白博文 劉善江 申俊峰 孫昊 吳榮

摘要?土壤改良一般是根據(jù)各地的自然、經(jīng)濟(jì)條件,采取因地制宜的措施,以有效地達(dá)到改善土壤生產(chǎn)性狀和環(huán)境條件的目的,其過(guò)程就是控制土壤退化和增加土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分。其中,土壤調(diào)理劑能有效地改善土壤養(yǎng)分狀況及其理化性質(zhì),促進(jìn)土壤團(tuán)粒的形成、降低土壤密度、提高肥力、改善土壤保水保肥性、提高糧食產(chǎn)量,對(duì)土壤問(wèn)題起到積極的修復(fù)作用。經(jīng)查閱大量相關(guān)文獻(xiàn),總結(jié)了土壤調(diào)理劑及其在各類(lèi)土地上的應(yīng)用進(jìn)展,并在土壤調(diào)理劑的研究方面提出展望。
關(guān)鍵詞?土壤調(diào)理劑;研發(fā);應(yīng)用;土壤結(jié)構(gòu);酸化土地;鹽堿地;重金屬污染
中圖分類(lèi)號(hào)?S156?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A?文章編號(hào)?0517-6611(2021)03-0014-05
doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.03.004
Abstract?Soil improvement is generally based on the natural and economic conditions in different places, and measures are taken to effectively improve soil production characteristics and environmental conditions. The process is to control soil degradation and increase soil organic matter and nutrients. Among them, soil conditioner can effectively improve the soil nutrient status and its physicochemical properties, promote the formation of soil aggregates, reduce soil density, improve soil fertility, improve soil water retention and fertility, and increase grain yield to play a positive role in the rehabilitation of soil problems. The progress of soil conditioners and their applications in various kinds of land were summarized by referring to a large number of related literatures. At the same time, it puts forward the prospect in the research of soil conditioners.
Key words?Soil conditioner;Research and development;Application;Soil structure;Acidified land;Salinealkali land;Heavy metal pollution
土壤退化是指人類(lèi)對(duì)土壤的不合理利用而引起的土壤性質(zhì)變差及生產(chǎn)力下降的過(guò)程,主要有土壤侵蝕、土壤酸化堿化以及肥力下降等形式。隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,土壤問(wèn)題嚴(yán)重限制了生產(chǎn)力,土壤退化問(wèn)題日趨引起人們的重視[1-2]。根據(jù)2000年世界糧農(nóng)組織(FAO)的報(bào)告指出,全球嚴(yán)重土地退化面積約為35億hm2,占總土地面積的26%,其中由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成的嚴(yán)重土地退化面積占總土地面積的9%[2-3]。我國(guó)有1.3億hm2耕地,其中退化耕地約為0.25億hm2。據(jù)國(guó)內(nèi)外研究預(yù)測(cè),到2050年,世界近6億hm2的土地沙漠化,約有200萬(wàn)hm2土壤遭到鹽漬化侵蝕。筆者對(duì)土壤改良劑研究現(xiàn)狀、主要種類(lèi)、功能作用、使用技術(shù)、存在問(wèn)題及應(yīng)用前景等進(jìn)行了探討。
1?土壤調(diào)理劑的發(fā)展與分類(lèi)
從19世紀(jì)末開(kāi)始,眾多學(xué)者開(kāi)始研究土壤調(diào)理劑,距今已有100多年的歷史。在研究的早期主要是針對(duì)干旱、半干旱和鹽堿地,研究較多的有沸石、粉煤灰和污泥等單一原料,但會(huì)引起一些負(fù)面效果,如重金屬超標(biāo)污染等[3-4]。根據(jù)土壤調(diào)理劑的來(lái)源、制法和性質(zhì)等可以劃分為天然土壤調(diào)理劑和人工合成土壤調(diào)理劑。天然土壤調(diào)理劑的研究主要從19世紀(jì)末開(kāi)始。眾多學(xué)者主要研究的是天然的有機(jī)高分子化合物(如瓜爾豆提取液、淀粉共聚物、纖維素、多糖和淀粉等),但是此類(lèi)調(diào)理劑易被土壤中的微生物分解,釋放較多陽(yáng)離子,對(duì)土壤有很大的毒害作用;早期施用量較大,成本較高,在生產(chǎn)中難以推廣[5]。
