土壤改良的作用范文

[关键词]农田栽参；综合改良措施；微生态；土壤消毒；绿肥回田

[Abstract]Thisstudyhasrevealedthechangeofthesoilmicro-ecologyoffarmlands，whichusedforginsengcultivation，broughtbycomprehensivesoilimprovement.Theprocessofsoilimprovementwasdescribedasfollows：soilwassterilizedusingtrichloronitromethane，andthenperillaseedswereplanted.Aftergrowingup，theperillaswereturnedoverintothefieldandfermented，thenorganicfertilizerwasadded.Rotarytillageswerecarriedoutduringtheintervals.Physicalandchemicalpropertiesoftreatedsoilweremeasured，aswellasmicrobialdiversity，whichwasillustratedusing16shighthrough-putsequencing.Thesurvivalrateandgrowthdataofginsengseedlingswererecorded.Theanalysisshowedthatafterimprovement，thesoilorganicmattercontentwasincreasedandsoilbulkdensitywasdecreased，comparetothecontrols，andthefertilityin0-20cmofsoillayerwasincreasedinthetreatment.Additionally，thesoilmicrobialdiversitywaschangedgreatly.Indetail，alphadiversityofthesoildecreasedaftersoilimprovementwhilethebetadiversityincreased.Inordertoverifytheachievementofsoilimprovement，ginsengseedlingswereplanted.Comparedtotheuntreatedlandblocks，thesurvivalrateofginsengonimprovedblockswasincreasedupto21.4%，andtheginsengphysiologicalindexwereallbetterthanthecontrols.Resultsshowedthatcomprehensivesoilimprovementsincludingsoilsterilization，greenmanureplantingandorganicfertilizationapplicationeffectivelyimprovedthesoilmicro-ecologyinfarmlands.Thisstudywillpavethewayforthefuturestandardizationofginsengcultivationonfarmlands.

[Keywords]ginsengcultivationonfarmlands；comprehensivesoilimprovement；soilmicro-ecology；soilsterilization；greenmanureplanting

人PanaxginsengC.A.Mey是传统名贵药材，有“百草之王”的美誉，中国是人参主产国，其栽培面积和产量均居世界首位[1]。中国主要的栽参模式为伐林栽参，森林资源破坏性强，生态压力大，目前每年用于人参栽培所消耗的林地达上万亩[2]，很多老参区已基本无林可伐[3]。人参是多年生忌根植物，连作障碍问题严重，极大制约了人参产业的可持续发展[4]。人参的忌地性加重参地资源的紧缺，新参地资源的发掘势在必行。农田栽参是利用传统田地进行休耕种植人参，可实现传统作物与人参轮作，从而解决参林争地的矛盾，是人参种植的发展方向[5]。

土壤是人参赖以生存的物质基础，其理化性质，微生物组成与人参生长发育、产量与质量都密切相关。农田土与林区腐殖土相比，有机质含量低，土壤肥力较差，孔隙度小，容重大，不利于人参生长[6-7]。因此，栽培前的土壤改良是农田栽参的关键。然而土壤微生态环境的复合因素影响人参生长发育、产量与质量，单一措施无法有效改善农田的微生态环境。已有报道，土壤消毒能有效杀灭土壤中病原菌，减轻土传病害[8]，绿肥回田不但改变土壤的结构而且对病虫害有抑制作用[9]，施肥改土增加土壤肥力，保证人参的顺利生长[10]。因此，可以认为多种措施的综合使用能够促进农田栽参的有效开展。

本研究利用土壤消毒、绿肥回田、施肥改土的综合措施对农田微生态环境进行改良，通过分析土壤理化性质、微生物群落变化和人参存苗率及生长指标，初步建立一套适合农田栽参土壤改良的综合办法，为农田栽参的顺利开展提供参考。

1材料与方法

1.1试验设计样地选择位于中国中医科学院中药研究所靖宇县农田栽参试验基地（126.8°E，42.39°N），本试验于2014―2015年开展，本次试验共用地667m2。该试验地是传统的农田，前茬作物为玉米ZeamaysL.。玉米收获后，地块经旋耕备用。小区试验（面积为111m2）随机排布，试验设计见表1。农田地处理之后，对照及处理地旋耕2次，深度达40cm，之后按照林地栽参方式，进行做床、播种等农艺措施。人参、苏子PerillafrutescensBritt.种子及农家肥由盛实百草药业有限公司提供，人参选择一年生人参苗移栽，苏子采用撒播方式种植。

