李雁喬，章 騫，黃永生，莊鑫中，許少凡，莊詩怡，方宏達，曹敏杰

(1．集美大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，福建 廈門 361021； 2.福建省漳浦縣農(nóng)業(yè)局,福建 漳州 363200；3.福建省珊瑚島生物科技有限公司，福建 漳州 363600)

0 引言

農(nóng)田土壤質(zhì)量對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起著決定性作用。土壤母質(zhì)和氣候的綜合作用導(dǎo)致我國南方地區(qū)土壤普遍呈現(xiàn)酸性。此外，由于氮肥、磷肥和鉀肥等化肥施用過量，澆灌方式不當(dāng)?shù)葐栴}，我國南方地區(qū)農(nóng)田土壤中的正負離子比例失衡，土壤酸化程度日益嚴峻[1]。土壤酸化可引起有效養(yǎng)分大量淋失，土壤質(zhì)量退化，對生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)種植產(chǎn)生十分嚴重的影響[2]。采用石灰來改良土壤酸化，短期會有一定效果，但長期使用會造成土壤板結(jié)，進一步導(dǎo)致土壤肥力下降，不利于作物生長[3]。

平和縣地處福建省漳州市西南部，年平均氣溫21.3 ℃，年均降雨量1 340 mm，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候。根據(jù)《中國土壤系統(tǒng)分類》[4]標準可知，平和縣土壤屬赤紅壤，為磚紅壤和紅壤之間的過渡類型。赤紅壤呈酸性，正常情況下，水浸溶液的pH值在5.0～5.5。平和縣是特色水果琯溪蜜柚的主產(chǎn)地，全縣種植規(guī)模已達4.3萬hm2，年產(chǎn)量120多萬t[5]。近年來，由于作物的過度種植、化肥的過量使用以及酸雨的影響，琯溪蜜柚土壤酸化問題日益嚴重。黃綠林[6]報道琯溪蜜柚土壤pH值為(4.25±0.42)。方梅玉[7]也報道平和縣土壤的平均pH值為4.35，屬極強酸性。錢笑杰等[8]研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH值大于5.0比較適合琯溪蜜柚的生長。因此，采用環(huán)境友好型的生物質(zhì)肥料來修復(fù)琯溪蜜柚土壤問題迫在眉睫。

牡蠣是我國重要的海洋經(jīng)濟貝類。據(jù)統(tǒng)計，2018年全國牡蠣產(chǎn)量超過490萬t，而同年福建省牡蠣產(chǎn)量達190萬t[9]。在牡蠣加工過程中，占總質(zhì)量60%以上的殼常作為廢棄物被直接舍棄，帶來嚴重的環(huán)境污染。實際上，牡蠣殼作為一種優(yōu)質(zhì)的生物質(zhì)材料，可用于改善土壤酸化、板結(jié)現(xiàn)象[10]。曹英蘭等[11]報道，酸性土壤中添加5%的牡蠣殼粉后，pH值可由5.56提高至7.74。周紅梅等[12]研究發(fā)現(xiàn)，牡蠣殼類土壤調(diào)理劑的施用量分別為500 kg/hm2和900 kg/hm2時，土壤容重分別降低了2.27%和6.27%。煅燒后的牡蠣殼粉與未煅燒的相比，主要成分由溶解性差的碳酸鈣變?yōu)橐兹芙獾难趸}，水溶液的pH值更高，孔隙結(jié)構(gòu)更為豐富[13-14]。因此，煅燒牡蠣殼粉更有利于修復(fù)酸性土壤并有望改善果實品質(zhì)，但國內(nèi)外鮮有實際應(yīng)用的研究報道。

本研究以煅燒牡蠣殼粉為試驗材料，以土壤pH值、容重、有機質(zhì)含量和果實糖酸比、固酸比等為評價指標，研究其對強酸性土壤的綜合修復(fù)效果和琯溪蜜柚果實品質(zhì)的綜合改善效果，以期為酸性土壤的治理和牡蠣殼的利用提供一種解決方案。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗地位于福建省漳州市平和縣坂仔鎮(zhèn)聯(lián)建村的琯溪蜜柚種植基地，已種植蜜柚20年以上，地理坐標為北緯24°18′45″，東經(jīng)117°12′52″，海拔(210±6)m，年平均氣溫21.3 ℃，總積溫7 800 ℃，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，全年無霜期318 d，年日照總時2 240 h，年均降雨量1 340 mm。

田間試驗地土壤屬赤紅壤，酸化嚴重，屬強酸性土壤，有機質(zhì)含量偏低。土壤的本底值：容重值1.34 g/cm3，耕層土壤pH值3.2，有機質(zhì)含量14.42 g/kg。

