中國主要退化土壤的改良劑研究與應(yīng)用進(jìn)展

趙鵬，黃占斌*，任忠秀，于家伊

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083；2.北京嘉博文生物科技有限公司，北京 100015)

土壤是一個豐富的自然生態(tài)系統(tǒng).造福人類福祉的土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)包括：生產(chǎn)生物質(zhì)(提供食物、飼料、纖維等，調(diào)節(jié)碳固存，糧食生產(chǎn)等)，儲存、過濾和轉(zhuǎn)化水分和養(yǎng)分(調(diào)節(jié)水分和養(yǎng)分有效性以支持生態(tài)系統(tǒng)功能)，維持生物多樣性(提供藥品和生化產(chǎn)品，調(diào)節(jié)蟲害和病害控制等)，提供人類活動的場所(提供人類棲息地)，供應(yīng)原材料(提供有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì))，作為碳庫(調(diào)節(jié)大氣CO2和土壤系統(tǒng))，保存地質(zhì)和考古遺產(chǎn)(提供文化遺產(chǎn)價值；保存地質(zhì)遺產(chǎn)，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)平衡).因此土壤是人類生存的必要資源，但也是一種有限的和不可再生資源[1].土壤不僅是一種資源，還是人類生存環(huán)境的重要組成部分.它依據(jù)其獨特的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、空間位置，在提高肥力的同時，還通過自身的緩沖、同化和凈化性能，在穩(wěn)定和保護(hù)人類生存環(huán)境中發(fā)揮極為重要的作用.

隨著經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展，日益增加的不合理人為活動不僅會改變和惡化土壤性質(zhì)，而且還將一些合成有機(jī)化合物和重金屬等污染物引入土壤[2]，以致土壤受到嚴(yán)重破壞，土壤退化日益加劇.近幾十年來，土壤酸化、鹽漬化、重金屬污染以及肥力下降等全球性的危機(jī)日益增多，可能會引發(fā)一些次生環(huán)境和生態(tài)問題，例如：水資源短缺、土地生產(chǎn)力下降、糧食安全、甚至氣候變化等.有機(jī)和無機(jī)污染物對土壤的污染是一個全球公認(rèn)的問題，因此迫切需要研發(fā)一些環(huán)保和經(jīng)濟(jì)型修復(fù)技術(shù).

解決土壤退化的方法有物理法、化學(xué)法、生物法和農(nóng)業(yè)工程等修復(fù)措施.在各種方法措施中，土壤改良劑的應(yīng)用是修復(fù)退化土壤、快速改善土壤環(huán)境的有效舉措之一.研發(fā)和應(yīng)用土壤改良劑對防治土壤退化、保障作物安全生產(chǎn)具有重要的理論和現(xiàn)實意義.土壤改良劑可以高效改善土壤理化性質(zhì)，維持土壤養(yǎng)分，提高土壤微生物群落多樣性，從而提高退化土壤的生產(chǎn)力.土壤改良劑種類繁多，不同改良劑其成分、性質(zhì)不同，且施用于不同退化土壤類型上效果不同.因此，針對不同類型的退化土壤要選用合適的土壤改良劑，以期獲得理想的改良效果.

目前對土壤改良劑的機(jī)理研究較少，且應(yīng)用研究不系統(tǒng)，缺乏實際產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn).為進(jìn)一步剖析土壤改良劑的改良機(jī)理和應(yīng)用概況，文中根據(jù)國內(nèi)外研究進(jìn)展，結(jié)合土壤改良劑的原料來源和分類應(yīng)用現(xiàn)狀，分別對酸化地、鹽堿地和重金屬污染地退化土壤的改良原理、土壤改良劑的研發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行分析，并根據(jù)目前土壤改良劑應(yīng)用中存在的問題，結(jié)合綠色和可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)向，提出土壤改良劑研發(fā)與應(yīng)用發(fā)展的對策建議.

1 中國主要退化土壤的類型和分布

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是集土壤、植物、氣候和生產(chǎn)管理為一體的綜合過程，地形地貌和環(huán)境的差異使得土壤生產(chǎn)力具有多樣性和長期性，且因化肥農(nóng)藥等農(nóng)資施用差異，造成污染源種類繁多，包括殺蟲劑污染、重金屬污染和有機(jī)污染，相當(dāng)多的農(nóng)業(yè)用地已經(jīng)退化.按照退化土壤的成因，退化土壤類型可分為水土流失、土地沙化、土壤鹽堿化、土地貧瘠化、土地污染和土地?fù)p毀等.目前，土壤退化已成為中國面臨的突出問題.其中，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的酸化地、鹽堿地和重金屬污染地這3類主要退化土壤極受關(guān)注.

