施用不同pH改良剂对荔枝园酸性土壤性质及荔枝生长的影响

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　　摘  要：采集华南典型荔枝园酸性土壤[pH（4.2±0.2）]，分别在土壤中添加石灰（1 g/kg）、白云石粉（2 g/kg）和2个用量（0.625、4 g/kg）钙镁磷肥，以不添加改良剂为对照，进行土壤培养和荔枝盆栽试验，比较不同物质改良土壤的效果及对荔枝生长的影响。结果表明：施用pH改良剂均可不同程度提高土壤pH，影响土壤的大、中、微量元素养分有效性和酶的活性，土壤性质的变化与改良剂种类、用量及土壤属性本身有关;施用石灰、白云石粉和高量钙镁磷肥均能显著促进荔枝生长，其中石灰和白云石粉的综合作用优于高量钙镁磷肥，但施用低量钙镁磷肥抑制荔枝生长。建议石灰和白云石粉可用作荔枝园酸性土壤pH 改良剂，可否选用钙镁磷肥及其合理用量，则需根据土壤性质而定。
　　关键词：酸性土壤;pH改良剂;土壤性质;荔枝
　　中图分类号：S156; S667      文献标识码：A
　　Abstract： Typical acid soil from a litchi orchard was collected to conduct a soil incubation and a litchi pot experiment in a greenhouse to examine the response of soil attributes and litchi growth to soil pH conditioners， and to select suitable soil pH conditioners for litchi production. Lime （1 g/kg）， dolomite （2 g/kg） and calcium magnesium phosphate （0.625 g/kg and 4 g/kg） were used respectively. The soils without conditioners were used as the control. The application of soil conditioners enhanced soil pH at different extents， and the influence on the availability of soil macro-， secondary and micro-nutrients， soil enzyme activities and litchi growth was associated with the type and use rate of conditioners and soil properties themselves. Generally， the usage of lime， dolomite and high dose of calcium magnesium phosphate obviously promoted the growth of litchi seedlings. Moreover， lime and dolomite exhibited better performance than calcium magnesium phosphate did with high dose. However， low dose of calcium magnesium phosphate inhibited litchi growth. It is suggested that lime and dolomite are practical soil pH conditioners in acid litchi orchards. The suitability of calcium magnesium phosphate as a soil pH conditioner and its proper use rate are dependent on the soil property of the target litchi orchard.
　　Keywords： acid soil; soil pH conditioner; soil property; litchi
