土壤改良剂在旱坡耕地上的应用

土壤改良剂在旱坡耕地上的应用

随着我国小城镇发展的快速发展和人口数量的增加，农业耕地面积逐年减少，但植物需求不断增加。为了获得更高的产量，农业生产采取了调整种植结构、提高耕地复种指数等措施，在栽培中采取了大量化肥的方法，严重板结、结构破坏、渗透性差、养分失衡、肥力低等。因此，有必要改善土壤。目前,改良土壤性状的方法很多,如实行精耕细作、种植绿肥、增施有机肥、合理轮作等栽培措施,而土壤改良剂(soilmodifier)则是快速改善土壤环境的有效途径之一。1土壤修复剂的研究1.1土壤团粒结构剂土壤改良剂又称为土壤调理剂(soilconditioner),是一类主要用于改良土壤性质以便更适宜于植物生长、而并非为主要提供植物养分的物料。根据土壤改良剂的作用可生产出不同的产品,如能促进土壤团粒结构的土壤结构剂、能固定表土防止水土流失的土壤固定剂、能调节土壤酸碱度的土壤调酸剂等,这类制剂目前在国内外均统称为土壤调理剂。土壤改良剂往往由多种成分混合,很难进行严格分类,一般按其材料来源可分为4种类型,即高分子类、有机类、矿物类和其他类型。其中,高分子类土壤改良剂主要有天然的多糖类衍生物、木质素衍生物、腐植酸物质以及人工合成的聚丙烯酰胺、氨基聚合物、聚乙烯醇类物质等;有机类土壤改良剂主要有秸秆类、壳质粗粉、绿肥、饼肥、堆肥、粪肥等;矿物类土壤改良剂主要有沸石、珍珠岩、海泡石、石膏、蛭石、膨润土等;此外,可用作土壤改良剂的还有城市污泥、碱渣、高炉渣、脱硫灰等。1.2土壤修复剂的作用机制和应用效果1.2.1聚合物改良剂作用机理高分子类土壤改良剂施入土壤后能模拟土壤中有机大分子物质的作用,可使分散的矿物质颗粒形成人工团粒并使天然团粒的稳定性提高,进而使土壤结构及其物理性质如孔隙度、通气性、透水性、坚实度等得到改善,使土壤具有农林牧价值。对高聚物改良剂和矿物质分散颗粒相互作用形成团粒的机制研究一般分为两种:一种认为高聚物改良剂分子和矿物质分散颗粒直接结合,例如,氢键论、凝聚-氢键论、间层分子焊接论、桥联静电结合论等;另一种则认为矿物颗粒和聚合物改良剂分子由于氢原子结合而吸水形成结合水层,通过结合水层形成团粒。一般情况下,聚合物中含有大量能与土壤颗粒结合的有效基团如羧基、羟基、胺基、磺酸基、季铵盐基等,按照这些基团的离子类型可将这些聚合物分为阳离子型、非离子型和阴离子型。非离子基团主要通过氢键和范德华力与粘土颗粒结合,阳离子基团则是与带负电的粘土颗粒通过静电引力结合,阴离子基团通过共用粘土颗粒上的多价金属阳离子相互结合。王久志等研究表明,聚乙烯醇(PAV)用于改良砂土时,土壤中的团粒数从6.67%~63.00%增加至7.50%~79.00%,并影响土壤容重、最大持水量、土壤温度和抑制水分蒸发。员学锋等通过模拟试验表明,施加聚丙烯酰胺(PAM)处理的土壤饱和含水量和田间持水量分别比对照土壤增加5.18%和1.22%,同时可减弱土壤空气与大气之间的水汽扩散率,降低土壤水分蒸发,在土壤形成很多“小水库”,为作物生长提供更多的可利用水源,并且有效降低土壤容重、增大土壤总孔隙度。龙明杰等研究了淀粉接枝共聚物对土壤的改良作用,结果表明,淀粉接枝共聚物施用量为0.2%时,接枝丙烯酸和丙烯酰胺的改性淀粉可使土壤中的水稳定性团粒结构含量分别提高18.88%和23.72%。1.2.2改良剂生物措施目前,大量研究证明,农田施入土壤改良剂后可调节土壤酸碱平衡,给作物提供适宜的生长环境。土壤酸化是指土壤中氢离子增加的过程亦即土壤酸度由低变高的过程,它是一个持续不断的自然过程。