1.2 實驗材料

煅燒牡蠣殼粉由福建省珊瑚島生物科技有限公司提供。牡蠣殼自然晾曬一年后經(jīng)500～1 000 ℃高溫分段煅燒、粉碎后制成煅燒牡蠣殼粉，粒徑約為100目。

1.3 實驗方法

1.3.1 實驗設(shè)計

于2017年12月13日對種植琯溪蜜柚的土壤施用1次煅燒牡蠣殼粉。按照煅燒牡蠣殼粉的施用量，試驗設(shè)4個處理組，每組10棵樹，共計40棵樹。對照組(CK)，施用量0 kg/棵；T1組，施用量1.25 kg/棵；T2組，施用量2.50 kg/棵；T3組，施用量3.75 kg/棵。每個處理組均施用相同用量的基肥(硼肥、硅肥、鎂肥)。2018年1月和2018年5月分別追施平衡復(fù)合肥各1次，2018年3月追施高氮復(fù)合肥1次。施肥方式均為撒施，施肥范圍以樹干為圓心半徑 1.5 m處。煅燒牡蠣殼粉和基肥施用量見表1。田間管理按常規(guī)管理。

表1 煅燒牡蠣殼粉和基肥施用量

1.3.2 牡蠣殼煅燒前后掃描電子顯微鏡分析

掃描電子顯微鏡分析方法參考劉文[15]的方法并做部分修改。取大小約為3 mm×3 mm的煅燒牡蠣殼和未煅燒牡蠣殼碎片置于燒杯中，加入無水乙醇溶液超聲處理20 min，取出后置于置物臺上，外殼朝上，自然晾干后真空噴金，用掃描電子顯微鏡(Phenom，荷蘭)觀察并記錄圖像。

1.3.3 土壤樣品采集與測定

1.3.3.1 土壤樣品采集 2017年12月分別對每棵琯溪蜜柚試驗果樹進行土壤采樣，測定土壤本底值。施用煅燒牡蠣殼粉后，分別于2018年3月、6月、11月進行土壤采樣，共計4次。用100 cm3取土環(huán)刀采集每棵蜜柚果樹靠近根部4～9 cm深的土壤樣品，每棵樹取2個位點，將每棵樹2個位點的新鮮土樣分別裝袋帶回實驗室，測定土壤容重值。用200 cm3取土環(huán)刀采集每棵蜜柚果樹靠近根部4～15 cm深的土壤樣品，每棵樹取3個位點，將每棵樹3個位點的土樣混合均勻后，裝袋帶回實驗室，并置于陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，用于測定琯溪蜜柚土壤的pH值和土壤有機質(zhì)含量。

1.3.3.2 土壤理化指標的測定 土壤pH值測定方法參考中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準《NY/T 1377—2007 土壤pH的測定》[16]。土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容重法-稀釋熱法[17]進行檢測。土壤容重的測定方法參考中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準《NY/T 1121.4—2006土壤檢測 第4部分：土壤容重的測定》[18]。

1.3.4 果實樣品采集與測定

1.3.4.1 果實樣品采集及前處理 2018年10月琯溪蜜柚收獲期進行果實采樣。對40棵試驗果樹各采摘蜜柚果實樣品10個，采摘高度基本一致，單果的大小、質(zhì)量基本相同。果實樣品分為2組，一組用于測定蜜柚果實的糖酸比、固酸比、維生素C含量、汁胞硬度等指標，另一組用于感官評價。

1.3.4.2 果實品質(zhì)指標的測定 琯溪蜜柚果實糖酸比為可溶性糖含量與可滴定酸含量的比值，固酸比為可溶性固形物含量與可滴定酸含量的比值?？扇苄蕴呛坎捎幂焱壬╗19]測定，可溶性固形物含量采用手持糖度計(WYT，中國)進行測定，可滴定酸含量采用氫氧化鈉滴定法[20]進行測定。果實中維生素C含量參考食品安全國家標準《GB 5009.86—2016 食品中抗壞血酸的測定》[21]中2,6-二氯靛酚滴定法，采用紫外-可見光分光光度計(Lambda 35，美國)進行測定。果實汁胞硬度的測定方法參考程五林[22]并做部分修改，使用質(zhì)構(gòu)儀(TA.new plus，中國)進行實驗，選用P/2N探頭，探頭下降起始高度為5 mm，測試前速度為60 mm/min，測試速度為30 mm/min，測試后速度為60 mm/min，觸發(fā)力為0.3 N，壓縮比例為60%，延遲時間為5 s。