19世紀(jì)50年代,隨著對(duì)人工合成類(lèi)的土壤調(diào)理劑研究的進(jìn)行,學(xué)者逐漸對(duì)一些合成高聚物材料包括聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)等進(jìn)行了較為深入的研究,發(fā)現(xiàn)PAM對(duì)退化土壤的改良效果很明顯,同時(shí)也是應(yīng)用最廣泛的土壤調(diào)理劑之一[6-7]。但是在20世紀(jì)末,高性能的PAM高聚物才得到較為廣泛的應(yīng)用,主要以比利時(shí)的TC調(diào)理劑(terra cottem)和印度的Agri-CS土壤調(diào)理劑最為成功[5]。2000年以后,研究者利用農(nóng)業(yè)或工業(yè)廢棄物、礦石等作為原料,研發(fā)出一系列環(huán)保且高效的產(chǎn)品,如土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑、土壤保水劑等,廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中,以應(yīng)對(duì)越來(lái)越嚴(yán)重的土壤與環(huán)境問(wèn)題[8]。
我國(guó)的土壤改良劑研究開(kāi)始于20世紀(jì)80年代初期。例如中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)張青文教授研制出的“康地寶”脫鹽劑,是通過(guò)生物絡(luò)合、置換反應(yīng)來(lái)清除土壤團(tuán)粒上多余的Na+來(lái)改善鹽漬化[9]。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所研制的土壤改良劑“液態(tài)地膜”,能吸附土壤中不同粒級(jí)的團(tuán)粒,達(dá)到改善退化土壤的效果[10]。
目前對(duì)土壤調(diào)理劑的分類(lèi)并沒(méi)有明確的規(guī)定,根據(jù)前人的研究,筆者將土壤調(diào)理劑按原料分類(lèi)如表1所示。
2?土壤調(diào)理劑的作用
2.1?改良土壤物理性狀
土壤物理性狀包括土壤三相比、孔隙度、容重、水分等,影響著土壤的通氣狀況、氧化還原性和含氧量,從而影響土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化速率和賦存狀態(tài)、土壤水分的性質(zhì)和運(yùn)行規(guī)律以及植物根系的生長(zhǎng)力和生理活動(dòng)。不良土壤物理性狀限制根系對(duì)水分、養(yǎng)分的吸收,影響根系正常生長(zhǎng)。研究土壤調(diào)理劑是如何改善土壤物理性狀這一問(wèn)題逐漸引起學(xué)者的重視[11]。
2.1.1?改善土壤結(jié)構(gòu)。
土壤結(jié)構(gòu)關(guān)系到土壤肥力,土壤結(jié)構(gòu)與決定土壤肥力的化學(xué)因素(黏粒物質(zhì)、酸堿度、氧化還原電位等)、生物因素(微生物、 活性酶等)、物理因素(機(jī)械強(qiáng)度、通透性、溫度、水分等)都密切相關(guān)[7]。長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者在土壤調(diào)理劑的研究方面得出了較為成熟的成果:施用土壤調(diào)理劑可促進(jìn)土壤團(tuán)粒的形成,降低土壤容重,增大土壤孔隙度、通氣和透水性,改善土壤結(jié)構(gòu),增加土壤肥力[12-14]。
孫云秀等[15]的田間試驗(yàn)表明,地表噴施土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑,可以增加5 cm耕層內(nèi)大于1 mm的土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成率,提高土壤結(jié)構(gòu)保持率0.4倍,同時(shí)減少容重0.01~0.03 g/m3,增加孔隙度8.0%~8.3%。霍習(xí)良等[16]研究發(fā)現(xiàn),施用沸石能促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成,土壤總孔隙度增加1.7%,容重降低0.1 g/cm3,更有利于作物的生長(zhǎng)。邵玉翠等[17]研究表明,施用膨潤(rùn)土可使土壤容重降低12.23%,孔隙度增加12.28%。趙英等[18]在砂土中添加不同比例的粉煤灰,檢測(cè)出砂粒含量降低11%~18%,而且土體中粉粒所占比例也顯著提高,有效降低了砂土的砂粒含量。Blanco-Canqui[19]研究表明,生物炭作為土壤調(diào)理劑可以降低土壤密度(3%~31%),增加土壤孔隙度(14%~31%),同時(shí)效果隨著生物炭施用量的增加呈線性上升。
2.1.2?改善土壤蓄水能力,提高水分利用率。
土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑與土壤混合,由于氫鍵和靜電的作用,對(duì)電解質(zhì)離子、有機(jī)分子、絡(luò)合物等發(fā)生吸附,而促使分散的土壤顆粒團(tuán)聚形成團(tuán)粒,增加了土壤水中穩(wěn)性團(tuán)粒的含量及其穩(wěn)定度[20-22]。
