酸性物質(zhì)對蘇打鹽堿土改良的研究進(jìn)展*

苗 月,楊 帆,王志春,邵璽文,耿艷秋

(1.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 長春 130102; 2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 長春 130118)

據(jù)聯(lián)合國教科文組織的不完全統(tǒng)計(jì),全球范圍內(nèi)約有8.3×108hm2的鹽堿土,約占全球陸地面積的10%,廣泛分布于世界各地[1-2]。鹽堿土是指包括鹽土和堿土在內(nèi)的各種鹽化、堿化的土壤總稱。鹽土指含鹽量多在0.6%～1.0%或者更高,堿土指堿化度(ESP)超過15%,pH 高達(dá)8 以上的土壤類型,其土壤表層鹽分一般在0.5%以下[3]。土壤鹽堿可能通過土壤顆粒的分散對植物生長產(chǎn)生負(fù)面影響,破壞土壤結(jié)構(gòu)和堵塞孔隙[4-6]; 導(dǎo)致營養(yǎng)缺乏或失衡,即過量的Na+與Ca2+、K+和其他陽離子競爭,降低它們的有效性[7-8]; 產(chǎn)生滲透脅迫和離子毒害,影響植物生長。土壤鹽堿已成為制約全球農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的障礙。近年來,許多國家都十分關(guān)注這一問題,并對鹽堿土的形成機(jī)理、水鹽運(yùn)移特點(diǎn)及鹽堿土改良進(jìn)行大量研究,以期找到改良鹽堿土最佳方案。

中國土壤鹽堿化程度較高,現(xiàn)共有鹽堿地9.9×107hm2,其中潛在鹽堿化土壤約有1.7×107hm2[9],主要分布在東北、西北、華北和一些沿海平原地區(qū)。隨著我國人口持續(xù)增長和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,土地利用與耕地保護(hù)之間的矛盾日益突出,需盡快提高現(xiàn)有土地生產(chǎn)力和開發(fā)新的土地資源。合理改良利用鹽堿地,對提高我國耕地面積,維護(hù)生態(tài)平衡,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[10]。東北松嫩平原是我國鹽堿土的主要分布區(qū)之一,該區(qū)土壤鹽分主要以碳酸鈉和碳酸氫鈉為主,蘇打鹽堿土面積約占該地區(qū)鹽堿土總面積的70%[11-13]。松嫩平原生態(tài)環(huán)境脆弱,自然因素和人為因素對生態(tài)環(huán)境造成的影響較大,其中土壤鹽堿化問題最為突出[14]。因此,對蘇打鹽堿土進(jìn)行改良,無論從理論上還是實(shí)踐中都具有重要意義。目前,蘇打鹽堿土的改良方法很多,效果顯著,但其中一些方法由于條件限制和成本過高,難以大規(guī)模推廣。尋求快速、高效、低成本、操作簡便、可持續(xù)的蘇打鹽堿土改良技術(shù)成為當(dāng)前的首要任務(wù)[15]。

化學(xué)改良是蘇打鹽堿土改良的重要手段?；瘜W(xué)改良主要通過離子交換和化學(xué)作用降低土壤交換性Na+的飽和度和鹽堿度,再通過排水洗鹽方法使鹽分隨水轉(zhuǎn)移,促進(jìn)土壤脫鹽,改善土壤理化性質(zhì)以及中和土壤堿度,減輕土壤鹽堿化對作物的危害,增加作物生長所需的養(yǎng)分,達(dá)到改良鹽堿土的目的[14,16]。目前改良蘇打鹽堿土化學(xué)改良劑主要有3 類: 1)含鈣物質(zhì),如石膏、磷石膏等,主要以Ca2+代換土壤膠體上的Na+為改良機(jī)理; 2)酸性物質(zhì),如硫酸及其酸性鹽類、磷酸及其酸性鹽類,主要以中和堿及活化鈣為改良機(jī)理,為替換可交換性Na+提供必要物質(zhì)條件[17]; 3)有機(jī)類改良劑,如傳統(tǒng)的腐殖質(zhì)類(草炭、風(fēng)化煤、綠肥、有機(jī)物料)、工業(yè)合成改良劑(禾康、聚丙烯酸等)、工業(yè)腳料糖醛渣等,主要以改善土壤結(jié)構(gòu)促進(jìn)水分淋洗為改良機(jī)理。

