不同改良剂对元胡-水稻轮作酸化土壤改良效果研究

杨小敏，司 华，高 鹏，简红忠，杨 霄，崔 宁，余正军，张庚龙

（汉中市农业技术推广与培训中心，陕西 汉中 723000）

0 引言

从20世纪80年代至今，中国农田土壤酸化问题日趋严重，土壤pH平均下降了0.5个单位[1]，长期过量施用化学氮肥是加剧农田土壤酸化的主要因素之一[2-4]，这主要是施入土壤中的氮肥发生NH4+的硝化反应和NO3-的淋溶作用所引起的。中药材元胡是陕西南部汉中市城固县农户主要增收项目之一，种植历史已有40余年，种植面积稳定在6000 hm2，占全国总面积的65%以上。元胡主要种植在城固县汉江、湑水河、南沙河、文川河沿岸，种植土壤以沙壤土为主，种植制度为元胡-水稻轮作。为追求更高产量，农户大量施用化学肥料，尤其是氮肥的过量施用，引起元胡适生区土壤酸化问题。据耕地质量等级调查结果显示，该地区元胡种植区域平均土壤酸碱度已由第二次土壤普查的pH 6.0下降至pH 5.3。酸化不仅制约了元胡的可持续发展，也影响了下一季粮食作物水稻的生长。

施用土壤改良剂是提高土壤pH的有效措施，已有大量研究表明，施用生石灰[5-6]、碱性肥料[7-9]、土壤调理剂[10]、生物炭[11-12]等改良剂能有效改良酸性土壤，为此，本试验研究在元胡-水稻轮作下，设置旱作季（元胡季）施用石灰、钙镁磷肥、酸性土壤调理剂3种不同改良剂和旱水两季（元胡-水稻两季）均施用3种改良剂对酸化土壤的改良效果，以及对元胡和水稻产量经济效益的影响，以期为选择适宜的土壤改良剂提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地位于城固县上元观镇嵩山寺村，107.22889°E，33.05611°N。海拔 481 m，年降水量823 mm，年平均气温14.3℃，无霜期241天，≥5℃活动积温4896.3℃；主要的土壤类型有沙土、沙壤土，耕层土壤基本理化性状为：有机质32.4 mg/kg，全氮1.13 g/kg，有效磷11.4 mg/kg，pH 5.03，速效钾58.8 mg/kg，种植结构为元胡-水稻轮作。

1.2 试验设计

试验分为2个方案：方案一为元胡-水稻轮作下，仅在元胡季施用改良剂，设4个处理，处理1为对照，只施用化肥；处理2为增施石灰；处理3为増施钙镁磷肥，处理4为増施酸性土壤调理剂；不同改良剂用量均为1500 kg/hm2。方案二为元胡-水稻轮作下，在元胡-水稻两季中均施用改良剂，该方案中元胡季不同改良剂用量与方案一相同，水稻季不同改良剂用量均为750 kg/hm2。具体处理编号及改良剂用量见表1。

表1 不同处理改良剂用量 kg/hm2

1.3 大田试验管理

方案一和方案二所有处理在同一块大田中开展，试验共计7个处理，每个处理3次重复，随机区组排列，试验小区面积30 m2。全部处理氮磷钾肥料施用量相同。元胡季：氮肥(N)270kg/hm2，磷肥(P2O5)180kg/hm2，钾肥(K2O)270kg/hm2，元胡季氮肥分2次施用，底肥:追肥=8:2；磷肥分2次施用，底肥:追肥=8:2；钾肥和不同的改良剂均作为底肥一次性施入土壤后进行翻耕。水稻季：氮肥(N)120 kg/hm2，磷肥(P2O5)75 kg/hm2；水稻季氮肥分两次施用，底肥:追肥=7:3；磷肥和不同的改良剂均作为底肥一次性施入土壤后进行翻耕。

田间试验中病虫防治、除草按照当地一般农田进行管理。元胡季采用简易水肥一体化装置进行灌水，以防小区间串水，水稻季各处理小区起垄后用塑料薄膜包住田坎。所有处理元胡种植时间为2019年10月3日，收获时间为2020年5月4日；水稻插秧时间为2020年5月28日，收获时间为2020年9月5日。

1.4 试验材料

氮肥为尿素(N≥46%)、磷肥为重过磷酸钙(P2O5≥43%)、钾肥为硫酸钾肥(K2O≥50%)，改良剂分别为钙镁磷肥（湖北放马山中磷矿业有限公司，P2O5≥12%，含有钙、镁、硅中微量元素）、生石灰（市面采购，块状，白色）、天象牌酸性土壤调理剂（主要元素含量K2O≥2.0%、CaO≥25.0%、MgO≥5%、SiO2≥10.0%、pH 11～13）。