1.2土壤样品采集10月15日，人参做床之前采集土壤样品。每个小区随机选取5个点，分别取每个点1～10，1～20，21～30cm不同土层样品，并将5个点不同土层样品分别混匀，过筛（2mm），共18份样品。每份样品分为2部分，一部分用于土壤理化性状的分析，另一部分于-80℃保存备用于土壤微生物群落分析，3次重复。

1.3土壤理化性状的分析采用水浸提法测定土壤的pH[11]；环刀法测定土壤容重；水合热法测定土壤有机质[12]；凯氏定氮法测定土壤中氮含量[13]；微波消解法测定土壤金属元素。

1.4土壤微生物群落的分析采用MOBIOPowerSoilKit（MOBIO，美国）提取土壤总DNA，利用通用引物27F/338R扩增细菌16srRN段[14]，标签序列见表2。序列扩增、纯化、均一化参照Rodrigues等[15]描述。采由IlluminaMisq测序平台获取土壤细菌宏基因组序列，读长为PE250，采用QIIME软件进行序列分析[16]。数据预处理，采用Flash的软件融合双末端序列，通过各样品标签序列对数据进行区分并归类，去除非靶区域序列及嵌合体[17]。采用RDPclassifier将序列进行物种分类，对每个样本和每个物种单元分类进行序列丰度计算构建样本和物种分类单元序列丰度矩阵[18]。根据序列相似度（97%）构建操作分类单元（OTU）。通过Alpha多样性分析，计算各种物种多样性指数，衡量样本物种多样性[17]。

1.5存苗率及生长指标的分析于次年7月中旬，调查人参的存苗率，株高及茎粗，每个小区随机选取2m2，统计存苗数及人参的生长指标，3次重复。

1.6数据分析采用SPSS11.0软件，在P

2结果分析

2.1综合改良措施降低土壤容重综合改良措施降低0～30cm土层的容重，见图1。与对照相比，0～10，11～20，21～30cm土层容重分别下降了4.0%，9.3%，1.0%。结果表明，与21～30cm土层容重相比，综合改良措施对0～20cm土层容重影响较大。

2.2综合改良措施降低土壤pH与对照相比，综合改良措施显著降低0～30cm土层的pH，见图2。与对照土层相比，0～10，11～20，21～30cm土层中pH分别下降了3.9%，3.4%，2.8%。结果表明，随着土层的加深，综合改良措施对土壤pH的影响减弱。

2.3综合土壤改良措施改变土壤肥力综合农田土壤改良增加土壤0～20cm土层的肥力，见表3。与对照相比，消毒、绿肥回田、施肥改土之后的地块，0～30cm土层，总氮，有机质有效磷显著增加；0～20cm土层的钙（Ca）、铜（Cu）、铁（Fe）、钾（K）、镁（Mg）、锰（Mn）、钠（Na）、锌（Zn）含量增加，其中0～10cm土层中各元素含量显著增加；21～30cm土层中K，Cu的含量低于对照土层中的含量。结果表明，综合土壤改良措施对土层肥力的影响随着土层深度的增加，影响逐渐减弱。

2.4综合土壤改良措施改变土壤细菌群落多样性与对照土层相比，综合农田土壤改良措施降低0～20cm土层细菌OUT，Shannon指数（H′），随着土层加深，OTU，H′降低减弱，而21～30cm土壤中OUT，H′高于对照土层，见图3。结果表明，综合土壤改良措施显著降低0～10cm土层中细菌Alpha多样性。