土壤酸化主要是由于土壤中的中性和堿性鹽類離子不斷損失而使土壤酸性增加，變?yōu)閺?qiáng)酸性或極強(qiáng)酸性的一種現(xiàn)象.氮肥的過量施用，農(nóng)田的不合理種植以及未腐熟有機(jī)肥的施入等都會造成土壤酸化.據(jù)統(tǒng)計，中國有近2.04×108hm2的耕地面積受土壤酸化影響，約為中國土壤面積的22.7%；主要分布于長江以南的熱帶、亞熱帶地區(qū)和云貴川等地，其中湖南、江西、福建和廣西等地土壤酸化問題尤為突出；大部分土壤pH值在4.5～5.5，并且酸化程度仍在不斷加劇.根據(jù)20世紀(jì)80年代初中國土壤調(diào)查結(jié)果，從1980—2000年，位于中國南部紅、黃壤的糧食作物種植土壤和經(jīng)濟(jì)作物種植土壤平均pH值(5.37)分別下降了0.23和0.30[3].酸化土壤在全國范圍內(nèi)都有分布，并且酸化面積也仍在增加.

鹽堿地土壤中陰陽離子大量累積，其指標(biāo)存在問題：其含鹽量達(dá)0.3%以上，或其堿化度達(dá)15%以上，抑制了植物生長.不恰當(dāng)?shù)墓喔确绞胶凸喔人|(zhì)、不合理的施肥和肥料品種等都會造成土壤鹽漬化.中國第2次土壤普查表明，鹽堿地面積近0.36億hm2，約占可利用土地面積的4.88%.耕地土壤中鹽堿化土壤面積占6.62%，達(dá)920.9萬hm2，主要分布于東北、西北、華北地區(qū)及長江以北沿海地區(qū).據(jù)2010年中國鹽堿土資源利用學(xué)術(shù)研討會數(shù)據(jù)，分布于西北、東北以及濱海地區(qū)的鹽堿荒地和鹽堿障礙耕地總面積多于3 333萬hm2，可發(fā)展為農(nóng)業(yè)用地的鹽堿地面積約1 333萬hm2，占中國耕地面積近10%.中國鹽堿地土壤面積大、分布廣，其資源的可持續(xù)利用問題已越來越受到研究者的高度關(guān)注.

重金屬污染是土壤中某種金屬元素含量超出中國土壤質(zhì)量的限量值或高于其自然背景值.生物毒性突出的重金屬有鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、汞(Hg)和砷(As)等，具有一定毒性的重金屬有鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)等.采礦、冶煉、燃煤等產(chǎn)生的大量廢棄物不合理排放，化肥和農(nóng)藥過度使用，汽車尾氣排放等都會造成重金屬污染現(xiàn)象.重金屬污染已成為中國土壤環(huán)境污染的主要問題之一.2014年中國發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》數(shù)據(jù)，全國農(nóng)用耕地土壤重金屬污染點位超標(biāo)率達(dá)19.4%，以Cd，Pb，Ni，Cu，As，Hg為主.2013年中國科學(xué)院學(xué)部召開的“中國土壤重金屬污染問題與治理對策”總結(jié)報告顯示，中國有近10萬km2(1.5億畝)耕地面積受Cd，Hg，Cu，Zn等重金屬的污染，每年因重金屬污染的糧食達(dá)1 200萬t，其損失超過200億元.近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，土壤重金屬的污染類型不斷增加，面積不斷擴(kuò)大，危害程度也在不斷加劇.