近年來,國內(nèi)外學(xué)者對酸性物質(zhì)改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤肥力、提高作物產(chǎn)量等問題進(jìn)行深入研究。相關(guān)研究表明[18-19]: 酸性物質(zhì)能夠促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體形成,孔隙度增加,改善土壤結(jié)構(gòu),提升土壤穩(wěn)定性。酸性物質(zhì)也可通過水解作用釋放H+降低土壤pH,以便溶解土壤中的沉積鈣,增加Ca2+的含量,使Na+從土壤膠體置換到土壤溶液中,便于Na+隨水分排出,達(dá)到改良土壤的效果[20-21]。同時(shí),可以提高土壤含水量,抑制土壤鹽分表聚,增加土壤N、K、P 等養(yǎng)分有效性,提高作物產(chǎn)量。本文分析、歸納了近年來酸性物質(zhì)對蘇打鹽堿土理化性質(zhì)、水鹽運(yùn)移、土壤肥力、作物生長和產(chǎn)量等方面的影響,探討其作用規(guī)律和機(jī)制,為蘇打鹽堿土農(nóng)業(yè)利用和可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 酸性物質(zhì)改良鹽堿土的機(jī)理

酸性物質(zhì)施入土壤能夠降低鹽堿土pH,溶解土壤中的Ca2+,為代換土壤中的交換性鈉提供Ca2+源。溶解的Ca2+與土壤中的Na+發(fā)生交換吸附反應(yīng),從而置換出Na+,土壤堿化度(ESP)和鈉吸附比(SAR)降低,提高土壤入滲率,隨著Ca2+代換Na+進(jìn)入代換位和入滲水的增加,Ca2+的溶解量和Na+的淋洗量逐漸增加,土壤的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)得到改善,鹽堿土逐步得到改良。常見的酸性物質(zhì)改良鹽堿土的機(jī)理、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)如表1所示。

表1 不同酸性物質(zhì)改良鹽堿土的機(jī)理及優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Mechanisms and advantages and disadvantages of different acidic substances for improving saline soils

續(xù)表1

總體來看,酸性物質(zhì)能快速有效地改良蘇打鹽堿土。蘇打鹽堿土其自身含有碳酸鈣[22],鹽堿土施加酸性物質(zhì)后,土壤中H+含量增加,促進(jìn)土壤中碳酸鈣溶解,為土壤中Na+交換吸附反應(yīng)提供較多的鈣源。但早前人們采用石膏、磷石膏等含鈣物質(zhì)改良鹽堿土,通過外源增加土壤中Ca2+的活度,將吸附于土壤膠體中的Na+交換出來。但目前對酸性物質(zhì)改良蘇打鹽堿土的機(jī)理了解較少,如硫酸、磷酸脲等酸性物質(zhì)很少應(yīng)用于改良鹽堿土,其廣泛應(yīng)用存在一定問題。

2 酸性物質(zhì)對鹽堿土物理性質(zhì)的影響

土壤的物理性質(zhì)主要包括土壤的容重、孔隙度、團(tuán)聚體和土壤持水特性等。土壤鹽度和堿化度共同作用導(dǎo)致鈉飽和黏土分散[41],破壞土壤結(jié)構(gòu),使土壤顆粒分散,潮濕時(shí)泥濘透氣性差,孔隙度低,干時(shí)緊實(shí)板結(jié)耕性極差,對作物的生長發(fā)育造成不利影響[42-43]。

2.1 土壤團(tuán)聚體

蘇打鹽堿土中的鹽分主要為蘇打(碳酸鈉,NaCO3)、小蘇打(碳酸氫鈉,NaHCO3),Na+含量高,導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)性差、養(yǎng)分匱乏以及微生物活性較低。大量Na+會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)崩塌,破壞土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性[44]。土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單位,其質(zhì)量與數(shù)量對土壤性質(zhì)起決定性作用[45];