1987—1989年的試驗(yàn)證明,施用土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑,能顯著增加土壤的水穩(wěn)性團(tuán)粒,而且0.3%的土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑能顯著增加水穩(wěn)性團(tuán)粒,而且隨著施用濃度的增加而增長(zhǎng)[23]。陳伏生等[24]研究表明泥炭改良風(fēng)沙土能提高土壤保水能力。姜淳等[25]研究發(fā)現(xiàn),沸石可使耕作層田間持水量比對(duì)照提高5%~15%,最高接近28%。沸石內(nèi)部有較多孔隙,比表面積較大,從而能吸附更多的水分子,增加土壤的保水性,并且沸石能夠與土壤中的陽(yáng)離子發(fā)生交換吸附[26]。黃靜[21]研究表明,施入過(guò)氧化鈣和生物炭后,外界因素對(duì)20~60 cm層的土壤的影響力逐漸減小,土壤趨于穩(wěn)定,調(diào)理劑能很好地起到蓄水、保水作用。
2.1.3?改善土壤保肥能力,增加作物產(chǎn)量。
疏松的土壤有利于土壤中的水、氣、熱等的交換及微生物的活動(dòng),及時(shí)通氣排水,調(diào)節(jié)水氣矛盾,協(xié)調(diào)水肥供應(yīng),并利于植物根系在土體中穿插生長(zhǎng)。
高永恒[27]研究表明,施用土壤調(diào)理劑后,增加了草坪床土壤的有機(jī)質(zhì)和全氮含量。郭和蓉等[28]研究表明,營(yíng)養(yǎng)型土壤調(diào)理劑能活化酸性土壤中的磷和鉀,促進(jìn)氮和鉀的緩效化,有利于養(yǎng)分的保蓄,防止土壤養(yǎng)分的次生鹽漬化與淋失,提高了養(yǎng)分利用率。沸石作為礦物型土壤調(diào)理劑能夠在土壤中長(zhǎng)期保持溫度,并且持續(xù)為植物提供水分,同時(shí)可以促進(jìn)氮素硝化作用,顯著降低作物的硝酸鹽含量[29]。王志玉等[30]利用土壤調(diào)理劑MDM檢驗(yàn)其對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)出苗率比對(duì)照組高 14.29%。唐澤軍等[31]在PAM對(duì)玉米的影響中發(fā)現(xiàn),PAM覆蓋率80%及60%試驗(yàn)地的高稈(高于1.60 m)和中稈(1.0~1.6 m)分別比對(duì)照多13%和2%,鮮物質(zhì)質(zhì)量分別比對(duì)照提高31%和24%。
2.2?改善土壤化學(xué)性狀
土壤化學(xué)性狀是指土壤的酸堿度、養(yǎng)分、陽(yáng)離子吸附和交換性能、還原性物質(zhì)的含量等,土壤酸堿度與土壤養(yǎng)分的有效性之間也存在一定相關(guān)性。同時(shí),土壤改良劑對(duì)重金屬離子具有良好的吸附固定能力,常被用作修復(fù)劑用于固定土壤中的重金屬離子與吸附鹽分;土壤膠體與土壤溶液之間時(shí)刻都在發(fā)生化學(xué)反應(yīng),土壤所有的外在性狀表現(xiàn)全都是微觀的土壤化學(xué)性質(zhì)的反映,所以改善土壤化學(xué)性質(zhì)是改良土壤的根本所在。
龍明杰等[32]研究表明,中性和兩性型聚合物調(diào)理劑均能增加土壤對(duì)養(yǎng)分離子的吸附量并提高土壤含肥料元素離子的抗淋溶作用,陰離子型聚合物增加土壤對(duì) NH4+、K+的吸附量及其抗淋溶作用,降低土壤對(duì) NO3-、PO43-的吸附量及其抗淋溶作用。Hailegnaw等[33]研究發(fā)現(xiàn),8%的生物炭施用量能夠最有效地提高酸性土壤的pH,并且CEC增幅可達(dá)到35.4%,Ca2+的增幅高達(dá)38.6%。關(guān)連珠等[34]研究發(fā)現(xiàn),沸石可吸附NH4+和P,并且大部分是可解吸的。沸石也可活化土壤難溶性P,改善土壤供鉀狀況。土壤中施用 PAM可使土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量增加。PAM與土壤混合能增加土壤對(duì)NH4+、 NO3-、K+、PO43-的吸附量,減少其淋溶損失。
安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)?2021年
2.3?改善土壤生物學(xué)性狀
土壤生物是土壤生命力的重要部分,生物與微生物的多樣性為維持土壤肥力、構(gòu)造土壤結(jié)構(gòu)做出了巨大貢獻(xiàn)。土壤生物是土壤有機(jī)質(zhì)的分解者、土壤營(yíng)養(yǎng)循環(huán)的促進(jìn)者。微生物群落機(jī)構(gòu)失調(diào)會(huì)造成土傳病害加重。微生物數(shù)量直接影響土壤的生物化學(xué)活性及土壤養(yǎng)分的組成與轉(zhuǎn)化。
