土壤改良劑在旱坡耕地上的應(yīng)用

土壤改良劑在旱坡耕地上的應(yīng)用

隨著我國小城鎮(zhèn)發(fā)展的快速發(fā)展和人口數(shù)量的增加，農(nóng)業(yè)耕地面積逐年減少，但植物需求不斷增加。為了獲得更高的產(chǎn)量，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)采取了調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、提高耕地復(fù)種指數(shù)等措施，在栽培中采取了大量化肥的方法，嚴(yán)重板結(jié)、結(jié)構(gòu)破壞、滲透性差、養(yǎng)分失衡、肥力低等。因此，有必要改善土壤。目前,改良土壤性狀的方法很多,如實(shí)行精耕細(xì)作、種植綠肥、增施有機(jī)肥、合理輪作等栽培措施,而土壤改良劑(soilmodifier)則是快速改善土壤環(huán)境的有效途徑之一。1土壤修復(fù)劑的研究1.1土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)劑土壤改良劑又稱為土壤調(diào)理劑(soilconditioner),是一類主要用于改良土壤性質(zhì)以便更適宜于植物生長、而并非為主要提供植物養(yǎng)分的物料。根據(jù)土壤改良劑的作用可生產(chǎn)出不同的產(chǎn)品,如能促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的土壤結(jié)構(gòu)劑、能固定表土防止水土流失的土壤固定劑、能調(diào)節(jié)土壤酸堿度的土壤調(diào)酸劑等,這類制劑目前在國內(nèi)外均統(tǒng)稱為土壤調(diào)理劑。土壤改良劑往往由多種成分混合,很難進(jìn)行嚴(yán)格分類,一般按其材料來源可分為4種類型,即高分子類、有機(jī)類、礦物類和其他類型。其中,高分子類土壤改良劑主要有天然的多糖類衍生物、木質(zhì)素衍生物、腐植酸物質(zhì)以及人工合成的聚丙烯酰胺、氨基聚合物、聚乙烯醇類物質(zhì)等;有機(jī)類土壤改良劑主要有秸稈類、殼質(zhì)粗粉、綠肥、餅肥、堆肥、糞肥等;礦物類土壤改良劑主要有沸石、珍珠巖、海泡石、石膏、蛭石、膨潤土等;此外,可用作土壤改良劑的還有城市污泥、堿渣、高爐渣、脫硫灰等。1.2土壤修復(fù)劑的作用機(jī)制和應(yīng)用效果1.2.1聚合物改良劑作用機(jī)理高分子類土壤改良劑施入土壤后能模擬土壤中有機(jī)大分子物質(zhì)的作用,可使分散的礦物質(zhì)顆粒形成人工團(tuán)粒并使天然團(tuán)粒的穩(wěn)定性提高,進(jìn)而使土壤結(jié)構(gòu)及其物理性質(zhì)如孔隙度、通氣性、透水性、堅(jiān)實(shí)度等得到改善,使土壤具有農(nóng)林牧價(jià)值。對高聚物改良劑和礦物質(zhì)分散顆粒相互作用形成團(tuán)粒的機(jī)制研究一般分為兩種:一種認(rèn)為高聚物改良劑分子和礦物質(zhì)分散顆粒直接結(jié)合,例如,氫鍵論、凝聚-氫鍵論、間層分子焊接論、橋聯(lián)靜電結(jié)合論等;另一種則認(rèn)為礦物顆粒和聚合物改良劑分子由于氫原子結(jié)合而吸水形成結(jié)合水層,通過結(jié)合水層形成團(tuán)粒。一般情況下,聚合物中含有大量能與土壤顆粒結(jié)合的有效基團(tuán)如羧基、羥基、胺基、磺酸基、季銨鹽基等,按照這些基團(tuán)的離子類型可將這些聚合物分為陽離子型、非離子型和陰離子型。