在酸性土壤上施用适量含石灰或石灰石粉类的改良剂,能不同程度提高土壤的pH值,但必须注意的是不能过于频繁地施用石灰,在施用石灰改良剂的同时应与其他碱性肥料(如草木灰、火烧土等)配合使用,以防止土壤板结及复酸化程度的增加。对于盐碱地治理,一般可加入含钙物质来置换土壤胶体表面吸附的钠或采用加酸或加入酸性物质等方法进行改良。目前采用石膏改良碱化土壤的措施在国内外已经相当成功,并且仍受到极大的关注。土壤中重金属离子的生物有效性一般随pH值的升高而下降。有关研究表明,土壤中重金属Cd2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Pb2+的溶解度与土壤溶液pH值的高低有很大关系,土壤pH值越低,这些重金属的溶解度越大、活性越高。据研究。土壤改良剂降低重金属生物有效性的机理是通过改变土壤pH值、增加吸附位点或促进重金属离子与土壤其他组分(包括改良剂本身)的共沉淀来实现的。研究表明,石灰在提高土壤pH值的同时能够降低污染土壤中Cd、Zn的活性,减少作物对Cd、Zn的吸收。丁凌云等探讨了石灰、过磷酸钙和有机物等改良剂对水稻产量和重金属吸收的影响,结果表明,石灰+过磷酸钙处理的土壤pH值比空白对照提高0.09,且抑制了重金属向植物地上部迁移,稻米中Pb、Zn和Cd的含量比空白对照分别下降61.8%、14.1%、45.1%。张青等采用盆栽试验方法,研究了红壤施用石灰、有机肥、海泡石后对小油菜的Cd、Zn吸收量和土壤Cd、Zn形态转化及土壤pH值等的影响,结果表明,石灰能使土壤pH值提高2.00左右,海泡石和有机肥则使土壤pH值提高1.20以上,从而明显降低了小油菜对Cd、Zn的吸收。1.2.3有机改良剂的使用效果许多研究表明,农田施用有机土壤改良剂,对植物土传病害有一定的防治效果,其机理主要为:第一,直接抑菌作用。土壤施用改良剂后,激发某些抗病因子或增强植株木质化程度,从而抵抗了病原菌的侵入。不少有机改良剂如壳质粗粉、绿肥、粪肥、豆秸粉、饼肥等的浸出液对棉花黄萎病菌的孢子、微菌核萌发及菌丝生长都具有一定的抑制效果,其中壳质粗粉、绿肥、粪肥、麦秸浸出液对棉花黄萎病菌的孢子萌发抑制率均达到80%以上,而对病菌微菌核的萌发抑制率达50%以上。第二,诱导植物产生抗病性。土壤施用有机改良剂后,会降解产生对病原菌有毒的挥发性物质,从而抑制病原菌的生长。刘蔼民等研究了豆饼防治棉花枯萎病的机制,认为豆饼液对病原菌无直接的抑制作用,而是诱导植株体内的PAL活性及总酚含量的提高,并导致根系组织的木质化程度增强,从而有利于植株抵抗病原菌的入侵和扩展。第三,调节土壤微生物区系作用。研究表明,施用有机改良剂不仅能显著增加棉花土壤和根际各种微生物的数量,而且还能使微生物种类增多、区系组成更加复杂,甚至改变根际微生物的优势种。第四,改良土壤结构作用。土壤改良剂的施用改善了土壤的透气保湿性能和调节了土壤温度,从而有利于种子萌发、幼苗发育以及植株生长,增强了植株对病害的的抵抗能力。1.3土壤修复剂的使用技术1.3.1白云石粉用量对土壤ph值的影响土壤改良剂用量不足或过多均对其使用效果有明显的影响。胡德春等研究表明,在酸性土上,低量的石灰石粉(562.5kg/hm2)和碳酸钙粉(750.0kg/hm2)以及低量(750.0kg/hm2)至高量(3000.0kg/hm2)的白云石粉对土壤pH值的影响均不明显,其适宜用量分别为1125~1688、1500~2250、1500~3000kg/hm2。郭和蓉等研究认为,幼龄荔枝园应用营养型酸性土壤改良剂时以每株施用6kg为宜。