邢世利[35]研究表明,施用土壤調(diào)理劑后耕層土壤各種細(xì)菌的數(shù)量以及土壤過(guò)氧化氫酶等多種酶的活性對(duì)比都有不同程度的提高。施用腐殖酸和蚯蚓肥料能改變優(yōu)勢(shì)鹽堿土細(xì)菌(酸桿菌)和真菌(擔(dān)子菌和球孢菌)的豐度,提高玉米根系的耐鹽性和土壤養(yǎng)分有效性,從而提高玉米地上部和根部的N、P、K含量[36]。董曉偉[37]用牡蠣殼制成的土壤調(diào)理劑施于大棚土壤,研究結(jié)果表明,牡蠣殼一定程度上影響了土壤酶活性,抑制了脲酶活性,提高了尿素的利用率,促進(jìn)了淀粉酶活性,為土壤微生物提供了豐富的碳源,有效地提高了土壤肥力。孫薊鋒[38]在研究麥飯石、硅鈣礦、牡蠣殼和蒙脫石4種調(diào)理劑對(duì)土壤生物特性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),施用牡蠣殼調(diào)理劑后,土壤堿性磷酸酶、脲酶和過(guò)氧化氫酶活性均得到顯著提高;而施用硅鈣礦調(diào)理劑后,土壤微生物總量與對(duì)照相比提高了64.1%。張曉海等[39]研究發(fā)現(xiàn),禾本科秸稈改良土壤可增加長(zhǎng)期施化肥的煙地土壤中微生物數(shù)量。姜井軍等[40]研究表明,生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)及其對(duì)水肥的吸附作用使其可稱(chēng)為土壤微生物的良好棲息環(huán)境,保護(hù)土壤中有益微生物,促進(jìn)微生物繁殖。
3?土壤調(diào)理劑的應(yīng)用
3.1?在酸化土地上的改良應(yīng)用
土壤酸化是指土壤中氫離子增加,同時(shí)伴有鋁溶出形成鋁毒的過(guò)程,酸性土壤鋁毒害是抑制作物生長(zhǎng)和導(dǎo)致作物減產(chǎn)的主要原因。酸性土壤是指pH小于6.5的土壤的統(tǒng)稱(chēng)。影響土壤酸化的因素可分為自然因素和人為因素2個(gè)方面,其中人為因素起著決定性作用。土壤酸化面積呈加速擴(kuò)大的趨勢(shì),已成為制約我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要問(wèn)題之一[41-43]。
傳統(tǒng)的石灰石化學(xué)調(diào)理劑雖然可以降低土壤酸度,但若長(zhǎng)期使用則會(huì)加強(qiáng)土壤酸化程度,所以需要配合其他堿性肥料共同使用。某些礦物和工業(yè)廢棄物同樣可以改良土壤酸度,如白云石、粉煤灰和制漿污泥等。低溫生物炭在施入茶園酸性土壤時(shí),能發(fā)生明顯的石灰化反應(yīng),使酸性土壤的pH和交換性陽(yáng)離子顯著提高[44-45]。生物質(zhì)灰(biochar ashes)在施入酸性土壤中,顯著提高了Ca、Mg、K和P的含量[46],并且有研究表明,生物質(zhì)灰、骨粉和堿渣的聯(lián)合使用,不僅能夠降低土壤酸度,同時(shí)也能提高交換陽(yáng)離子的含量[47]。生物改良技術(shù)主要是運(yùn)用肥和土壤中的一些生物來(lái)改善酸性土壤 [37,48-49]。矯威[50]的水稻季試驗(yàn)結(jié)果也表明,施用石灰類(lèi)和氨基酸類(lèi)調(diào)理劑均能不同程度提高土壤pH。文星等[51]研究表明,在酸性水稻土中分別施用堿性氧化物調(diào)理劑(生石灰、白云石粉、鈣鎂磷肥等)后,改變了原土壤pH增加幅度。敖俊華等[52]的土壤培養(yǎng)試驗(yàn)表明,石灰用量與供試酸性土壤pH、鈣、鎂、硅等的有效含量呈顯著正相關(guān)。儲(chǔ)祥云等[53]研究也發(fā)現(xiàn),在酸性土壤中施用石灰,能夠提高有效磷的含量,而在土壤含磷高的情況下,施用石灰提高的作物產(chǎn)量主要源自土壤補(bǔ)鈣。魏嵐等[54]通過(guò)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),施用0.67 g/kg的堿渣處理,能使土壤pH提高1.72,并能有效降低土壤中交換性鋁的含量。張文玲等[55]研究發(fā)現(xiàn),生物質(zhì)炭可有效吸附銨鹽、硝酸鹽、磷及其他水溶性鹽離子。
3.2?在鹽堿地上的改良應(yīng)用
鹽堿土也稱(chēng)鹽漬土,是鹽化或堿化土壤的總稱(chēng)。土壤含鹽量大于0.6%的稱(chēng)為鹽土,土壤膠體的交換Na+占總交換陽(yáng)離子超過(guò)20%且pH>9的稱(chēng)為堿土。我國(guó)鹽堿土面積約為1.0×108 hm2,主要分布在濱海、黃淮海平原、東北松嫩平原、西北干旱半干旱地區(qū)和青新極端干旱漠境等地[56],且呈整體惡化、面積增加的趨勢(shì),現(xiàn)已成為影響我國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)恢復(fù)建設(shè)的重要因素之一[57-58]。
郝秀珍等[59]研究表明,早在20世紀(jì)60年代日本就已經(jīng)將沸石用作土壤調(diào)理劑。左建等[60]研究表明,施用沸石可使土壤中的堿化度降低,并對(duì)土壤pH起到緩沖作用。凹凸棒石為一種晶質(zhì)水合鎂鋁硅酸鹽礦物,具有獨(dú)特的層鏈狀結(jié)構(gòu)特征,其獨(dú)特的性質(zhì)對(duì)鹽堿地土壤改良具有重要的研究和推廣意義[61]。王相平等[62]將石膏與腐殖酸結(jié)合使用,發(fā)現(xiàn)石膏與腐殖酸質(zhì)量配比為9∶1,施用量為3 000 kg/hm2的條件下,可使0~20 cm土壤含鹽量較對(duì)照下降24.3%,棉花增產(chǎn)24%。生物炭能顯著降低玉米育苗期和收獲期0~20和20~40 cm鹽堿土層的pH、鹽分和Na+濃度,顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、CEC、Ca2+和Mg2+等。同時(shí),生物炭能促使土壤中的水向下流動(dòng),將鹽分從根區(qū)淋洗出來(lái),并且最佳施用量為20 t/hm2[63]。張黎明等[13]研究表明,脫硫石膏在6年的施用期內(nèi)對(duì)鹽堿土的團(tuán)聚體、pH和ESP均有較大改善,并且經(jīng)過(guò)改良的復(fù)墾鹽堿地的有機(jī)碳含量增加至22.5%[64]。秸稈和脫硫石膏的聯(lián)合使用降低了土壤的鹽堿程度,秸稈提供了適宜的環(huán)境促使了脫硫石膏和土壤的反應(yīng),使Na+和Cl-隨水流到土層深部,且改良效果與脫硫石膏用量成正比[65]。
