不同土壤调理剂对红黄壤黄桃园土壤及黄桃品质的影响

王勤俭 ,王峰 ,俞巧钢 ,刘海天 ,杨艳 ,柴有忠 ,张圆圆,马军伟

(1.浙江丰瑜生态科技股份有限公司,浙江 浦江 322200;2.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所,浙江 杭州 310021;3.浦江县农业技术推广中心,浙江 浦江 322200;4.浙江农艺师学院,浙江 杭州 310021)

浙江省浦江县中余乡属亚热带季风性气候,年均气温为17.5 ℃,年均降水量为1 424 mm,年日照为1 996 h,光热水资源优越,另外由于此地地处金衢盆地出风口,昼夜温差大[1],非常适宜黄桃栽培,且造就了其独特品质,逐渐发展成带动浙江山区农民增收致富的一个特色经济产业——“中余黄桃”。2021 年,黄桃种植面积为160 hm2,总产量达到150 万kg,为村民增收1 400 余万元。由于该黄桃种植区主要分布在浙江红黄壤区,土壤本底呈酸性,加之近年来黄桃产区果农片面的追求其高产,过量施用无机化肥,忽略有机肥的投入,导致黄桃耕地土壤环境质量下降,土壤酸化状况现象较为普遍,严重降低了黄桃的产量和品质。因此,对该地区土壤进行科学化的酸化防治是保证其黄桃产业可持续发展的重要措施。

目前农业生产中施用生石灰仍然是解决土壤酸化问题的主要手段[2]。但是,生石灰往往对地表下层 (>20 cm) 土壤调理效果不大,施用不当时还会造成养分利用效率下降、土壤板结、伤害根系等问题[3-4]。本研究以常规施肥为对照,分别比较了施用生石灰、含腐植酸土壤调理剂和含硅钾土壤改良剂对黄桃园土壤酸化和养分状况的影响,同时还分析了不同土壤酸化改良剂对黄桃果实品质的影响。此研究结果对我国南方红黄壤区果园酸化治理,保证其产业持续健康发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况与土壤样品的采集

本研究地处浙江省浦江县中余乡三十六岗黄桃基地,地力较为均匀,土壤养分状况:pH 为5.28,有机质含量为21.3 g·kg-1,总氮含量为 1.57 g·kg-1,有效磷含量为31.3 mg·kg-1,速效钾含量为124 mg·kg-1;研究对象为成龄黄桃树。试验处理以农民常规管理,即不作酸化治理为对照,土壤酸化治理处理组分别为施用生石灰 (65 kg·hm-2);施用含腐植酸的土壤调理剂(2 250 kg·hm-2;有机质≥2.0 g·kg-1,腐植酸≥0.8 g·kg-1,CaO ≥1.5 g·kg-1,MgO≥1.0 g·kg-1);施用含硅钾土壤改良剂(2 250 kg·hm-2;K2O≥0.4 g·kg-1,CaO≥3.2 g·kg-1,MgO ≥0.5 g·kg-1,SiO2≥3.0 g·kg-1);每个小区面积300 m2,每个处理3 次重复。采样法采用梅花形方法,分别对每个小区采集5 个子样,并充分混合成一个样品,果园土壤采样深度为0～40 cm。在阴凉处自然风干后去除样品中的植物根系和残渣等。用玛瑙研钵研磨,然后过100 目尼龙筛[5-6]。第一次取样为2020 年12 月11 日,土壤酸性调理剂使用前。第二次取样为2021 年9 月24日,黄桃收获季节取土壤和果实。

1.2 指标测定

使用电位法(水土体积质量比为2.5∶1) 测定土壤pH;外加热重铬酸钾容重法测定土壤有机质含量;凯式蒸馏法测定全氮含量;采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定有效磷含量;采用1.0 mol·L-1NH4OAc 浸提-火焰光度法测定速效钾含量;用氯化钾淋洗法测定土壤交换性酸交换性铝离子[5-6]。按照魏林根等[7]方法测定土壤中交换性钙镁含量。参照莫淑勋等[8]比色法测定果实中可溶性糖的含量,按照龙淑珍[9]方法测定可滴定酸与维生素C (VC) 含量。