研究發(fā)現(xiàn),在重度蘇打鹽堿土中添加酸性物質(zhì)如硫酸鋁改良劑后,土壤溶液pH 顯著下降。在一定范圍內(nèi),土壤中大部分微團(tuán)聚體含量隨硫酸鋁添加量的增加而增加,大粒徑團(tuán)聚體數(shù)量明顯增多,孔隙度增大,容重質(zhì)量減小,作物生長狀況得到改善,出苗率提高[46]。單純施用硫酸鋁雖可有效改善土壤結(jié)構(gòu),但過去的研究表明[47-48],施用家畜糞、秸稈等有機(jī)物質(zhì)有利于土壤形成大顆粒團(tuán)聚體,提高團(tuán)聚體穩(wěn)定性。建議在生產(chǎn)實(shí)踐中,可將硫酸鋁與其他有機(jī)物料配合使用,可進(jìn)一步改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤肥力。近幾年來,有學(xué)者通過用中低濃度的鹽酸或硫酸對沸石進(jìn)行酸化改性進(jìn)而改良蘇打鹽堿土[49]。對沸石進(jìn)行硫酸酸化改性后,硫酸能有效地去除沸石中金屬離子,H+取代金屬離子,增強(qiáng)沸石吸附能力,使土壤顆粒在沸石顆粒周圍形成較為穩(wěn)定的膠體粒子,不會(huì)再分散。因此,在蘇打鹽堿土中施用酸改性沸石,可以改善土壤中Na+含量過高與土壤板結(jié)的問題。

2.2 容重與孔隙度

對鹽堿土而言,不同土壤孔徑的組成與分布直接影響土壤結(jié)構(gòu),而土壤孔隙則能真實(shí)反映土壤結(jié)構(gòu)狀況[50]。土壤的容重和孔隙度是土壤的重要物理性質(zhì),它直接影響土壤水分、肥力等因素變化。

研究表明[51],硫酸鋁可以顯著降低蘇打鹽堿土旱田和水田土壤容重,改善土壤微團(tuán)聚體組成,使土壤結(jié)構(gòu)狀況得到明顯改善。聚合硫酸鋁鐵施用到土壤中,其陽離子的水解產(chǎn)物能與土壤中帶負(fù)電荷的膠體進(jìn)行電荷中和,促進(jìn)土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)的形成,改善土壤孔隙度[52]。目前僅有少量研究表明,硫酸也可用于改良鹽堿土。硫酸能降低土壤pH 和鹽分含量,改善土壤環(huán)境。硫酸可溶解土壤中的碳酸鈣,通過用鈣代替土壤中的交換性鈉來提高土壤的孔隙度,降低土壤的緊實(shí)度[53]。

2.3 滲透性與持水性

土壤滲透性和持水性決定著土壤淋洗排鹽效率[54]。土壤入滲是田間水循環(huán)的重要組成部分,酸性物質(zhì)如硫酸鋁可以有效改善蘇打鹽堿土的土壤結(jié)構(gòu)性與持水特性,并且隨著硫酸鋁用量的增加,土壤的膨脹性、滲透性和持水性都會(huì)增強(qiáng)[55]。通過室內(nèi)垂直淋洗試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[56],聚合硫酸鋁鐵能提高蘇打鹽堿土的導(dǎo)水率,促進(jìn)土壤淋洗脫鹽。目前蘇打鹽堿土改良大多采用石膏等含鈣物質(zhì),通過添加外源鈣置換土壤中的Na+。但Ahmad 等[25]通過硫酸和石膏對鹽堿土壤離子置換的試驗(yàn)結(jié)果表明,硫酸和石膏均可降低土壤飽和泥漿電導(dǎo)率(ECe)和SAR,且經(jīng)過硫酸處理的土壤中鹽分和Na+的浸出量與石膏的浸出量相當(dāng),可能是由于硫酸與碳酸鈣反應(yīng)釋放Ca2+,在置換土壤膠體上吸附的Na+所需時(shí)間較長[57]。由于這種有效但延遲浸出的鹽和離子,經(jīng)硫酸處理的土壤在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)相對保持了更多的ECe,SAR 值更低,可以更好地疏松土壤,增加土壤的滲透性。