3.3?在重金屬污染土地上的修復(fù)應(yīng)用
隨著工業(yè)的發(fā)展,重金屬污染土壤已經(jīng)不能忽視。目前修復(fù)重金屬污染土壤的方法有物理化學(xué)修復(fù)、微生物修復(fù)、植物修復(fù)等,而物理化學(xué)修復(fù)包括化學(xué)固化、土壤淋洗和電動(dòng)修復(fù)等。其中的化學(xué)固化包括加入土壤調(diào)理劑,通過(guò)對(duì)重金屬離子的吸附或(共)沉淀作用改變其在土壤中的存在形態(tài),從而降低其生物有效性和遷移性[66-67]。
在目前日漸受關(guān)注的重金屬污染上,土壤調(diào)理劑也能發(fā)揮重要的作用。鎘(Cd)對(duì)土壤和農(nóng)作物的污染是一個(gè)無(wú)處不在的環(huán)境問(wèn)題,王凱榮等[68]研究重金屬污染土壤施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)降低水稻糙米鉛鎘含量的作用發(fā)現(xiàn),堿性煤渣的改良效果最突出,糙米Pb、Cd含量降低到國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)允許的含量以下。在土壤中添加石膏可以促進(jìn)土壤中硫化物的形成,能夠顯著降低Cr和Pb的濃度(6個(gè)月后分別降低24%和64%)[69]。龔海軍等[70]研究發(fā)現(xiàn),施用土壤調(diào)理劑能降低土壤有效態(tài) Cd、Pb及水稻糙米Cd、Pb含量。王毅等[71]對(duì)硫代蒙脫石用于鉛、汞吸附試驗(yàn)進(jìn)行了研究并取得了較好的效果,對(duì)鉛離子飽和吸附值達(dá)70 mg/g,而對(duì)汞離子的飽和吸附值達(dá)65 mg/g。麥飯石經(jīng)風(fēng)化、蝕變而形成多孔海綿狀結(jié)構(gòu),對(duì)重金屬離子也同樣具有強(qiáng)大的吸附性能,其對(duì)砷、汞、鉛、鉻等重金屬的吸附可達(dá)96%[72-73]。同時(shí)有研究表明,磷酸鹽作為土壤調(diào)理劑可以有效降低土壤砷污染,特別是在中性條件下,可以除去污染土壤中80%的砷[74-75]。生物炭可以作為污染土壤的一種化學(xué)鈍化劑,相比石灰具有更穩(wěn)定的效果。通過(guò)吸附、沉淀、絡(luò)合、離子交換等一系列反應(yīng),降低污染物的可遷移性和生物可利用性,并且越來(lái)越受到學(xué)者關(guān)注[76]。生物炭對(duì)鉛的固化效果較好,隨著生物炭的比例和試驗(yàn)時(shí)間的增加,固化效果增強(qiáng)[77]。Liu等[78]研究了我國(guó)西南地區(qū)鉈(Tl)污染土壤,在施用了由不同硅酸鹽礦物合成的堿性改良劑SMA后,土壤pH上升0.46~2.13個(gè)單位,土壤中Tl的含量明顯降低,并且使Tl從活性成分轉(zhuǎn)化為殘留組分而失去活性。
4?問(wèn)題與展望
土壤調(diào)理劑具有改良土壤結(jié)構(gòu)、保水保肥和改善土壤微生物環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),但是在環(huán)境保護(hù)、研發(fā)推廣等方面還有許多問(wèn)題亟待探討:天然土壤調(diào)理劑改良效果較為局限,廢棄物和高分子聚合物作為調(diào)理劑造成潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)很大等問(wèn)題;在農(nóng)業(yè)推廣方面,土壤調(diào)理劑的效果較好但是成本高;產(chǎn)品研發(fā)材料較為單一,導(dǎo)致產(chǎn)品土壤調(diào)理劑質(zhì)量和效果不穩(wěn)定;對(duì)土壤調(diào)理劑的成分分類(lèi)模糊,對(duì)學(xué)者的研究造成一定困擾。
對(duì)于優(yōu)質(zhì)土壤調(diào)理劑的研發(fā),應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):
①我國(guó)退化土壤類(lèi)型多樣,在研究中應(yīng)該針對(duì)不同的土壤質(zhì)地、酸堿度和農(nóng)作物進(jìn)行研制,進(jìn)一步提高土壤調(diào)理劑的針對(duì)性和創(chuàng)新性,同時(shí)達(dá)到改良土壤以及作物增產(chǎn)等要求。
②土壤調(diào)理劑應(yīng)該能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)保水保肥,改善根系生長(zhǎng)環(huán)境和土壤結(jié)構(gòu)等功能。
③現(xiàn)有部分土壤調(diào)理劑具有一定的環(huán)境污染性,易對(duì)土壤造成二次污染。所以在研發(fā)過(guò)程中,應(yīng)注意改良土壤后殘留組分對(duì)土壤不會(huì)造成污染。總之,土壤調(diào)理劑的生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用研究不斷發(fā)展,使土壤調(diào)理劑在遏制土壤退化、改良中低產(chǎn)田、增容擴(kuò)蓄等方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
參考文獻(xiàn)
[1] 楊衛(wèi)東,吳永健,劉春光.鹽堿土改良劑的研究和應(yīng)用進(jìn)展[J].天津科技,2014,41(2):17-20.
