表面活性劑類土壤改良劑對耕地土壤質量的影響過程研究

梁典雅，許迪豪，盧潔文，胡 崢

（華南農業大學，廣東 廣州 510642）

土壤結構是土壤肥力的重要基礎，土壤結構改良劑是改善土壤結構、提高農業生產力的重要手段之一[1]，它包括高分子類、有機類、礦物類和其他結構改良劑[2]。土壤結構改良劑具有調節土壤酸堿度、提高土壤保水保肥能力、穩定并促進團粒結構的形成、降低土壤重金屬污染等功能[3，4]。潘金華等人研究表明施用結構改良劑能增加土壤孔隙度、降低土壤容重、調節土壤水分[5-7]，吳大付等人表明聚丙烯酰胺和和羧甲基纖維素能夠降低土壤對磷的吸附固定，提高土壤磷的有效性[8]。龍明杰等人發現高聚物類結構改良劑能穩定土壤水穩性團粒結構，增強土壤對NH4+和K+的吸附能力，提高土壤保肥能力[9]。本研究選用市售表面活性劑類土壤改良劑，研究其對土壤性質的影響，為緩解土壤退化、保障我國農業生產活動提供有力支持。

1 材料與方法

1.1 試驗方法

采集某工礦污染造成的酸性中度污染農田土壤。采樣深度為0～20 cm。供試土壤性質見表1。

表1 供試土壤理化性質Tab.1 The physical and chemical properties of tested soil

本研究選擇河南省火車頭農業技術有限公司生產的土壤結構改良劑作為研究對象：其主要原料為 “脂肪酸甲酯磺酸鈉、聚氧乙烯失水聚醇硬脂酸酯” （用SAA替代，兩種原料均為表面活性劑，且聚氧乙烯失水聚醇硬脂酸酯為高分子聚合類表面活性劑）。SAA的pH值為3.72；改良劑SAA的Cd含量為1.05 mg/kg，Pb含量為126.93 mg/kg。采用10 cm×15 cm的培養盒，每盒裝土3.0 kg，改良劑按土壤質量的0.5%施用。培養試驗設置對照組CK和編號SAA共2個處理，每個處理設4個重復。試驗在暗室中進行，溫度控制在（25±2）℃范圍內；每2～3 d加1次去離子水，通過稱重法補足水分，使土壤水分含量保持在最大田間持水量的60%～70%。試驗設置8個取樣時間點，分別于培養前以及培養后的第5 d、10 d、15 d、20 d、30 d、40 d、60 d、90 d時間點進行取樣。

1.2 指標測定與分析

土壤改良劑pH測定參考NY/T 1973-2010，重金屬Cd、Pb的測定參考HJ 832-2017。土壤pH值測定參考NY/T 1121.2-2006；土壤有機質用重鉻酸鉀容量法—外加熱法；土壤堿解氮用堿解擴散法；土壤有效磷用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-紫外分光光度計法；土壤速效鉀用1.0 mol/L乙酸銨浸提-火焰光度計法；土壤Cd、Pb全量的測定用同改良劑重金屬測試方法，土壤有效態Cd、Pb用CaCl2-DTPA提取劑浸提參考GB/T 23739-2009，測定用電感耦合等離子發射光譜儀（ICPAES）；土壤水穩性團聚體采用濕篩法，選取2 mm、1 mm、0.25 mm、0.053 mm孔徑，室溫條件浸泡5 min，振蕩2 min，振蕩速度為30次/min，振幅為3cm。

用濕篩后粒徑＞0.25 mm團聚體（稱為土壤大團聚體）含量（R0.25）和團聚體平均質量直徑（MWD）來表征不同粒徑土壤團聚體的水穩性。

首先計算i粒徑團聚體質量所占的比例wi，具體計算公式如下：

式中：wi——為濕篩后的粒徑團聚體總質量；i——可為＞2，2～1，1～0.25，0.25～0.053，＜0.053 mm。

然后根據各粒徑團聚體wi，具體計算公式如下：

式中：Mr＞0.25——粒徑＞0.25 mm團聚體的總質量。

用某一指標值的變化率δ表示該指標的變化情況：

ASAA——改良劑處理組某指標的測定值；A0——對照組某指標的測定值。

數據用Microsoft Excel 2021和SPSS 25進行作圖與單因素方差分析。

2 結果

2.1 結構改良劑對土壤水穩性團聚體的影響

經改良劑SAA處理后，相比5 d，土壤大團聚體含量在10 d、30 d明顯增加，在40 d、90 d有所增加但并不顯著，詳見表2。

表2 不同時間各處理土壤大團聚體（R0.25 mm）含量變化率（δ）Tab.2 The change rate of soil macroaggregate(R0.25 mm)content in dif‐ferent treatments at different times %

2.2 結構改良劑對土壤化學指標的影響

經改良劑SAA處理后，相比5 d，第10 d到90 d，土壤pH總體上呈上升趨勢，土壤有機質含量及有效磷含量無明顯變化，土壤速效鉀含量、堿解氮含量顯著增加，但土壤陽離子交換量并無顯著差異。在90 d，改良劑SAA提高了土壤有機質，且與對照相比，在培養過程中土壤陽離子交換量均有提高但取樣間并不顯著，詳見表3。

表3 不同時間各處理土壤化學指標的變化率（δ）Tab.3 The change rate of soil chemical indexes of different treatments at different times %

2.3 結構改良劑對土壤Cd、Pb活性的影響

經改良劑SAA處理后，與第5 d相比，第90 d土壤有效態Cd含量的變化率升高但不顯著，有效態Pb含量的變化率降低，表明與對照相比，SAA總體上降低了Pb的有效性，對Cd的有效性無明顯影響，詳見表4。

表4 不同時間各處理土壤有效態Cd、Pb的變化率（δ）Tab.4 The change rate of available Cd and Pb in different treatments at different times %

3 討論與結論

土壤大團聚體的數量是反映土壤肥力的一個重要指標。聶天宏等研究表明高聚物能夠吸附分散的土粒，促進團粒結構的生成[6]。馬征等研究表明表面活性劑類改良劑能增加土壤水穩性大團聚體的數量，并提高土壤含水率[10]。由結果來看，土壤大團聚體含量有所增加，土壤速效鉀含量、堿解氮含量顯著增加。有研究表明，聚合物能夠提高土壤對NH4+和K+吸附能力，提高土壤堿解氮和速效鉀含量，降低土壤酸度[9]。丁寧等研究表明鼠李糖脂表面活性劑對土壤中的Pb的去除率高于Cd，但月桂基醚硫酸鈉表面活性劑對Cd的去除率略高于Pb[11]。但在第20 d、40 d和第60 d，土壤有效態Cd顯著增加。有研究表明，表面活性劑能夠去除土壤中的重金屬離子，但在多種重金屬離子存在時，表面活性劑的去除作用會降低[12]。

綜上所述，SAA屬于表面活性劑類土壤改良劑，試驗結果表明：①土壤改良劑SAA在一定程度上能促進土壤大團聚體的形成；②SAA能調節土壤酸堿度、增加速效鉀、堿解氮的含量；③SAA能降低有效態重金屬Pb的含量，但有增加有效態Cd的含量的風險。