2.5综合土壤改良措施改变土壤细菌群落组成与对照相比，综合土壤改良措施改变不同土层细菌群落的组成，见图4。在门的水平，农田土壤中主要包含Proteobacteria，Firmicutes，Bacteroidetes，Actinobacteria，Acidobacteria，Verrucomicrobia，TM7，Planctomycetes，Chloroplast，Nitrospira，Chloroflexi，Armatimonadetes，Euryarchaeota，Gemmatimonadetes，Chlorobi。c对照土层相比，综合处理0～10cm土层中细菌群落（除Proteobacteria，Verrucomicrobia和Nitrospira之外）表现为下降趋势，下降率为17.5%～81.1%；11～20cm土层中细菌群落，Actinobacteria，Acidobacteria，Verrucomicrobia，Planctomycetes，Chloroplast，Nitrospira，Chloroflexi，Euryarchaeota，Gemmatimonadetes丰度下降8.7%～71.8%；21～30cm土层中细菌群落Proteobacteria，Bacteroidetes，Verrucomicrobia，TM7，Armatimonadetes，丰度下降了3.5%～38.9%，而其他群落丰度增加，增加了8.8%～21.5%。在科的水平，与对照土层相比，0～10cm土层细菌除Enterobacteriaceae外，Ruminococcaceae，Pseudomonadaceae，Moraxellaceae，Lachnospiraceae，Sphingobacteriaceae，Porphyromonadaceae，Comamonadaceae，Xanthomonadaceae丰度表现为下降趋势，下降率为4.4%～53.4%；而11～20cm土层细菌群落的丰度均增加，增加率为6.5%～67.3%；21～30cm土层，除Enterobacteriaceae，Pseudomonadaceae，Moraxellaceae，Sphingobacteriaceae外，细菌群落丰度表现上调，增加了0.3%～81.0%。结果表明，综合土壤改良之后，0～10cm土层中细菌群落丰度主要表现为下降趋势。

2.6综合土壤改良措施促进人参存苗率及人参植株生长与对照相比，综合土壤改良措施显著增加人参的存苗率、促进的人参生长，见图5。综合处理之后地块人参存苗率达92.6%，与对照相比，显著提高21.4%。综合处理后，人参株高及茎粗分别为14.1，0.84cm，与对照相比，显著增加了8.4%，7.9%，图5。结果表明，综合土壤改良措施促进了人参的保苗及生长。

3讨论

土壤是人参生长发育的物质基础，是影响参根产量和质量的重要因素，本研究通过土壤消毒、绿肥回田、施肥改土的综合措施对参地进行治理，建立适宜人参生长的农田微生态环境。土壤消毒可以有效

的杀灭土层中致病微生物，害虫和虫卵，减轻作物病害的发生[8]。然而广谱的土壤消毒剂对土壤中有益微生物群落亦有杀灭作用，只有在土壤消毒的基础之上，采用绿肥回田、施肥改土等技术措施，才能取得灭菌、恢复地里、改善理化性状、改变微生物群落的综合效果。绿肥回田可以有效改善土壤微生物区系，增加土壤中有益微生物种类、土壤有机质的含量，改善土壤结构的作用[9，19-20]。土壤疏松、通气良好、保水力强、土壤有机质增多，从而提高人参抗病力，增加产量[21]。苏子是常见的绿肥回田作物，与腐熟鹿粪、猪粪、饼肥、过磷酸钙等混合作为基肥能有效改善土壤结构、增加土壤肥力。施肥是提高土壤肥力，改善土壤环境和提高产量、品质最直接有效的方法，有机肥具有培肥土壤、养分全、肥效长等特点，能够调节参土氮磷钾含量及其比例，降低人参锈腐病的发生，提高其产量和质量[22]。施用猪粪和树叶肥改土后，人参增产效果显著而且优质参株率提高[23]。参地使用有机肥后，参根增产，总皂苷、还原糖和淀粉含量均高于对照；土壤中硼、锌、镁、铁、锰、铜等微量元素增加，有助于增强人参的抗病力，提高参根产量效果[24]。本研究中，综合改良措施显著降低0～20cm的土层容重，0～20cm土层中总氮，有机质，有效磷，Ca，Cu，Fe，K，Mg，Mn，Na，Zn含量高于对照，保证人参生长需求，从而促进人参存苗率及生长。

