風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤理化性狀的影響

王洪鳳 吳欽泉 谷端銀 陳士更 孟慶羽 陳大印 丁方軍,3*

（1 山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司 泰安 271000 2 山東省腐植酸高效利用工程技術(shù)研究中心 泰安 271000 3 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 泰安 271018）

近幾十年來(lái)，由于不合理的耕作，破壞了土壤原有的良好結(jié)構(gòu)，致使其理化性狀向劣化方向發(fā)展，土壤肥力降低，造成農(nóng)作物生長(zhǎng)勢(shì)衰退，農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量及質(zhì)量下降[1]。腐植酸是一種黑色或棕色的膠體物質(zhì)，是一大類(lèi)多環(huán)稠環(huán)有機(jī)物質(zhì)，這類(lèi)物質(zhì)對(duì)增強(qiáng)土壤肥力和改良土壤結(jié)構(gòu)有良好的作用[2]。因此，腐植酸在肥料行業(yè)的應(yīng)用前景是廣闊的。

本研究以泰安市郊的潮土和棕壤土作為對(duì)象，通過(guò)施用不同量的未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸，測(cè)定并分析兩種風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、陽(yáng)離子交換量(CEC)和土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)變化的影響，旨在為風(fēng)化煤腐植酸在肥料領(lǐng)域的應(yīng)用提供科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試土壤

泰安市郊潮土和棕壤土，土壤基本理化性狀如表1所示。

表1 供試土壤的基本理化性狀Tab.1 Main characteristics of testing soil

1.1.2 供試樣品

未活化的風(fēng)化煤腐植酸：新疆風(fēng)化煤原粉經(jīng)粉碎機(jī)處理后，通過(guò)80目篩，總腐植酸含量45%。

活化的風(fēng)化煤腐植酸：新疆風(fēng)化煤原粉通過(guò)加堿活化，轉(zhuǎn)變成水溶性強(qiáng)的腐植酸鹽，總腐植酸含量65%。

1.2 試驗(yàn)處理

根據(jù)未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸的添加量不同(0 g、2 g、4 g、8 g、16 g)，試驗(yàn)共設(shè)18個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)處理采用1 kg土，處理編號(hào)及風(fēng)化煤腐植酸添加量如表2所示。

表2 各處理編號(hào)及風(fēng)化煤腐植酸添加量Tab.2 Number and addition quantity of weathered coal humic acid

1.3 試驗(yàn)方法

先將未活化的風(fēng)化煤腐植酸與活化的風(fēng)化煤腐植酸按不同添加量(0 g、2 g、4 g、8 g、16 g)與土樣混合均勻，放入試驗(yàn)缽中；9月3日開(kāi)始試驗(yàn)，將所有試驗(yàn)缽露置于戶(hù)外，定期噴定量的水，保持土壤濕度達(dá)到60%；期間，每隔1個(gè)月將土倒出，進(jìn)行風(fēng)干處理，時(shí)間為1周；采用四分法取樣，每次每個(gè)樣品取200 g土，待檢測(cè)用，其余土再放入試驗(yàn)缽中；試驗(yàn)期間共進(jìn)行3次取樣，分別為10月3日第1次取樣；11月10日第2次取樣；12月17日第3次取樣。

2 結(jié)果與分析

2.1 風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤中全氮含量的影響

土壤中的全氮含量代表著土壤氮素的總貯量和供氮潛力，是土壤肥力的主要指標(biāo)之一。1號(hào)和2號(hào)土壤中分別施入不同量的未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后，土壤中全氮含量變化不明顯，見(jiàn)圖1和圖2。

可以看出，與未添加腐植酸處理相比，施入未活化的風(fēng)化煤腐植酸后，1號(hào)土壤中全氮含量增加0.01～0.41 g/kg，其中少部分處理全氮含量減少。2號(hào)土壤施入1個(gè)月后，全氮含量增加0.12～0.22 g/kg，施入2個(gè)月后，全氮含量減少0.03～0.30 g/kg。整體看來(lái)，施入未活化和活化的風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤全氮含量的影響效果不明顯。

2.2 風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤中速效磷含量的影響

土壤速效磷是土壤有效磷貯庫(kù)中對(duì)作物最為有效的部分，能直接供作物吸收利用，因此是評(píng)價(jià)土壤供磷能力的重要指標(biāo)[3]。1號(hào)和2號(hào)土壤中分別施入不同量的未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后，土壤中有效磷含量變化較大。