　　種植荔枝是华南农村重要的经济来源。华南荔枝通常种植于丘陵坡地，土壤酸性普遍较强。土壤酸性强，不仅影响土壤的理化性质，且对作物生长及品质均有不良影响[1-4]。本课题组前期研究，华南62.0%的荔枝园土壤pH可能显著抑制荔枝生长，pH急需改良，需平均提高0.68个单位，另有24.2%的荔枝园土壤不同程度抑制荔枝生长，pH需平均提高0.23个单位（待发表）。因此，研究荔枝园酸性土壤pH改良技术，对华南荔枝生产有重要意义。
　　生产上常用改良剂对土壤酸碱性进行改良。常用酸性改良剂有石灰、白云石、粉煤灰、磷矿粉、碱渣和工业废弃物等。我国在改良苹果园和梨园酸性土壤方面已有不少研究[3， 5-6]，但对荔枝园土壤pH的改良鲜有研究，仅有郭和蓉等[7]用沸石和蒙脱石等自制的酸性改良剂改良荔枝园酸性土壤且显著提高荔枝产量。本研究拟探讨在华南典型荔枝园酸性土壤施用不同pH改良剂对土壤pH、养分有效性、酶活性及荔枝幼苗生长的影响，比较不同改良剂的施用效果及优缺点，为华南荔枝园酸性土壤改良选用适用的改良剂提供依据。
　　1  材料与方法
　　1.1  材料
　　1.1.1  土壤  所用土壤采自广东省广州市增城区荔城街东林荔枝园（1134556.32E，231433.85 N），土壤类型为赤红壤。土壤经风干，过2 mm筛后备用。土壤基础养分状况为：pH （4.2±0.2）、碱解氮（44.9±0.2） mg/kg、有效磷（1.0±0.2） mg/kg、速效钾（23.0±1.1） mg/kg、有效钙（93.6±1.6） mg/kg、有效镁（7.7±0.2） mg/kg、有效铁（26.6±1.2） mg/kg、有效锰（1.2±0.1） mg/kg、有效铜（0.8±0.1） mg/kg、有效锌（0.9±0.2） mg/kg。 　　1.1.2  荔枝  供试荔枝品种为‘黑叶’。新鲜的‘黑叶’种子放入干净的河沙中培育，仅浇自来水。约1个月后，选取大小基本一致，有4片真叶的荔枝植株移栽。
　　1.1.3  改良剂  所用石灰为分析纯化学试剂（Ca（OH）2≥95.0%）。白云石粉为市售产品，含CaO 29.2%，MgO 18.9%和Fe2O3 0.04%。钙镁磷肥为市售产品，主要物质含量为P2O5 13.6%、MgO 13.5%、CaO 31.3%、Fe 31.5 mg/kg、Mn 8.3 mg/kg、Cu 53.3 mg/kg和Zn 59.6 mg/kg。
　　1.2  方法
　　1.2.1  土壤培养试验  试验于2017年7月15日至11月14日在华南农业大学资源环境学院网室进行。试验共设置5个处理：（1）不添加任何改良剂（对照）;（2）1 g/kg石灰（石灰）;（3）2 g/kg白云石粉（白云石粉）;（4）0.625 g/kg钙镁磷肥（钙镁磷肥1）;（5）4 g/kg钙镁磷肥（钙镁磷肥2）。每个处理均3次重复。对照、石灰和白云石粉处理均施用尿素、过磷酸钙和氯化钾作为基肥，其用量分别为N 0.15 g/kg、P2O5 0.075 g/kg和K2O 0.15 g/kg。钙镁磷肥1和钙镁磷肥2分别将过磷酸钙替换为等磷量的钙镁磷肥和4 g/kg的钙镁磷肥。前期预备试验（为期一个月）显示，石灰、白云石粉和钙镁磷肥2处理显著提高土壤pH，且提高的幅度相当。因此，为进一步研究不同处理的改良效果，进而比较施用不同改良剂对土壤性质及荔枝生长的影响。将改良剂与供试土壤（4 kg）混拌均匀，放入5 L塑料桶中，置于网室内，保持土壤含水量约为田间持水量的75%，进行120 d的培养实验。
　　1.2.2  荔枝盆栽实验  试验于2017年7月15日至2018年5月14日于华南农业大学资源环境学院网室进行。荔枝盆栽试验处理与土壤培养试验相同，但每个处理均重复4次。根据试验设计分别将各改良剂与供试土壤（4 kg）混拌均匀，放入5 L的塑料桶中，置于网室内，保持土壤含水量约为田间持水量的75%，平衡20 d后移栽荔枝幼苗。每桶移栽1株，于荔枝植株生長差异明显时收获。
　　1.2.3  样本采集与制备  在土壤培养的第0、5、10、15、20、30、40、60、80、100、120天采集土壤样本。每次用土钻在每1盆采集约150 g土，风干制样后，测定土壤pH、养分（碱解氮、有效磷、速效钾、有效钙、镁、铁、锰、铜和锌）含量和酶（脲酶和酸性磷酸酶）活性。