高通量测序为研究土壤微生物群落多样性及组成提供崭新的视角，尤其加快非培养微生物群落的研究，为土壤微生态环境的研究提供详尽的“全景图”[25-26]。通过采用特定标签引物极大的合并样品数量，这种方法降低了试验成本并增加数据量[27]。目前，高通量测序技术已广泛应用到不同生态环境中土壤微生物群落的研究，为阐述土壤微生态环境变化提供了大量的可靠数据。本研究利用土壤消毒、绿肥回田、施肥改土的综合改良措施改变了农田生态系统中微生物群落的多样性及组成。土壤微生群落在矿物营养循环及有机质降解等方面起到重要作用[28]。土壤微生物多样性及组成影响土壤的生产力，进而影响作物的产量及品质[29]。农艺措施改变土壤多样性，驱动土壤功能的转变，进而影响作物的生长[30]。研究表明，长期施肥降低耕作土壤中AM真菌的多样性[31]。农业措施改变土壤群落的组成，部分群落对生态系统中代谢循环至关重要[29]。Qiu等[32]研究表明，生物有机肥增加土壤中有益菌Paenibacllus，Trichoaderma，Bacillus，Streptomyces的丰度，降低致病菌Fusarium的丰度。氮肥施用直接或间接诱导主要细菌群落，有助于富养型细菌群落（包括Proteobacteria和Bacteroidetes）丰度的增加[28]。本研究发现，综合改良措施的土壤中有益菌：变形菌门Proteobacteria、拟杆菌门Bacteroidetes、放线菌门Actinobacteria的丰度变化显著，不同土壤层次中细菌的丰度变化有显著差异，在科的水平下，11～30cm土壤层中细菌群落丰度表现为上升趋势。

综合土壤改良措施提高土壤有机质含量，降低土壤容重，增加土壤肥力，改变土壤细菌群落的多样性及组成，提高农田栽参的存苗率，促进人参的生长。因此，土壤消毒、绿肥回田和施肥改土相结合的方法是改善农田土壤微生态环境的有效措施，保证农田栽参顺利开展，促进了林业生态环境的保护及人参产业的可持续发展。

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土壤改良的作用范文篇2

关键词：改良剂；镉胁迫；土壤养分；蔬菜根际

中图分类号：X53；S63；S158文献标识码：A文章编号：0439-8114（2012）21-4769-03

EffectsofAmendmentsonRhizosphereSoilNutrientAvailabilityofVegetableUnder

CadmiumStress

HEHai-yang，YANQiao-lun，HUIJian-chun，ZHUXue-mei

（CollegeofResourceandEnvironment，SichuanAgriculturalUniversity，Chengdu611130，China）

Abstract：Thepotexperimentofrootbagmethodwasusedtostudytheeffectsofthreeamendments（lime，pigmanureandsuperphosphate）onrhizospheresoilnutrientavailabilityofvegetable（radish，lettuceandcowpea）undercadmiumstress.TheresultsshowedthatthepHvalueofvegetablerhizospheresoilweredifferentduetodifferentchemicalpropertiesofthreeamendmentstreatment.Comparedwiththecontrol，threeamendmentsimprovedrhizospheresoilavailablenutrientcontentofvegetable.Themaximumhydrolysisnitrogencontentofvegetablerhizospheresoilwashighconcentrationtreatmentofpigmanure，asthevaluewas43.28，36.72and48.24mg/kgrespectively.Themaximumavailablephosphoruscontentofvegetablerhizospheresoilwashighconcentrationtreatmentofsuperphosphate，asthevaluewas3.58，3.32and3.20mg/kgrespectively.Themaximumavailablepotassiumcontentofvegetablerhizospheresoilwashightreatmentofpigmanure，asthevalueswas53.15，55.94and61.85mg/kgrespectively.Itwasindicatedthatpigmanurewasthebestamendmenttoimprovesoilcompoundnutrientsofvegetableundercadmiumstress.