由圖3可以看出，1號(hào)土壤中施入未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后，速效磷的含量均有不同程度的增加，施入1個(gè)月、2個(gè)月后增幅不太明顯。施入3個(gè)月后，土壤中速效磷的含量有明顯增加，其中施入16 g/kg未活化的風(fēng)化煤腐植酸，土壤中速效磷含量增加了36.39 mg/kg，而添加等量活化的風(fēng)化煤腐植酸，土壤中速效磷含量增加了58.76 mg/kg。

由圖4可以看出，2號(hào)土壤中速效磷含量有大幅度提高，施入2個(gè)月后，施入未活化的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中速效磷含量增加了45.75～75.64 mg/kg，施入活化的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中速效磷增加61.97～85.78 mg/kg；施入3個(gè)月后，未活化的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中速效磷含量增加了116.09～118.89 mg/kg，施入活化的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中速效磷含量增加118.40～130.87 mg/kg。

圖4 風(fēng)化煤腐植酸對(duì)2號(hào)土壤中速效磷含量的影響Fig.4 Effect of weathered coal humic acid on available phosphorus content in No. 2 soil

綜上，活化的風(fēng)化煤腐植酸比未活化的風(fēng)化煤腐植酸的解磷效果好，可使土壤中速效磷含量增加24.80～130.87 mg/kg。由此可見(jiàn)，活化的風(fēng)化煤腐植酸中活潑的含氧官能團(tuán)可與土壤中難溶性磷結(jié)合成HA-P復(fù)合物，活化和釋放土壤中已被固定的磷素，并將其轉(zhuǎn)化為易被作物吸收的有效磷素養(yǎng)分，使其有效性大大增強(qiáng)。

2.3 風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤中速效鉀含量的影響

土壤速效鉀是指易被作物吸收利用的鉀，其中90%以交換性鉀形態(tài)吸收在土壤膠體表面，約10%為水溶性鉀存在于土壤溶液中。速效鉀對(duì)植物的鉀素營(yíng)養(yǎng)狀況有直接影響，其含量高低是判斷土壤鉀素豐缺的重要指標(biāo)。1號(hào)和2號(hào)土壤中分別施入不同量的未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后，土壤中速效鉀含量變化較大。

由圖5和圖6可以看出，1號(hào)和2號(hào)土壤中施入未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸2個(gè)月后，土壤中速效鉀的含量均有不同程度的降低，最大減少量為21.82 mg/kg；而施入3個(gè)月后，2種土壤中的速效鉀含量均有大幅度的增加，增加量為36.26～113.19 mg/kg。其中，活化的風(fēng)化煤腐植酸解鉀性能比風(fēng)化煤腐植酸原粉效果要好，速效鉀含量增加明顯，增加量為43.01～113.19 mg/kg?？梢?jiàn)，活化的風(fēng)化煤腐植酸可以更好地活化土壤中礦物態(tài)鉀和緩效性鉀，轉(zhuǎn)化為速效性鉀，增加土壤的供鉀水平。同時(shí)，活化后的風(fēng)化煤腐植酸具有緩釋增效作用，能夠延緩鉀素的釋放，減少養(yǎng)分流失，提高肥效。

2.4 風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤中CEC的影響

土壤的陽(yáng)離子交換性能是由土壤膠體表面性質(zhì)所決定，由有機(jī)質(zhì)的交換基與無(wú)機(jī)質(zhì)的交換基所構(gòu)成，它們?cè)谕寥乐谢ハ嘟Y(jié)合，形成了復(fù)雜的有機(jī)無(wú)機(jī)膠質(zhì)復(fù)合體，起到保水保肥的作用。1號(hào)和2號(hào)土壤中分別施入不同量的未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后，土壤中CEC的變化較大。

由圖7可以看出，1號(hào)土壤中施入未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后，土壤陽(yáng)離子交換量呈增加趨勢(shì)，尤其是施入3個(gè)月后，土壤CEC的增幅較大，施入未活化風(fēng)化煤腐植酸的土壤中CEC最高增加了10.84 cmol/kg，施入活化后的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中C E C最高增加了14.59 cmol/kg。

圖7 腐植酸對(duì)1號(hào)土壤中陽(yáng)離子交換量的影響Fig.7 Effect of weathered coal humic acid on cation exchange capacity in No. 1 soil

