浅谈土壤改良剂

浅谈土壤改良剂摘要：近年来，我国的土壤退化日益严重，作为农业人口大国，修复改良土壤显得尤为重要。土壤改良剂的研究发展对于土壤退化有着重要的意义，本文概述了土壤改良剂的研究状况、存在的问题和未来的展望。关键字：土壤退化；土壤改良剂；微生物随着经济社会的不断发展，我国的土壤资源严重不足，而且由于某些不合理的利用，比如大量不合理的施用肥料、农药的过量喷洒、超负荷放牧等等，造成了土壤的严重退化。主要表现为土壤紧实与硬化、侵蚀、盐碱化、酸化、元素失衡、化学污染、有机质流失和动植物区系的退化等[1]。据统计，因水土流失、盐渍化、沼泽化、土壤肥力衰减和土壤污染及酸化等造成的土壤退化总面积约4.6亿hm2，占全国土地总面积的40%，是全球土壤总面积的1/4。土壤退化的结果是土壤生产力降低，作物品质下降，甚至有毒元素富集[2’3]。如何保持土壤质量、改善酸碱土壤、解除土壤毒性、减少土传病害传播，成为人们关注的焦点。应用土壤改良剂是修复退化土壤的重要措施之一。土壤改良剂能有效地改善土壤理化性状和土壤养分状况，并对土壤微生物产生积极影响，从而提高退化土壤的生产力[4],因此，土壤改良剂的研究与发展对于土壤退化有着极其重要的作用。1.土壤改良剂的作用机制土壤是陆生植物生长的载体，植物生长所需的大部分营养元素是从土壤中获得的，土壤特性决定了植物能否健康的生长。土壤特性包括土壤结构、土壤含水量、土壤温度、土壤酶的活性、土壤微生物数量、土壤通气状况、土壤溶液浓度、土壤氢离子浓度。土壤改良剂的类型不同，对土壤的作用机制也有所不同，但都是通过有效改善土壤物理结构，降低土壤容重，增加土壤含水量，改变土壤化学性质[5]，加强土壤微生物活动，提高酶的活性，增加土壤微量元素含量，调节土壤水、肥、气、热状况中的某些部分或全部，最终达到提高土壤肥力的目的。2.土壤改良剂的分类土壤改良剂按原料来源可分为天然改良剂、人工合成改良剂、天然一合成共聚物改良剂和生物改良剂。3.土壤改良剂的应用3.1天然改良剂常见的天然改良剂有天然矿石、无机固体废弃物、有机固体废弃物、天然提取高分子化合物等3.1.1天然矿石天然矿物对土壤改良的效果主要表现在以下几个方面。①改善土壤结构。有的天然矿物如膨润土具有一定的膨胀、分散性、粘着性等，施入土壤可增加团聚体数量，增大土壤孔隙度．降低土壤容重[6]。②提高土壤的保水能力。沸石具有贮水能力，施入土壤后可提高耕层土壤的含水量1％~2％，在干旱条件下使耕层土壤田间持水量增加5％一15％。③提高土壤保肥能力和增加土壤肥力。沸石具有强的吸附能力和高阳离子交换量，可促进土壤中养分的释放。也可活化土壤难溶性P[7]；沸石还能改善土壤供钾状况。④改良盐碱地，缓冲土壤pH值。土壤中的Na+、Cl—-都可以进入沸石内部被沸石吸附，使土壤中的盐分减少，碱化度降低，并对土壤pH值起到缓冲作用。石灰石、蛭石、石膏等也能调节土壤酸碱度。⑤吸附重金属。沸石、膨润土和蛭石能吸附土壤中的重金属如Pb、Ni、Cu、zn、As、Sb、cd等，降低其生物有效性。沸石、膨润土可有效固定放射性物质Cs。但是天然矿物在实际应用中存在一些理论和技术问题，如施用量、施用方式和施用时间，天然矿物的储量对其大面积推广应用的限制等。此外天然矿物对养分的释放特性及影响因素也有待于进一步研究。3.1.2天然提取高分子化合物天然提取高分子化合物是利用一定的化学方法从天然产物中提取出来的高分子化合物．甲壳素类化合物是一种天然的多糖高分子化合物，被广泛应用于土壤改良。甲壳素类物质在土壤改良中的应用主要有以下几个办面。①改善土壤物理性质。甲壳索能有效改善土壤的团粒结构；将其喷洒在土壤表面，则能形成一层薄膜，具有保墒作用。②改善土壤中氮的有效性，sarathchandra等研究表明，甲壳素改良土壤使土壤中矿化氮含量增加。从而使黑麦草的茎重增加。③改善土壤菌落。甲壳素能促进十壤中放线菌及其它一些有益微生物如同氮菌、纤维分解菌、乳酸菌、放线菌的生长。sarathchandra等研究发现，甲壳素改良土壤使土壤细菌数增加13倍，真菌数增加2．