改良劑對(duì)土壤酸化修復(fù)研究與展望

殷會(huì)德，石 巖

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)旱作技術(shù)/山東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266109)

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■研究進(jìn)展

改良劑對(duì)土壤酸化修復(fù)研究與展望

殷會(huì)德，石 巖*

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)旱作技術(shù)/山東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266109)

土壤改良劑在土壤修復(fù)方面應(yīng)用十分廣泛，能直接改變土壤pH值，間接的提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。為推進(jìn)土壤改良劑的應(yīng)用，在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)改良劑的研究背景、土壤酸化的類型、土壤酸化的危害，以及酸性土壤改良劑施用效果研究進(jìn)行了較為詳細(xì)的綜述，指出土壤酸化在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的危害，并對(duì)改良劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了合理的展望。

土壤酸化；改良劑；土壤修復(fù)；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

土壤酸堿度是土壤重要的化學(xué)性質(zhì)，直接對(duì)土壤養(yǎng)分含量、養(yǎng)分有效性和土壤微生物活性造成影響，進(jìn)而對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程產(chǎn)生影響[1-3]。由于土壤溶液中H+和OH-不平衡導(dǎo)致土壤pH值小于6.5的這類土壤被稱為酸性土壤[4]。土壤酸化是指在自然條件和人工條件下，土壤中H+濃度升高引起土壤pH值降低的現(xiàn)象，是土壤退化的一種重要形式，會(huì)導(dǎo)致土壤鹽基飽和度下降，以及養(yǎng)分的淋溶，使土壤保蓄能力降低，進(jìn)而造成土壤生產(chǎn)能力下降，并對(duì)水資源造成污染，已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域共同關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)[5-6]。

土壤酸化是一個(gè)持續(xù)不斷的自然進(jìn)程，但人工條件使得這一進(jìn)程大大加快[11]。對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生酸化的土壤，需要進(jìn)行一些手段來(lái)改善，目前主要有兩種改善手段，一是采用化學(xué)改良劑進(jìn)行改善，另一種是采用一定的生物手段來(lái)達(dá)到改善的作用[12]。土壤改良劑也被稱為土壤調(diào)節(jié)劑，一般用來(lái)改善土壤的理化性質(zhì)，使之更適合農(nóng)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育。目前改良劑種類繁多、效果不盡相同，根據(jù)其效果又具有不同的別稱，如土壤結(jié)構(gòu)劑能促進(jìn)土壤團(tuán)粒形成，土壤固定劑能防止水土流失，以及使用最廣泛的調(diào)節(jié)土壤pH值的土壤調(diào)酸劑[13]。施用酸性土壤改良劑是快速有效解決土壤酸化問(wèn)題的方法，對(duì)土壤修復(fù)具有重要而是深遠(yuǎn)的意義。為此，特對(duì)土壤酸化現(xiàn)狀、土壤酸化的類型、土壤酸化的危害，酸性土壤改良劑施用效果研究進(jìn)行了較為詳細(xì)的綜述，并對(duì)改良劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了合理的展望。