　　1.2.4  样本测定与植株调查  土壤pH（水土比为2.5∶1）用pH计测定。用碱解扩散法测定土壤碱解氮。土壤速效磷采用氯化铵-盐酸浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用1 mol/L醋酸铵浸提-火焰光度法测定。土壤有效钙、镁经1 mol/L乙酸铵浸提，有效铁、锰、铜、锌经0.1 mol/L盐酸浸提后，用原子吸收分光光度法测定[8]。脲酶采用靛酚比色法测定，酸性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法测定[9]。
　　采用Li-6400XT便携式光合仪测定荔枝叶片光合参数。在不同时期调查荔枝叶片数，用游标卡尺测定植株茎粗，用SPAD-502叶绿素仪测定叶片叶绿素SPAD值，用便携式叶面积仪（LI-COR LI-3000C）测定叶面积。荔枝植株收获后，立即带回实验室，用大量自来水冲洗植株根、茎、叶，用蒸馏水2次充分冲洗，用滤纸吸干植株表面水分，称取植株鲜重。
　　1.3  数据处理
　　采用Excel 2007软件处理数据，分别用Origin 9.0和Excel 2007软件做图，数据以平均值±标准差的形式表示。用SAS 9.2软件进行Duncan’s多重比较（P<0.05）。
　　2  结果与分析
　　2.1  土壤pH
　　施用白云石粉和钙镁磷肥2均显著提高酸性土壤pH（图1）。培养120 d后，与对照相比，白云石粉和钙镁磷肥2处理的土壤pH显著提高1.65和1.63个单位（P<0.05），石灰和钙镁磷肥1处理分别提高0.45和0.13个单位，但与对照差异未达显著水平。
　　2.2  土壤养分
　　2.2.1  大量元素养分  施用改良剂显著影响土壤的碱解氮含量（图2A）。培养期间，对照土壤碱解氮含量保持在（102.0±9.1）～（186.7±8.1） mg/kg之间（图2A）。与对照相比，施用白云石粉显著降低土壤的碱解氮含量（P<0.05），培养期间在（45.0±2.9）～（165.7±22.5） mg/kg范围内变化。此外，石灰和钙镁磷肥2也不同程度降低碱解氮含量，但均未达到显著水平，而钙镁磷肥1处理对碱解氮影响不大。研究表明，碱解氮随土壤pH的提高逐渐降低[10]，而石灰、白云石粉和钙镁磷肥均不同程度提高土壤pH，从而降低碱解氮含量。
　　对照土壤有效磷含量极低（1.98±0.14）～（2.82± 0.34） mg/kg（图2B）。一方面，钙镁磷肥含有较高的有效磷含量。另一方面，施用钙镁磷肥不仅提高土壤pH，也可提高土壤磷的有效性[11]。因此，钙镁磷肥1和钙镁磷肥2处理的有效磷含量均显著提高（P<0.05），培养期间有效磷含量分别保持在（9.78±1.33）～（15.89±1.98） mg/kg和 （55.56±7.79）～ （98.63±6.28） mg/kg之间。施用石灰和白云石粉仅稍微提高有效磷含量，但与对照差异未达显著水平。 　　与对照相比，土壤速效钾含量为（124.6±5.3）～ （166.0±19.2） mg/kg，施用白云石粉和钙镁磷肥2显著降低土壤速效钾含量（P<0.05），但施用石灰和钙镁磷肥1对速效钾影响不大（图2C）。有报道指出，提高土壤pH会抑制缓效钾向速效钾的转化，土壤pH越高，速效钾含量越低[12]。培养期间，施用白云石粉和钙镁磷肥2显著提高土壤pH，而石灰和钙镁磷肥1对pH影响不大，这可能导致了不同改良剂处理土壤有效钾含量变化差异。
　　2.2.2  中量元素养分  由于石灰、白云石粉和钙镁磷肥均含有钙，施用这3种物质均显著提高土壤有效钙含量（P<0.05），其作用大小为钙镁磷肥2>石灰>白云石粉>钙镁磷肥1（图3A）。培养结束时，钙镁磷肥1处理土壤有效钙含量比对照提高91.9%。
　　施用石灰对土壤有效镁含量无影响（图3B）。由于钙镁磷肥和白云石粉都含有一定含量的镁，钙镁磷肥1和钙镁磷肥2及白云石粉处理均显著提高土壤有效镁含量（P<0.05），其中，以钙镁磷肥2作用最为明显，白云石粉作用次之。
