不同施用量土壤改良剂对南方酸性土壤理化性状及白三叶生长的影响

欧阳玲，徐华勤，杨知建

(湖南农业大学农学院，湖南长沙 410128)

不同施用量土壤改良剂对南方酸性土壤理化性状及白三叶生长的影响

欧阳玲，徐华勤*，杨知建

(湖南农业大学农学院，湖南长沙 410128)

摘要[目的]针对南方土壤酸化问题，探讨不同施用量土壤改良剂对酸性土壤的改良效果及对白三叶生长的影响。[方法]以白三叶惠亚(Huia)为材料，选用脱硫石膏和生石灰组合作为土壤改良剂，通过大棚盆栽试验，研究其对白三叶生长特性及酸性土壤理化性状的影响。[结果]施用脱硫石膏和生石灰组合改良剂能够显著增加酸性土壤的pH，降低土壤容重，改善土壤结构，增加土壤团粒结构和孔隙度；同时可以不同程度地增加土壤有机质、速效磷、速效氮、速效钾等指标含量。[结论]脱硫石膏和生石灰组合改良剂能够显著改良酸性土壤，从而促进白三叶生长。

关键词白三叶；脱硫石膏；生长特性；南方酸性红壤；土壤理化性质

最近几十年来我国工业迅速发展，随着酸性气体的大量排放、酸雨沉降的不断增加及铵态氮肥的大量使用土壤酸化现象日益加剧[1-3]。我国南方黄红壤地区已成为世界上除北美和欧洲之外的第3大酸雨区[4]。土壤酸化会造成盐离子大量淋失、活性铝溶出、一些有毒重金属元素溶解度升高及土壤微生物活性下降。以上这些危害均会影响植物正常生长发育，从而导致植物减产。在酸性土壤的治理对策中，使用土壤改良剂改良酸性土壤是一种较为有效的途径[5]。大约在2000多年前，古罗马人就开始使用生石灰改良酸性土壤，以提高作物产量。20世纪80年代人们开始认同施用石灰是抵抗森林土壤酸化的有效措施[6]。Chen等[7]研究了施用脱硫石膏改良酸性土壤后种植紫花苜蓿，结果表明改良后的土壤明显增加了紫花苜蓿的产量。Clark等[8]在利用脱硫石膏改良的美国酸性土壤上种植6种饲用牧草，结果发现脱硫石膏能显著增加饲用牧草的产量。Stout等[9]在美国宾夕法尼亚州进行田间试验种植牧草，发现脱硫石膏对酸性土壤有改良效果。Crews等[10]在施用脱硫石膏改良酸性土壤的森林种植橡树，结果表明脱硫石膏能有效促进橡树的生长。罗遥[11]利用脱硫石膏对酸性森林进行土壤修复，结果表明脱硫石膏对酸化土壤具有明显的修复效果。近年来国内外在一些地区展开了有关利用生石灰和脱硫石膏改良酸性土壤的研究[12]，但是否适宜于我国南方地区土壤环境尚无定论。鉴于此，笔者利用生石灰和脱硫石膏组合为土壤改良剂，研究其对南方酸性土壤的改良效果，并在施用土壤改良剂的南方酸性土壤上种植白三叶，研究土壤改良剂对白三叶生长的影响以及土壤理化性质的变化，探究脱硫石膏应用在酸性土壤改良的技术可行性和环境生态安全性，以期减少土壤酸害，提高作物的产量和质量，评价土壤改良剂修复酸性红壤的最佳条件，为南方酸性土壤的改良及高效利用提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料试验于2014年5～10月在湖南农业大学草业科学研究所试验基地大棚内进行。供试作物为白三叶惠亚(Huia)，产自新西兰，由湖南农业大学草业科学系提供。供试土壤采自湖南农业大学耘园基地附近，为我国南方典型的酸性黄壤。土壤本底值：pH 4.92，含水率0.27%，容重2.20 g/cm3，孔隙度18.31%，有机质含量8.65 g/kg，速效磷含量7.32 mg/kg，速效氮含量32.2 mg/kg，速效钾含量48.74 mg/kg。供试的普通生石灰和烟气脱硫石膏(主要成分为CaSO4·2H2O)由长沙兆宇建材有限公司提供。