Keywords：amendment；cadmiumstress；soilnutrient；vegetablerhizosphere

随着工业的迅猛发展，大量农田受到重金属不同程度的污染。有调查显示[1]，中国受镉污染的耕地面积约1.4万hm2，并且有11处污灌区已经生产出镉米。土壤镉污染不仅影响作物的正常生理代谢，导致作物减产或死亡，更为严重的是镉能够通过食物链富集使动物致癌、致畸等。在镉胁迫下，植物对土壤养分状况的正常吸收受到影响，并积累较多的镉在体内，进而影响植物的正常生长[2，3]。有研究表明，施加石灰、猪粪和过磷酸钙3种改良剂后能显著增加土样养分有效性[4-6]，说明改良剂在降低土壤重金属有效性的同时，也在一定程度上改善了土壤的理化性质，尤其最近几年来高效低用量改良剂的出现，使改良剂的使用不断推广，应用前景越来越广阔[7，8]。

据资料显示[9]，成都平原农田镉污染较严重，而受镉污染较严重的萝卜、莴苣和豇豆是成都平原食用量较大、种植范围较广的常见蔬菜。试验选用石灰、猪粪和过磷酸钙作为改良剂，通过根袋法盆栽试验，探讨改良剂对镉胁迫下萝卜、莴苣和豇豆成熟期根际土壤养分有效性的影响，以期为土壤镉污染修复的同时提高蔬菜产量提供参考。

1材料与方法

1.1供试材料

供试土壤取自四川农业大学新区农场，为农场改造时的生土，土壤全镉背景值为0.078mg/kg。土壤基本理化性质为：pH7.56，有机质含量8.45g/kg，全氮含量0.45g/kg，全磷含量3.70g/kg，全钾含量2.45g/kg，碱解氮含量27.77mg/kg，速效磷含量2.51mg/kg，速效钾含量30.38mg/kg。

供试蔬菜品种：萝卜品种为胭脂萝卜，莴苣品种为香优九号，豇豆品种为小亏叶红嘴燕。供试重金属为镉，以Cd（NO3）2（分析纯）的形式按《国家土壤环境质量》（GB15618-1995）二级标准（旱地，pH>7.5）加入，即镉为0.6mg/kg。

供试改良剂为石灰、猪粪和过磷酸钙，分高、低浓度两个施用水平，具体见表1。

1.2试验设计

试验采用完全随机设计，每种蔬菜设置7个处理，以施加重金属元素不施加改良剂的作为对照，3次重复。将供试土壤风干、研磨、过5mm筛后，加入Cd（NO3）2溶液，充分混匀后浸泡10d。放置30d后与配制好的各种改良剂充分混匀装盆（高35cm，直径30cm的PVC盆）。每盆装土3.1kg，施2g复合肥作为底肥，放置7d。装盆时采用根袋法分离根际土壤和非根际土壤。

用300目的尼龙纱将PVC盆分为上、中、下3层。在上层尼龙网袋中种植蔬菜，每盆种植蔬菜幼苗4株。蔬菜生长期按一般盆栽进行常规管理，保证蔬菜的根系全部在尼龙纱网袋中生长。于蔬菜成熟期（萝卜成熟期为肉质根生长期之后1个月左右，莴苣成熟期为茎顶端与最高叶片尖端相平时，豇豆成熟期为开花后7～12d）对根际土壤取样测定。

1.3测定内容及方法

土壤pH采用土水比1∶2.5的方法，用pHS-3C型酸度计测定[10]。土壤碱解氮采用碱解扩散法测定，速效磷采用钼锑抗比色法测定，速效钾采用火焰光度计法测定[10]。

1.4数据处理方法

用DPSV6.55进行数据处理和分析。

2结果与分析

2.1改良剂对萝卜根际土壤pH及有效养分含量的影响

由表2可知，石灰处理提高了萝卜根际土壤pH，表现为高浓度处理大于低浓度处理；猪粪处理的萝卜根际土壤pH趋于中性；过磷酸钙处理降低了萝卜根际土壤pH，且pH表现为高浓度处理大于低浓度处理。与对照相比，3种改良剂均提高了萝卜根际土壤碱解氮的含量，并且均是高浓度处理高于低浓度处理。猪粪高浓度处理萝卜根际土壤碱解氮含量最高，为43.28mg/kg，比对照增加了139.38%。3种改良剂均提高了萝卜根际土壤速效磷的含量，除石灰外，猪粪与过磷酸钙均是高浓度处理高于低浓度处理。高浓度过磷酸钙处理萝卜根际土壤速效磷含量最大，比对照增加了116.97%。3种改良剂提高了萝卜根际土壤速效钾的含量，除过磷酸钙外，石灰与猪粪均是高浓度处理高于低浓度处理，猪粪高浓度处理萝卜根际土壤速效钾含量最高，比对照增加了76.81%。