5培，同时还能抑制土壤中有害细菌如霉菌、丝状菌的繁殖与生长，防治土传病[8]。④提高植物活性，促进作物生长，提高产量。saralhchandra等研究表明，甲壳素改良土壤使黑麦草茎重增加，根茎比减小，这可能与来自甲壳索的矿化的氮有关。3.2合成土壤改良剂合成改良剂是模拟天然改良剂人工合成的高分子有机聚合物。国内外研究和应用的人工合成土壤改良剂有聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、脲醛树脂等，其中PAM是研究者最为关沣的人工合成土壤改良剂。PAM对土壤的改良作用主要表现在以下几个方面：(1)改善土壤物理性状、增强土壤的保水保土能力。PAM可有效改善土壤结构，使土壤大团聚体数目增加，增大土壤表面粗糙度，降低土壤容重，增大土壤总孔隙度和毛管孔隙度，进而使土壤颗粒和孔隙结构保持稳定，使土壤入渗率明显提高，提高土壤的含水量[9]。用阴离子PAM改良退化的板结土壤，较低的施用量即能起到改善土壤物理性质的作用。用阳离子型PAM处理土壤也可增加水稳性团聚体，提高土壤的可湿性和持液能力及土壤的渗透率。(2)对肥料的吸附与释放作用。土壤中施用PAM可使土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量增加[10]。PAM与土壤混合能增加土壤对NH3+、N03—、K+、P043—的吸附量，减少其淋溶损失，PAM施用量越大，作用越大。(3)对土壤微生物和酶活性的影响。Jeanine等研究发现大分子量的阴离子型线性PAM施入土壤后使土壤中的细菌数量增加，但这种影响具有生境特异性。Steinberger等研究表明经PAM处理的土壤中微生物的生物量增加，并促进了好气性细菌的生长，但其原因还未弄清。大分子量的阴离子型线性PAM能作为土壤微生物的N源，使水解小分子量酰胺的酶活性有所提高或者不发生变化[11]。PAM在土壤改良研究与应用中的不足之处。①土壤溶液和可溶性盐会影响PAM的吸水性能；②应用于土壤改良成本较高；PAM降解中间产物是丙烯酰胺，该物质有毒，从长远来看PAM作为土壤结构改良剂的应用是否会产生土壤污染，是值得关注和深入研究的问题；③PAM作为土壤改良剂主要是与土壤中的粘土矿物相互作用，但作用机理尚不太清楚。④目前对PAM的生物转化、PAM对土壤微生物生态系统及其生物转化产物对整个生态系统的影响还不太了解，关于PAM的生物降解方面的研究尚不足。3.3生物改良剂目前研究和应用的生物改良剂包括一些商业的生物控制剂、微生物接种菌、菌根、蚯蚓等。其中研究应用较多的有丛枝菌根(AM)。AM在土壤改良的应用主要表现在以下几方面。①改善土壤物理性质。AM含有丰富的菌丝体，能增加土壤有机质含量，丛枝菌根真菌(AMF)根外菌丝能产生一种细胞外糖蛋白，与菌丝网一起有利于上壤团粒结构的形成，提高土壤稳定性，增强土壤通透性[12]。②AMF能活化土壤中矿质养分，促进植物根系对营养元素尤其是移动性较差的P、Cu、Zn等矿质元素的吸收[13]。③增强宿主植物的抗病性、抗逆性(抗旱、耐盐、抗酸等)。AMF能诱导植物对土传病原物产生抗病性，减轻一些土传病原真菌和胞囊线虫、根结线虫等对植物造成的危害，其机理是AMF提高了植物的营养水平，使植株健壮．从而增强植物对病原菌的抗性。Larkin的研究表明生物改良剂与有效的作物轮作的结合在抑制病原菌方面具有更大的潜力。同时，AM的根外菌丝的延伸和扩展，增大了植物根系的吸收范围和吸收能力，降低永久凋萎点，提高植物抗旱性和水分利用效率。此外AMF能够通过增加植物对P、Cu、Mg的吸收而减少植物对Na和Cl吸收．从而提高植物耐盐能力归引。④AM还可用于重金属、有机污染土壤的修复。4.土壤改良剂应用中存在的问题土壤改良剂在使用中有很好的改良效果，但是还存在很多问题：(1)成本高，使得其推广应用一直受到限制；(2)缺乏正确的宣传和技术培训。很多农民不了解，更不知道如何使用；(3)缺乏科学评判标准。