　　2.2.3  微量元素养分  对照处理土壤有效铁含量在培养期间较稳定，保持在（6.38±0.28）～（8.66± 0.95） mg/kg之间（图4A）。除施用石灰提高有效铁含量未达显著水平外，白云石粉、钙镁磷肥1和钙镁磷肥2均显著提高有效铁含量（P<0.05），尤以钙镁磷肥2处理作用最为明显。施用白云石粉和钙镁磷肥不同程度提高土壤pH，虽然铁离子易与氢氧根-离子形成沉淀而降低有效铁含量[10]，但由于2种改良剂均含有一定的铁，可能是带入的铁量提高土壤铁有效性的作用大于pH提高而降低铁有效性的作用，从而整体上显著提高土壤铁的有效性[13]。
　　与对照相比，施用白云石粉和钙镁磷肥1和钙镁磷肥2显著提高锰的有效性（P<0.05），其中以白云石粉的作用最为明显，钙镁磷肥2作用次之（图4B），但施用石灰可显著降低土壤锰的有效性。在酸性土壤中，提高pH可增加土壤有机质含量，土壤有效锰含量随有机质含量的提高而增加[14]。施用白云石粉显著提高土壤pH，可能是提高土壤锰有效性的原因。而钙镁磷肥除提高土壤pH外，自身还含有一定量的锰，也可补充土壤锰元素。虽然施用石灰对土壤pH影响未达显著水平，但可能同时帶入的大量氢氧根离子与锰离子产生氢氧化物沉淀而降低有效锰含量。
　　对照土壤有效铜含量缺乏，施用白云石粉和钙镁磷肥2可显著提高有效铜含量（P<0.05）（图4C）。在酸性土壤中，土壤有机质含量与土壤pH呈显著正相关，有机质所含有的酸性基团可促使铜的活化而提高铜的有效性[13]。施用白云石粉和钙镁磷肥2显著提高土壤pH（P<0.05），这有利于提高土壤铜有效性。另外，钙镁磷肥中含有一定的铜，在高用量时也可提高有效铜含量。施用石灰和钙镁磷肥1处理对土壤pH影响均不大，虽然钙镁磷肥含有一定的铜，但在低用量时带入土壤的铜量不高，故对土壤铜的有效性影响不大。
　　对照土壤有效锌含量较低为（0.35±0.05）～（0.95±
　　0.05） mg/kg，施用石灰和钙镁磷肥1进一步降低有效锌含量，施用白云石粉和钙镁磷肥2则提高锌的有效性，但所有处理作用均未达显著水平（图4D）。研究表明，一方面，当土壤pH提高时，土壤中的锌易形成氢氧化物、硫化物等沉淀，从而降低有效性[15]。同时，土壤溶液中锌离子含量与其竞争阳离子（如钙离子）含量为负相关[16]。另一方面，酸性土壤中提高pH可提高有机质含量[14]，有机质可活化难溶性的锌[16]。另外，土壤含磷量增加也可提高锌的有效性[17]。施用石灰提高土壤pH，同时提高土壤有效磷和钙含量。本研究所用钙镁磷肥每千克中含有数十毫克的锌，而2个用量钙镁磷肥处理对土壤pH有不同的影响。因此，施用不同改良剂对土壤锌有效性的影响，应该是土壤pH及其他养分离子含量变化共同作用的结果。
　　2.3  土壤酶活性
　　土壤脲酶将尿素分解为氨和二氧化碳，对土壤氮素循环有重要意义[18]。与对照相比，施用石灰在一定程度上降低土壤脲酶活性，施用白云石粉则显著降低脲酶活性（P<0.05）（图5A）。土壤酶活性通常具有最适的pH范围，且最适pH范围随土壤类型不同而有所差异。在最适pH范围外，加入酸或碱会降低土壤酶活性[19-20]。另外，有报道显示，酸性土壤的脲酶活性与土壤pH[21]、铵态氮和速效钾含量呈显著正相关[22]。施用石灰对土壤pH和速效钾含量影响不大，但明显降低碱解氮含量，这可能是降低脲酶活性的主要原因。施用白云石粉虽然显著提高土壤pH，但显著降低土壤碱解氮和速效钾含量，综合来看，显著抑制了脲酶活性。钙镁磷肥1对脲酶活性影响不大，但当用量达到钙镁磷肥2时则显著提高脲酶活性。也有研究表明，土壤脲酶活性与全磷呈显著正相关[23]。钙镁磷肥2处理对土壤pH、碱解氮、速效钾和有效磷含量有不同的影响，脲酶活性提高可能是其几种因素综合作用的结果。
　　况[24]。施用石灰、白云石粉和钙镁磷肥3种改良剂均显著降低酸性磷酸酶活性，其中以白云石粉作用最为显著，钙镁磷肥2次之，石灰和钙镁磷肥1相当（P<0.05）（图5B）。这主要是由于施用这3种改良剂均不同程度提高土壤pH，而酸性磷酸酶活性随土壤pH的提高而降低[22]。
　　2.4  荔枝植株生长
　　2.4.1  叶片光合特性和叶绿素SPAD值  与对照相比，施用石灰可显著提高移栽230 d后荔枝叶片的蒸腾速率（P<0.05），但对气孔导度、胞间二氧化碳浓度、净光合速率和叶绿素SPAD值影响不大（表1）。施用白云石粉和钙镁磷肥，对气孔导度和胞间二氧化碳浓度没有影响，虽不同程度提高蒸腾速率，但均未达显著水平，最终未影响净光合速率，对叶绿素SPAD值也没有影响。整体而言，不同改良剂对荔枝移栽230 d后的叶片光合作用影响不大。 　　2.4.2  植株生长  与对照相比，施用石灰后，荔枝移栽后不同天数的叶片数和茎粗均有不同程度提高，其促进了荔枝的生长（图6）。施用白云石粉也增加了荔枝的叶片数和茎粗，且提高茎粗的作用比石灰更為明显。施用钙镁磷肥2则明显增加叶片数和茎粗，而且这种作用随移栽后时间的延长而更为明显。但施用钙镁磷肥1不同程度减少了荔枝叶片数和茎粗，说明荔枝生长受到一定抑制。