2.2改良剂对莴苣根际土壤pH及有效养分含量的影响

由表3可知，石灰处理提高了莴苣根际土壤pH，且表现为高浓度处理大于低浓度处理；猪粪对莴苣根际土壤pH影响很小；过磷酸钙处理降低了莴苣根际土壤pH，且表现为低浓度处理大于高浓度处理。与对照相比，3种改良剂均提高了莴苣根际土壤碱解氮的含量，并且均是高浓度处理高于低浓度处理。猪粪高浓度处理莴苣根际土壤碱解氮含量最高，比对照增加了123.36%。3种改良剂均提高了莴苣根际土壤速效磷的含量，除过磷酸钙外，猪粪与石灰均是高浓度处理低于低浓度处理。过磷酸钙高浓度处理莴苣根际土壤速效磷含量最大，比对照增加了66.83%。3种改良剂均提高了莴苣根际土壤速效钾的含量，除过磷酸钙外，石灰与猪粪均是高浓度处理高于低浓度处理。猪粪高浓度处理莴苣根际土壤速效钾含量最高，比对照增加了77.14%。

2.3改良剂对豇豆根际土壤pH及有效养分含量的影响

由表4可知，石灰处理提高了豇豆根际土壤pH，且表现为高浓度处理大于低浓度处理；猪粪和过磷酸钙处理的豇豆根际土壤pH均降低，趋于中性，且都表现为高浓度处理大于低浓度处理。与对照相比，3种改良剂均提高了豇豆根际土壤碱解氮的含量，并且均是高浓度处理高于低浓度处理。猪粪高浓度处理豇豆根际土壤碱解氮含量最高，为48.24mg/kg，比对照增加了226.39%；石灰低浓度处理豇豆根际土壤碱解氮含量最低，为21.14mg/kg，比对照增加了43.03%。3种改良剂均提高了豇豆根际土壤速效磷的含量，除石灰外，猪粪与过磷酸钙均是高浓度处理高于低浓度处理。过磷酸钙高浓度处理豇豆根际土壤速效磷含量最高，比对照增加了52.38%。3种改良剂均提高了豇豆根际土壤速效钾的含量，除过磷酸钙外，石灰与猪粪均是高浓度处理高于低浓度处理。猪粪高浓度处理豇豆根际土壤速效钾含量最高，比对照增加了82.77%。

3小结与讨论

研究表明，石灰、猪粪和过磷酸钙3种改良剂对镉污染土壤的修复效果取决于它们对土壤pH的影响程度[11]。石灰是碱性无机物，进入土壤后电离出OH-，增大pH使土壤呈碱性；过磷酸钙是酸性无机物，进入土壤后电离出H+，降低pH使土壤呈酸性；猪粪为腐熟有机质，分解过程中释放的酸性物质较少，产生的NH4+较多，使土壤呈弱碱性[12]。试验结果表明，施加改良剂后3种蔬菜成熟期根际土壤的pH表现为：石灰处理的pH增加，趋于碱性；猪粪处理的pH趋于中性；过磷酸钙处理的pH降低，趋于酸性。这些表现与3种改良剂本身的化学性质一致，反映出不同化学性质的改良剂对蔬菜根际土壤pH的影响不同，从而对镉污染土壤的修复效果也不相同。

氮、磷、钾是植物生长的主要营养元素，对植物生长发育具有十分明显的影响。有研究表明[13]，在重金属污染土壤中，重金属与养分元素之间产生拮抗作用，抑制作物对养分的吸收，土壤中的重金属浓度越高，其有效养分的含量越低。猪粪的质地较细，含蛋白质、脂肪类、有机酸以及无机盐等，所含氮素较多，碳氮比例较小，容易被微生物分解，释放出可被作物吸收利用的养分[14]。过磷酸钙作为酸性磷肥，自身成分里含有游离的磷酸，能够改变土壤的pH进而改变土壤中的养分[6]。石灰为无机碱性物质，主要是通过改变pH从而改变土壤里重金属镉的有效性来提高土壤养分的有效性[15]。该研究表明，3种改良剂均能提高3种蔬菜根际土壤有效养分的含量，猪粪高浓度处理对提高3种蔬菜根际土壤碱解氮和速效钾含量效果最好，而过磷酸钙高浓度处理对提高3种蔬菜根际土壤速效磷含量效果最好。