1 土壤酸化現(xiàn)狀

由于酸性土壤成因和降雨關(guān)系密切，所以我國(guó)酸性土壤主要分布在長(zhǎng)江以南，但是隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，特別是近年來(lái)施肥過(guò)量和不平衡，在大多數(shù)耕地中，存在著不同程度的土壤酸化，從而降低了耕地的土壤肥力，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[6]。土壤酸化不但降低農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，制約作物產(chǎn)量的提高，而且影響肥料的有效性。在我國(guó)酸性土壤中，低pH的酸性土壤占酸性土壤比例越來(lái)越大，酸性土壤上的土壤酸化現(xiàn)象在不斷加劇[7-9]。酸性土壤不一定會(huì)出現(xiàn)土壤酸化的現(xiàn)象，但土壤酸化卻可以發(fā)生在所有土壤中。目前影響土壤酸化的主要原因是受人類工業(yè)活動(dòng)和農(nóng)業(yè)活動(dòng)的影響，主要形式是酸雨和肥料。酸雨是人類當(dāng)前面臨的最嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題之一。世界上大部分工業(yè)國(guó)都面臨過(guò)酸雨威脅，而我國(guó)有將近一半的土地處在酸雨區(qū)。酸雨的威脅主要來(lái)自酸雨中的攜帶酸性物質(zhì)，進(jìn)入土壤從而引起土壤酸化。在工業(yè)迅速發(fā)展的情況下，大量工業(yè)廢水、廢渣等帶有酸性污染物的排放直接加劇了土壤酸化進(jìn)程。工業(yè)發(fā)展對(duì)能源需求導(dǎo)致大量礦物燃料的燃燒，大部分燃料燃燒產(chǎn)生的氣體未經(jīng)凈化就直接排入大氣，產(chǎn)生硫氧化物和氮氧化物，這些氣體在大氣中經(jīng)過(guò)溶解氧化最終形成硫酸和硝酸進(jìn)入土壤[10]。當(dāng)酸雨中的酸含量大于土壤的緩沖容量時(shí)，土壤pH值開(kāi)始下降。而在農(nóng)用土壤中，引起土壤酸化的原因除了酸雨外還主要來(lái)自于肥料的不合理施用，而肥料中對(duì)土壤酸化影響最大的是氮肥施用。農(nóng)田中作物連作以及牧草或豆科植物的種植也會(huì)導(dǎo)致土壤酸化的加劇。土壤酸化是一個(gè)持續(xù)不斷的自然進(jìn)程，但人工條件使得這一進(jìn)程大大加快[11]。我國(guó)無(wú)論是自然條件下的土壤，還是人工條件影響下的土壤，均表現(xiàn)出酸化的趨勢(shì)。森林植被覆蓋下的土壤是生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的基石，森林生態(tài)系統(tǒng)具有保證生物生產(chǎn)能力，保護(hù)環(huán)境質(zhì)量和動(dòng)植物健康生長(zhǎng)等作用。目前我國(guó)森林酸化現(xiàn)象非常嚴(yán)重。我國(guó)中南部森林表層土壤pH為3.43～4.38，達(dá)到了極酸水平(pH<4.5)[14]。在經(jīng)受多年酸沉降的影響下，重慶4種典型的森林生態(tài)系統(tǒng)表層土壤pH為3.87～4.47[15]。我國(guó)草地占總用地面積的40%，是歐亞草原的重要組成部分和主要的景觀形式。草地在保持生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定，維持物種多樣性和豐富社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等方面具有重要作用。目前我國(guó)北方草地表層pH顯著下降，20年來(lái)土壤pH從7.84下降到7.21，下降了0.63，在土壤碳酸鹽含量低的地區(qū)，土壤pH下降更嚴(yán)重[16]。

我國(guó)人口基數(shù)大，人均耕地面積少，長(zhǎng)期存在著保障糧食安全的巨大壓力，對(duì)土壤的利用強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他國(guó)家，土壤酸化現(xiàn)象尤其突出。土壤酸化的日益加劇，使酸性土壤的占地面積大越來(lái)越大，土壤酸化危害越來(lái)越嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。自20世紀(jì)80年代以來(lái)我國(guó)農(nóng)田土壤出現(xiàn)明顯的酸化現(xiàn)象，農(nóng)田土壤pH值平均下降了約0.5。在自然條件下土壤酸化是一個(gè)相對(duì)緩慢的過(guò)程，在短時(shí)間內(nèi)通常難以直接觀測(cè)到，需要幾十年甚至幾百年才能觀測(cè)到土壤化學(xué)性質(zhì)的顯著變化[17]，而大量化學(xué)肥料的使用大大加速了農(nóng)田土壤的酸化進(jìn)程。

2 土壤酸化的類型

2.1 自然發(fā)生旳酸化土壤

自然發(fā)生的土壤酸化速度非常緩慢，酸化原因主要包括強(qiáng)烈的風(fēng)化作用、酸性硫酸鹽土、土壤母質(zhì)中堿性陽(yáng)離子的缺乏和自然降雨。從世界范圍看，自然發(fā)生的酸化土壤主要分布在兩大地區(qū)，一是熱帶、亞熱帶地區(qū)，二是溫帶地區(qū)。

