不同粒度珊瑚钙质砂对小白菜生长、品质及土壤性质的影响

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　　摘   要   采用盆栽试验，以碳酸钙为参比，探讨了不同粉碎粒度珊瑚钙质砂对小白菜生长、品质及土壤理化性质和酶活性的影响。研究结果表明，酸性砖红壤添加5.0 mg·kg-1的不同粒度钙质砂，能有效提升小白菜生长指标（株高、叶长、叶宽、叶片数、地上部鲜重、地上部干重、根长、SPAD）和品质指标（可溶性糖、可溶性蛋白、VC），提高土壤pH值、交换性钙镁含量和电导率，降低土壤交换性酸和交换性铝含量，同时增强土壤脲酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性，且改善效果随钙质砂粒径的减小而加强。总体而言，粒径为0.075～0.25 mm钙质砂的施用效果与碳酸钙相当，而粒径<0.075 mm钙质砂的施用效果优于碳酸钙。
　　关键词    珊瑚砂;钙质砂;土壤改良;小白菜;生长;品质
　　中图分类号：S606.1;S156    文献标志码：A    DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.13.002
　　由于气候特征和长期不合理施肥、不合理耕作等原因，热带土壤表现出严重的酸、瘦、砂、黏等不利于作物生长、发育的问题[1]。施用石灰或石灰石粉改良是降低土壤酸性、提高土壤可持续利用的传统方法[2]，但长期大量施用会导致土壤板结、中微量元素失衡等问题[3]。
　　在热带浅海区域堆积着大量珊瑚钙质砂，其主要来源为珊瑚碎屑、贝壳、有孔虫等海洋动物，主要化学成分是碳酸钙和碳酸镁，还含有锶、锌、锰、铜等微量元素和少量氮、磷、钾元素[4]。珊瑚钙质砂通常在港湾、航道建设或沿海工程开挖过程大量产生，如将其丢弃或闲置不仅会占用宝贵的土地或海域資源，还会影响周围景观;如将其用于热带酸性土壤改良，则不仅能变废为宝、节约占地，还能保护耕地、提高作物产量，可谓一举两得。本研究通过小白菜盆栽试验，探讨向热带酸性土壤（砖红壤）添加不同粉碎粒度的珊瑚钙质砂对作物生长和土壤理化性质的影响，以期为钙质砂的农业应用提供数据支撑。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　供试小白菜（Brassica chinensis L.）品种为京研快菜5号。
　　供试土壤为酸性花岗岩砖红壤，取自海南省三亚市天涯区妙林村，其基本理化性质为：pH值4.53，电导率1.54 mS·cm-1，有机质12.7 g·kg-1，有效磷14.3 mg·kg-1，速效钾28.5 mg·kg-1，NH4+-N 3.5 mg·kg-1，NO3--N 11.6 mg·kg-1。土壤取回实验室后，去除石块及植物残体，粉碎过2 mm筛，风干备用。
　　供试珊瑚钙质砂取自三亚小东海，取回实验室后用清水洗净、烘干、粉碎、筛分备用。
　　1.2 试验设计
　　盆栽试验在海南热带海洋学院园艺基地进行。试验共设5个处理：CK（不添加钙质砂和碳酸钙），T35（钙质砂过35目筛而被60目筛截留，粒径0.25～0.5 mm），T60（钙质砂过60目筛而被200目筛截留，粒径0.075～0.25 mm），T200（钙质砂过200目筛，粒径<0.075 mm），CC（参比处理，纯碳酸钙粉过200目筛）;钙质砂或碳酸钙的添加量均为5.0 g·kg-1土壤，每处理重复5次。所有处理氮（100 mg·kg-1）、磷（50 mg·kg-1）、钾（50 mg·kg-1）肥用量一致并做基肥一次性施用。取风干砖红壤5 kg与基肥和钙质砂（或碳酸钙）混合均匀后，装入聚乙烯盆（上口径25 cm，下口径20 cm，高18 cm）中，用水湿透。2019年7月4日播种;7月12日间苗定植，每盆留取长势基本一致的小白菜幼苗3株;8月10日一次性收获并测定小白菜生长和品质指标。土壤过2 mm筛，部分风干后保存用于测定理化性质，部分保存于4 ℃用于测定酶活性。
　　1.3 测定方法和指标
　　小白菜生长指标，包括株高、叶长、叶宽、根长、地上部鲜重、根鲜重等直接用直尺或天平测定;植物鲜样105 ℃杀青后70 ℃烘干称量干重;根冠比采用根干重与地上部干重的比值;叶绿素应用便携式叶绿素测定仪（SPAD-502plus）在采收前测定;可溶性糖、可溶性蛋白和硝酸盐含量分别采用蒽酮法、BCA法和水杨酸法测定[5]，VC含量采用二氯靛酚法测定（GB 5009.86-2016）。
　　土壤理化性质指标，包括pH值、电导率、有机质、有效磷、速效钾、NH4+-N、NO3--N、交换性酸、交换性铝和交换性钙镁等，参照文献[6]进行;土壤脲酶、蔗糖酶及过氧化氢酶活性采用文献[7]推荐的方法测定;脱氢酶的测定方法参见文献[8]。
　　1.4 数据处理
　　所有试验数据采用Excel 2010处理，采用SPSS 22.0进行统计分析。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同粒度珊瑚钙质砂对小白菜生长的影响