参考文献：

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收稿日期：2011-12-07

基金项目：四川省科技厅科技支撑计划项目（2008FZ0180）

土壤改良的作用范文

50年代以前,土壤结构改良剂的研究仅限于天然结构改良剂,研究较多的是藻朊酸盐,它是从藻类中抽取的多糖羧酸类化合物,藻朊酸钠用量01%(按土重计算)便有显著的改土效果。但由于天然结构改良剂易被土壤微生物分解且用量较大,难以在生产上广泛应用,于是,人工合成结构改良剂的研究便逐渐开展起来。克里利姆土壤改良剂是初期人工合成的改良剂,主要成分是聚丙烯酸钠盐,具有高效、抗微生物分解、无毒等优点。最近几年,高效低用量土壤结构改良剂出现,使用方法不断改进,使用成本逐渐下降,使其具有越来越广阔的应用前景。

1土壤结构改良剂的种类、性质

土壤结构改良剂是根据团粒结构形成的原理,利用植物残体、泥炭、褐煤等为原料,从中抽取腐殖酸、纤维素、木质素、多糖羧酸类等物质,作为团聚土粒的胶结剂,或模拟天然团粒胶结剂的分子结构和性质所合成的高分子聚合物。前一类制剂为天然土壤结构改良剂,后一类则称为合成土壤结构改良剂。

1.1天然土壤结构改良剂

1.1.1天然结构改良剂的种类

1.1.1.1腐殖酸类以泥炭、褐煤为原料制成褐腐酸钠或钾,它们是一大类多环稠环有机化合物。其结构与土壤腐殖质相似。

1.1.1.2多聚糖类从瓜尔豆中提取的一种高分子物质。

1.1.1.3纤维素类主要成分为纤维素,用碱液加湿处理后,即产生纤维糊,可做为结构改良剂。

1.1.1.4木质素类一般以纸浆废液为原料制成,包括木质素磺酸、木质素亚硫酸铵、木质素亚硫酸钙等。

1.1.1.5其它粉煤灰、糠醛渣、沼渣。

1.1.2以多聚糖和腐殖酸类说明天然结构改良剂的性质和作用机制

多聚糖是一种水溶性天然土壤结构改良剂,它是从瓜尔豆中提取的一种高分子物质,其分子质量大于2.0×105u。多聚糖在水溶液中是一种生物不稳定性物质,在土壤中能被微生物降解成小分子物质,因此,改良土壤时,用量大于人工合成改良剂。多聚糖是一种线性的绕曲的高分子聚合体,在其链条上有大量的－OH,羟基与粘粒矿物晶体表面上的氧原子形成氢键,示意如下:粘土晶面Si－O……HO－R－OH－O－Si粘土晶面,将分散的土壤颗粒胶结在一起形成团聚体。多聚糖的亲水基－OH与粘粒的氧键,其键能为20.9～41.9kJ/mol。由它胶结的微团粒或团粒具有相当程度的稳定性。这样,粘粒表面吸附的水分子被高分子有机化合物取代,而且有机化合物的亲水功能团与粘土矿物的活性点相结合,于是,粘粒表面为疏水的烃链所被覆,从根本上改变了粘粒的水合性和胀缩性,使生成的团粒具有水稳性。

1.2人工合成土壤结构改良剂

1.2.1聚乙烯醇(PVA),属非离子型聚合物,结构式为:

1.2.2聚丙烯酰胺制剂(PHM),结构式:

这种制剂中的干物质含量为80%,干物质中的含氮量为192%。

1.2.3沥青乳剂(ASP)