1.5 取样与测定

分别在元胡季和水稻季作物成熟后进行田间实际产量测定。收获后采集耕层(0～20 cm)土壤样品，风干后磨细过筛，测定土壤pH、有效磷、速效钾、交换性钙、镁离子。具体检测方法参照鲍士旦《土壤农化分析》[13]。

1.6 数据统计分析

数据用SPPS 22.0进行各处理的基本运算和方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤理化性状影响

2.1.1 土壤pH由表2可以看出，元胡收获后，两个方案中，3种改良剂对土壤pH提高范围为0.30～0.41，与对照相比均达到了显著水平，但不同改良剂处理之间差异不显著。水稻收获后，方案一中，石灰处理较对照pH显著提高，钙镁磷肥和酸性土壤调理剂与对照无显著差异；方案二中，三种调理剂土壤pH均显著高于对照，石灰处理土壤pH最高，其次为钙镁磷肥。对比方案一和二，在水稻季继续施用改良剂，水稻收获后，土壤pH均显著高于仅在元胡季施用改良剂的处理，这说明石灰、钙镁磷肥、酸性土壤调理剂在水旱轮作中连续施用比单在旱作季施用提升土壤pH效果好。

表2 不同处理对土壤pH影响

2.1.2 土壤有效磷 元胡收获后，不同处理对土壤有效磷含量影响结果表明（表3），与对照相比，2个方案中仅钙镁磷肥处理显著提高了土壤有效磷含量，石灰和酸性土壤调理剂对其影响不大，这与钙镁磷肥的制作原料磷矿石有关。水稻收获后，方案一中，也仅有钙镁磷肥处理土壤有效磷含量显著高于对照；方案二中，在水田中施用不同改良剂，仍以钙镁磷肥处理效果最显著，其次为酸性土壤调理剂，施用石灰后，土壤有效磷略有上升，但未达到显著水平。从2个方案结果来看，钙镁磷肥在旱季作物中单施、在水旱连作中连续施用，均能有效提高土壤有效磷含量；石灰和酸性土壤调理剂则在水田中施用对提升土壤有效磷含量有效果。

表3 不同处理对土壤有效磷含量的影响 mg/kg

2.1.3 土壤速效钾 不同处理对土壤速效钾含量影响结果表明（表4），元胡收获后，2个方案中，与对照相比，仅酸性土壤调理剂处理提高土壤速效钾含量效果达到显著水平，这主要是因为酸性土壤调理剂原料之一是钾长石。水稻收获后，方案一中三个改良剂处理与对照相比，无明显差异；方案二中在水稻上施用三种改良剂，均能显著提高土壤速效钾含量，以酸性土壤改良剂效果最好，钙镁磷肥次之。从方案一和方案二中可以看出，水稻收获后的土壤速效钾含量低于元胡收获后，说明水旱轮作下，土壤钾素有所损失；但在水田中继续应用钙镁磷肥、酸性土壤调理剂，其土壤速效钾含量要显著高于方案一中单季施用相同改良剂的处理，表明这2种改良剂可补充土壤中钾元素。

表4 不同处理对土壤速效钾含量的影响 mg/kg

2.1.4 土壤交换性钙 从表5中可以看出，元胡收获后，方案一和方案二结果都显示，与对照相比，3种改良剂均能显著提高土壤交换性钙离子含量，这主要与3种改良剂原材料中都含有钙离子有关，但3种改良剂处理之间差异不显著。水稻收获后，在方案一中水稻季不施用改良剂处理与对照无差异，方案二中水稻季继续施用不同改良剂与对照相比，均能显著增加土壤交换性钙离子含量，也显著高于方案一中水稻季不施用改良剂处理；因此，在水旱轮作中连续施用石灰、钙镁磷肥、酸性土壤调理剂对提升土壤交换性钙离子含量效果较单季施用好。

表5 不同处理对土壤交换性钙的影响 mg/kg

2.1.5 土壤交换性镁 不同处理对土壤交换性镁离子的影响结果表明（表6），元胡收获后，2个方案中钙镁磷肥和酸性土壤调理剂都能显著提高土壤交换性镁离子，而施用石灰效果不显著，这与钙镁磷肥、酸性土壤调理剂原料含MgO有关；水稻收获后，方案一中，水稻季不施用改良剂处理与对照相比，土壤交换性镁无显著差异；方案二中，继续施用钙镁磷肥和酸性土壤调理剂处理能显著增加土壤交换性镁含量，石灰处理与对照无显著差异；由此可见，在水旱轮作中连续施用钙镁磷肥和酸性土壤调理剂对提升土壤交换性镁离子含量效果较单季施用好。