酸性物質(zhì)對蘇打鹽堿土物理性質(zhì)的改良作用主要有以下幾個(gè)方面: 1)凝聚土壤顆粒,改善土壤結(jié)構(gòu)。某些酸性物質(zhì)具有膨脹性、分散性、黏著性等特性,能使土壤中因鹽堿而分散的土壤顆粒凝結(jié),從而改變土壤的孔隙度,改善土壤的通透性。2)酸性物質(zhì)可改善土壤微團(tuán)聚體的組成,增加土壤中大粒徑團(tuán)聚體的數(shù)量,增加土壤孔隙度,降低土壤容重,提高土壤淋洗速率。3)硫酸等強(qiáng)酸性物質(zhì)可以與鹽堿土中的碳酸鈉發(fā)生反應(yīng),使土壤Ca2+活化,進(jìn)而交換土壤膠體吸附的Na+,阻止膠體分散,增加土壤顆粒絮凝和膠結(jié),改善土壤結(jié)構(gòu)。

3 酸性物質(zhì)對土壤鹽堿性質(zhì)的影響

衡量鹽堿土壤鹽堿化程度的主要指標(biāo)有pH、電導(dǎo)率(EC)、ESP 等。鹽堿土壤中含有大量堿性鹽類物質(zhì),在堿性環(huán)境中容易發(fā)生鹽堿化。鹽堿土中的碳酸鈉和碳酸氫鈉易發(fā)生水解,離解生成HCO3-、OH-,土壤中含有大量可溶鹽類(如Na+和Mg2+),這些鹽離子進(jìn)入土壤后容易與土壤中的物質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物,與土壤中游離的HCO3-、OH-發(fā)生反應(yīng),從而使土壤呈堿性[58]。

目前已有不少學(xué)者致力于研究硫酸鋁對蘇打鹽堿土的改良效果。硫酸鋁改良劑能顯著降低蘇打鹽堿土pH,并能顯著提高土壤中Ca2+、Mg2+、K2+、Na+等濃度。在室內(nèi)模擬試驗(yàn)中[59],隨著硫酸鋁用量的增加,土壤陽離子交換量(CEC)呈遞增趨勢,交換性Na+含量和ESP 隨硫酸鋁用量的增加而逐漸降低。硫酸鋁施加到新開墾蘇打鹽堿水田中,與未處理土壤相比,土壤pH 值、全鹽量、交換性鈉、陽離子交換量及堿化度均有所下降; 其中CO32-、Ca2+、K+、Na+的含量較低,SO42-含量較高[60]。

鹽堿土施用硫酸亞鐵后,硫酸亞鐵能夠水解出H+,降低土壤pH[61],促進(jìn)土壤碳酸鈣的溶解,使土壤中的Ca2+與土壤膠體上的Na+發(fā)生代換,降低土壤ESP[62]。范定慷[63]通過不同含硫量物質(zhì)對蘇打鹽堿土的改良效應(yīng)及鹽分運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究,結(jié)果表明: 硫酸亞鐵、硫酸鋁、硫磺均能降低土壤pH、SAR、全鹽量、ESP 等。

硫磺經(jīng)微生物作用或水解后,會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì),中和鹽堿土中的堿性物質(zhì)(如碳酸鈉和碳酸氫鈉),進(jìn)一步降低土壤pH,改善土壤結(jié)構(gòu),促進(jìn)作物生長。如果施用于石灰性土壤,會(huì)與土壤中難溶解的碳酸鈣作用后生成溶解度大的硫酸鈣,土壤中活性鈣含量增加,改良作用也隨之增強(qiáng)[30]。劉剛等[64]在鹽堿土改良土壤中施用硫磺,發(fā)現(xiàn)硫磺處理后土壤pH 下降,部分交換性鈉離子含量降低,Ca2+、Mg2+、SO42-含量增加。已有研究表明[65-68],硫酸可以迅速降低土壤pH,特別是在ESP 較高的土壤中,硫酸與鹽堿土中的碳酸鈣發(fā)生反應(yīng),增加可溶性鈣離子含量,加快鈣鈉離子交換速率。但硫酸對蘇打鹽堿土的應(yīng)用較少,其對蘇打鹽堿土交換性鈉降低速率尚不明確。

