我国的土壤资源有限，耕地质量普遍较差，且土壤肥力不均衡^[1]。因此，提高土壤质量，发展精准农业对农业可持续发展至关重要。近年来，我国农作物种植业结构发生明显变化。其中，粮食作物播种面积占农作物总种植面积比例有所下降，经济作物、蔬菜和果树等作物的比例有所增加^[2]。浙江省浦江县属中亚热带季风气候，年平均气温17.5℃，年均降水量1424mm，年日照1996.2h，光热水条件优越，另外此地地处金衢盆地丘陵地带，盆地东部有出风口，地理结构特殊，昼夜温差大，非常适宜栽培葡萄并且造就了其独特的品质^[3]。自20世纪80年代起就大面积发展葡萄，2017年浙江浦江葡萄面积达到了4400hm²，产值达9.3亿元，是浙江省最大的葡萄产区，享有“江南吐鲁番”之美誉^[4]。然而，近年来葡萄产区果农片面的追求高产量，无机化肥施用过量，有机肥的施入不足，使得土壤环境质量状况日益下降，土壤板结和酸化状况严重，导致了葡萄产量和品质的下降。

对果园土壤进行酸化防治不仅可以防止土壤中养分的过快流失，提高其养分的有效性，而且还可提升土壤对重金属离子的缓冲能力，从而降低重金属离子风险，进而提升果实的安全性和品质^[5-7]。而目前施用最广泛的土壤酸化防治方法主要是生石灰改良法^[8-9]，此种方法虽然可以有效地提高土壤pH，但是往往治标不治本，酸化状况依然得不到根本的改善。

本研究以常规的生石灰改良方法为对照，分别比较了施用含硅钾土壤改良剂和含腐殖酸土壤改良剂对葡萄园土壤有机质、总氮、总磷、总钾、总钙、总镁、交换态钙、交换态镁和耕地质量状况的影响，同时还分析了3种土壤酸化改良剂对葡萄果实品质中含水率、可溶性糖、维生素C、游离氨基酸、可滴定酸含量以及重金属积累的影响。无论是在酸化土壤治理还是农民实际生产过程中，土壤酸化改良剂的成本是使用过程中最关键的因素之一。因此，在保证3种土壤改良剂发挥改良效果的前提下，根据当地3种改良剂的市场价格，在相同酸化治理成本下（3种土壤改良剂的施用方法类似，人工成本类似），评估3种改良剂对土壤和作物生长的效果。此研究结果对果园土壤酸化治理，保证葡萄产区产业持续健康发展具有重要现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验处理

试验地点位于浙江省浦江县，葡萄品种为“巨峰葡萄”，选择地力较为均匀的成龄葡萄地进行大区试验。根据当地市场价格，在相同酸化治理成本下（约3000元/hm²），分别利用含硅钾土壤改良剂（1500kg/hm²），主要成分为K₂O≥4.0%、 CaO≥32.0%、MgO≥5.0%、SiO₂≥30.0%；含腐殖酸的土壤调理剂（1800kg/hm²），主要成分为有机质≥20.0%、腐殖酸≥8.0%、CaO≥15.0%、 MgO≥10.0%以及生石灰（1500kg/hm²），作为试验用的土壤酸化改良剂。每个采样点采用梅花形采样法，采集3个子样充分混合成一个样品，采样深度为0～40cm。设置3个重复。将土壤样品自然风干，去除样品中植物组织根系、残渣及可见侵入体，用玛瑙研钵研磨过0.15mm尼龙筛^[10]。土样的测定分析所用试剂、标准溶液配置以及仪器工作参数均遵循相关技术要求规范^[11]。第一次取样为2018年12月19日，土壤酸性改良剂施用前，测试分析葡萄土壤基础性状如表1所示。第二次取样为2019年8月26日，葡萄收获季节取土壤和葡萄果实。

1.2 土壤与植株测定

土壤pH的测定方法为电位法，水土比为2.5∶1；土壤有机质采用外加热重铬酸钾容量法；全氮含量采用凯式蒸馏法；有效磷含量采用0.5mol/L NaHCO₃ 浸提-钼锑抗比色法；速效钾含量采用1.0mol/L NH₄OAc浸提-火焰光度法；土壤中总砷、总汞含量的测定采用氢化物发生原子荧光光谱法； 铅、镉含量的测定采用电感耦合等离子体发射光谱法；土壤总铬采用石墨炉原子吸收分光光度法测定。氨基酸采用70%的甲醇提取，茚三酮比色法测定。土壤中交换性铝含量的测定按照崔朋辉等^[12] 的方法。土壤中交换性钙镁含量的测定按照魏林根等^[13]的方法。果实中可溶性糖的比色法测定参照莫淑勋等^[14]的方法，可滴定酸与维生素C的测定按照龙淑珍等^[15]的方法。