1.2试验方法采用盆栽试验，设6 个处理：对照(CK)为只施氮、磷、钾肥；T1为氮、磷、钾肥+生石灰；T2为氮、磷、钾肥+生石灰+脱硫石膏750 kg/hm2；T3为氮、磷、钾肥+生石灰+脱硫石膏1 500 kg/hm2；T4为氮、磷、钾肥+生石灰+脱硫石膏2 250 kg/hm2；T5为氮、磷、钾肥+生石灰+脱硫石膏3 000 kg/hm2。试验用橡胶塑料花盆(直径25 cm×高40 cm)，每盆装土5 kg，每盆施氮肥0.35 g、磷肥5.00 g、钾肥0.80 g。每个处理12 次重复，共72 盆，每盆定苗3 株。T1～T5处理生石灰量一致，为15.53 g/盆。T2～T5处理相对应的脱硫石膏施用量分别为5.3、10.6、15.9、21.2 g/盆；随机抽取白三叶种子浸泡24 h后育苗，1个月后移苗至塑料花盆内。装盆时改良剂、肥料和土壤均匀混合一次性装入塑料花盆中。搭置通风挡雨的塑料棚，持续培养4个月，按常规方法进行管理。

1.3测定项目与方法盆栽试验结束后的第2天，每处理随机取5株白三叶，用常规方法对每株材料进行鲜重、干重、株高、茎粗、根长的测量；采集不同处理的土壤样品，于实验室内检测含水率、容重、孔隙度、团粒结构等物理性状指标。含水率采用烘干法；容重、孔隙度采用环刀法；团粒结构采用干筛法。每月采集不同改良剂处理的土壤样品，于实验室内按常规分析方法[13]测定土壤的化学性状指标，包括pH及有机质、速效磷、速效钾、速效氮含量，持续4 个月。

1.4数据分析采用Office Excel软件录入数据、制作图表，采用SPSS 16.0软件对数据进行统计分析。

2结果与分析

2.1不同施用量土壤改良剂对白三叶生长的影响由表1可知，仅施用氮、磷、钾肥的对照处理白三叶生长状况最差，其株高、鲜重、干重、茎粗和根长最低，表明在酸性土壤中，即使施用足量的氮、磷、钾肥，作物也生长不良；而施用生石灰和脱硫石膏改良土壤后，白三叶的生物学性状明显优于对照，说明在酸性土壤中适量施用生石灰和脱硫石膏能有效减轻交换铝的毒害，促进白三叶生长。白三叶的鲜重、株高、茎粗和根长均随着脱硫石膏的增加而呈现增加的趋势，其中施用高量脱硫石膏(T5)处理效果更佳。

表1　不同施用量改良剂对白三叶生长发育的影响

注：表中数据为3个重复的平均值，同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Note：Data in the table are mean of three repetitions，different lowercases in the same column stand for significant differences(P<0.05).

2.2不同施用量土壤改良剂对酸性土壤物理性状的改良效果由表2可以看出，脱硫石膏和生石灰改良剂处理与对照(CK)相比，其土壤容重有不同程度地下降、孔隙度增大、含水率有所提高、团粒结构也呈增长趋势。这说明使用脱硫石膏和生石灰作为土壤改良剂能显著降低酸性土壤容重，提高土壤的含水率、孔隙度和团粒结构，影响土壤的物理性状和结构性，降低土壤硬度，使土壤的透气性、蓄水性、渗透性得到改善，从而提高土壤肥力，利于土壤中养分对植物的供应[14]。

表2　不同施用量改良剂对土壤物理性状的影响

注：团粒结构直径为0.25～2.00 mm；非团粒结构直径>2.00 mm或<0.25 mm。表中数据为3个重复的平均值，同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Note：The diameter of granular structure is 0.25-2.00 mm；the diameter of non granular structure is greater than 2.00 mm or less than 0.25 mm.Data in the table are mean of three repetitions，different lowercases in the same column stand for significant differences(P<0.05).

2.3不同施用量土壤改良剂对酸性土壤化学性状的改良效果由图1可知，施入脱硫石膏和生石灰改良剂后，T1～T5处理土壤pH均有所提高，且与对照(CK)间均差异显著(P<0.05)。这种效果在种植白三叶后同样可以出现，并且T1～T5处理在施入脱硫石膏后1个月内pH上升幅度较大，其中酸碱度高的土壤pH上升幅度最大，提高了32.22%。此外，随着时间的推移，土壤pH进入相对稳定时期，之后保持稳定，不再有大幅度增减。这主要是脱硫石膏改良剂含有可提高土壤pH的碱性物质，一方面它能对酸性土壤起到中和作用，另一方面一些大分子物质易与各种阳、阴离子结合生成盐，从而形成一个相互转化的缓冲体系，调节和稳定了土壤pH，减缓土壤酸度的急剧变化[15]。

图1　不同施用量的改良剂对酸性土壤pH的影响Fig.1　Effects of different dosages of modifier on acid soil pH