土壤酸化是一個(gè)持續(xù)性的過(guò)程，受成土母巖的影響，在雨水的淋溶沖刷下，使鹽基離子Ca2+等流失。我國(guó)南方地區(qū)降雨量大，降雨引起土壤中堿基化合物(主要為鈣和鎂)大量淋失，土壤交換性氫及鋁含量大量增加，使土壤變酸，如我國(guó)紅壤、磚紅壤和黃壤屬于由此類原因?qū)е碌乃峄寥?。土壤微生物活?dòng)分解有機(jī)質(zhì)生成的有機(jī)酸和二氧化碳，植物根系吸收養(yǎng)分的同時(shí)分泌的酸性物質(zhì)，土壤微生物的代謝活動(dòng)產(chǎn)生的有機(jī)酸，都可以引起土壤自然酸化[18]。

2.2 人為驅(qū)動(dòng)的酸化土壤

與自然條件相比，人工條件則加速了土壤酸化進(jìn)程，主要包括由于人類活動(dòng)引起的酸沉降和集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，已成為現(xiàn)階段加重土壤酸化的主要因素。

酸性氣體在空氣中的大量排放，導(dǎo)致了酸沉降的加重。過(guò)去的兩個(gè)世紀(jì)以來(lái)，礦物質(zhì)的燃燒使得雨水中含有硫酸和硝酸形成酸雨，而且牲畜和工業(yè)的NHX排放對(duì)耕層土壤也有明顯的酸化作用。也有證據(jù)表明火山噴發(fā)物質(zhì)中的SO2和HCl對(duì)酸沉降也有一定貢獻(xiàn)。大氣中的酸沉降已成為世界上最嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題之一，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和自然生態(tài)系統(tǒng)都有很大的危害。

集約化農(nóng)作物生產(chǎn)中，碳循環(huán)的不平衡和堿性物質(zhì)的移除對(duì)土壤酸化有一定貢獻(xiàn)。酸雨被認(rèn)為是土壤酸化的主要原因，但在農(nóng)田土壤酸化領(lǐng)域不重要，過(guò)量施用化肥才是影響農(nóng)田土壤酸化的主要因素，特別是銨態(tài)氮肥的投入是最主要的酸化來(lái)源，銨態(tài)氮肥的酸化效用主要來(lái)源于硝化反應(yīng)。酸化程度取決于氮源形態(tài)、硝態(tài)氮淋洗的比例以及植物吸收的氮數(shù)量。硫酸按的酸化程度要高于尿素和硝酸銨鈣。土壤pH的降低，導(dǎo)致耕層和亞耕層可交換鋁和錳的量著增加，高濃度的鋁(Al3+)、錳(Mn2+)對(duì)作物產(chǎn)生毒害，鋁離子首先危害作物根系生長(zhǎng)，錳離子則主要對(duì)作物地上部產(chǎn)生危害，研究結(jié)果[19]表明過(guò)量施肥導(dǎo)致的土壤酸化，其危害效應(yīng)主要體現(xiàn)在可溶性錳的增加，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的錳毒，抑制植物的生長(zhǎng)。

3 土壤酸化的危害

由于土壤中質(zhì)子參與了幾乎所有元素的循環(huán)，土壤酸化會(huì)導(dǎo)致質(zhì)子平衡被打破，從而影響土壤元素形態(tài)的轉(zhuǎn)變。大多數(shù)農(nóng)作物種植的適宜土壤酸堿度范圍在微酸性到中性之間。不同作物對(duì)土壤pH的適應(yīng)性不同，但土壤酸化仍然嚴(yán)重影響作物根系的正常生長(zhǎng)和發(fā)育。土壤低pH值對(duì)植物的正常生長(zhǎng)和發(fā)育產(chǎn)生的影響是由直接影響土壤理化性質(zhì)和微生物活性引起的。

3.1 金屬離子溶出

土壤酸化會(huì)使土壤中的含鋁礦物釋放出大量鋁離子，導(dǎo)致植物鋁中毒。有研究表明，鋁脅迫下的植物根系伸長(zhǎng)生長(zhǎng)受到抑制，根系吸收和運(yùn)輸功能及根系的酶活性迅速下降[20]。植物中鋁濃度過(guò)高時(shí)也會(huì)抑制細(xì)胞有絲分裂和DNA合成，影響酶活，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，抑制養(yǎng)分吸收等。在低pH值條件下，土壤中錳、銅、鋅、鎘、鉛、鉻等重金屬離子溶解度升高，活性增加，當(dāng)其濃度超過(guò)一定限度時(shí)就會(huì)使農(nóng)作物發(fā)生重金屬中毒現(xiàn)象，影響農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育，并對(duì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生潛在威脅[21]。重金屬的溶出不僅影響作物生長(zhǎng)，還會(huì)通過(guò)植物吸收富集進(jìn)入食物鏈，而多數(shù)重金屬動(dòng)物體內(nèi)無(wú)法進(jìn)行正常代謝，也無(wú)法排出，人和動(dòng)物食用超過(guò)一定量后就會(huì)出現(xiàn)重金屬中毒。