　　在第300天收获时，除钙镁磷肥1处理生物量增量显著低于对照外，其他3个处理生物量增量均显著高于对照，促进荔枝生长作用大小为钙镁磷肥2>石灰>白云石粉（表2）。对叶面积进行比较，石灰和白云石粉处理叶面积明显高于对照，钙镁磷肥2处理叶面积稍小于对照，而钙镁磷肥1处理叶面积明显小于对照。
　　另外，根据荔枝生长肉眼观察，移栽110 d后，所有处理荔枝叶片形状及颜色正常。对照和钙镁磷肥1处理部分植株在移栽268 d后，下部叶片叶尖开始变褐甚至焦枯变白，至300 d时叶色变得暗绿，叶尖焦枯面积变大。施用石灰和白云石粉处理植株叶片形状正常平整，叶色保持浓绿，光泽好。施用钙镁磷肥2处理部分植株叶片不平整，出现卷曲现象，个别植株叶片簇生。因此，综合荔枝长势，认为施用石灰及白云石粉促进荔枝生长的效果较好，钙镁磷肥2处理次之。
　　3  讨论
　　本研究所用土壤为强酸性，土壤养分肥力低，土壤有效磷、钙和镁极为缺乏。施入不同改良剂0～30 d内，大幅提高土壤pH，随后pH变化逐渐趋于稳定。施用白云石粉和钙镁磷肥2处理培养期间土壤pH平均值分别为5.93和5.88，而石灰和钙镁磷肥1处理分别为5.03和5.04，对照处理为4.64。虽然白云石粉处理土壤pH整体上显著高于石灰处理，但2个处理荔枝长势差别不大，均明显优于对照处理。本课题组前期研究，用石灰调节酸性土壤pH在（3.84±0.10）～（8.03±0.15）范围内，碱解氮、速效钾、有效镁含量、脲酶和酸性磷酸酶活性与土壤pH呈显著负相关，有效磷、钙和铁与pH为显著正相关，有效锰、铜和锌与pH关系不密切（待发表）。本研究也显示，加入石灰、白云石粉和2种用量钙镁磷肥，不但改变土壤pH，且对土壤多种性质也有影响。综上表明，施用改良剂调节土壤pH的同时也能协调和均衡土壤各种性质，才能获得较好的促进荔枝生长的作用。
　　华南荔枝园土壤整体为酸性，土壤有效磷为中等水平，而有效钙和镁含量为低水平[25-26]。本研究施用钙镁磷肥2不仅显著提高土壤pH，有效磷含量提高数十倍至极丰富水平，同时也显著提高有效钙和镁含量。因此，在磷、钙和镁均缺乏的荔枝园，一次性施用高量钙镁磷肥改良土壤和促进荔枝生长的作用较好。但即使在土壤有效磷缺乏的果园，如果按此连续施用钙镁磷肥，将会导致土壤磷盈余。华南荔枝园通常位于丘陵坡地，容易出现磷的径流损失，引起水体富营养化风险。另外，过量的磷会导致缺锌等问题，也不利于荔枝的生长。如本研究中钙镁磷肥2处理荔枝叶片出现扭曲及簇生现象，可能与其他营养的不均衡有关。如果荔枝园土壤有效磷含量中等或丰富，一次施用高量钙镁磷肥即可造成土壤磷盈余。因此，酸性荔枝园能否选用钙镁磷肥作为pH改良剂及其合理用量，均需根据果园性质综合考虑而定。石灰和白云石粉价格便宜，容易获得，是荔枝园酸性土壤pH改良的理想材料。
　　另外，在本研究条件下，按过磷酸钙的磷施入量来施用钙镁磷肥（钙镁磷肥1处理），并未出现预期的促生长作用，反而抑制了荔枝的生长，而施用石灰处理土壤pH与该处理的相当，却显著促进荔枝生长。这说明其两者引起的其他土壤性质的变化可能是导致它们影响荔枝生长差异的原因，但具体的机理尚需进一步研究。由于本研究仅为300 d的盆栽试验结果，在实际生产条件下，降雨、田间管理、施用的其他化肥种类等因素也会影响到调理剂的施用效果。即使在土壤pH相同的荔枝园，改良剂的适宜施用量也需要根据果园具体情况进行适当的调整，才能获得更好的调节土壤pH、促进荔枝生长的作用。
　　4  结论
　　在荔枝园强酸性土壤中施用石灰、白云石粉和高、低量钙镁磷肥，均可不同程度提高土壤pH，对土壤养分有效性及酶活性也有不同影响。施用石灰、白云石粉和高量钙镁磷肥均显著促进荔枝生长，低量钙镁磷肥则抑制荔枝生长。石灰和白云石粉可用作荔枝园酸性土壤pH改良剂，钙镁磷肥可否用作pH改良剂或其合适用量，则需根据土壤性质而定。
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