2 主要退化土壤的改良技術(shù)

2.1 酸化地土壤的改良技術(shù)

當(dāng)前針對酸化地土壤改良技術(shù)主要有控制酸雨、農(nóng)藝措施、生物改良和施加土壤改良劑等.最初的酸雨控制主要是通過控制SO2的排放和改進(jìn)脫硫技術(shù)，美國、日本等發(fā)達(dá)國家利用具有吸硫功效的微生物菌株控制酸雨.農(nóng)藝措施主要是通過減少酸性肥料的使用，改施堿性肥料；優(yōu)化耕作模式，如間作套種和水旱輪作等方式減緩?fù)寥浪峄?；合理的灌溉方式，如相對于畦灌和溝灌，滴灌和噴灌能減少灌溉量、提高用水效率和防治土壤酸化；選種耐酸作物，如甘藍(lán)、土豆等.可發(fā)展的生物改良技術(shù)主要是利用土壤動物、微生物和植物修復(fù)酸化地，植物根系分泌物還可以消減酸性土壤中的鋁毒.但由于生物改良周期長、見效慢，人們逐漸采用石灰、鈣鎂磷肥和鉀硅肥等堿性土壤改良劑以調(diào)節(jié)酸化地土壤pH，改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)以及物理、化學(xué)和生物特性，減少土壤鹽基離子淋失和活性鋁溶出，降低土壤重金屬活性，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì).其中石灰是最傳統(tǒng)的改良材料，可以中和酸化地中的活性酸和潛在酸，還可以緩解鋁毒.

2.2 鹽堿地土壤的改良技術(shù)

改良土壤鹽堿化的技術(shù)主要有水利改良、物理改良、化學(xué)改良和生物改良等.水利改良的主要原理是在良好的排水狀態(tài)下，通過水洗淋溶將土壤中的鹽分直接沖走，以降低土壤含鹽量，如明溝排水、暗管排水、生物排水和膜下滴灌等，其中暗管排鹽是目前發(fā)展迅速和應(yīng)用較多的一種灌溉方法，膜下滴灌較適用于旱作物的灌溉.物理改良技術(shù)主要是采用鋪沙和覆蓋等方法，調(diào)控土壤物理結(jié)構(gòu)和水鹽運動，以抑制地表水蒸發(fā)，促進(jìn)淋水洗鹽.化學(xué)改良技術(shù)主要是向土壤中添加化學(xué)改良劑，以酸堿中和原理降低土壤中有害鹽離子的有效性和堿度.應(yīng)用較多的含鈣材料如脫硫石膏、磷石膏等改良劑，其主要原理是鈣離子可置換土壤顆粒表面的交換性鈉離子，鈣離子結(jié)合腐殖質(zhì)可增加土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，降低土壤鈉離子含量和pH.生物改良技術(shù)主要是種植和翻壓綠肥牧草、秸稈還田、施用菌肥、種植耐鹽植物和施用有益微生物等，其核心是提高土壤肥力、改良土壤結(jié)構(gòu)、減少地表水分蒸發(fā)和抑制返鹽，以致提高鹽堿土壤的利用率.例如：耐鹽堿植物會吸收土壤中的可溶性鹽，以降低土壤鹽度；有益微生物產(chǎn)生的有機(jī)酸可增加土壤養(yǎng)分含量，改善鹽堿地土壤理化性質(zhì).

2.3 重金屬污染地土壤的修復(fù)技術(shù)

重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)途徑：一是控制污染源，二是對已污染土壤進(jìn)行修復(fù).修復(fù)技術(shù)有物理、化學(xué)和生物及工程技術(shù)等.物理技術(shù)主要是通過“客土”和上下翻耕稀釋土壤重金屬含量，這在日本等地應(yīng)用較多.生物修復(fù)主要是利用動植物和微生物分解、固定或轉(zhuǎn)化土壤中的有毒有害重金屬，以降低重金屬的植物累積和保障食品安全.其中植物富集修復(fù)技術(shù)應(yīng)用較多，中國篩選出蜈蚣草富集砷、伴礦景天和東南景天富集鎘等，在湖南和云南等地有一定示范應(yīng)用.化學(xué)技術(shù)有化學(xué)淋洗法和鈍化穩(wěn)定化法，淋洗采用重金屬活化劑，通過淋洗設(shè)備將土壤中重金屬淋洗出來，但由于具有淋洗液二次污染和費用較高特點，主要應(yīng)用于場地土壤修復(fù)項目.農(nóng)田重金屬污染的化學(xué)鈍化穩(wěn)定化修復(fù)，是目前國內(nèi)外主要應(yīng)用的重金屬修復(fù)技術(shù)，其技術(shù)核心是應(yīng)用重金屬鈍化劑，通過氧化還原、沉淀、吸附、絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng)，改變重金屬在土壤中的賦存形態(tài)，降低重金屬在土壤中的可遷移態(tài)和生物有效態(tài)含量，達(dá)到降低重金屬生物有效性的目的.采用合適的灌溉方式，也能促進(jìn)植物對重金屬吸收，減弱土壤重金屬污染.例如：相比常規(guī)灌溉，滴灌條件下腐植酸修復(fù)重金屬Cd污染土壤更能減少重金屬對地下水的危害.