1.3 统计分析与制图

利用Microsoft Excel 2019 和SPSS 19.0 进行数据处理和统计分析。使用SigmaPlot 14.0 进行本文图像的制作。

2 结果与分析

2.1 不同调理剂对黄桃果园土壤酸化状况的影响

土壤中交换性酸的大量增加是造成土壤酸化的根本原因之一,对于我国南方红黄壤的酸化原因,具体表现在土壤中交换性H+和交换态A13+含量的大量增加[4]。如图1 所示,较对照,生石灰、含腐植酸土壤调理剂以及硅钾型土壤调理剂都可以显著提高黄桃耕地土壤的pH 值 (分别提高0.70、0.57 和0.47 个单位),同时降低土壤中交换性H+和土壤可交换性酸总量,且3 种土壤酸化改良剂的效果之间没有显著性差异。生石灰,含腐植酸土壤调理剂以及硅钾型土壤调理剂都可显著降低土壤中的交换态A13+含量,但是含腐植酸土壤调理剂以及硅钾型土壤调理剂的降低幅度更大,表明了含腐植酸土壤调理剂以及硅钾型土壤调理剂在提高土壤pH 值的同时,对降低酸性红黄壤的铝毒风险具有一定的作用。

图1 不同调理剂对黄桃果园土壤酸化状况的影响

2.2 不同调理剂对黄桃果园土壤养分含量的影响

土壤中的氮含量是反映土壤提供养分能力的重要方面。如图2 所示,较对照,施用3 种土壤调理剂对土壤氮含量没有显著影响,而土壤有机质含量不仅是体现土壤肥力的重要指标,也是反映土壤对酸化缓冲能力的重要方面。较对照,施用生石灰处理对土壤有机质含量没有显著影响,而施用含腐植酸土壤调理剂和硅钾型土壤调理剂可显著升高土壤有机质含量,表明了含腐植酸土壤调理剂和硅钾型土壤调理剂具有一定的土壤培肥的功能。

图2 不同调理剂对黄桃果园土壤养分含量的影响

土壤酸化使土壤的肥力质量降低,主要表现在酸化过程中有效态营养元素含量的急剧减少,降低土壤肥力质量。如图2 所示,较对照,生石灰、含腐植酸土壤调理剂以及硅钾型土壤调理剂均显著提高了土壤中速效钾含量,但硅钾型土壤调理剂处理下土壤速效钾含量提升幅度更大,表明了硅钾型土壤调理剂处理对酸化土壤钾元素供应的改良效果更佳,这可能是由于硅钾型土壤调理剂一方面活化了酸性土壤中的钾元素,另一方面是由于其本身含有钾元素,伴随着施用而补充了土壤钾元素。较对照,生石灰、含腐植酸土壤调理剂以及硅钾型土壤调理剂也显著提高了土壤中有效磷含量,但含腐植酸土壤调理剂处理对土壤有效磷含量提升效果最好。

2.3 不同调理剂对黄桃果园土壤阳离子交换量,交换态钙、镁含量的影响

土壤中盐基离子流失是造成土壤酸化的另一个主要原因。如图3 所示,较对照,生石灰、含腐植酸土壤调理剂以及硅钾型土壤调理剂显著提高了土壤中阳离子交换量,表明以上土壤调理剂施用后土壤中和酸的能力均上升,而四个处理之间的土壤阳离子交换量分别为对照<生石灰<含腐植酸土壤调理剂<硅钾型土壤调理剂,表明了含腐植酸土壤调理剂和硅钾型土壤调理剂的施用对土壤阳离子交换量的提升要优于生石灰,且硅钾型土壤调理剂的效果更好。

图3 不同调理剂对黄桃果园土壤阳离子交换量交换态

土壤酸化下土壤盐基离子流失主要指土壤交换态钙和交换态镁。较对照,生石灰、含腐植酸土壤调理剂以及硅钾型土壤调理剂显著提高了土壤中交换态钙和交换态镁含量,表明以上土壤调理剂施用后均可补充土壤中流失的钙和镁。有研究表明,当土壤中交换态钙含量大于10 cmol·kg-1时,土壤存在板结,有效磷含量降低的风险。正常施肥+生石灰处理下土壤中交换态钙含量为10.35 cmol·kg-1,显著高于含腐植酸土壤调理剂 (7.80 cmol·kg-1),硅钾型土壤调理剂 (7.89 cmol·kg-1) 处理。因此,较含腐植酸土壤调理剂和硅钾型土壤调理剂,生石灰的施用可能会产生土壤板结,有效磷含量降低的风险。