[2] 徐福銀.土壤調(diào)理劑及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[C]∥中國(guó)土壤學(xué)會(huì).面向未來(lái)的土壤科學(xué)(下冊(cè))——中國(guó)土壤學(xué)會(huì)第十二次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨第九屆海峽兩岸土壤肥料學(xué)術(shù)交流研討會(huì)論文集.成都:電子科技大學(xué)出版社,2012:39-41.
[3] 陳義群,董元華.土壤改良劑的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境,2008,17(3):1282-1289.
[4] 尹萬(wàn)偉,黃本波,汪鳳玲,等.土壤調(diào)理劑的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].磷肥與復(fù)肥,2019,34(2):19-23.
[5] 王英男.多功能土壤調(diào)理劑應(yīng)用效果研究[D].福州:福建農(nóng)林大學(xué),2017.
[6] 韓小霞.土壤結(jié)構(gòu)改良劑研究綜述[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2009,15(19):110-112.
[7] 楊麗麗,董肖杰,鄭偉.土壤改良劑的研究利用現(xiàn)狀[J].河北林業(yè)科技,2012(2):27-30,37.
[8] 王小彬,蔡典雄.土壤調(diào)理劑PAM的農(nóng)用研究和應(yīng)用[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2000,6(4):457-463.
[9] 石國(guó)元,郭良,劉忠軍,等.“康地寶”脫鹽劑改良重鹽堿地試驗(yàn)初報(bào)[J].新疆農(nóng)墾科技,2005,28(6):48-49.
[10] 劉芳,喬英云.新一代腐植酸多功能可降解液態(tài)地膜技術(shù)有突破[J].腐植酸,2007(2):61.
[11] 李晨昱,盧樹(shù)昌,王茜.土壤調(diào)理劑在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀、問(wèn)題及前景[J].北方園藝,2018(14):154-160.
[12] 駱園,熊德中.土壤調(diào)理劑應(yīng)用效應(yīng)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(13):77-79,86.
[13] 張黎明,鄧萬(wàn)剛.土壤改良劑的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005(2):32-34.
[14] 馮浩,吳淑芳,吳普特.高分子聚合物對(duì)土壤物理及坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙特征的影響[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2006,4(1):15-19.
[15] 孫云秀,張奇珠.土壤結(jié)構(gòu)改良劑的改土效果及其使用的研究[J].干旱區(qū)研究,1988,5(3):51-53.
[16] 霍習(xí)良,周恩湘,姜淳,等.沸石改良土壤結(jié)構(gòu)性狀的研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1991,14(2):20-24.
[17] 邵玉翠,張余良,李?lèi)偅?天然礦物改良劑在微咸水灌溉土壤中應(yīng)用效果的研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2005,19(4):100-103.
[18] 趙英,喜銀巧,董正武,等.土壤改良劑在沙漠治理中的應(yīng)用進(jìn)展[J].魯東大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2019,35(1):51-58.
[19] BLANCOCANQUI H.Biochar and boil physical properties[J].Soil science society of America journal,2017,81(4):687-711.
[20] 徐曉敏,吳淑芳,康倍銘,等.五種天然土壤改良劑的養(yǎng)分與保水性研究及評(píng)價(jià)[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2014,28(9):85-89.
[21] 黃靜.改良劑對(duì)旱地紅壤保水保肥效果的影響[D].南昌:南昌工程學(xué)院,2014.
[22] 顏朝霞,陳紅蕾.關(guān)于多功能土壤改良保水劑的應(yīng)用研究[J].甘肅科技縱橫,2018,47(11):27-29.
[23] 汪德水,張美榮,蔡典雄.乳化瀝青作為土壤結(jié)構(gòu)改良劑改土保水增產(chǎn)的研究[J].石油瀝青,1990,4(3):21-24.