非離子基團(tuán)主要通過氫鍵和范德華力與粘土顆粒結(jié)合,陽離子基團(tuán)則是與帶負(fù)電的粘土顆粒通過靜電引力結(jié)合,陰離子基團(tuán)通過共用粘土顆粒上的多價(jià)金屬陽離子相互結(jié)合。王久志等研究表明,聚乙烯醇(PAV)用于改良砂土?xí)r,土壤中的團(tuán)粒數(shù)從6.67%~63.00%增加至7.50%~79.00%,并影響土壤容重、最大持水量、土壤溫度和抑制水分蒸發(fā)。員學(xué)鋒等通過模擬試驗(yàn)表明,施加聚丙烯酰胺(PAM)處理的土壤飽和含水量和田間持水量分別比對照土壤增加5.18%和1.22%,同時(shí)可減弱土壤空氣與大氣之間的水汽擴(kuò)散率,降低土壤水分蒸發(fā),在土壤形成很多“小水庫”,為作物生長提供更多的可利用水源,并且有效降低土壤容重、增大土壤總孔隙度。龍明杰等研究了淀粉接枝共聚物對土壤的改良作用,結(jié)果表明,淀粉接枝共聚物施用量為0.2%時(shí),接枝丙烯酸和丙烯酰胺的改性淀粉可使土壤中的水穩(wěn)定性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)含量分別提高18.88%和23.72%。1.2.2改良劑生物措施目前,大量研究證明,農(nóng)田施入土壤改良劑后可調(diào)節(jié)土壤酸堿平衡,給作物提供適宜的生長環(huán)境。土壤酸化是指土壤中氫離子增加的過程亦即土壤酸度由低變高的過程,它是一個(gè)持續(xù)不斷的自然過程。在酸性土壤上施用適量含石灰或石灰石粉類的改良劑,能不同程度提高土壤的pH值,但必須注意的是不能過于頻繁地施用石灰,在施用石灰改良劑的同時(shí)應(yīng)與其他堿性肥料(如草木灰、火燒土等)配合使用,以防止土壤板結(jié)及復(fù)酸化程度的增加。對于鹽堿地治理,一般可加入含鈣物質(zhì)來置換土壤膠體表面吸附的鈉或采用加酸或加入酸性物質(zhì)等方法進(jìn)行改良。目前采用石膏改良堿化土壤的措施在國內(nèi)外已經(jīng)相當(dāng)成功,并且仍受到極大的關(guān)注。土壤中重金屬離子的生物有效性一般隨pH值的升高而下降。有關(guān)研究表明,土壤中重金屬Cd2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Pb2+的溶解度與土壤溶液pH值的高低有很大關(guān)系,土壤pH值越低,這些重金屬的溶解度越大、活性越高。據(jù)研究。土壤改良劑降低重金屬生物有效性的機(jī)理是通過改變土壤pH值、增加吸附位點(diǎn)或促進(jìn)重金屬離子與土壤其他組分(包括改良劑本身)的共沉淀來實(shí)現(xiàn)的。研究表明,石灰在提高土壤pH值的同時(shí)能夠降低污染土壤中Cd、Zn的活性,減少作物對Cd、Zn的吸收。丁凌云等探討了石灰、過磷酸鈣和有機(jī)物等改良劑對水稻產(chǎn)量和重金屬吸收的影響,結(jié)果表明,石灰+過磷酸鈣處理的土壤pH值比空白對照提高0.09,且抑制了重金屬向植物地上部遷移,稻米中Pb、Zn和Cd的含量比空白對照分別下降61.8%、14.1%、45.1%。張青等采用盆栽試驗(yàn)方法,研究了紅壤施用石灰、有機(jī)肥、海泡石后對小油菜的Cd、Zn吸收量和土壤Cd、Zn形態(tài)轉(zhuǎn)化及土壤pH值等的影響,結(jié)果表明,石灰能使土壤pH值提高2.00左右,海泡石和有機(jī)肥則使土壤pH值提高1.20以上,從而明顯降低了小油菜對Cd、Zn的吸收。1.2.3有機(jī)改良劑的使用效果許多研究表明,農(nóng)田施用有機(jī)土壤改良劑,對植物土傳病害有一定的防治效果,其機(jī)理主要為:第一,直接抑菌作用。