol·kg-1。

2.5 不同用量的钙镁调理剂对土壤酸碱缓冲性的影响

从图5可以看出，将不同用量的钙镁调理剂施入酸性砖红壤后，各处理的土壤酸碱缓冲容量均较CK处理的缓冲容量有所提高，说明钙镁调理剂的施用有助于增加酸性砖红壤中的土壤酸碱缓冲容量，且各个处理的变化趋势均呈现倒S形平滑曲线。CK、S1、S2、S3、S4处理的缓冲性变化不明显，而S5处理的土壤酸碱缓冲性变化明显，且显著大于其余5个处理的土壤酸碱缓冲容量（p<0.05）。

2.6 不同用量的钙镁调理剂对土壤交换性钙镁离子含量的影响

从表3可以看出，投入钙镁调理剂后培养的第26天和56天，各处理间的土壤中交换性钙镁离子差异显著，且随着钙镁调理剂投入量的增加，土壤中交换性钙镁离子含量显著增加。在第56天时，S1、S2、S3、S4、S5处理土壤的交换性钙离子较CK处理的分别增加了1.03 cmol·kg-1、2.65 cmol·kg-1、5.21 cmol·kg-1、8.22 cmol·kg-1、16.41 cmol·kg-1，土壤的交换性镁离子较CK处理的分别增加了0.61 cmol·kg-1、2.68 cmol·kg-1、2.43 cmol·kg-1、4.31 cmol·kg-1、5.94 cmol·kg-1。

3 结论与讨论

从整个土壤培养试验可以看出，不同用量的钙镁调理剂能够显著提高土壤pH值，在培养的第1～6 d，土壤pH值不断升高，第6～26 d各个处理的pH值基本趋于稳定，这与胡敏等[7]的研究结果一致。钙镁调理剂投入到酸性砖红壤中培养的前6天，各个处理的土壤pH值都较高，主要是因为钙镁调理剂中的碱性成分中和了土壤中的H+，在短时间内有效提高了土壤pH值。但是随着培养时间的逐渐延长，土壤黏粒中的潜在酸慢慢释放出来，加入的钙镁调理剂被土壤释放出的潜在酸逐渐中和，所以土壤pH值先明显升高，后开始逐渐下降，最后趋于稳定[8]。整体来说，钙镁调理剂用量越多对土壤pH值的影响越大，土壤pH值提高越多，所以0.60%用量的钙镁调理剂对土壤pH值的改良效果最显著。

向酸性砖红壤中投入钙镁调理剂之后，能够在一定程度上提高土壤的EC值，这是因为钙镁调理剂含有较多的水溶性盐分离子，而土壤电导率（EC值）的高低反映的是土壤水溶性盐分离子含量的高低，高的电导率值反映土壤中盐分含量会较高，低电导率值则反映出土壤含盐量较低[9]。因此土壤的EC值在一定程度上可以指示土壤中Ca2+、Mg2+等主要盐基离子的含量变化[10-11]。从土壤EC值随培养时间变化的动态图也可得知钙镁调理剂的施用量越多，土壤的EC值提高得越明显，0.60%用量的钙镁调理剂对提高土壤EC值的效果最佳。

土壤的酸减缓冲容量是指单位质量的土壤pH值增加或降低1个单位所需的酸或者碱的添加量，试验结果表明施用自制的钙镁调理剂能够在一定程度上提高土壤的酸碱缓冲容量。有关研究表明，土壤的酸减缓冲容量与有机质含量、土壤质地、土壤黏粒含量以及阳离子交换量等存在一定关系[12-14]。分析本次试验结果发现，钙镁调理剂能有效提高土壤酸碱缓冲性的主要原因是其增加了土壤中的阳离子交换量，即交换性钙镁离子的含量得到显著增加，所以调理剂可以显著增强土壤的酸碱缓冲性，且以调理剂用量最多的S5处理（0.60%用量）的改良效果最好。

钙镁调理剂能够在较短时间内有效提高酸性砖红壤的pH值，降低酸性砖红壤中的致酸离子，如交换性H+、交换性Al3+的含量，而且施用钙镁调理剂还可以增加土壤中交换性盐基离子（如交换性钙离子、交换性镁离子等）的含量，在一定程度上可以增加土壤的酸碱缓冲容量。因此，供试钙镁调理剂有助于解决酸性砖红壤的酸化问题，降低土壤酸度。

通过比较不同用量的钙镁调理剂对酸性砖红壤的改良效果可知，在本次试验的研究范围内，钙镁调理剂施用量越多，改良酸性土壤的效果越显著，所以0.60%用量的钙镁调理剂对酸性土壤的改良效果最佳。

参考文献：

[1] 严锦申.生石灰施用量对酸性土壤改良效果及对烤烟产质量的影响[D].广州：华南农业大学，2016.

[2] 黄耀蓉，王强锋，朱彭玲，等.土壤改良剂对酸性土壤改良的影响[J].西南农业学报，2014，27（4）：1637-1640.

[3] 郇恒福，刘国道，Michaelwebb，等.施用不同土壤改良剂对砖红壤交换性能影响的初步研究[J].热带作物学报，2009，30（11）：1595-1601.

[4] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000.

[5] 姜军，徐仁扣，赵安珍.用酸碱滴定法测定酸性红壤的pH缓冲容量[J].土壤通报，2006，39（6）：1247-1248.

[6] 中国林業科学研究院林业研究所.LY/T 1245-1999森林土壤交换性钙和镁的测定[S].1999.

[7] 胡敏，向永生，鲁剑巍.石灰用量对酸性土壤pH值及有效养分含量的影响[J].中国土壤与肥料，2017（4）：72-77.

[8] 张天彬.利用石灰改良四川酸性土壤的研究[D].雅安：四川农业大学，2001.

[9] 刘广明，杨劲松.土壤含盐量与土壤电导率及水分含量关系的试验研究[J].土壤通报，2001，32（S1）：85-87.

[10] 梁飞，田长彦，尹传华，等.盐角草改良新疆盐渍化棉田效果初报[J].中国棉花，2011，38（10）：30-32.

[11] Alavipanah SK， Zehtabian GR. A data base approach for soil salinity mapping and generalization from remotely sensed dataand geographic， Information System[M]. Washington，D.C.USA： Proceedings of FIG， XXIII international Congress， 2002.

[12] 杨光.保护地土壤酸缓冲性能研究[J].辽宁农业科学，2009（6）：5-8.

[13] 陈翠玲，张麦生，杨雪芹，等.潮土和石灰性褐土缓冲性能研究[J].河南农业科学，2004（6）：56-57.

[14] 井玉丹，林清火，郭澎涛，等.海南胶园土壤酸碱缓冲性能研究[J].热带作物学报，2016，37（2）：345-350.

（责任编辑：刘昀）