[24] 陳伏生,曾德慧,王桂榮.泥炭和風(fēng)化煤對(duì)鹽堿土的改良效應(yīng)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,23(6):861-864.
[25] 姜淳,周恩湘,霍習(xí)良,等.沸石改土保肥及增產(chǎn)效果的研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1993,16(4):48-52.
[26] 姜新福,孫向陽(yáng),關(guān)裕宓.天然沸石在土壤改良和肥料生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].草業(yè)科學(xué),2004,21(4):48-51.
[27] 高永恒.土壤改良劑對(duì)多年生黑麥草生長(zhǎng)特性和土壤理化性質(zhì)的影響研究[D].蘭州:甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué),2004.
[28] 郭和蓉,陳瓊賢,鄭少玲,等.營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑對(duì)酸性土壤中鉀的調(diào)節(jié)及玉米吸鉀量的影響[J].土壤肥料,2004(2):20-22.
[29] EPRIKASHVILI L,ZAUTASHVILI M,KORDZAKHIA T,et al.Intensification of bioproductivity of agricultural cultures by adding natural zeolites and brown coals into soils[J].Annals of agrarian science,2016,14(2):67-71.
[30] 王志玉,劉作新.土壤改良劑MDM對(duì)草甸堿土和水稻生長(zhǎng)的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2004,22(2):31-34.
[31] 唐澤軍,雷廷武,趙小勇,等.PAM改善黃土水土環(huán)境及對(duì)玉米生長(zhǎng)影響的田間試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2006,22(4):216-219.
[32] 龍明杰,曾繁森.高聚物土壤改良劑的研究進(jìn)展[J].土壤通報(bào),2000,31(5):199-202,223.
[33] HAILEGNAW N S,MERCL F,PRACˇKE K,et al.Mutual relationships of biochar and soil pH,CEC,and exchangeable base cations in a model laboratory experiment[J].Journal of soils and sediments,2019,19(5):2405-2416.
[34] 關(guān)連珠,張繼宏,顏麗,等.天然沸石增產(chǎn)效果及對(duì)氮磷養(yǎng)分和某些肥力性質(zhì)調(diào)控機(jī)制的研究[J].土壤通報(bào),1992,23(5):205-208.
[35] 邢世利.微生物土壤改良劑在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].河北農(nóng)業(yè)科技,2007(6):45-46.
[36] LIU M L,WANG C,WANG F Y,et al.Maize(Zea mays)growth and nutrient uptake following integrated improvement of vermicompost and humic acid fertilizer on coastal saline soil[J].Applied soil ecology,2019,142:147-154.
[37] 董曉偉.牡蠣殼土壤調(diào)理劑對(duì)大棚土壤理化、生物性狀影響的研究[D].青島:中國(guó)海洋大學(xué),2004.
[38] 孫薊鋒.幾種礦物源土壤調(diào)理劑對(duì)土壤養(yǎng)分、酶活性及微生物特性的影響[D].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2012.
[39] 張曉海,邵麗,張曉林.秸稈及土壤改良劑對(duì)植煙土壤微生物的影響[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2002,24(2):169-172.
[40] 姜井軍,郭瑞,陳伶俐.生物炭對(duì)酸性土和鹽堿土改良效果的研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)與裝備,2014(11):30-32.
[41] 李忠意.重慶涪陵榨菜種植區(qū)土壤酸化特征及其改良研究[D].重慶:西南大學(xué),2012.
[42] 汪榕.酸性土壤改良劑在水稻—油菜輪作上的應(yīng)用效果[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.
[43] 何鍵云.改性脫硫灰對(duì)酸性土壤的改良及重金屬污染修復(fù)研究[D].廣州:華南理工大學(xué),2012.
[44] WANG L,BUTTERLY C R,WANG Y,et al.Effect of crop residue biochar on soil acidity amelioration in strongly acidic tea garden soils[J].Soil use and management,2014,30(1):119-128.
[45] YU H W,ZOU W X,CHEN J J,et al.Biochar amendment improves crop production in problem soils:A review[J].Journal of environmental management,2019,232:8-21.
[46] SHI R Y,LI J Y,JIANG J,et al.Characteristics of biomass ashes from different materials and their ameliorative effects on acid soils[J].Journal of environmental sciences,2017,55(5):294-302.
[47] SHI R Y,LI J Y,XU R K,et al.Ameliorating effects of individual and combined application of biomass ash,bone meal and alkaline slag on acid soils[J].Soil and tillage research,2016,162:41-45.
[48] 黃慶,林小明,柯玉詩(shī),等.多元酸性土壤調(diào)理劑在辣椒上的施用效果研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,34(1):42-44.
[49] 藍(lán)佩玲,廖新榮,李淑儀,等.燃煤煙氣脫硫副產(chǎn)物在酸性土上的農(nóng)用價(jià)值與利用原理[J].生態(tài)環(huán)境,2007,16(4):1135-1138.
[50] 矯威.不同改良劑對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育及酸性土壤理化性狀的影響[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.