土壤施用改良劑后,激發(fā)某些抗病因子或增強(qiáng)植株木質(zhì)化程度,從而抵抗了病原菌的侵入。不少有機(jī)改良劑如殼質(zhì)粗粉、綠肥、糞肥、豆秸粉、餅肥等的浸出液對棉花黃萎病菌的孢子、微菌核萌發(fā)及菌絲生長都具有一定的抑制效果,其中殼質(zhì)粗粉、綠肥、糞肥、麥秸浸出液對棉花黃萎病菌的孢子萌發(fā)抑制率均達(dá)到80%以上,而對病菌微菌核的萌發(fā)抑制率達(dá)50%以上。第二,誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病性。土壤施用有機(jī)改良劑后,會降解產(chǎn)生對病原菌有毒的揮發(fā)性物質(zhì),從而抑制病原菌的生長。劉藹民等研究了豆餅防治棉花枯萎病的機(jī)制,認(rèn)為豆餅液對病原菌無直接的抑制作用,而是誘導(dǎo)植株體內(nèi)的PAL活性及總酚含量的提高,并導(dǎo)致根系組織的木質(zhì)化程度增強(qiáng),從而有利于植株抵抗病原菌的入侵和擴(kuò)展。第三,調(diào)節(jié)土壤微生物區(qū)系作用。研究表明,施用有機(jī)改良劑不僅能顯著增加棉花土壤和根際各種微生物的數(shù)量,而且還能使微生物種類增多、區(qū)系組成更加復(fù)雜,甚至改變根際微生物的優(yōu)勢種。第四,改良土壤結(jié)構(gòu)作用。土壤改良劑的施用改善了土壤的透氣保濕性能和調(diào)節(jié)了土壤溫度,從而有利于種子萌發(fā)、幼苗發(fā)育以及植株生長,增強(qiáng)了植株對病害的的抵抗能力。1.3土壤修復(fù)劑的使用技術(shù)1.3.1白云石粉用量對土壤ph值的影響土壤改良劑用量不足或過多均對其使用效果有明顯的影響。胡德春等研究表明,在酸性土上,低量的石灰石粉(562.5kg/hm2)和碳酸鈣粉(750.0kg/hm2)以及低量(750.0kg/hm2)至高量(3000.0kg/hm2)的白云石粉對土壤pH值的影響均不明顯,其適宜用量分別為1125~1688、1500~2250、1500~3000kg/hm2。郭和蓉等研究認(rèn)為,幼齡荔枝園應(yīng)用營養(yǎng)型酸性土壤改良劑時(shí)以每株施用6kg為宜。王有國通過灰色關(guān)聯(lián)度分析表明,不同種類草坪的土壤改良劑最佳施用劑量均不相同,其中,土壤改良劑對草地早熟禾(Poapratensis)在2kg/m2用量水平上關(guān)聯(lián)度最大,對高羊茅(Festucaarundinacea)和黑麥草(Loliumperenne)在3kg/m2用量水平上關(guān)聯(lián)度最大?？梢?栽植的作物種類不同,土壤改良劑的施用劑量也不同。1.3.2改良劑的使用效果土壤改良劑在使用上一般分為固態(tài)和液態(tài)兩種施用方式,其中固態(tài)改良劑可采用撒施、溝施、穴施、環(huán)施、拌施等方法施入土壤,而液態(tài)改良劑則一般采用地表噴施、灌施等方法,具體施用方式應(yīng)視改良劑的性質(zhì)及當(dāng)?shù)氐耐寥拉h(huán)境而定。將固態(tài)改良劑直接施入土壤后,雖然可吸水膨脹,但是很難溶解進(jìn)入土壤溶液,其改土效果往往受到影響;而在相同的情況下,將改良劑溶于水后再施用,土壤的物理性狀明顯得到改善。有關(guān)研究表明,聚丙烯酰胺在土壤攪動(如耕翻或栽培作業(yè))后隨灌溉水使用,其改良效果最好;而干施處理的效果較差,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,不同改良劑混合使用或與化肥配施,其對土壤的改良效果明顯提高。