1.3.4.3 果實感官評價 柑橘汁胞指標評分法是針對各評價指標建立起來的科學(xué)合理的評分規(guī)則及方法[23]。在確定了琯溪蜜柚果實感官評價要素和權(quán)重后，對評價體系總分的設(shè)置以及評分規(guī)則的確定進行了研究，確定了果實品質(zhì)感官評價體系[24]。4個施用量組每組取10個琯溪蜜柚，每個蜜柚各取6瓣形狀、大小相似的果肉，共計240個樣本。30位感官評價員單獨品嘗每個樣本的相同部位的果肉，每品嘗完一個樣本，用40 ℃溫水漱口。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實驗數(shù)據(jù)采用Excel進行整理分析，用SPSS 19.0進行統(tǒng)計分析，用LSD法比較各個組之間的顯著性差異(P<0.05)。

2 結(jié)果與討論

2.1 牡蠣殼煅燒前后掃描電子顯微鏡分析

利用掃描電子顯微鏡表征牡蠣殼煅燒前后外殼的微觀形貌。由圖1a可見，未煅燒牡蠣殼外殼的表面結(jié)構(gòu)相對簡單，孔隙少且不規(guī)則。由圖1b可見，煅燒牡蠣殼外殼表面復(fù)雜，微孔結(jié)構(gòu)明顯增多，孔徑大小介于2～10 μm，大大增加了比表面積。這種蜂窩狀孔隙結(jié)構(gòu)提高了其吸附性能，有利于促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，增強土壤透氣性和保水保肥能力，也有利于土壤微生物的繁殖。Ok等[13]報道，天然牡蠣殼粉在900 ℃下煅燒4 h后，表面形成豐富的多孔結(jié)構(gòu)。Alidoust等[14]的研究表明，牡蠣殼經(jīng)750 ℃以上煅燒后，孔隙結(jié)構(gòu)增多，比表面積增大，均與本實驗結(jié)果相似。

2.2 不同施用量的煅燒牡蠣殼粉對酸性土壤的修復(fù)效果

2.2.1 對土壤pH值的影響

2017年12月對試驗點土壤進行第一次采樣，測得其初始pH值為3.15～3.23。根據(jù)我國土壤酸堿度的等級標準分類可知，該試驗點屬于強酸性土壤。由圖2可知，施用煅燒牡蠣殼粉后，2018年3月、6月和11月，T1組、T2組、T3組的土壤pH值均比CK組高，并呈現(xiàn)出先增加后逐漸趨于穩(wěn)定的趨勢。與CK組相比，2018年3月，T1組的pH值從3.15提高到4.73，T2組pH值從3.17提高至5.27，T3組pH值從3.23提高至5.63。2018年6月，T1組的pH值比初始pH值提高了1.20，T2、T3兩組的pH值分別比初始pH值提高了1.47和1.54。2018年11月，T1、T2、T3 3組的pH值與初始本底值相比，T1組pH值從3.15增加至4.25，T2組pH值從3.18增加至4.33，T3組pH值從3.23增加至4.62。由以上結(jié)果可知，施用煅燒牡蠣殼粉能夠有效提高土壤的pH值，改善土壤的酸化問題。

牡蠣殼經(jīng)高溫煅燒后，主要成分由碳酸鈣轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸}，有利于提高土壤中OH-的數(shù)量，益于改良酸性土壤的pH值。Yong[25]研究表明，牡蠣殼粉施用量為2 550 kg/hm2時，番茄土壤的pH值由4.80升高至5.20，提高了0.40。田中學(xué)[26]也發(fā)現(xiàn)，施用干土質(zhì)量1%～2%的牡蠣殼粉，水稻田土壤pH值可提高0.1～0.6。但他們施用的均是未經(jīng)煅燒的殼粉。本研究施用3.75 kg/棵的煅燒牡蠣殼粉，土壤pH值提高1.39，說明煅燒牡蠣殼粉對于酸性土壤pH值的修復(fù)效果更佳。