3 土壤改良劑的研究與應(yīng)用

3.1 國內(nèi)外土壤改良劑研究概況

19世紀(jì)末，國外最早開始對土壤改良劑的研究，至今有100多年歷史，主要是從天然有機(jī)物中提取天然聚合物或微生物.20世紀(jì)初，西方國家開始將纖維素、腐植酸、蛋白質(zhì)、油脂和糖類等天然有機(jī)物直接進(jìn)行土壤的結(jié)構(gòu)改良研究，但由于其分子量較小且有較高的活化單體比例，在土壤中容易被土壤微生物分解且施用量較大，因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上并未得到廣泛應(yīng)用.于是，人工合成高分子土壤改良材料的研究便逐漸發(fā)展起來.1937年德國BAYER教授研制出了聚氨酯人工合成改良材料，由二異氰酸酯和聚酯二醇制成[4].美國孟山都公司1951年生產(chǎn)出第一種合成類高分子土壤改良劑，命名為Kri-lium，但因其價格昂貴，且人們并不清楚它與土壤間的相互作用機(jī)制而未能推廣[5].20世紀(jì)后期，美國、英國、比利時等歐美國家開始研制各種以大分子聚合物為主體的土壤改良劑，其中比較重要的親水性土壤改良劑有聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酸鈉(SPA)等，疏水性土壤改良劑有聚醋酸乙烯(PVAc)、聚丁二烯(BUT)、聚硅氧烷等.聚丙烯酰胺(PAM)可能是現(xiàn)代土壤改良劑中研究最多的聚合物.1980年AZZAM[6]研究證明，膨脹性PAM能有效改善土壤理化性質(zhì)，降低灌溉需水量.1989年OUCHI等[7]制備了一種乙烯醇-丙烯酸鈉共聚物(命名為Igetabel)，用作保水性土壤調(diào)節(jié)劑，并在向日葵栽培試驗中證實該聚合物的有效保水性.1992年LEVY等[8]研究了低濃度的陰離子PAM和陽離子多糖對土壤滲透性和侵蝕的影響，發(fā)現(xiàn)這2種聚合物都能穩(wěn)定土壤團(tuán)聚體，但PAM也能將團(tuán)聚體粘合在一起，增強(qiáng)其抗侵蝕能力.因此，目前在美國和歐洲國家PAM被廣泛應(yīng)用于旱地農(nóng)田生產(chǎn)和水土保持項目.

中國對土壤改良劑的研究較晚，始于20世紀(jì)80年代初，但因土壤改良劑的高成本應(yīng)用等原因并未廣泛推行.90年代時，中國逐漸開始引進(jìn)國外新型土壤改良劑，中國農(nóng)科院土壤肥料研究所通過大量試驗研發(fā)出了土面液膜等土壤改良劑.21世紀(jì)以來，中國高效經(jīng)濟(jì)綠色環(huán)保型土壤改良劑的研發(fā)成為研究熱點.研發(fā)原料主要從天然有機(jī)物/無機(jī)物中進(jìn)一步提取，并根據(jù)土壤性質(zhì)研發(fā)出復(fù)合型土壤改良材料，采用石灰、粉煤灰、白云石和廢菌棒為土壤改良劑或再加入作物生長所需的營養(yǎng)元素，形成營養(yǎng)型土壤改良劑和酸/堿性土壤改良劑，以維持土壤健康和促進(jìn)植物生長.在各種土壤改良劑中，礦物質(zhì)改良劑因具有來源廣泛、成本低、對土壤理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)影響小且二次污染小等優(yōu)點，被認(rèn)為是“綠化21世紀(jì)物質(zhì)世界”的重要材料.人工合成土壤改良劑的研發(fā)與應(yīng)用，對治理退化土壤，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，改善干旱半干旱地區(qū)土壤肥力，增加作物產(chǎn)量和質(zhì)量以及維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)和環(huán)保性發(fā)展具有重要意義.