2.4 不同调理剂对黄桃果实品质性状的影响

可溶总糖、VC、可溶性固形物、可滴定酸是反映黄桃品质的重要指标。如表1 所示,较对照,含腐植酸土壤调理剂可显著提高黄桃果实的可溶总糖和可滴定酸含量,但生石灰和硅钾型土壤调理剂对黄桃可溶总糖和可滴定酸含量没有显著性影响;较对照,施用生石灰,含腐植酸土壤调理剂以及硅钾型调理剂均可提高黄桃VC含量 (分别提升11.1%、32.8%、19.3%) 和可溶性固形物含量(分别提升8.7%、23.8%、9.7%),表明土壤酸化改良后可显著提高黄桃品质,而含腐植酸土壤调理剂的提高效果大于施用生石灰和硅钾型调理剂。

表1 不同调理剂对黄桃果实品质的影响

3 小结与讨论

土壤酸化问题是制约我国南方红黄壤地区作物产量和品质的重要障碍因子。由于我国的红黄壤地区一般处于热带或亚热带地区,作物种类,尤其是果蔬种类繁多,而不同植物对土壤的酸化适应阈值和响应不尽相同。因此,针对不同作物种类和土壤酸化类型,选择合适的土壤调理剂是科学解决土壤酸化问题的重要物质基础。在本项研究中我们分别选用生石灰、含腐植酸土壤调理剂、硅钾型土壤调理剂进行黄桃酸化土壤改良效果试验,并选用未添加土壤调理剂的农田的常规施肥作为对照。

土壤中的交换性H+过多会增强其与土壤胶体吸附的盐基离子的交换量,导致交换性盐基离子进入土壤溶液,易被淋洗损失,降低土壤的盐基饱和度,使得土壤酸碱缓冲体系进一步遭到破坏,土壤pH 逐渐下降[10]。另外,对于红黄壤地区,土壤胶体上的交换性H+还能与土壤中固相铝化物进行反应,解离出交换态Al3+,其又可以水解产生更多H+,进一步导致土壤中交换性酸增加,加重土壤酸化[11-12]。在本研究中,常规的生石灰,施用含腐植酸的土壤调理剂和含硅钾土壤调理剂处理后土壤的pH 都显著升高,表明这3 种土壤调理剂都可以改善土壤的酸化。含硅钾土壤调理剂和含腐植酸的土壤调理剂还可以显著降低土壤中的交换态铝的含量,因此,这两种土壤调理剂不仅可以直接有效的改善酸化状况,还可以有效的缓解酸化的再发生,降低红黄壤区常见的铝毒产生的风险。较生石灰处理,含腐植酸的土壤调理剂和含硅钾土壤调理剂处理后土壤的有机质含量、交换态钙离子和交换态镁离子含量都显著升高,表明这两种调理剂都具有土壤培肥的功能,而生石灰不具备这一特点,其中以含腐植酸土壤调理剂的提升效果最优,原因可能由于 (1) 含腐植酸土壤调理剂本身含有镁元素,能够有效补充土壤镁;(2) 腐植酸在土壤中能够有效的螯合镁元素,降低镁的损失。

土壤酸化还会影响作物品质形成。李庆军等[13]发现,土壤酸化会显著影响苹果果实单果重,造成苹果减产,另外还会影响可溶性固形物、可溶性糖的形成,对果实风味产生影响。在本研究中,较生石灰处理和含硅钾土壤调理剂,含腐植酸的土壤调理剂可以显著提高黄桃果实的VC含量和可溶性固形物含量,对黄桃的果实品质提升作用最好。

实施酸化耕地治理,坚持用地与养地相结合理念,突出耕地酸化危害严重区域,以培育健康土壤为指导思想,是确保 “农田即是良田” 的重要举措。综上所述,在黄桃土壤酸化改良过程中,较常规生石灰处理,含腐植酸的土壤调理剂和含硅钾土壤调理剂不仅可以改善土壤酸化,减少可交换态盐基的淋洗,增加土壤有机质含量,具有土壤培肥功能,其中含腐植酸的土壤调理剂还可以提高黄桃VC含量和可溶性固形物含量,提高黄桃果实品质,在浙江红黄壤酸化果园中具有重要的推广价值。