1.3 统计分析与制图

利用Excel2013和SPSS 19.0软件进行数据的处理和统计分析。利用SigmaPlot 10.0进行图像的制作。

2 结果与分析

2.1 不同土壤酸性改良剂对葡萄园土壤状况的影响

如图1所示，3种土壤酸性改良剂施用后较施用之前（表1）显著改善了土壤的酸化。常规改良方法生石灰施用后土壤的pH为5.92，而施用含硅钾土壤改良剂处理和含腐殖酸土壤改良剂处理土壤的pH分别为6.37和6.55。与此同时，与生石灰处理相比，施用含硅钾土壤改良剂和含腐殖酸的土壤改良剂处理，土壤中交换态铝的含量显著下降，分别降低了31%和25%，表明了施用含硅钾土壤改良剂和含腐殖酸的土壤改良剂在有效提高土壤pH的同时，也降低了土壤酸化下铝毒的风险。

注：A：生石灰处理；B：含硅钾土壤改良剂处理；C：含腐殖酸土壤改良剂处理。不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。下同。

如表2所示，施用含硅钾土壤改良剂和含腐殖酸的土壤改良剂处理后土壤的有机质含量显著高于生石灰处理，分别高出9.5%和22.5%。土壤中的总氮、总磷、总钾、总钙的含量在3种酸性改良剂处理之间没有显著性的差异。施用含硅钾土壤改良剂处理和含腐殖酸的土壤改良剂处理之间土壤的镁含量没有显著差异，但是显著高于生石灰处理。较生石灰处理，施用含硅钾土壤改良剂处理的交换态钙离子和交换态镁离子含量虽略有升高，但是没达到显著水平，而施用含腐殖酸的土壤改良剂处理土壤的交换态钙离子和交换态镁离子含量显著上升，分别升高33%和35%（图2），这可能与含腐殖酸土壤改良剂中含有的有机质分解以及腐殖酸对交换态钙离子和交换态镁离子的固持有关。如表3所示，3种酸性改良剂处理之间，土壤中的主要重金属砷、镉、铬、铅含量没有显著性差异。

注：同列不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。下同。

注：A：生石灰处理；B：含硅钾土壤改良剂处理；C：含腐殖酸土壤改良剂处理。

2.2 不同土壤酸性改良剂对葡萄果实养分和品质的影响

近年来，土壤酸化显著降低了葡萄果实养分和品质，施用高效安全的土壤酸性改良剂可以有效解决这一问题。如表4所示，葡萄果实中氮和钾的含量在3种酸性改良剂处理之间没有显著性的差异。但施用含硅钾土壤改良剂处理和含腐殖酸土壤改良剂处理后葡萄果实的磷含量显著高于生石灰处理，且两者之间没有显著差异。如表5所示，施用含硅钾土壤改良剂处理的葡萄果实的含水率显著高于生石灰处理，但是施用含腐殖酸的土壤改良剂较生石灰处理，葡萄果实的含水率没有显著差异。3种酸性改良剂处理之间，葡萄果实的维生素C含量和可滴定酸度没有显著性差异。施用含腐殖酸的土壤改良剂处理葡萄果实的游离氨基酸总量显著高于生石灰处理（高22.2%），但是含硅钾土壤改良剂处理较生石灰处理，葡萄果实的游离氨基酸总量没有显著差异。这说明，施用含硅钾土壤改良剂处理和含腐殖酸的土壤改良剂处理葡萄果实品质较生石灰有明显的改善。如表6所示，3种酸性改良剂处理之间，葡萄果实的主要重金属砷、镉、铬、铅含量没有显著性差异。

3 讨论

在过去几十年，中国农田土壤酸化问题严重，土壤pH平均值下降了0.50个单位，究其原因，主要是中国农业生产中过量氮（N）肥的施用^[16]。葡萄是我国重要的经济作物之一，近年来，在经济利益的驱动下，果农不断增加化学肥料的施用量，化肥施用过程中往往存在结构不合理现象，不但造成了肥料的浪费，也导致了土壤理化性质的改变，如土壤酸化^[17]。土壤酸化影响土壤矿物质溶解、胶体的聚散状态、有机质的分解以及营养元素的转化和释放^[18-19]。葡萄作为多年生藤本植物，连年重茬也是其土壤酸化的原因之一，另外一些地区尤其是我国南方地区大气酸沉降不断升高也常常导致土壤酸化^[20-22]。因此，改良葡萄园土壤酸化迫在眉睫。