3.2 土壤改良劑的分類及功能

土壤改良劑又名土壤調(diào)理劑(soil conditioner).廣義上，可改良和調(diào)節(jié)土壤性狀的材料都稱為土壤調(diào)理劑；狹義上，是主要用于土壤性質(zhì)改良以便促進(jìn)植物生長，并不主要供給植物養(yǎng)分的材料.土壤改良劑可根據(jù)其來源、性質(zhì)和用途進(jìn)行分類.根據(jù)原料來源，土壤改良劑可分為天然改良劑、人工合成改良劑、天然-合成共聚物改良劑以及生物改良劑；根據(jù)性質(zhì)，土壤改良劑可分為酸性土壤改良劑、堿性土壤改良劑、無機(jī)土壤改良劑、有機(jī)土壤改良劑、營養(yǎng)型土壤改良劑、防治土傳病害土壤改良劑、微生物土壤改良劑等；根據(jù)用途，土壤改良劑可分為土壤退化防治土壤改良劑、土壤侵蝕防治土壤改良劑、土壤重金屬污染防治土壤改良劑、貧瘠地開發(fā)土壤改良劑等.

中國當(dāng)前引進(jìn)和推廣的土壤改良劑主要有3類：無機(jī)土壤改良劑(inorganic soil conditioner)、有機(jī)土壤改良劑(organic soil conditioner)和無機(jī)-有機(jī)土壤改良劑(semi-organic soil conditioner).無機(jī)土壤改良劑主要有石灰、珍珠巖、粉煤灰和石膏等；有機(jī)土壤改良劑主要有生物炭、腐植酸、城市污水污泥及生活垃圾、畜禽糞便等；無機(jī)-有機(jī)土壤改良劑包括粉煤灰與生物炭的混合配施，石灰、海泡石、沸石與生物炭的聯(lián)合應(yīng)用等.雖然不同的土壤改良劑會表現(xiàn)出功能差異性，但其主要功能有改善土壤理化和生物特性，恢復(fù)和供給土壤養(yǎng)分，提高植物產(chǎn)量和質(zhì)量，提高土壤酶活性以及修復(fù)退化土壤和重金屬污染土壤等.因此，基于土壤改良劑特性，土壤改良劑對土壤性質(zhì)和農(nóng)作物生產(chǎn)的重要影響如圖 1所示.

圖1 土壤改良劑施用后對土壤性質(zhì)和農(nóng)業(yè)植物的主要影響

4 主要退化土壤的改良劑研究與應(yīng)用

4.1 酸化地土壤的改良劑研究與應(yīng)用

目前，降低土壤酸化應(yīng)用較多的土壤改良劑有石灰等堿性無機(jī)材料，生物炭、腐植酸等有機(jī)改良材料，以及微生物菌劑類、微生物菌肥類生物改良劑.

STEINER等[9]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭可使土壤pH值提高30%左右，其變化程度受生物炭施用量影響.SIKA等[10]研究指出，在pH 5.14的酸性土壤中，隨著0.5%，2.5%和10.0%生物炭的應(yīng)用，其pH值可分別增加到6.80，7.34和8.42.JUAREZ等[11]研究表明，生物質(zhì)灰可以作為石灰的替代品，增加酸性土壤pH值，為作物生長提供養(yǎng)分，并刺激微生物活性.李秋霞等[12]得出，生物質(zhì)炭施用量為40 t/hm2對旱地紅壤的改良和增產(chǎn)效果最好，可使土壤pH、有機(jī)碳和陽離子交換量分別提高7.25%，47.88%和44.61%，油菜和紅薯分別增產(chǎn)1.23 t/hm2和14.83 t/hm2.RENDANA等[13]研究表明，由木材殘渣、腐植酸和沸石礦物按一定比例組成的有機(jī)土壤改良劑(HTOC)，可以增加土壤強(qiáng)度、有機(jī)質(zhì)含量、pH、電導(dǎo)率、交換性Ca2+、Mg2+、K+和陽離子交換能力(CEC)，改善水田軟土地基.陳士更等[14]研究得出：施用腐植酸土壤調(diào)理劑與普通土壤調(diào)理劑相比，其土壤容重減少2.72%～4.76%，土壤交換性鈣質(zhì)量比增加0.14～2.23 g/kg，交換性酸降低11.47%～28.46%，pH提高0.07～0.45，且腐植酸土壤調(diào)理劑施用量為1 275 kg/hm2時對土壤改良、提質(zhì)增產(chǎn)效果最佳.用于酸性土壤改良的生物改良劑主要為微生物材料，劉芳等[15]探索復(fù)合微生物菌劑(EM菌劑)配施腐殖酸鉀對植煙土壤改良及烤煙經(jīng)濟(jì)效益的影響，結(jié)果表明，EM菌劑配施腐殖酸鉀可顯著增加土壤中微生物數(shù)量，增強(qiáng)土壤酶活性，提高土壤養(yǎng)分含量，增加土壤pH值，其效果優(yōu)于兩者單施.