3.2 養(yǎng)分有效性下降

土壤膠體對(duì)鉀、鈣、鎂等陽(yáng)離子的吸附作用會(huì)隨土壤酸化現(xiàn)象的加重而減弱，土壤酸化使土壤溶液中的Al3+不斷排擠鹽基離子導(dǎo)致土壤的鹽基飽和度和陽(yáng)離子交換量下降。土壤微生物的多樣性和數(shù)量也會(huì)受到土壤酸化的影響，在強(qiáng)酸性土壤中幾乎所有的微生物活性受鋁毒害，土壤的低pH值會(huì)抑制土壤微生物的活性和數(shù)量[22]。由于土壤微生物直接參與了土壤中有機(jī)質(zhì)的分解過(guò)程，因此土壤酸化影響微生物活性的同時(shí)間接影響了土壤中碳、氮、磷、硫這些元素循環(huán)的平衡性。植物根系對(duì)Ca2+和Mg2+的吸收還會(huì)受到酸性土壤中較高濃度的競(jìng)爭(zhēng)性陽(yáng)離子(H+、Al3+、Mn2+)的抑制。葉片中鈣和鎂含量也會(huì)出現(xiàn)隨著土壤中H+的增加而顯著減少的現(xiàn)象。

4 酸性土壤改良劑的研究進(jìn)展

土壤改良劑也被稱為土壤調(diào)節(jié)劑，一般用來(lái)改善土壤的理化性質(zhì)，使之更適合農(nóng)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育。目前所施用的土壤改良劑或多或少含有一些農(nóng)作物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，在缺素土壤上施用含有相應(yīng)部分微量元素的改良劑還能起到為植物提供養(yǎng)分的作用。目前改良劑種類繁多、效果不盡相同，根據(jù)其效果又具有不同的別稱，如土壤結(jié)構(gòu)劑能促進(jìn)土壤團(tuán)粒形成，土壤固定劑能防止水土流失，以及使用最廣泛的調(diào)節(jié)土壤酸堿度的土壤調(diào)酸劑。

4.1 石灰類改良劑

石灰礦在我國(guó)分布廣泛，加之石灰生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用石灰類物質(zhì)非常常見(jiàn)。常見(jiàn)的石灰類物質(zhì)主要有石灰石、生石灰、熟石灰等。施用這類改良劑可以迅速有效的提高土壤pH值，并中和土壤中的潛在性酸，降低土壤溶液中交換性鋁含量，還能補(bǔ)充酸性土壤中缺乏的鈣元素[23]。師超等[24]研究證明酸性土壤中施加石灰可以提高土壤pH值，增加養(yǎng)分有效性，改變土壤理化性質(zhì)。Houle等[25]通過(guò)連續(xù)施加10年石灰后，發(fā)現(xiàn)石灰施用量與土壤pH值、陽(yáng)離子交換量以及鹽基飽和度有顯著的正相關(guān)關(guān)系，但是卻降低了土壤耕作層的交換性鉀含量。Prietzel[26]和B?rja[27]等對(duì)歐洲赤松施用石灰進(jìn)行了研究，指出施用石灰在幫助森林土壤抵抗土壤酸化進(jìn)程外還能顯著提高葉片中的Ca含量。