酸性物質(zhì)對蘇打鹽堿土鹽堿性質(zhì)的作用機(jī)制主要有: 1)降低土壤pH。酸性物質(zhì)施入土壤后,可降低鹽堿土pH 值,進(jìn)而溶解和提高土壤中鈣離子含量,并與土壤中鈉離子發(fā)生反應(yīng),土壤的ESP 和SAR 隨之降低。2)影響土壤可溶性鹽組成。如鹽堿土中加入硫酸鋁后,土壤的鹽分組成發(fā)生變化,由蘇打型→蘇打-硫酸鹽型→硫酸鹽型。

4 酸性物質(zhì)對鹽堿土養(yǎng)分的影響

土壤養(yǎng)分是作物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素,鹽堿土因其理化特性而引發(fā)離子拮抗和滲透脅迫[69],從而導(dǎo)致土壤通常缺乏氮磷鉀等營養(yǎng)元素,且有機(jī)質(zhì)溶解度較高,養(yǎng)分淋失加快。植物根系活性降低,對土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)換和效率產(chǎn)生一定的不利作用。抑制植物吸收利用礦質(zhì)養(yǎng)分和水分。土壤養(yǎng)分均衡可以為作物提供良好的生長環(huán)境; 但養(yǎng)分失衡,則會(huì)對作物的生長發(fā)育產(chǎn)生不利作用,導(dǎo)致作物的產(chǎn)量下降和病害加重[70]。

4.1 有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)碳在全球碳循環(huán)中起著重要作用,也是土壤肥力的重要組成部分。土壤有機(jī)碳是評(píng)價(jià)土壤肥力和質(zhì)量的重要指標(biāo),對改善土壤物理特性、提供養(yǎng)分、保護(hù)環(huán)境具有重要作用[71-72]?；钚杂袡C(jī)碳是土壤有機(jī)質(zhì)有效組分之一,它能反映土壤中有機(jī)碳的微小變化[73],直接影響植物的養(yǎng)分供應(yīng)[74-75]。

采用不同比例硫酸鋁、稻草和蘇打鹽堿土進(jìn)行室內(nèi)模擬培養(yǎng)試驗(yàn),結(jié)果表明[76]: 在一定范圍內(nèi),單獨(dú)施用硫酸鋁可增加土壤易氧化有機(jī)碳含量,降低土壤有機(jī)碳的氧化穩(wěn)定系數(shù)。硫酸鋁和稻草同時(shí)施用促進(jìn)秸稈分解,進(jìn)一步增加土壤有機(jī)質(zhì)。張鑫[77]同樣進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn),結(jié)果表明: 蘇打鹽堿土微團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量在添加硫酸鋁改良劑和玉米秸稈后明顯增加,土壤大粒級(jí)微團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量和貢獻(xiàn)率提高,有利于提高有機(jī)碳固定性能。

硫酸鋁單獨(dú)施用可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,而秸稈還田和添加有機(jī)肥則能進(jìn)一步提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[78-79]。然而,目前較多學(xué)者主要探究硫酸鋁對蘇打鹽堿土有機(jī)質(zhì)的影響,硫酸、硫磺及硫酸鋁鐵等酸性物質(zhì)的研究較少,可先通過室內(nèi)模擬試驗(yàn),探究其他酸性物質(zhì)對蘇打鹽堿土有機(jī)質(zhì)的影響,再應(yīng)用到大田試驗(yàn)中。

4.2 營養(yǎng)元素

蘇打鹽堿土堿性較高,土壤自然肥力較差,在堿性環(huán)境下,土壤中磷鈣等營養(yǎng)元素被固定[80-81],限制了土壤養(yǎng)分有效性[82-85]。營養(yǎng)元素缺乏和鹽堿脅迫是制約作物生產(chǎn)的兩個(gè)主要問題。在鹽堿條件下,土壤高pH、高電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)含量低等因素,導(dǎo)致土壤養(yǎng)分含量下降,對作物生長不利[86-87]。在蘇打鹽堿土中施加硫酸、硫酸鋁等酸性物質(zhì)可有效降低土壤pH,提高土壤中磷鋅等元素有效性[88]。