2.2.2 對土壤有機質(zhì)的影響

土壤有機質(zhì)主要來源于植物、動物及微生物殘體，是土壤固相部分的重要組成成分，也是植物營養(yǎng)的主要來源。由圖3可知，T1、T2、T3組的有機質(zhì)含量在最初的3個月內(nèi)有一定的增加，至2018年6月達到最高值，而后開始減少。2018年3月，T1組的有機質(zhì)含量從初始的14.42 g/kg提高至24.75 g/kg，增加了71.64%。2018年6月，CK組與同組初始值相比增加了101.53%，推測主要是由于3—6月是該地區(qū)的雨季，而4—5月是柚子開花期，落花、落果多，土壤中腐殖質(zhì)含量增加所導(dǎo)致的。T1組與同組初始值相比增加了168.24%，與同期的CK組相比提高了27.70%。至2018年11月，T1、T2兩組與初始本底值相比，分別增加了88.70%和72.65%。由實驗結(jié)果可以看出，施用煅燒牡蠣殼粉可以有效增加土壤中的有機質(zhì)含量，提高土壤肥力。其中，牡蠣殼粉施用量為1.25 kg/棵時，土壤有機質(zhì)含量顯著提高，改善效果最明顯，其次為牡蠣殼粉施用量2.5 kg/棵和3.75 kg/棵的。

由于南方地區(qū)特有的氣候特征以及土壤酸化狀態(tài)，不利于有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化與合成，從而使土壤有機質(zhì)含量較低。當(dāng)琯溪蜜柚酸性土壤施用煅燒牡蠣殼粉后，土壤pH值升高，團粒結(jié)構(gòu)增加，含水量增多，有機質(zhì)向腐殖質(zhì)的轉(zhuǎn)化率提高。而腐殖質(zhì)占土壤有機質(zhì)總量的80%～95%，是土壤有機質(zhì)的主體，進而有利于提高土壤中有機質(zhì)含量。另外，土壤中施用煅燒牡蠣殼粉后，可以鈍化土壤中重金屬離子的活性，使重金屬污染降低，從而促進土壤中難溶性礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，土壤有機質(zhì)含量進一步提高。

2.2.3 對土壤容重的影響

琯溪蜜柚土壤容重的初始本底值為(1.34±0.08)g/cm3，略高于一般耕作層土壤的容重(1～1.3 g/cm3)[27]，說明試驗田土壤存在一定的板結(jié)現(xiàn)象。由圖4可知，隨著時間的變化，T1、T2、T3的容重均呈現(xiàn)先下降后基本穩(wěn)定的趨勢。2018年3月，T1、T2、T3 3組的容重值與CK相比，均有一定程度的下降，但差異不顯著。2018年6月，與CK組相比，T1組從1.34 g/cm3降低至1.11 g/cm3，減小了17.16%。同期，CK組的容重值也從1.34 g/cm3降低至1.21 g/cm3，這主要是由于6月份雨水較多導(dǎo)致的。2018年11月，T1、T2、T3 3組分別比初始容重值減小了17.16%、15.67%和16.42%。CK組的容重值回升至(1.30±0.04)g/cm3，推測主要是由于11月份為旱季，降雨少導(dǎo)致土壤的疏松度降低。結(jié)果說明，煅燒牡蠣殼粉自身的孔隙結(jié)構(gòu)能夠有效降低琯溪蜜柚土壤的容重值，提高土壤疏松性，緩解酸性土壤板結(jié)現(xiàn)象。其中，當(dāng)施用量為1.25 kg/棵時，土壤容重改善效果最好，其次為3.75 kg/棵和2.50 kg/棵的。

土壤容重反映了土壤的孔隙度，也是其熟化程度的指標。有機質(zhì)具有很強的吸水性能，能夠改變土壤顆粒的膠結(jié)狀況[28]。因此，土壤中的有機質(zhì)含量會對土壤孔隙度和持水量產(chǎn)生重要影響，進而對土壤容重產(chǎn)生影響[29]。土壤有機質(zhì)含量高，土壤孔隙度提高，持水量增大，土壤容重值減小。

2.3 煅燒牡蠣殼粉對琯溪蜜柚果實品質(zhì)的影響

2.3.1 對琯溪蜜柚果實糖酸比、固酸比的影響

由圖5可知，隨著煅燒牡蠣殼粉施用量的增多，糖酸比和固酸比的比值逐漸增大，即T3>T2>T1>CK。T3組糖酸比為16.60，相比于CK組的13.16，增加了26.14%。T3組固酸比為19.50，相比于CK組的16.52增加了18.04%，說明往土壤中施用煅燒牡蠣殼粉可以提高琯溪蜜柚果實的口感。

琯溪蜜柚屬柑橘屬，是多年生常綠果樹，開花量大，掛果時間長，對養(yǎng)分的需求量較大[30]。施用煅燒牡蠣殼粉后，土壤pH值顯著提高，接近適宜琯溪蜜柚果樹生長的范圍。當(dāng)pH值升高時，土壤中的正電荷減少，果樹對于鈣、鉀、磷、硼、鎂等營養(yǎng)元素的吸附性顯著提高，這些陽離子與土壤的結(jié)合能力隨pH值的升高而增加，易于被果樹吸收和利用，提高糖酸比和固酸比，有利于改善果實品質(zhì)。