表6 不同处理对土壤交换性镁的影响 mg/kg

2.2 元胡增产效果和经济效益

从表7中可以看出，方案一和方案二均显示石灰、钙镁磷肥和酸性土壤调理剂能显著提高元胡的收获产量，增产率在8.2%～15.0%，2个方案中增产效果最好的为酸性土壤调理剂、其次为钙镁磷肥，但二者之间无显著差异。按照元胡当季收购价格，去除不同改良剂成本后，施用改良剂较对照均能增加元胡收益，其中，施用钙镁磷肥新增收益最高，2个方案平均为9748元/hm2，酸性土壤调理剂新增收益次之，为7739元/hm2，施用石灰新增收益较小，为5976.5元/hm2。

表7 不同处理对元胡增产效果和经济效益影响

2.3 水稻增产效果和经济效益

从表8可以看出，方案一中，仅在元胡季施用改良剂对水稻产量无显著影响。方案二中，元胡-水稻两季连续施用不同改良剂均能显著提升水稻产量，与方案一中处理1对照相比，施用石灰增产率为8.31%，钙镁磷肥增产率为17.7%，酸性土壤调理剂增产率为19.4%，钙镁磷肥和酸性土壤调理剂之间差异不显著；与方案一中仅在元胡季单施相同改良剂处理相比，石灰增产率为8.1%，钙镁磷肥增产17.0%，酸性土壤调理剂增产17.3%，说明连续施用3种改良剂较仅在元胡季施用改良剂对水稻增产效果显著。按照水稻当季收购价格，去除不同改良剂成本后，方案二中施用钙镁磷肥处理新增收益最高，为3198.0元/hm2，其次是酸性土壤调理剂处理，新增收益为2023.5元/hm2，石灰处理新增收益为1351.5元/hm2。

表8 不同处理对水稻增产效果和经济效益影响

3 结论

陕南中药材元胡-水稻轮作酸化土壤改良中，在旱作季和水田季中连续施用钙镁磷肥能显著提升土壤pH、土壤有效磷、交换性钙镁、两季作物产量和新增纯收益。钙镁磷肥作为传统的优秀肥料品种，能补充中微量元素，也兼具经济效益和生态效益，因此元胡-水稻轮作下推荐应用钙镁磷肥。

4 讨论

（1）本试验研究结果表明，元胡-水稻轮作下，在元胡季施用石灰、钙镁磷肥、土壤调理剂能显著提升土壤pH、交换性钙，该结果与之前的很多研究结论一致[5,8-9]，这主要是因为试验中石灰、钙镁磷肥、酸性土壤调理剂均属于含有碳酸钙、氧化钙或氢氧化钙等石灰类物质，施入土壤后，能中和土壤酸性[14]，提升土壤pH。周武先[15]在中药材川党参研究的试验表明，生石灰和钙镁磷肥用量为1‰～4‰时，土壤pH分别提高0.88～2.02个单位和0.23～1.19个单位。本试验中3种改良剂原材料中都含有钙离子，施入土壤后还能显著提升土壤中交换性钙离子含量，文星等[6]的酸性水稻土培养试验结果表明，石灰、钙镁磷肥能在短期内提升土壤交换性钙离子含量。本试验还表明在元胡上施用钙镁磷肥能显著提升土壤有效磷含量，施用酸性土壤调理剂能显著提升速效钾含量，2种改良剂均能显著提升土壤交换性镁含量，这也与改良剂的加工原料有关。

（2）元胡-水稻轮作下，在水稻季继续施用750 kg/hm23种改良剂，提升土壤pH、交换性钙、镁离子效果要高于仅在元胡季施用，这与吴宇佳[16]在海南水稻-四季豆轮作试验结果一致，其试验结果表明，连续施用土壤改良剂比单季施用的作物产量更高，土壤pH升高更快，土壤交换性钙、交换性镁得到更快提升。钙镁磷肥继续在水稻上施用后能提高水稻季土壤有效磷和速效钾含量，酸性土壤调理剂则能提高土壤速效钾含量，这均与改良剂的制作原材料有关。

（3）改良剂对元胡-水稻两季作物的产量和经济效益结果表明，连续施用石灰、钙镁磷肥、酸性土壤调理剂后能显著增加两季作物产量和经济效益，这与改良剂提升土壤pH、提高土壤大中微量元素含量，促进了元胡和水稻的生长发育有关，研究结果与周武先等[17]研究钙镁磷肥对川党参产量影响和段媛媛等[18]研究钙镁磷肥对连作大黄产量影响的结果类似。本试验两季作物新增收益均以施用钙镁磷肥最高，这主要是因为相较于酸性土壤调理剂，钙镁磷肥价格更低，因此在今后生产实践中，更易推广应用。