　　由表1可见，添加不同粒径钙质砂（T35、T60、T200）和碳酸钙（CC）处理小白菜株高、叶长、叶宽、叶片数、地上部鲜重、地上部干重、根长、SPAD等指标均显著高于CK（P<0.05），根冠比显著低于CK（P<0.05），只有根鲜重和根干重各处理间无显著性差异。T60处理在促进小白菜生长方面的表现总体与参比CC一致，而T200处理小白菜的株高、叶宽、地上部鲜重、地上部干重和SPAD均显著高于T35、T60和CC（P<0.05）。总体而言，酸性砖红壤添加5.0 g·kg-1不同粒径的钙质砂，均能有效提升小白菜的生长指标，且随粒径的减小增产趋势增强。
　　2.2 不同粒度珊瑚钙质砂对小白菜品质的影响
　　由图1可知，不同粒度珊瑚钙质砂的施用，能显著提升小白菜可溶性糖、可溶性蛋白、VC和硝酸盐含量，且含量随钙质砂粒径的减小而升高。参比CC处理小白菜的可溶性糖含量与T60和T200接近，可溶性蛋白和VC含量与T35接近，而硝酸盐含量与T200无显著性差异。 　　2.3 不同粒度珊瑚钙质砂对土壤理化性质的影响
　　由表2可见，钙质砂的添加显著提升了酸性土壤的pH值，且提升幅度随粒径的减小而增大。与此同时土壤电导率和交换性钙镁含量增加，而交换性酸和交换性铝含量降低。随钙质砂粒径的减小，土壤有机质、速效钾和NH4+-N含量有所降低，而有效磷和NO3--N含量基本不变。参比CC改变砖红壤理化性质的能力大体上与T200处理表现一致。
　　2.4 不同粒度珊瑚钙质砂对土壤酶活性的影响
　　由图2可知，随钙质砂粒径的减小，土壤脲酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性总体呈增强趋势且显著高于对照（P<0.05），而蔗糖酶活性呈降低趋势。参比CC蔗糖酶活性显著低于其他处理（P<0.05），脲酶活性与T60基本一致，而过氧化氢酶、脱氢酶与T60和T200均无显著性差异。
　　3 小结与讨论
　　本研究结果表明，土壤中添加钙质砂：1）能有效提升小白菜的生长指标，增加其营养物质（可溶性糖、可溶性蛋白和VC）含量，但不能降低其硝酸盐含量;2）能有效提升酸性土壤pH值、交换性钙镁含量和电导率，降低其交换性酸和交换性铝含量;3）提高土壤NO3--N含量，降低土壤有机质、速效钾和NH4+-N含量，而对有效磷含量无影响;4）提升脲酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性，降低蔗糖酶活性;5）随钙质砂粒径的减小，其对土壤理化性质和小白菜生长的改善能力增强;6）T60处理的效果与CC相当，T200处理的效果优于CC。
　　土壤中有机质、氮、磷、钾和微量元素等都会影响蔬菜的生长及品质[9]。施用钙质砂能有效促进作物生长的原因有：1）与市售碳酸钙相比，珊瑚砂的钙含量稍低，但却含有较丰富的镁、锶、硼、锌、锰、铜等中微量营养元素，这些元素的加入不仅能够更好地满足作物的生长需求，还能有效提升其产量和品质[10];2）施用钙质砂提升了酸性土壤的pH值，增加了部分养分的可利用性[11];3）降低了強酸性土壤对作物的酸害和铝毒。
　　钙质砂的主要成分是碳酸钙和碳酸镁，其施入后可中和土壤中的活性H+，生成HCO3-或CO2，对土壤酸性具有显著的降低作用;同时随土壤pH值的升高，Al3+与OH-形成沉淀，活性Al3+含量降低[12]。难溶的碳酸盐进入酸性土壤后逐渐溶解，Ca2+、Mg2+等离子释放，可向土壤提供大量交换性阳离子，使土壤可交换性钙镁含量增加，同时土壤电导率亦随之提高。
　　珊瑚钙质砂是一种疏松多孔材料[13]。随钙质砂粉碎粒径的减小，其比表面积显著提升，与酸性土壤接触和反应的频率加快，故而其改善土壤理化性质的能力增强。各地开挖疏浚得到的钙质砂的天然粒径分布多有不同，但<2 mm的细粒部分往往占50%以上，其中又以0.1～0.5 mm部分居多[14]。因此可推断，如果天然钙质砂不加以粉碎直接施用，其对土壤的改善效果应介于本研究的T35和T60之间。
　　钙质砂的施用对土壤养分含量的影响较为复杂。一方面，随土壤酸性的降低，土壤微生物数量和多样性得到改善[15]，酶活性增强，土壤矿化速率升高，这导致其有机质含量降低，速效养分含量提升;另一方面，随土壤pH值的升高，氨挥发和硝化作用增强[16]，有效磷被钙化固定的比例上升，又导致部分速效养分含量降低;加之各处理作物生长状况有所不同，对各种营养元素的吸收量亦存在差异，最终导致土壤养分含量随钙质砂的添加趋势各异。
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　　（责任编辑：丁志祥）
　　收稿日期：2020-02-07
　　基金项目：三亚市农业科技创新项目“常年蔬菜土壤质量提升关键技术研究与推广”（2018NK05）;海南省大学生创新创业计划项目“海洋钙质砂改良对酸性土壤质量及蔬菜产量和品质的影响”（2017155）、“滨海农用沙地土壤微生物和酶活性对施用有机肥的响应”（2017143）。
　　作者简介：史云峰（1981—），男，内蒙古赤峰人，博士，教授，主要从事土壤与植物营养学研究。E-mail： shiyunfeng8189@sina.com。
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