但在酸性土壤施用石灰也有不足的地方，土壤長(zhǎng)期施用石灰會(huì)導(dǎo)致加速土壤K+和Mg2+浸出，停止施加會(huì)出現(xiàn)更強(qiáng)的復(fù)酸化過(guò)程[28]。施用石灰還會(huì)加速土壤有機(jī)質(zhì)中富里酸和胡敏酸分解，石灰施入后通過(guò)加速土壤C、N循環(huán)會(huì)降低土壤中的N含量，但Prietzel等[26]在森林土壤中長(zhǎng)期施用石灰40年后卻發(fā)現(xiàn)土壤表層有機(jī)碳和總氮含量在上升。此外由于石灰在土壤中移動(dòng)性慢，施用石灰短時(shí)間內(nèi)對(duì)深層土壤的改良效果有限，而且長(zhǎng)期大量施用石灰容易形成CaSO4破壞土壤孔隙結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致土壤板結(jié)。單施石灰還有可能引起鈣、鎂、鉀養(yǎng)分失衡而導(dǎo)致減產(chǎn)的同時(shí)也可能引起鎂和鋁水化氧化物的共沉淀，降低Mg2+的有效性。Brennan 等[29]研究結(jié)果表明盡管施用石灰可以有效調(diào)節(jié)土壤酸度，但同時(shí)也引起了土壤缺鋅，導(dǎo)致作物減產(chǎn)，因此，用石灰進(jìn)行酸化土壤改良時(shí)應(yīng)注意補(bǔ)充鋅肥，或者石灰和雞糞配施，可以達(dá)到較好的改良效果，提高土壤C、N含量,保證土壤養(yǎng)分平衡。

4.2 工業(yè)和礦業(yè)副產(chǎn)品

人們研究發(fā)現(xiàn)，白云石、粉煤灰、磷礦粉、磷石膏、堿渣等礦物和淤泥、制漿廢液等物質(zhì)中含有堿性物質(zhì)，可以中和土壤中的酸性成分，提高土壤酸堿度。因此這些工業(yè)和礦業(yè)副產(chǎn)品或廢棄物也常常被人們用來(lái)作為改良土壤酸度的原料。白云石主要由結(jié)晶碳酸鈣和碳酸鎂構(gòu)成，羅紅香等[30]發(fā)現(xiàn)在酸性土壤上施加白云石粉，會(huì)使土壤pH、有效磷和速效鉀含量均隨白云石粉施加量的增加而增加。張國(guó)等[31]在研究白云石粉的粒徑大小與改良效果之間的的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，白云石粉顆粒的粒徑越小，用量越高，改良土壤效率越高，但粒徑越小持續(xù)時(shí)間越短。在酸性土壤中適當(dāng)施加白云石能增加土壤pH值，提高土壤中鈣、鎂離子的含量，并明顯促進(jìn)小麥、油菜的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程和提高農(nóng)作物產(chǎn)量[32-34]，而且不容易發(fā)生復(fù)酸化的現(xiàn)象。李九玉等[35]通過(guò)在酸性土壤中施加粉煤灰、堿渣、赤泥和磷石膏對(duì)比改良作用，發(fā)現(xiàn)堿渣和赤泥可以替代石灰在酸性土壤中施加，除了能夠降低土壤鋁離子的毒害，提高土壤pH值外，長(zhǎng)期在酸性土壤中施加白云石還不容易造成土壤鎂、鉀離子的缺乏。肖厚軍等[36]發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)酸性黃壤中施加磷石膏能明顯改善高粱的營(yíng)養(yǎng)狀況，還能提高高粱葉片細(xì)胞膜保護(hù)酶的活性。黃蘭芬等[37]研究發(fā)現(xiàn)，在酸性土壤中施加堿渣能明顯降低交換性酸含量，少量施加堿渣能提高土壤有效磷含量，但在土壤中大量施加堿渣卻會(huì)降低土壤有效磷含量。磷礦粉、磷石膏、堿渣在提高土壤pH值的同時(shí)，還可以為植物提供一些微量元素，但是這類產(chǎn)品在生產(chǎn)工藝上無(wú)法完全消除自身含有的少量重金屬元素(Cd、Cr、Pb等)，田間長(zhǎng)期大量施用會(huì)增加重金屬積累的風(fēng)險(xiǎn)。魏賢[13]施用鋼渣作為酸性土壤改良劑能提高小麥油菜產(chǎn)量，而且隨著鋼渣用量增加而增加。鋼渣的施加可以明顯提高酸性土壤pH值，在旱作土壤中施加鋼渣后能降低堿解氮含量，但是對(duì)水稻土壤堿解氮影響較小。在不同輪作中，連續(xù)施用鋼渣不會(huì)造成土壤鉻、鎘、砷有毒重金屬的積累，也不會(huì)對(duì)作物可食用部分造成鉻、鎘、砷的污染，施用鋼渣能降低水稻地上部莖葉和籽粒中的Mn含量，降低水稻錳中毒的風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 有機(jī)改良劑