已有研究[89]表明,硫酸鋁配施磷肥和氮肥均能顯著促進(jìn)小麥(Triticum aestivum)出苗和生長,無論是否施加磷肥,土壤有效磷曲線均隨著硫酸鋁用量的增加而逐漸降低。馬巍等[19]對蘇打鹽堿地水稻(Oryza sativa)施用硫酸鋁,結(jié)果表明: 在鹽堿化嚴(yán)重的稻田中,施用硫酸鋁可以提高水稻吸收氮磷鉀的能力,提高吸磷量,增加磷肥利用率。磷酸脲在土壤中分解成尿素和磷酸,磷素在土壤中所占比例較高,從而增加了土壤磷素供給強(qiáng)度。磷酸脲在蘇打鹽堿土中的應(yīng)用較少,但已有研究[90]表明,磷酸脲對土壤中磷鐵錳等元素的活化具有顯著的促進(jìn)作用,為作物生長發(fā)育提供更多的營養(yǎng)元素,提高作物產(chǎn)量。楊貴婷[38]以磷酸脲基復(fù)合肥為改良劑,進(jìn)行為期兩年的玉米(Zea mays)田間試驗(yàn),結(jié)果表明: 經(jīng)全量磷酸脲基復(fù)合肥處理的玉米產(chǎn)量、磷素利用率均高于普通磷肥。磷酸脲作為改良劑施入蘇打鹽堿土中,可能會(huì)降低土壤pH,改善土壤理化性質(zhì),增加土壤磷、鈣等元素含量。

5 酸性物質(zhì)對鹽堿土作物生長及產(chǎn)量的影響

蘇打鹽堿土含有碳酸鈉、重碳酸鈉等鹽分,影響土壤物理、化學(xué)性質(zhì)以及微生物活性,不僅會(huì)抑制作物生長,還會(huì)導(dǎo)致作物死亡,生產(chǎn)力下降[91-92]。研究表明[93],酸性物質(zhì)可改善土壤的理化性質(zhì),促進(jìn)作物生長。

硫酸亞鐵是一種工業(yè)副產(chǎn)品,其利用率低,導(dǎo)致大量硫鐵資源浪費(fèi)。硫酸亞鐵可以作為鐵肥、硫肥、調(diào)酸劑等對蘇打鹽堿土進(jìn)行改良,可提高水稻的抗病能力,提高秧苗素質(zhì)。經(jīng)硫酸亞鐵培養(yǎng)的水稻秧苗,其體內(nèi)的鐵硫含量增加; 葉綠素含量增多,秧苗素質(zhì)提高[94-95]; 硫酸亞鐵對蘇打鹽堿土水稻分蘗有明顯的促進(jìn)作用,有效穗數(shù)、單穗粒數(shù)和產(chǎn)量均有明顯提高[96]。硫酸鋁水解產(chǎn)生的H+可與土壤中CO32-和HCO3-發(fā)生反應(yīng)生成H2O 和CO2,使碳酸鈉和碳酸氫鈉變成硫酸鈉,土壤類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}型,減輕碳酸鈉和碳酸氫鈉對作物生長的危害,對蘇打鹽堿土水稻生長環(huán)境有一定的優(yōu)化作用,為水稻秧苗的生長提供了有利的環(huán)境條件,提高了水稻產(chǎn)量[97-98]。硫酸除有效降低土壤pH 外,還能提高水稻的生理適應(yīng)能力和產(chǎn)量,蘇打鹽堿土施用濃硫酸可顯著改善土壤理化性狀和水稻的生長環(huán)境,增加水稻分蘗,并提高水稻的單株有效穗數(shù)、單株實(shí)粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率,進(jìn)而增加水稻產(chǎn)量[99]。

酸性物質(zhì)提高蘇打鹽堿土作物生長及產(chǎn)量的可能原因有: 1)酸性物質(zhì)可降低土壤pH,活化土壤中的碳酸鈣,增加土壤Ca2+含量,解析鹽堿土中的Na+,從而降低高濃度Na+對作物生長的危害,促進(jìn)作物生長。2)酸性能夠降低蘇打鹽堿土pH,提高養(yǎng)分有效性,增加土壤肥力。3)酸性物質(zhì)可降低鹽堿土中有毒元素富集,降低土壤中原有重金屬對作物生長的影響。