用生石灰来缓解土壤酸害是目前农业生产中的主要措施之一^[8-9，23]。施用石灰可以提高土壤pH值和改善土壤有效养分状况。然而，石灰在土壤中移动性差，往往仅处于15～20cm的表层土中，而葡萄树的根系主要分布在40～60cm之间，改良效果不大。另外，在酸化的土壤中，往往缺乏有效态的钾镁磷等矿质元素，而长期施用生石灰，土壤中游离钾、镁、磷等易被生石灰中的钙离子所固定，使其利用效率下降；石灰中的钙离子还容易和磷酸盐离子、微量元素形成难溶性的沉淀物，改变土壤结构，导致板结；另外，石灰在撒施的过程中发生反应产生大量的热，从而对根系产生伤害。因此，农业生产过程中需要更安全有效的酸化改良剂来缓解土壤酸化。

本研究中，在生石灰、含硅钾土壤改良剂和含腐殖酸土壤改良剂处理后土壤的pH都较未施用前（表1）升高，表明3种土壤酸性改良剂都可以显著改善土壤的酸化状况。而施用含硅钾土壤改良剂处理和含腐殖酸的土壤改良剂处理改良效果更好，施用后，土壤的pH显著高于常规的生石灰处理。土壤胶体上的H⁺ 还能自发与土壤中的固相铝化合物反应，释放出交换态Al³⁺，而Al³⁺ 通过水解又产生更多的H⁺，这样循环往复，土壤酸化加重^[24-25]。本研究中，与常规的生石灰处理相比，施用含硅钾土壤改良剂和含腐殖酸的土壤改良剂后，土壤中交换态铝的含量显著下降（图1），因此施用含硅钾土壤改良剂和含腐殖酸的土壤改良剂处理不仅可以直接有效地改善酸化状况，也抑制了土壤胶体上H⁺ 与土壤中固相铝化合物的反应，减少了交换态Al³⁺ 的释放，不但可以有效地缓解酸化的再发生，并且降低了土壤酸化下铝毒发生的风险。

施用含硅钾土壤改良剂和含腐殖酸土壤改良剂处理后土壤有机质含量显著高于生石灰处理，表明这两种改良剂都具有土壤培肥的功能。土壤酸化发生时，土壤中H⁺ 增加而盐基离子减少，交换性H⁺ 能与土壤胶体上的盐基离子交换，交换之后H⁺ 吸附于土壤胶体上，而交换性盐基离子如K⁺、Ca²⁺、 Na⁺、Mg²⁺ 等则被溶解于土壤溶液中，会随着降雨等过程大量流失^[26]。施用含硅钾土壤改良剂处理和含腐殖酸的土壤改良剂后土壤的镁含量显著高于生石灰处理，原因是施用含硅钾土壤改良剂和含腐殖酸土壤改良剂所含有的MgO可以有效地补充土壤中损失的镁。另外，较生石灰处理和含硅钾土壤改良剂处理，施用含腐殖酸的土壤改良剂后土壤的交换态钙离子和交换态镁离子含量显著上升（图2），其中含有的腐殖酸是一种成分复杂的天然可溶性有机胶体物质，含有多种功能团，能与环境中的金属离子发生吸附，交换和络合，在对植物交换态钙离子和交换态镁离子维持方面起着重要作用^[27]，同时含腐殖酸的土壤改良剂中的有机质也可以在分解过程中释放有效态的钙离子和镁离子，因此施用含腐殖酸的土壤改良剂可以更好地维持土壤中可交换的盐离子。

土壤酸化影响作物的产量和品质。李庆军等^[28]研究表明，苹果果实单果重、可溶性固形物、可溶性糖、果品色泽和果实风味等果实品质评价指标与土壤酸度显著相关，土壤pH值越低，果实品质越差。在本研究中，施用含硅钾土壤改良剂处理的葡萄果实的含水率显著高于生石灰处理，但是施用含腐殖酸的土壤改良剂较生石灰处理，葡萄果实的含水率没有显著差异。施用含腐殖酸的土壤改良剂处理后葡萄果实的可溶性总糖和游离氨基酸总量显著高于生石灰处理（表5），表明施用含腐殖酸的土壤改良剂可以显著改善葡萄果实品质。

综上所述，改良土壤酸化过程中，在相同的治理成本下，较常规生石灰处理，含硅钾土壤改良剂处理和含腐殖酸的土壤改良剂处理，不仅可以改善土壤酸化，减少可交换态盐基的淋洗，增加土壤有机质含量，还可以提高葡萄果实的可溶性总糖和游离氨基酸总量，提高葡萄果实品质。

参考文献