酸性土壤改良研究和應(yīng)用中還存在許多問題，例如，石灰雖在短期內(nèi)可快速提高土壤pH，但長期使用將會導(dǎo)致土壤“復(fù)酸化”；有些有機(jī)材料遇水易發(fā)酵而產(chǎn)生高溫，危害植物生長；大多數(shù)未經(jīng)腐熟的動物糞便直接用于土壤，會帶入大量致病微生物間接危害人類健康.所以，研發(fā)低成本、高效的環(huán)境友好型酸化土改良材料是發(fā)展的方向.

4.2 鹽堿地土壤的改良劑研究與應(yīng)用

目前鹽堿地土壤改良劑主要有脫硫石膏(燃煤電廠脫硫副產(chǎn)品，主要成分CaSO4·2H2O)、磷石膏(磷酸生產(chǎn)副產(chǎn)物，主要成分CaSO4·2H2O)、紅石膏(鈦白粉生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的硫酸鈣、氧化鈣和鐵離子)、生物炭、木醋液(制備生物炭副產(chǎn)物)、腐植酸、有機(jī)肥和微生物接種菌劑等.

LIU等[16]研究表明，有機(jī)肥和微生物接種劑都可提高鹽堿地土壤脲酶、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性，增加土壤營養(yǎng)物質(zhì)，提高微生物多樣性和活性，且在有機(jī)肥施用量為112.5 kg/hm2下，堿性磷酸酶活性最強(qiáng).施用腐植酸肥料可以改善土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分有效性，提高光合效率；還可以調(diào)節(jié)鹽堿地根際微生物群落多樣性和提高作物產(chǎn)量.LIU等[17]施用腐植酸肥料(3.75 t/hm2)和蚯蚓糞(3.75 t/hm2)獲得結(jié)果：土壤大團(tuán)聚體分別增加77.59%～125.58%和35.02%～91.02%，土壤鹽分明顯降低；還可通過改變鹽堿土中優(yōu)勢菌種Acidobacteria，Basi-diomycota和Glomeromycota的豐度，增加玉米根的耐鹽性和土壤養(yǎng)分有效性，從而提高沿海鹽堿地玉米莖和根的N，P，K含量、生物量和產(chǎn)量.AKHTAR等[18]研究表明，生物炭具有較高的鹽吸附能力，添加5%生物炭可以顯著緩解鹽脅迫，提高K+有效性，改善馬鈴薯的生長、生理機(jī)能和提高產(chǎn)量.LASHARI等[19]在利用生物炭堆肥(12 t/hm2)和木醋液(0.15 t/hm2)對鹽堿地的修復(fù)研究中，處理組與對照組相比，其土壤pH值、土壤鹽度和土壤容重分別降低0.3,3.6 g/kg和0.1 g/cm3，而土壤有機(jī)碳和有效磷質(zhì)量比分別增大2.6 g/kg和27 mg/kg，春小麥和冬小麥產(chǎn)量比對照分別增加多倍和38%.陳建等[20]的研究表明，脫硫石膏配合滴灌能改善甘肅鹽堿地理化性質(zhì)，促進(jìn)枸杞生長，隨脫硫石膏施用量的增加，土壤pH、堿化度呈遞減趨勢，最佳脫硫石膏施用量為26 t/hm2.

鹽堿地不同的改良措施存在效果差異，應(yīng)用中存在主要問題是化學(xué)改良劑用量大、成本高、改良效果短且具有副作用，部分改良劑還攜帶有毒有害元素，對土壤和植物產(chǎn)生二次污染.因此，今后鹽堿地改良劑研發(fā)和應(yīng)用中，要因地因應(yīng)用目標(biāo)，選用和研發(fā)適宜的鹽堿地改良劑，特別是與肥料結(jié)合，與排鹽工程技術(shù)結(jié)合的環(huán)保型多功能鹽堿地改良劑，是未來鹽堿地土壤改良劑研發(fā)的方向.