自古以來(lái)，人們就有目的的向土壤中施用有機(jī)物料以培肥改土。土壤中微生物活動(dòng)能分解有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生多種有機(jī)絡(luò)合物富集土壤養(yǎng)分，在提高土壤養(yǎng)分有效性的同時(shí)還增強(qiáng)土壤對(duì)酸堿的緩沖性。施用有機(jī)質(zhì)能增強(qiáng)土壤顆粒凝聚性，改善土壤孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)?？梢允┘拥酵寥乐械挠袡C(jī)物來(lái)源十分廣泛，除了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中本身產(chǎn)生的動(dòng)植物殘?bào)w外，還有人畜家禽的糞便、綠肥和草木灰，以及由不同有機(jī)材料制成的生物炭等。生物質(zhì)炭具備比較高的穩(wěn)定性，不容易被土壤中的微生物分解，且生物質(zhì)炭具備比較高的pH值，施加到酸性土壤中可以提高土壤pH值，降低土壤酸度[38]。趙牧秋等[39]在酸性土壤上施用不同材料制備的生物炭，發(fā)現(xiàn)生物炭能顯著提高土壤pH值，同時(shí)其改良能力和生物炭堿性基團(tuán)含量顯著正相關(guān)。張祥[40]在酸性紅壤和黃棕壤上施用花生殼制備的生物炭時(shí)發(fā)現(xiàn)，單施生物炭對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量促進(jìn)作用有限，生物炭必須配合肥料施用才能顯著促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育。張瑞清等[41]在酸性土壤中施加生物質(zhì)原料及其生物質(zhì)炭后，土壤交換性氫和交換性鋁含量均較對(duì)照不同程度降低，均不同程度地提高了土壤pH值，降低了土壤交換性酸含量，并且這種作用隨著生物質(zhì)炭施加量的增大而明顯提高。

易珊[42]研究發(fā)現(xiàn)，等量施用生物灰渣對(duì)酸性土壤的改良效果要優(yōu)于石灰。谷健云等[43]將pH值為8.26的生物質(zhì)灰渣施入土壤后，生物質(zhì)灰渣中的碳酸鉀與土壤溶液中游離的H+會(huì)發(fā)生反應(yīng)，降低了土壤溶液中H+的濃度，從而提高土壤pH值。時(shí)仁勇等[44]在生物質(zhì)灰對(duì)紅壤酸度的影響中發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)灰對(duì)紅壤酸度的影響迅速有效。生物質(zhì)灰的施加對(duì)土壤交換性氫的影響不大，但顯著降低土壤交換性鋁含量，鉀、鈣、鎂等離子均明顯改善，且作用效果隨生物質(zhì)灰施加量的增加而增加。由于生物質(zhì)灰含有堿性物質(zhì)，因此施加生物質(zhì)灰能明顯提高酸性土壤的pH，降低土壤交換性酸含量，對(duì)土壤酸度有較好的改良效果。

索龍等[45]將玉米秸稈施加到土壤中發(fā)現(xiàn)，土壤pH值的改變是由于灰化堿中和了土壤酸，隨著培養(yǎng)的進(jìn)行，灰化堿產(chǎn)生消耗，其對(duì)土壤酸度的改變作用逐步降低。張明等[46]在用不同種作物秸稈改良葡萄園酸性土壤的研究中發(fā)現(xiàn)，酸性土壤最終的pH變化值與作物秸稈中的灰化堿含量、鹽基離子含量，以及氮含量呈正相關(guān)。

4.4 新型改良劑

隨著土壤退化的加劇，土壤中的障礙因子越來(lái)越多樣化和復(fù)雜化。目前，普通改良劑普遍存在功能單一、施用周期短和施用量大等缺點(diǎn)，針對(duì)這些缺點(diǎn)人們開(kāi)始利用新型分子材料研究新型人工合成改良劑。如水解聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、納米羥基磷、聚乙烯醇等一系列高分子聚合物。這類改良劑分子量雖然大，但由于分子結(jié)構(gòu)比較特殊，比表面積大，難分解，作用時(shí)間長(zhǎng)。隨著人們環(huán)境意識(shí)的提高，越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注這種新型的高效無(wú)毒改良劑。聚丙烯酰胺依靠其分子中親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)的翻轉(zhuǎn)作用在土壤中形成水包膜來(lái)提高土壤的持水量，聚丙烯酰胺對(duì)土壤的保水作用與其用量成正比關(guān)系，同時(shí)聚丙烯酰胺可以提高酸性土壤對(duì)氮、磷、鉀的吸附作用，減少土壤養(yǎng)分的流失[47-49]。張宏偉等[50]在土壤中施加用腐殖酸、丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物，結(jié)果不同程度的改善了土壤陽(yáng)離子交換量和pH值。納米羥基磷因?yàn)榭梢晕饺芤褐械你~、鋅離子而在重金屬污染修復(fù)中廣泛應(yīng)用[51]。

