張　明，高　倩，王　磊，歐陽家安

(1.安徽林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230031；2.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042)

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生物質(zhì)作物秸稈對葡萄園酸性土壤改良效果研究*1

張明1，高倩1，王磊2，歐陽家安1

(1.安徽林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230031；2.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042)

摘要:運(yùn)用室內(nèi)培養(yǎng)方法，在葡萄園酸化土壤中加入6種作物秸稈，分別是非豆科作物的油菜秸稈、水稻秸稈、玉米秸稈和豆科作物的大豆秸稈、花生秸稈和蠶豆秸稈，研究不同作物秸稈對葡萄園酸化土壤的修復(fù)改良能力．試驗結(jié)果表明：幾種作物秸稈均能有效提高土壤pH值，豆科作物的效果要比非豆科作物明顯，其中大豆作物秸稈處理效果最佳．所有作物秸稈均可以降低土壤中的交換性鋁，從而減少土壤中的鋁毒毒害，其中豆科類作物秸稈效果相對較好．

關(guān)鍵詞:生物質(zhì)作物秸稈；酸性土壤；酸度改良

土壤環(huán)境質(zhì)量是影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一，近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，酸性氣體的大量排放造成酸雨現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，此外還存在管理措施不當(dāng)、重施氮肥、輕施有機(jī)肥等現(xiàn)象，從而造成土壤酸化現(xiàn)象日益嚴(yán)峻．過酸性的土壤，不僅會造成土壤結(jié)構(gòu)性差，土壤板結(jié)，干時土層龜裂，濕時透水性不良，而且使土壤理化性質(zhì)日益惡劣[1]．

葡萄屬木質(zhì)藤本植物，其生長的適合土壤pH值為5.8～8.2，其中以土壤pH值為6.5～7.5時葡萄生長最為良好．如果土壤酸化現(xiàn)象嚴(yán)重，pH值低于5時，則容易產(chǎn)生果樹生理病害，導(dǎo)致葡萄生長不良，對葡萄結(jié)果率以及果實品質(zhì)帶來不利影響[2-3]．因此，為提高葡萄的品質(zhì)和產(chǎn)量，對其土壤的酸化現(xiàn)象進(jìn)行改良勢在必行．

關(guān)于土壤酸化的改良措施目前已有諸多研究．通過施用石灰和石灰石粉等礦物質(zhì)[4]，白云石、磷石膏等礦物質(zhì)[5-6]，以及粉煤灰、堿渣等廢棄物[7-8]，均可以達(dá)到提高土壤pH值的效果；然而由于石灰、白云石等礦物質(zhì)在土壤中移動性不高，長期、過量施用則會導(dǎo)致土壤表層板結(jié)，造成土壤營養(yǎng)元素失衡，且礦物質(zhì)的堿性消耗后容易產(chǎn)生復(fù)酸現(xiàn)象，酸化程度有所加劇．磷石膏、粉煤灰等物質(zhì)由于含有少量鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)等有毒金屬元素，長期施用也容易造成污染土壤的風(fēng)險．近年來，利用有機(jī)物料進(jìn)行土壤酸化改良研究得到重視，通過采用農(nóng)作物秸稈、動物糞肥等有機(jī)物料，不僅可以有效改善土壤酸化程度，還能提高土壤肥力，增加土壤微生物活性，而且取材方便、無污染、無毒害[9-11]．

本研究擬選用6種不同農(nóng)作物秸稈作為改良材料，通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗，對不同pH值的葡萄園酸性土壤施用不同改良劑，研究分析其改良效果，以期為酸化葡萄園土壤的改良修復(fù)提供一定的參考依據(jù)．

1實驗部分

1.1供試材料

土壤樣品采自合肥市郊1處栽培年限超過7年的葡萄園，其pH值為4.52，土壤類型為黃棕壤．采用多點(diǎn)混合法采集樣品，采樣深度為0～20cm，土樣自然風(fēng)干后，將其雜物剔除，研磨后過2mm篩，充分混均勻后備用．土壤樣品的基本性質(zhì)，如表1所示．6種農(nóng)作物秸稈采自合肥市郊農(nóng)耕區(qū)，分別為油菜秸稈、水稻秸稈、玉米秸稈、大豆秸稈、花生秸稈和蠶豆秸稈．秸稈樣品在80℃下進(jìn)行烘干，研磨后過2mm篩，充分混均勻后備用．

表1　土壤樣品的基本性質(zhì)

1.2供試材料理化性質(zhì)測定

土壤pH值采用電位法測定(土水比為1:2.5)； 土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定[12]；土壤交換性H、Al采用滴定法測定(1mol/L KCl提取，0.01mol/L NaOH滴定)[12]；土壤交換性陽離子鈣(Ca)、鎂(Mg)、鉀(K)、鈉(Na)采用1mol/L乙酸銨振蕩提取，電感耦合等離子發(fā)射光譜ICP-AES法測定；秸稈樣品灰化堿采用馬弗爐灰化、酸溶解、NaOH反滴定法測定[12]總碳(C)、總氮(N)含量采用碳/氮分析儀測定；秸稈的鈣(Ca)、鎂(Mg)、鉀(K)、鈉(Na)等測定方法同土壤中檢測方法．秸稈樣品的化學(xué)性質(zhì)如表2所示．