4.3 重金屬污染地土壤的改良劑研究與應(yīng)用

重金屬鈍化材料按照其性質(zhì)可分為無機(jī)類材料、有機(jī)類材料和氧化還原類材料等.無機(jī)類材料主要包括磷酸鹽類(磷酸鹽、過磷酸鈣、磷礦粉等)、黏土礦物類鈍化劑(海泡石、沸石、高嶺土等)、硅鈣類(石灰、粉煤灰、赤泥等)和金屬氧化物等，有機(jī)類材料主要包括有機(jī)肥、生物炭和腐植酸等，氧化還原類材料主要是金屬及金屬氧化物.

SHAHEEN等[21]研究發(fā)現(xiàn)，土壤中添加沸石、膨潤土、活性炭、生物炭和殼聚糖(添加比例各為1%)可降低植物中可溶性交換態(tài)Cd 22%～36%；土壤中添加生物炭、殼聚糖、活性炭、膨潤土、水泥窯灰、粉煤灰、石灰石、甜菜廠石灰(添加比例各為1%)和納米羥基磷灰石(添加比例為0.2%)可降低可溶性交換態(tài)Pb 6%～87%，降低植株中Pb 35%～99%.OUSTRIERE等[22]研究報道，將松皮屑與粗鐵砂復(fù)合施用，可通過增加pH值、沉淀-共沉淀以及各種吸附機(jī)制，有效固定土壤中不穩(wěn)定的Cd，Zn，Pb.在重金屬污染土壤中施用牛糞和骨粉可以顯著降低土壤中鎘和鋅的浸出率和植物利用度，其可能機(jī)制：高堿度和高碳酸鹽含量的土壤改良劑以不可交換的形式吸附和固定重金屬；或是牛糞等高含量有機(jī)質(zhì)，通過化學(xué)吸附等方式與重金屬結(jié)合，降低其遷移率.AHMAD 等[23]在研究不同種類生物炭和土壤類型對土壤重金屬遷移率的影響得出：堿性土壤(>93%)中使用300 ℃燒制的生物炭，可以通過金屬磷酸鹽沉淀和表面協(xié)同機(jī)制，顯著降低鉛和銅的浸出率.王紅等[24]研究表明，相對楊樹枝炭和玉米秸稈炭，水葫蘆炭對土壤中Zn和Pb的吸附效果最佳.水葫蘆炭添加量為5%時，對Zn和Pb的吸附率分別為21.83%和44.57%；當(dāng)添加量為10%時，對Pb吸附率高達(dá)93.93%.

重金屬污染鈍化劑的吸附效率與其性能(比表面積、吸附位點、離子交換性和動力學(xué))密切相關(guān)，只有選擇合適的鈍化劑，才能達(dá)到降低重金屬污染的效果.重金屬污染鈍化劑主要是改變土壤中重金屬的賦存形態(tài)，并不能將其完全去除，從而易再次活化造成二次污染.當(dāng)前對各種土壤改良劑修復(fù)重金屬污染土壤的機(jī)理尚不完全清晰，且鈍化劑價格偏高.因此，在今后研發(fā)與應(yīng)用中，應(yīng)充分考慮各種改良劑的優(yōu)缺點，選用低成本、多功能和針對性強(qiáng)的復(fù)合土壤重金屬鈍化劑，使用技術(shù)規(guī)程也是需要加強(qiáng)的重要方面.

5 問題與對策建議

5.1 主要問題

土壤改良劑對酸化地、鹽堿地、重金屬污染地等退化土壤改良和作物生長促進(jìn)具有顯著作用，且被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境治理中.但在實際推廣應(yīng)用過程中仍存在一些不可忽視的問題.

5.1.1 高效環(huán)保低成本的土壤改良劑研發(fā)不足

土壤改良劑的研究更多的是注重其功能性，而對材料本身是否環(huán)保，價格是否適合，當(dāng)?shù)厥褂谜哧P(guān)注不夠.例如，一些改良效果較好的合成高分子化合物，合成過程復(fù)雜，成本較高，難以在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模推廣應(yīng)用；以粉煤灰類廢棄物為原料研發(fā)的各種新型多功能土壤改良劑，其自身攜帶一些重金屬離子和鹽分離子，會累積影響土壤、抑制植物生長和污染環(huán)境.因此，高效、環(huán)保、低成本的土壤改良劑仍是今后研發(fā)的重點.