王有国通过灰色关联度分析表明,不同种类草坪的土壤改良剂最佳施用剂量均不相同,其中,土壤改良剂对草地早熟禾(Poapratensis)在2kg/m2用量水平上关联度最大,对高羊茅(Festucaarundinacea)和黑麦草(Loliumperenne)在3kg/m2用量水平上关联度最大。可见,栽植的作物种类不同,土壤改良剂的施用剂量也不同。1.3.2改良剂的使用效果土壤改良剂在使用上一般分为固态和液态两种施用方式,其中固态改良剂可采用撒施、沟施、穴施、环施、拌施等方法施入土壤,而液态改良剂则一般采用地表喷施、灌施等方法,具体施用方式应视改良剂的性质及当地的土壤环境而定。将固态改良剂直接施入土壤后,虽然可吸水膨胀,但是很难溶解进入土壤溶液,其改土效果往往受到影响;而在相同的情况下,将改良剂溶于水后再施用,土壤的物理性状明显得到改善。有关研究表明,聚丙烯酰胺在土壤搅动(如耕翻或栽培作业)后随灌溉水使用,其改良效果最好;而干施处理的效果较差,其原因是由于聚丙烯酰胺水化和分散不完全、不能被完全利用所致。此外,不同改良剂混合使用或与化肥配施,其对土壤的改良效果明显提高。例如,Wallace等研究认为,聚丙烯酰胺45kg/hm2与多聚糖90kg/hm2混合剂对改良钙质土壤的效果最好,具有明显的正交互作用。王文军等研究报道,沸石+石灰+氮磷钾对油菜的增产效应最为显著,与单施氮磷钾处理相比增产72.7%~229.3%。2南方旱坡耕地立地条件分析南方地区山地资源非常丰富,充分合理地开发丘陵山地资源已成为解决人地矛盾突出问题的关键。以广东省为例,全省可用作耕地的坡地面积约有66.79万hm2,占全省耕地面积的23.48%,是旱粮、经济作物、果树生产的重要土壤资源,在农业生产上举足轻重。南方坡地的土壤类型主要为红壤、赤红壤、砖红壤等,经过长期的自然因素和人为因素的综合作用,这些土壤的性状虽然有了明显的改善,但仍存在诸多缺点。其农业生产主要障碍因素有:一是土壤酸性较强,pH值较低时活性Fe、Al不仅对作物生长产生直接影响,还易与磷素结合成难溶的磷酸铁铝,降低磷素的有效性;二是土壤有机质含量低,土壤的保肥供肥能力差,加上酸性条件加快了Ca2+、Mg2+、NH4+等阳离子的大量流失,作物所需营养元素缺乏;三是土壤质地粘重,结构不良,物理性质差。长期以来,坡地赤红壤都存在退化和利用不当等问题,严重制约了其生产潜力的发挥,目前大多采用覆盖栽培、轮作、扩穴改土等增产措施,而较少应用土壤改良剂进行改良。为此,许多学者对土壤改良剂在南方旱坡耕地上的应用开展了研究,应用的改良剂有多元酸性调理剂、营养型酸性调理剂、TC等,种植的作物有辣椒、龙眼、柑桔、枇杷、荔枝、玉米、水稻,研究结果证实,施用土壤改良剂后,能明显改善南方旱坡耕地普遍存在的酸、毒、瘠、漏、板、蚀等多种障碍因素,土壤改良剂可作为提高南方旱坡耕地生产力的主要手段之一。南方旱坡地面积广、生产力低,主要种植利润较高的经济作物及热带亚热带水果,施用土壤改良剂能够提高土壤生产力,提高产值及投入产出比,生态与经济效益良好;此外,施用土壤改良剂具有技术简单、见效快等特点,容易推广应用。因此,在南方贫瘠坡地区合理使用有针对性的土壤改良剂,将对保证坡地的持续开发利用起到重要的作用。3多功能可降解处理剂随着土壤改良剂在农业和生态环境中的广泛应用,目前国内外研制的土壤改良剂新产品也越来越多。例如,日本最近研制出一种新型的液体通气保湿剂,内含聚乙烯醇6.66%、脱乙酰甲壳质0.11%、氨基酸0.022%、单宁0.019%,能改善土壤的团粒结构,提高其通气性、透水性和保水性;法国