5 土壤改良劑存在的問(wèn)題

近年來(lái)，我國(guó)土壤改良劑的發(fā)展和應(yīng)用呈現(xiàn)出一種上升的趨勢(shì)。例如，當(dāng)前施用比較多的高分子土壤改良劑，雖然這類改良劑吸水保水能力強(qiáng)，但成本較高，功能單一，反復(fù)使用性能差。土壤改良劑的作用非常多，改善酸性土壤的效果也非常明顯，但還存許多問(wèn)題。

土壤改良材料大多集中在天然和人工合成的物質(zhì)，而很少對(duì)生活垃圾和廢棄物進(jìn)行利用，導(dǎo)致大量土壤改良的廉價(jià)原材料被廢棄，造成改良劑產(chǎn)品材料單一。土壤改良產(chǎn)品大多是通過(guò)一兩年的試驗(yàn)就得出研究結(jié)果，并沒(méi)有對(duì)土壤環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量變化進(jìn)行長(zhǎng)期的研究，也沒(méi)有進(jìn)行長(zhǎng)期的定位跟蹤試驗(yàn)和數(shù)據(jù)驗(yàn)證。而且缺少對(duì)不同土壤改良劑增產(chǎn)、增效、改土機(jī)制的研究，導(dǎo)致許多改良劑的作用機(jī)制不清楚。

酸性土壤障礙因素較多(pH、結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分、水分等)，而且大部分的改良劑基本上單獨(dú)使用，復(fù)合度低，增加了包裝、運(yùn)輸和人工成本，因此，對(duì)于各種酸性土壤障礙因素，結(jié)合植物特性，開(kāi)發(fā)多功能改良劑、營(yíng)養(yǎng)型改良劑以及功能肥料將更加經(jīng)濟(jì)適用。

6 展望

我國(guó)人口眾多，人均資源占有量少。土壤酸化的日益加劇，酸性土壤占地面積大，土壤酸化危害嚴(yán)重，這些土壤問(wèn)題又時(shí)刻在嚴(yán)重影響著我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。施用酸性土壤改良劑是快速有效解決土壤酸化問(wèn)題的方法，對(duì)緩解我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的巨大壓力有重要意義。新型改良劑的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用是解決越來(lái)越復(fù)雜多樣化的土壤問(wèn)題的重要方法，隨著對(duì)改良劑的推廣和深入研究，不同類型的改良劑逐漸由單獨(dú)施用變成復(fù)合施用，不僅起到了更好的改酸效果，同時(shí)能夠應(yīng)對(duì)更為復(fù)雜的土壤環(huán)境和農(nóng)業(yè)需求。土壤改良劑具有廣闊的市場(chǎng)前景，在面對(duì)未來(lái)復(fù)雜多樣的土壤問(wèn)題，改良劑一定會(huì)發(fā)揮出越來(lái)越重要的作用。

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Research and Prospect of Amendment on Soil Acidification and Remediation

YINHui-de，SHI Yan

(Dryland-TechnologyKeyLaboratoryofShandongProvince,QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao,Shandong266109,China)

Soil conditioners are widely used in the aspect of soil restoration.They can directly change the soil pH value, and indirectly improve crop yield and quality. In order to promote the application of conditioner, this article that is on the basis of predecessors' research is mainly discussed the research background, the type of soil acidification, the harm of soil acidification and fertilizing effects, and pointed out the harm of soil acidification in agricultural production, and looked application prospect of agricultural production.

soil acidification; amendment; soil remediation; agricultural production

2016-06-25

殷會(huì)德(1990- )，男，在讀碩士，研究方向：旱作高產(chǎn)栽培生理。

石巖，教授。