表2　作物秸稈的化學(xué)性質(zhì)

1.3培養(yǎng)試驗設(shè)計

分別稱取風(fēng)干后過2mm篩的土壤樣品150g于塑料燒杯中，加入研磨后過2mm篩的作物秸稈10g，充分混合均勻后，加入一定量的去離子水，用環(huán)刀測定法將其土壤含水量調(diào)節(jié)到田間持水量的70%．用鋁箔將塑料燒杯封口，中間留一小孔，便于土壤樣品的氣體交換，以保持土壤濕潤通氣．每個處理重復(fù)三次，同時以不加作物秸稈的土壤樣品作為參照．將上述塑料燒杯隨機(jī)放入恒溫培養(yǎng)箱，在25℃的條件下恒溫培養(yǎng)．以培養(yǎng)后的第1、5、10、20、40、50、65天作為檢測時間點(diǎn)，取其新鮮土壤樣品進(jìn)行pH值測定．

2結(jié)果與分析

2.1不同作物秸稈對葡萄園土壤pH值的影響效果

6種作物秸稈對葡萄園土壤pH值的影響效果如圖1所示．從圖中可以看出，經(jīng)過65天的培養(yǎng)，除不加作物秸稈的土壤樣品對照值略有下降，基本保持不變外，添加了6種作物秸稈的葡萄園土壤pH值均有不同程度地提高．

圖1　添加作物秸稈后葡萄園土壤pH值隨時間變化趨勢

從pH值的變化趨勢來看，在培養(yǎng)初期(20天內(nèi))，6種作物秸稈均能較大幅度地提高土壤pH值，且在第20天時達(dá)到最大值，其中添加豆科類作物(大豆秸稈、花生秸稈和蠶豆秸稈)的土壤pH值上升程度要大于非豆科類作物(油菜秸稈、水稻秸稈和玉米秸稈)．究其原因，作物秸稈之所以可以有效調(diào)控土壤的pH值，主要是由作物秸稈中堿性物質(zhì)的釋放以及氮的轉(zhuǎn)化決定的．作物秸稈中堿性物質(zhì)進(jìn)行釋放可以提高土壤pH值，同樣在土壤微生物作用下，有機(jī)態(tài)含氮化合物轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)氮的礦化過程也可以提高土壤的pH值[13](R-NH2+H2O+H+=NH4++R-OH)．相對于非豆科作物而言，豆科類作物秸稈由于含有較高含量的灰化堿和氮，所以在培養(yǎng)的初期，其對土壤pH值的調(diào)節(jié)能力要更強(qiáng)一些．

在培養(yǎng)中期(20～40天)，土壤的pH值均有較大程度的下降，且豆科類作物的下降程度要大于非豆科類作物，但其pH值仍在非豆科類作物秸稈之上；到培養(yǎng)后期(40～65天)，土壤的pH值變化有一定波動，但相對比較穩(wěn)定，變化不大．之所以出現(xiàn)這樣的變化趨勢，經(jīng)分析，主要是由于有機(jī)氮在礦化的過程中，產(chǎn)生的銨態(tài)氮發(fā)生硝化反應(yīng)所致，而銨態(tài)氮在發(fā)生硝化反應(yīng)時，則會產(chǎn)生質(zhì)子，其化學(xué)式為(NH4++2O2=NO3-+H2O+2H+)，從而使土壤的pH值降低．豆科類作物秸稈由于含有較低的C/N，其氮源相對比較充足，其礦化產(chǎn)生的銨態(tài)氮相對較多，其硝化作用較為明顯，所以造成其pH值下降幅度相對較大，這與相關(guān)報道也是相一致的[14-15]．

培養(yǎng)實驗結(jié)束(第65天)后，對最終的土壤pH值進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，相對對照值(pH值=4.52)，豆科類作物秸稈對葡萄園土壤的pH值提高較大，其中大豆秸稈提高pH值最大(pH值=5.05)，提高了0.53個單位，具體順序為：大豆秸稈(5.05)>花生秸稈(5.01)>蠶豆秸稈(4.95)；非豆科作物秸稈pH值提高幅度較小，具體順序為：玉米秸稈(4.85)>水稻秸稈(4.73)>油菜秸稈(4.63).

2.2不同作物秸稈對葡萄園土壤交換性能的影響效果

培養(yǎng)實驗結(jié)束(第65天)后，6種不同作物秸稈對葡萄園土壤交換性能的影響效果如表3所示．其中交換性酸為交換性鋁和交換性H+數(shù)值之和，ECEC(有效陽離子交換量)為交換性鹽基和交換性酸之和，鹽基飽和度為交換性鹽基/ECEC的值．