例如,Wallace等研究認(rèn)為,聚丙烯酰胺45kg/hm2與多聚糖90kg/hm2混合劑對改良鈣質(zhì)土壤的效果最好,具有明顯的正交互作用。王文軍等研究報(bào)道,沸石+石灰+氮磷鉀對油菜的增產(chǎn)效應(yīng)最為顯著,與單施氮磷鉀處理相比增產(chǎn)72.7%~229.3%。2南方旱坡耕地立地條件分析南方地區(qū)山地資源非常豐富,充分合理地開發(fā)丘陵山地資源已成為解決人地矛盾突出問題的關(guān)鍵。以廣東省為例,全省可用作耕地的坡地面積約有66.79萬hm2,占全省耕地面積的23.48%,是旱糧、經(jīng)濟(jì)作物、果樹生產(chǎn)的重要土壤資源,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上舉足輕重。南方坡地的土壤類型主要為紅壤、赤紅壤、磚紅壤等,經(jīng)過長期的自然因素和人為因素的綜合作用,這些土壤的性狀雖然有了明顯的改善,但仍存在諸多缺點(diǎn)。其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要障礙因素有:一是土壤酸性較強(qiáng),pH值較低時(shí)活性Fe、Al不僅對作物生長產(chǎn)生直接影響,還易與磷素結(jié)合成難溶的磷酸鐵鋁,降低磷素的有效性;二是土壤有機(jī)質(zhì)含量低,土壤的保肥供肥能力差,加上酸性條件加快了Ca2+、Mg2+、NH4+等陽離子的大量流失,作物所需營養(yǎng)元素缺乏;三是土壤質(zhì)地粘重,結(jié)構(gòu)不良,物理性質(zhì)差。長期以來,坡地赤紅壤都存在退化和利用不當(dāng)?shù)葐栴},嚴(yán)重制約了其生產(chǎn)潛力的發(fā)揮,目前大多采用覆蓋栽培、輪作、擴(kuò)穴改土等增產(chǎn)措施,而較少應(yīng)用土壤改良劑進(jìn)行改良。為此,許多學(xué)者對土壤改良劑在南方旱坡耕地上的應(yīng)用開展了研究,應(yīng)用的改良劑有多元酸性調(diào)理劑、營養(yǎng)型酸性調(diào)理劑、TC等,種植的作物有辣椒、龍眼、柑桔、枇杷、荔枝、玉米、水稻,研究結(jié)果證實(shí),施用土壤改良劑后,能明顯改善南方旱坡耕地普遍存在的酸、毒、瘠、漏、板、蝕等多種障礙因素,土壤改良劑可作為提高南方旱坡耕地生產(chǎn)力的主要手段之一。南方旱坡地面積廣、生產(chǎn)力低,主要種植利潤較高的經(jīng)濟(jì)作物及熱帶亞熱帶水果,施用土壤改良劑能夠提高土壤生產(chǎn)力,提高產(chǎn)值及投入產(chǎn)出比,生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益良好;此外,施用土壤改良劑具有技術(shù)簡單、見效快等特點(diǎn),容易推廣應(yīng)用。因此,在南方貧瘠坡地區(qū)合理使用有針對性的土壤改良劑,將對保證坡地的持續(xù)開發(fā)利用起到重要的作用。3多功能可降解處理劑隨著土壤改良劑在農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境中的廣泛應(yīng)用,目前國內(nèi)外研制的土壤改良劑新產(chǎn)品也越來越多。例如,日本最近研制出一種新型的液體通氣保濕劑,內(nèi)含聚乙烯醇6.66%、脫乙酰甲殼質(zhì)0.11%、氨基酸0.022%、單寧0.019%,能改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu),提高其通氣性、透水性和保水性;法國