由图2～5可见，供试土壤的有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量均随脱硫石膏的使用量增加而发生着变化，移栽后30 d内，各处理的土壤有机质和速效氮、速效磷、速效钾含量均有明显的上升趋势。随着时间的推移，至10月各处理土壤有机质和速效氮、速效磷、速效钾含量均还处于上升趋势，且不同程度高于对照(CK)，尤其是T5处理，其在10月的有机质和速效氮、速效磷、速效钾含量均极显著高于对照(CK)。在移栽后的4个月内，各处理土壤有机质和速效氮、速效磷、速效钾含量均表现为CK

图2　不同施用量的改良剂对土壤有机质含量的影响Fig.2　Effects of different dosages of modifier onsoil organic matter content

图3　不同施用量改良剂对土壤速效磷含量的影响Fig.3　Effects of different dosages of modifier onsoil available phosphorus content

图4　不同施用量改良剂对土壤速效氮含量的影响Fig.4　Effects of different dosages of modifier onsoil available nitrogencontent

图5　不同施入量改良剂对土壤速效钾含量的影响Fig.5　Effects of different dosages of modifier onsoil available potassium content

3结论与讨论

研究结果表明，施用脱硫石膏和生石灰组合改良剂对白三叶生长均有明显促进作用，可提高其生物量。这与陈德西等[16]的研究结果一致。国外也有类似的研究报道，如：Chen等[7]在脱硫石膏改良后的土壤上种植紫花苜蓿，产量有所增加；Clark等[8]施用脱硫石膏能够增加饲料作物的产量。这说明脱硫石膏中含有大量微量元素和常量营养元素，可促进植物生长。

土壤改良措施通过调节土壤空气、水分和温度等来改变土壤环境，进而影响土壤中各种养分的存在。该试验发现，在南方酸性土壤中使用脱硫石膏和生石灰组合改良剂可以提高土壤pH。这与胡德春等[15]及Prietzel等[17]的研究结果相似。由此可见，施用石灰和脱硫石膏组合可以有效抵抗土壤酸化。

施用脱硫石膏和生石灰改良剂后可不同程度降低酸性土壤容重，改善土壤结构，增加土壤团粒结构和孔隙度，改善土壤物理性状和降低土壤硬度；同时还提高了酸性土壤有机质、速效磷、速效氮、速效钾含量，从而提高了酸性土壤的肥力。这与李道林等[18]、张峰举等[19]、范冬根等[20]及王小彬等[21]的研究结果一致；张俊华等[22]研究结果表明施用改良剂后土壤有机质含量大幅度增加；刘云超和邹璐等[23-24]论证了施用脱硫石膏能有效促进土壤碱解氮、速效磷、速效钾的有效化；李淑仪等[25]证明在酸性土壤上施用脱硫副产物能有效改善土壤理化性能。

南方酸性土壤的改良效果与脱硫石膏的施用量有很大的相关性，经脱硫石膏改良后的酸性土壤，其物理、化学性状得到显著改善。特别是脱硫石膏施入量为3 000 kg/hm2时，酸性土壤物理性状改良效果最明显，可应用于南方酸性土壤的农业生产中。

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Effects of Different Dosages of Soil Modifiers on Physical and Chemical Properties of Southern Acidic Soil and Growth ofTrifoliumrepens

OUYANG Ling,XU Hua-qin*,YANG Zhi-jian

(College of Agriculture, Hunan Agricultural University,Changsha, Hunan 410128)

Abstract[Objective] The effects of different dosages of soil modifiers on improvement of acidic soil and growth of Trifolium repens were discussed. [Method]With Trifolium repens Huia as material, choosing combination of lime and gypsum as soil modifier, through greenhouse pot experiment, effects on growth characteristics of Trifolium repens and acidic soil physicochemical properties were studied. [Result] The combination of lime and gypsum modifier could significantly increase pH value of acidic soil, reduce soil bulk density, improve soil structure, increase soil aggregate structure and porosity; at the same time, the modifier could increase soil organic matter, available phosphorus, available nitrogen, available potassium and other physical and chemical indicators. [Conclusion] The combination of lime and gypsum modifier can significantly improve the acidic soil, so as to promote the growth of Trifolium repens.

Key wordsTrifolium repens; Desulfurization gypsum; Growth characteristics; Southern acidic red soil; Soil physical and chemical properties

作者简介欧阳玲(1989- )，女，湖南岳阳人，硕士研究生，研究方向：饲用牧草的研究。*通讯作者，副教授，从事饲用牧草和土壤生物生态研究。

收稿日期2016-03-25

中图分类号S 156.6

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)11-168-03