表3　不同作物秸稈對葡萄園土壤交換性能的影響

土壤的酸度包括活性酸和潛在酸兩種，其中活性酸用pH值表示，是土壤酸度的直接反映；而吸附在土壤膠體上的交換性酸離子(H+和Al3+)為土壤的潛在酸，是土壤活性酸的主要來源[16]．從表中可以看出，與對照處理相比，加入作物秸稈的土壤交換性酸均有不同程度的下降(2.04～3.68 cmol/kg)，總體而言，豆科類作物秸稈交換性酸的下降幅度大于非豆科類作物秸稈，其中經(jīng)大豆秸稈處理過的土壤交換性酸下降幅度最大，達(dá)到2.04cmol/kg．

在土壤的交換性酸離子中，H+相對數(shù)量較少，且以共價鍵結(jié)合在有機(jī)和礦物質(zhì)膠粒上而難以解離，而Al3+相對數(shù)量較大，且在土壤溶液中每一個Al3+可水解而產(chǎn)生3個H+，所以土壤的酸度主要由交換性Al3+引起，而交換性H+的貢獻(xiàn)則相對較小[17]．從表中可以看出，與對照處理相比較，在加入作物秸稈的土壤中，交換性鋁的量均有一定程度的降低(1.53-3.03 cmol/kg)，其中非豆科類作物秸稈下降幅度較小，豆科類作物秸稈下降幅度較大，大豆秸稈下降程度最大，達(dá)到1.53cmol/kg，幅度達(dá)到53.6%．總體而言，與土壤pH值變化相比，土壤交換性鋁的變化趨勢與其基本一致，這符合交換性鋁是土壤交換性酸度和土壤pH值的決定性因素．鋁對于植物具有毒害作用，它可以影響和抑制植物對鈣、鎂、鉀等離子的吸收，影響植物體內(nèi)酶的活性[18]．由此可見，通過施用作物秸稈可以有效降低土壤中的交換性鋁，從而緩解土壤鋁毒毒害作用．

作物秸稈中含有大量的K、Ca、Na、Mg等鹽基離子，加入作物秸稈的土壤經(jīng)過培養(yǎng)后，作物秸稈中的鹽基離子會由于微生物的分解而釋放，從而增加土壤中的交換性鹽基．鹽基飽和度指土壤中鹽基離子占交換性陽離子的百分含量．鹽基飽和度越高表示鹽基離子含量越高，土壤pH值越大，反之則越低．如表3所示，與對照處理相比，加入作物秸稈的土壤交換性鹽基量均有所上升，鹽基飽和度也有不同程度的提高．其中大豆秸稈和花生秸稈處理過的土壤鹽基飽和度提高幅度最大，分別達(dá)到84.3%和79.6%．

2.3土壤pH值變化與作物秸稈化學(xué)成分相關(guān)性分析

培養(yǎng)實驗結(jié)束后，各不同作物秸稈培養(yǎng)后的土壤pH值變化與作物秸稈化學(xué)成分的相關(guān)性分析如圖2所示．

圖2　土壤pH值和作物秸稈化學(xué)成分的相關(guān)性分析

從圖2可以看出，被不同作物秸稈處理過的土壤，其最終pH值變化值與作物秸稈中的灰化堿含量呈正相關(guān)(R2=0.8573)，與鹽基離子含量呈正相關(guān)(R2=0.8957)，同樣也與作物秸稈中的氮含量呈正相關(guān)(R2=0.9484)．由此可見，土壤pH值的變化是由作物秸稈中含有的灰化堿、鹽基離子和氮造成的，這與相關(guān)報道基本一致[19-20]．由于豆科類作物秸稈在生長的過程中，其固氮能力相對較強(qiáng)，以及對陰陽離子的不平衡吸收，其含有的灰化堿、鹽基離子和氮含量要大于非豆科類作物秸稈，所以其最終提高土壤pH值的幅度要更大一些．其中，大豆秸稈中的氮含量在6種作物秸稈中含量最高，且其鹽基離子含量和灰化堿含量也比較高，所以用大豆秸稈培養(yǎng)處理過的土壤，pH值上升幅度最大．

3結(jié)論

(1)實驗結(jié)果表明，對葡萄園酸性土壤添加6種作物秸稈進(jìn)行培養(yǎng)處理后，均可以有效提高土壤的pH值，降低土壤酸度．其中豆科類作物秸稈對土壤pH值的提升幅度要大于非豆科類作物秸稈．豆科作物秸稈中，大豆秸稈對土壤pH值的調(diào)節(jié)改良效果最好．所以相比較而言，利用豆科類作物秸稈改良葡萄園酸性土壤效果更佳．

(2)施用6種作物秸稈后，均可以降低土壤中的交換性鋁，從而對減少土壤中的鋁毒毒害作用也有一定的效果，其中豆科類作物秸稈效果相對較好．

(3)以上研究主要是基于利用作物秸稈對葡萄園土壤進(jìn)行酸性改良的室內(nèi)培養(yǎng)試驗，其具體效果還需要通過田間試驗來進(jìn)一步驗證．

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(責(zé)任編輯:陳衍峰)

DOI:10.13877/j.cnki.cn22-1284.2016.04.013

*收稿日期：2015-10-20

基金項目：安徽省優(yōu)秀青年人才基金項目“果園酸化土壤的有機(jī)改良研究”(2012SQRL272)

作者簡介：張明,安徽廬江人,講師.

中圖分類號：S156

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-7974(2016)02-0040-04