由圖8可以看出，2號(hào)土壤中施入未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后，土壤CEC整體呈增加趨勢(shì)，但增加不太明顯。3個(gè)月后，施入未活化風(fēng)化煤腐植酸的土壤中CEC最高增加了7.59 cmol/kg，而施入活化后的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中CEC最高增加了9.49 cmol/kg?？傊?，施入不同量的風(fēng)化煤腐植酸3個(gè)月后，施入活化的風(fēng)化煤腐植酸后，土壤中的CEC與施入風(fēng)化煤腐植酸原粉相比，均有不同程度的增加。其中，1號(hào)土壤比2號(hào)土壤的CEC增幅大。

綜上，風(fēng)化煤腐植酸是一種很好的離子交換劑，具有較強(qiáng)的陽(yáng)離子交換性能，可以改善土壤性質(zhì)，保水保肥，尤其是加堿活化后的風(fēng)化煤腐植酸施入土壤后，土壤CEC大幅提高。

圖8 腐植酸對(duì)2號(hào)土壤中陽(yáng)離子交換量的影響Fig.8 Effect of weathered coal humic acid on cation exchange capacity in No. 2 soil

2.5 風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的影響

土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)可以保存自然降水的80%在土壤耕層，調(diào)節(jié)土壤水分與空氣的矛盾，協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分的消耗和積累，穩(wěn)定土溫，改善土壤耕性，利于作物根系伸展[4]。其中水穩(wěn)性團(tuán)聚體對(duì)土壤肥力的作用較為明顯。1號(hào)和2號(hào)土壤中分別施入不同量的未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后，土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量明顯增加。

由圖9可以看出，1號(hào)土壤中施入風(fēng)化煤腐植酸1個(gè)月后，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了1.33%～4.95%；施入2個(gè)月后，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了3.65%～6.85%；施入3個(gè)月后，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了4.22%～12.15%。其中，活化的風(fēng)化煤腐植酸促進(jìn)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體效果更好，施入未活化的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了4.22%～16.33%，而施入活化的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了8.01%～18.84%。

由圖10可以看出，2號(hào)土壤中施入風(fēng)化煤腐植酸1個(gè)月后，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加2.94%～11.27%；施入2個(gè)月后，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了4.80%～11.72%；施入3個(gè)月后，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了13.39%～18.84%。整體看來(lái)，未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸均能增加土壤中0.25～3.00 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體總量，但活化的風(fēng)化煤腐植酸的增加幅度較大。

綜上，活化的風(fēng)化煤腐植酸可以更好地促使分散的土壤顆粒團(tuán)聚，形成團(tuán)粒，增加土壤中水穩(wěn)性團(tuán)粒的含量和穩(wěn)定性，改善通氣透水性。

3 結(jié)論與討論

腐植酸是含有多種含氧活性官能團(tuán)的高分子有機(jī)膠體，在改良土壤結(jié)構(gòu)、培肥地力等方面起著重要作用[5]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，單施未活化的和活化的風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤中全氮含量無(wú)明顯效果，但可活化和釋放土壤中難溶性磷、礦物態(tài)鉀、緩效性鉀，使其轉(zhuǎn)化成速效磷和速效鉀，便于作物吸收和利用。其中，活化的風(fēng)化煤腐植酸效果更好，可使土壤中速效磷增加24.80～130.87 mg/kg，速效鉀的含量增加43.01～113.19 mg/kg，使土壤中CEC增加8.87～9.49 cmol/kg、土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體總量增加8.01%～18.84%，有益于土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化、累積和土壤肥力的提高，為植物生長(zhǎng)提供必需的生態(tài)環(huán)境。

[ 1 ]李立華，趙墾田，邵貴順.土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)管理[J]. 吉林林業(yè)科技，2006，35(5)：11～12，25

[ 2 ]文娜，楊波濤.腐植酸肥料對(duì)土壤的改良作用及其測(cè)定方法[J]. 新疆化工，2007，(4)：18～19，15

[ 3 ]王曰鑫，栗麗.腐植酸對(duì)化學(xué)肥料的增效作用研究[J].腐植酸，2007，(2)：22～27

[ 4 ]侯高禮.土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)及其促進(jìn)形成[J]. 西北園藝，2013，(1)：52～53

[ 5 ]王宏韜，馬獻(xiàn)發(fā)，張繼舟.腐植酸在土壤與肥料中的應(yīng)用[J]. 黑龍江科學(xué)，2010，1(1)：59～62