5.1.2 改良機(jī)制效應(yīng)機(jī)理等基礎(chǔ)研究不足

目前土壤改良劑的大部分研究，主要是針對土壤改良劑對土壤理化性質(zhì)、作物增產(chǎn)、環(huán)境治理等的改良結(jié)果，而對土壤改良劑與土壤和植物間的相互作用機(jī)制研究很少.因此，可根據(jù)土壤改良劑的組分和結(jié)構(gòu)特性，分析改良前后土壤和植物的理化特性和生物學(xué)特性變化，加強(qiáng)改良劑修復(fù)退化土壤的改良機(jī)理研究.

5.1.3 多種改良劑混施的組成配比研究不足

已有很多研究表明，多種改良劑混施會達(dá)到比單施一種改良劑更好的改良效果，特別是有機(jī)-無機(jī)固體廢棄物混施，生物改良劑與工農(nóng)業(yè)廢棄物混施等.但目前的研究多是證明混施優(yōu)于單施的改良效果，而缺乏科學(xué)統(tǒng)一的改良劑原料組成和最佳配比.因此，針對不同待修復(fù)的退化土壤，需要對不同改良劑進(jìn)行多因素多水平的正交試驗設(shè)計，篩選出合適的改良劑組合和最佳配比.

5.1.4 土壤改良劑大田應(yīng)用研究不足

目前，土壤改良劑在各種退化土壤的改良實踐中都有不同程度的應(yīng)用，取得一定的應(yīng)用效果.但大部分應(yīng)用是在實驗室、溫室或試驗小區(qū)和局部小范圍示范，缺乏實際大田試驗的應(yīng)用效果.大田試驗中，由于受到自然環(huán)境和施肥灌溉等管理因素的影響，使土壤改良劑的改良作用異于室內(nèi)的模擬效果.因此，需要加強(qiáng)實際大田試驗中土壤改良劑的應(yīng)用研究.

5.2 對策建議

5.2.1 加強(qiáng)土壤改良劑應(yīng)用基礎(chǔ)研究

針對不同類型退化土壤，結(jié)合土壤污染治理、國土空間管理和生態(tài)環(huán)境建設(shè)等需求，設(shè)立相應(yīng)的國家和省部級科研課題.開展土壤改良劑對不同類型退化土壤改良的機(jī)理研究，在此基礎(chǔ)上研發(fā)相應(yīng)的新型環(huán)保低價土壤改良劑.

5.2.2 加強(qiáng)新型環(huán)保低成本的土壤改良劑研發(fā)

基于土壤母質(zhì)和物質(zhì)組分，結(jié)合土壤利用及其存在問題，可綜合利用地區(qū)農(nóng)林廢棄物資源和工業(yè)廢棄物資源等，研發(fā)功能性明確的有機(jī)無機(jī)復(fù)合土壤改良劑，其中煤基腐植酸和餐廚垃圾等生化腐植酸及其與黏土礦物等復(fù)合是重要的發(fā)展方向.土壤改良劑應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境材料理念，即強(qiáng)調(diào)材料功能性的同時，也要提高改良劑的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性.

5.2.3 加強(qiáng)應(yīng)用評價和應(yīng)用規(guī)范建立

土壤改良劑對土壤和作物的影響是多方面的，主要包括土壤的理化性能和生物性能，以及作物生長和質(zhì)量等方面，特別是不同氣候和地形地貌環(huán)境下的作用效果差異.因此，需要布置野外大田試驗評價實際改良效果，并根據(jù)不同地區(qū)差異，建立土壤改良劑的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范和規(guī)程，這是推廣和應(yīng)用土壤改良劑的重要基礎(chǔ).

5.2.4 加強(qiáng)土壤改良劑的認(rèn)證管理

土壤改良劑的認(rèn)證，主要是在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部以土壤調(diào)理劑項目審批，一般需要3 a時間審查.而液態(tài)肥等只需要1 a審查，再加上土壤改良劑的利潤空間有限，這在一定程度上會影響土壤改良劑的研發(fā).所以，加快土壤改良劑的認(rèn)證是其需要加強(qiáng)的管理環(huán)節(jié).

5.2.5 加強(qiáng)退化土壤的綜合治理

退化土壤的改良是一項較為復(fù)雜的綜合治理體系，實際改良需要針對退化土壤性質(zhì)和指示性指標(biāo)，綜合考慮致使土壤退化的原因，利用多種改良技術(shù)精準(zhǔn)施策.合理增施水肥，施加最佳配比改良劑，正確輪作換茬和選種功能性植物等改良措施，因地制宜建立系統(tǒng)改良體系.最大程度地減少水土資源浪費，提高土壤利用率，發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益.