[51] 文星,李明德,吳海勇,等.土壤改良劑對(duì)酸性水稻土pH值、交換性鈣鎂及有效磷的影響[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,2014,35(5):618-623.
[52] 敖俊華,黃振瑞,江永,等.石灰施用對(duì)酸性土壤養(yǎng)分狀況和甘蔗生長(zhǎng)的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2010,26(15):266-269.
[53] 儲(chǔ)祥云,黃昌勇,何振立.磷肥和石灰對(duì)酸性土壤上一年生黑麥草生長(zhǎng)的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1999,25(1):19-22.
[54] 魏嵐,楊少海,鄒獻(xiàn)中,等.不同土壤調(diào)理劑對(duì)酸性土壤的改良效果[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,36(1):77-81.
[55] 張文玲,李桂花,高衛(wèi)東.生物質(zhì)炭對(duì)土壤性狀和作物產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2009,25(17):153-157.
[56] 俞仁培,陳德明.我國(guó)鹽漬土資源及其開(kāi)發(fā)利用[J].土壤通報(bào),1999,30(4):158-159,177.
[57] 賈敬敦,張富.依靠科技創(chuàng)新推進(jìn)我國(guó)鹽堿地資源可持續(xù)利用[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào),2014,16(5):1-7.
[58] 劉瑞敏.鹽漬化土壤改良劑篩選和調(diào)控機(jī)理及水鹽運(yùn)移模擬研究[D].呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2017.
[59] 郝秀珍,周東美.沸石在土壤改良中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].土壤,2003,35(2):103-106.
[60] 左建,孔慶瑞.沸石改良?jí)A化土壤作用的初步研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1987,10(3):58-64.
[61] 霍成立.凹凸棒石基復(fù)合功能材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2014.
[62] 王相平,楊勁松,張勝江,等.石膏和腐植酸配施對(duì)干旱鹽堿區(qū)土壤改良及棉花生長(zhǎng)的影響[J].土壤,2020,52(2):327-332.
[63] ZHAO W,ZHOU Q,TIAN Z Z,et al.Apply biochar to ameliorate soda salinealkali land,improve soil function and increase corn nutrient availability in the Songnen Plain[J].Science of the total environment,2020,722:1-9.
[64] WANG S J,CHEN Q,LI Y,et al.Research on salinealkali soil amelioration with FGD gypsum[J].Resources,conservation and recycling,2017,121:82-92.
[65] ZHAO Y G,LI Y,WANG S J,et al.Combined application of a straw layer and flue gas desulphurization gypsum to reduce soil salinity and alkalinity[J].Pedosphere,2020,30(2):226-235.
[66] 王學(xué)剛,王光輝,劉金生.礦區(qū)重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2010,36(4):29-31.
[67] 朱雁鳴,韋朝陽(yáng),馮人偉,等.三種添加劑對(duì)礦冶區(qū)多種重金屬污染土壤的修復(fù)效果評(píng)估——大豆苗期盆栽實(shí)驗(yàn)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2011,31(6):1277-1284.
[68] 王凱榮,張玉燭,胡榮桂.不同土壤改良劑對(duì)降低重金屬污染土壤上水稻糙米鉛鎘含量的作用[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007,26(2):476-481.
[69] VINK J?P M,HARMSEN J,RIJNAARTS H.Delayed immobilization of heavy metals in soils and sediments under reducing and anaerobic conditions;consequences for flooding and storage[J].Journal of soils and sediments,2010,10(8):1633-1645.
[70] 龔海軍,劉昭兵,紀(jì)雄輝,等.新型土壤改良劑對(duì)水稻吸收累積Cd、Pb的影響初探[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(5):50-53.
[71] 王毅,王藝,王恩德.改性蒙脫石吸附Pb2+、Hg2+的實(shí)驗(yàn)研究[J].巖石礦物學(xué)雜志,2001,20(4):565-567.
[72] 王蘇新.麥飯石特性及作用分析[J].江蘇陶瓷,2003,36(1):1-2.
[73] 于化泓,李力樺.麥飯石吸附除蜂膠中重金屬鉛的研究[J].食品工業(yè)科技,2004,25(12):99-100.
[74] ALAM M G M,TOKUNAGA S,STAGNITTI F.Removal of arsenic from contaminated soils using different salt extractants[J].Journal of environmental science and health:Part A,2007,42(4):447-451.
[75] CHRYSOCHOOU M,DERMATAS D,GRUBB D G.Phosphate application to firing range soils for Pb immobilization:The unclear role of phosphate[J].Journal of hazardous materials,2007,144(1/2):1-14.
[76] 李江遐,吳林春,張軍,等.生物炭修復(fù)土壤重金屬污染的研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2015,24(12):2075-2081.
[77] CAO X D,MA L N,LIANG Y,et al.Simultaneous immobilization of lead and atrazine in contaminated soils using dairymanure biochar[J].Environmental science & technology,2011,45(11):4884-4889.
[78] LIU J,REN J M,ZHOU Y C,et al.Effects and mechanisms of mineral amendment on thallium mobility in highly contaminated soils[J].Journal of environmental management,2020,262:1-8.