2.3.2 對琯溪蜜柚維生素C含量的影響

由圖6可知，隨著煅燒牡蠣殼粉施用量的增加，蜜柚果實維生素C的含量呈現(xiàn)先增加后趨于平緩的趨勢。當(dāng)施用量為2.50 kg/棵(T2)時，蜜柚果實中維生素C含量最高，達到361.4 mg/kg，與CK組相比，增加了2.21%。T3組含量與T2組含量相近，比CK組增加了2.18%。T1組與CK組相比，差異不顯著。結(jié)果表明，施用煅燒牡蠣殼粉可以有效提高蜜柚果實的維生素C含量，其中，以施用量為2.50 kg/棵時效果最佳。

盧曉鵬等[31]發(fā)現(xiàn)，在pH=5.5～7.5范圍內(nèi)，隨著土壤pH值的上升，椪柑果實維生素C的含量更高。據(jù)報道[32]，強酸性土壤不利于水果生長，甚至可能因為土壤過度酸化而使土壤中的可溶性錳、鋁和銅元素迅速增加，導(dǎo)致水果重金屬超標，或影響鉀元素的吸收，果實品質(zhì)較差。在本研究中，施用煅燒牡蠣殼粉后，強酸性土壤pH值升高，趨近于蜜柚適宜生長范圍，土壤中有機質(zhì)含量顯著增加，為琯溪蜜柚果實的生長、發(fā)育提供充足的營養(yǎng)元素，有利于蜜柚在生長、成熟期間直接吸收利用，從而促進蜜柚果實中可溶性糖含量的積累和維生素C的合成。

2.3.3 對琯溪蜜柚果實汁胞硬度的影響

由圖7可以看出，施用煅燒牡蠣殼粉可以降低琯溪蜜柚果實汁胞的硬度，且施用量越高，蜜柚果實的硬度值越低。T1組果實汁胞的硬度為0.157 N，T2組為0.126 N，T3組降至0.105 N，分別比CK組減小了6.71%，24.93%，37.36%。果實中總可溶性糖含量升高，會加速果實軟化，硬度值隨之降低。本研究結(jié)果表明，煅燒牡蠣殼粉的使用可以顯著降低蜜柚果實汁胞的硬度，改善口感。

2.3.4 感官評價

選擇30位評價員，采用百分制、定量描述法對琯溪蜜柚果實的某一指標在不同程度上的品質(zhì)特性進行描述，并相應(yīng)地賦予分值。將評分進行匯總，進行平均值及顯著性差異分析，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，隨著煅燒牡蠣殼粉施用量的增多，蜜柚果實的滋味評分越高，T1組、T2組、T3組分別比CK組提高了7.21%，13.61%，18.33%，其中，T2、T3兩組與對照組均存在顯著性差異(P<0.05)。形態(tài)表示蜜柚果實顆粒的飽滿程度，分數(shù)也隨著煅燒牡蠣殼粉施用量的增加呈現(xiàn)出輕微的上升趨勢，與CK組相比，分別提高了2.84%，7.15%，9.21%，差異不顯著?，g溪蜜柚出現(xiàn)果實囊瓣開裂現(xiàn)象，即木質(zhì)化現(xiàn)象，可能是由于偏施化肥，有機肥施得少，營養(yǎng)元素失調(diào)導(dǎo)致的。隨著煅燒牡蠣殼粉施用量的增加，土壤肥力增加，營養(yǎng)元素更加趨于均衡，琯溪蜜柚果實囊瓣開裂程度有逐漸減緩的趨勢，分別比CK組降低了15.85%，10.08%，23.17%。施用煅燒牡蠣殼粉對于果實氣味沒有明顯的改善效果，色澤雖然有改良但并沒有明顯的趨勢。綜合以上評分，煅燒牡蠣殼粉對于琯溪蜜柚果實的口感、顆粒飽滿度以及果實囊瓣開裂程度有較明顯的改善效果。

表2 蜜柚果實感官評價表

3 結(jié)論

煅燒牡蠣殼粉相對于牡蠣殼粉能夠更顯著修復(fù)酸性土壤，提高土壤pH值，減小土壤容重，增加土壤孔隙度，提高土壤的有機質(zhì)含量，改善土壤理化性質(zhì)，更適宜琯溪蜜柚果實的生長與成熟。施用煅燒牡蠣殼粉后，琯溪蜜柚果實糖酸比、固酸比的比值減小，維生素C含量顯著增加，果實汁胞的硬度減小。