我国土壤类型繁多，缺乏广适性和专一性的土壤改良剂产品，而且土壤改良剂产品种类很多，在有机质含量、改土效果、保水性能、持效性能等方面缺乏科学统一的衡量标准和测试手段；(4)缺乏长期的定位试验跟踪和数据验证。许多土壤改良产品的研究结果是1～3a的试验，没有长期对土壤环境和农产品质与量变化进行研究；同时，土壤改良剂对环境、土壤和农产品的副作用还有待于深化研究，特别是利用城市废弃物和污水污泥为原料的产品，更应加强对土壤环境和产品质量影响的监测；(5)作用机制不清楚。缺乏不同土壤改良剂增产、增效、改土机制的研究；(6)产品研发材料单一，而且因工艺技术问题导致产品质量、效果、性能不稳定。原料多集中于天然和人工合成物质，对生活垃圾、生物质废弃物的开发利用少，造成大量廉价的土壤改良原材料废置，并污染土壤和水体等。5.土壤改良剂的研究展望根据我国农业发展的客观需求和土壤改良剂研发的现状及问题，今后土壤改良剂研发的重点与难点应包括：(1)广适性。我国土壤类型丰富，但其酸碱度、土壤质地或区域分布存在很多的共性，如何研发一种产品来适应不同土壤的相同土壤质地或相同酸碱度是切实可行的，这样不仅有利于推广应用，更有利于减少消费者选择的困扰。(2)专一性。在进行广适性产品研发的同时，更应该针对不同土壤质地、不同农作物等开发专用土壤改良剂，进一步提升土壤改良剂的针对性和创新性，实现土壤改良与作物品质改善的双重效果。(3)多功能性。研发具有保水、保肥、促根壮苗、改善土壤结构等集多功能于一体的改良剂是土壤改良、修复和维护的客观需要，也有利于提高产品的可用性和便捷性[14]。(4)环保性。利用生物质废弃物、农业废弃物、生活垃圾及工业副产品提取土壤改良剂制作原料，不但所生产的产品具有长效性，而且解决了环保和土壤改良可能存在矛盾的问题。参考文献[1]赵其国．土壤退化及其防治[J]土壤，l99l，23(2)：57-61．[2]易杰祥，吕亮雪,刘国道．土壤酸化和酸性土壤改良研究[J]．华南热带农业大学学报，2006，12(1)：23—28．[3]WagnerGJ．Accumulationofcadmiumincropplantsanditsconsequencestohumanhealth[J]．AdvancesinAgronomy，1993.51：173—212．[4]吴增芳．土壤结构改良剂[M]．北京：科学出版社，l976：24—34．[5]陈之群。孙治强，张慧梅．土壤调理剂对辣椒田土壤理化性质的影响[J]．河南农业科学，2005(7)：84—85．[6]邵玉翠，张余良．天然矿物改良剂在微咸水灌溉土壤中应用效果的研究[J]水土保持学报，2005，19(4)：l00—103．[7]李长洪，李华兴，张新明．天然沸石对土壤及养分有效性的影响[J]土壤与环境，2000，9(2)：163—165．[8]GOODAYGW．Theecologyofchitindegradation[J],Advancesinmicrobialecology，1990，1l：387—419．[9]BUSSCHERWJ．NOVAKJM，CHESAR-TONTHATTC．OrganicMatterandpolyacrylamideamendmentofNorfolkloamysand[J]．Soil＆TillageResearch，2007，93：17I—178．[10]夏海江，杜尧东，盂维忠，等．聚丙烯酰胺防治水土流失的效果[J]．生态学杂志，200l，20(1)：70—72．[11]JEANINEL，AY—SHOEMAKE，MARYE，etaI．Polyacrylamideasasubstrateformicrobialamidaseincultureandsoil[J]．SoilBiologyandBiochemistry．1998，30(13)：647一1654．[12]赵之伟．丛枝菌根真菌产球囊葛索研究进展[J]生态学杂志，2005，24(9)：1080—108