6 展望及未來發(fā)展方向

蘇打鹽堿土的改良是一個(gè)持續(xù)性過程,目前眾多改良方法都存在著投資大、見效慢等問題。利用酸性物質(zhì)改良蘇打鹽堿土,相對其他方法而言見效快且方便。酸性物質(zhì)可以改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤的透水透氣能力和入滲速率以及增加土壤中微量元素的有效性,進(jìn)而提升土壤肥力,增加農(nóng)作物產(chǎn)量,是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要因素。由于不同地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源、土壤水肥氣熱條件及農(nóng)業(yè)管理模式差異較大,因此在實(shí)際應(yīng)用酸性物質(zhì)時(shí)應(yīng)因地制宜,綜合不同氣候、土壤、作物等因素,確定適宜的改良劑用量和施用方法,提高蘇打鹽堿土改良效果。

目前,酸性物質(zhì)在蘇打鹽堿土的改良應(yīng)用中還存在一些亟待解決的問題。

1)活化土壤固有“鈣源”,減少外源鈣質(zhì)材料添加。蘇打鹽堿土本身含有鈣源物質(zhì),即碳酸鈣,但其溶解度較低,Ca2+較難析出。而添加酸性物質(zhì)可以使土壤中H+含量增加,促進(jìn)碳酸鈣溶解,增加土壤Ca2+含量,使Ca2+置換土壤膠體上吸附的 Na+。這種改良方法可以減少外源鈣質(zhì)改良劑的添加,利用其土體本身的“ Ca2+”對土壤進(jìn)行改良。在蘇打鹽堿土未來改良中,可以選擇酸性物質(zhì)對其進(jìn)行改良,并探究不同酸性物質(zhì)對蘇打鹽堿土的改良機(jī)理和最佳施用量。在選擇酸性改良劑時(shí),可選用一些工業(yè)廢液,如工業(yè)廢硫酸、硫酸鋁、硫酸亞鐵等,在降低改良成本的同時(shí),也可減少工業(yè)廢棄物對環(huán)境造成污染。

2)改良劑“多元化”發(fā)展。較多學(xué)者大多采用硫酸鋁和硫酸亞鐵對蘇打鹽堿土進(jìn)行改良,硫酸、磷酸脲等酸性物質(zhì)應(yīng)用較少。在蘇打鹽堿土未來改良中,可選用其他酸性物質(zhì),探究其對蘇打鹽堿土有機(jī)碳、土壤生物肥力及對作物生長的影響。

3)選擇“綠色”改良劑。酸性物質(zhì)雖可改良鹽堿土,改善土壤的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì),但需要注意的是,土壤酸化后會(huì)引發(fā)土壤重金屬離子的活化及其在作物中的富集作用。農(nóng)作物生產(chǎn)必須以安全和健康為前提。選擇酸性物質(zhì)改良蘇打鹽堿土需具有以下特點(diǎn): ①其自身不含重金屬超標(biāo)等有毒物質(zhì)。②所選用的改良劑不能使土壤產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)。③經(jīng)改良后的土壤排出物不會(huì)污染周邊生態(tài)環(huán)境[100]。

4)增加大田試驗(yàn)。酸性物質(zhì)對蘇打鹽堿土的改良多用于室內(nèi)模擬試驗(yàn),但不同類型鹽堿土的理化性質(zhì)十分復(fù)雜。應(yīng)適當(dāng)增加大田試驗(yàn),對酸性物質(zhì)應(yīng)用于大田的適用性和作用機(jī)理進(jìn)行分析,并對其持續(xù)效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估。

5)選擇性價(jià)比較高的改良劑。目前我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)效益低,特別是大田作物收益更低。在鹽堿土改良時(shí),應(yīng)選擇具有較高性價(jià)比的改良劑,促進(jìn)蘇打鹽堿土改良和農(nóng)業(yè)利用持續(xù)發(fā)展。