1.2.4聚丙烯腈

－（－CH2－CH－）a－（CH2－CH）b－

｜｜

COO－CH＋

它们是由单体聚合而成的,单体有乙烯单体(CH2＝CH2)、丙烯酸(CH2＝CH－COOH)、丙烯腈单体(CH2＝CH－CN）等。在聚合物链条上有许多功能基,其中有些是活基,如羧基(－COOH）、氨基(－NH2）等。这些活基在溶液中解离后,就使聚合物成为带电离子,或是聚合阴离子,或是聚合阳离子。合成的结构改良剂一般具有很强的粘结力,能把分散的土粒粘结成稳固的团粒。阳离子型聚合改良剂与粘粒上的负电荷结合,胶结分散的粘粒形成团聚体,阴离子型结构改良剂作用机制不同于阳离子型,它与带负电荷的土粒结合分三种情况:一是由氢键连结,即阴离子型结构改良剂分子上的羟基(－OH）与粘粒矿物晶体面上氧原子结合形成氢键;二是在低pH条件下,阴离子型结构改良剂产生正电荷,与粘粒晶面上的负电荷形成离子键;三是高价矿质离子作为盐桥分别与阴离子型改良剂分子上的负电荷和土粒上的负电荷结合形成离子键。

2土壤结构改良剂的应用效果

2.1改善土壤结构

土壤结构改良剂能有效地改善土壤团粒结构,减小土壤容重,增加总孔隙度。西南农业大学曾觉廷的研究证明,土壤改良剂能使分散的土粒形成微团聚体,进一步形成团聚体,不仅增加土壤中水稳性团聚体的含量,而且显著提高团聚体的质量。在盆栽土壤试验中,大团聚体含量比对照增加了,PHM为20.88%,VAM为4.73%,HNA为2.24%。陕西农科院土肥所宋立新的试验表明,0.5～0.25mm团聚体相对增加3.7%～54.6%,结构改良剂不仅能使分散的土粒团聚,还可使微团粒相互粘结,所以施用结构改良剂后,大团粒的比率大大增加。有人曾做过试验,施入0.05%CRD－1816后,2～5mm及大于5mm的团粒占团粒总数的63%,施用量增至0.15%时,则达90%,而对照仅为11%。结构改良剂促进团粒结构形成的同时,还提高了土壤总孔隙度,降低土壤容重。紫黄泥土施用PHM(0.4%)和VAM(0.1%)后,土壤中＞50μm孔隙分别是18.3%和11.7%,而对照仅有7.7%。最近,山西省农业科学院土肥所研究了粉煤灰的改土效应,试验结果表明,土壤施入粉煤灰后,可以降低容重,增加孔隙度,调节三相比,提高地温,缩小膨胀率,明显地改善了粘土的物理性状。

2.2提高土壤蓄水保水能力

西南农业大学陈萌在紫色土上的试验证明,PHM和VAM均能提高土壤持水量和释水量,增大土壤吸持水分对植物的有效程度。中国农科院汪德水的研究结果说明,沥青乳剂和PHM均能减少土面水分蒸发,保蓄水分,提高水分利用效率。王久志在土壤结构改良剂覆盖改土作用的研究中指出,施用沥青乳剂后,在0～15cm和1m土层内,土壤含水量分别增加19.33%～27.44%和10%。在蒸发的3个阶段中,沥青乳剂具有抑制水分蒸发的效果,抑制率达14.7%～32.3%。

2.3提高土壤温度

沥青乳剂可以提高地温。有试验证明,施用沥青乳剂后,在1d内或一年内土壤温度均高于对照,日平均增温2.1℃。宋立新等研究证明施用沥青乳剂增高耕层地温,较对照高0.8～1.5℃。

3土壤结构改良剂使用技术研究

3.1土壤结构改良剂的用量

大,则成本高,投资大,有时还会发生混凝土化现象。根据土壤和土壤改良剂性质选择适当的用量是非常重要的,80年代,Hedrick和Mowry等报道,聚电解质聚合物改良剂能有效地改良土壤物理性状的最低用量为10mg/kg,适宜用量为100～2000mg/kg。奥田东等指出,以5000mg/kg用量为极限,超过这个极限,反而不利于团粒的形成。近几年来的研究结果与以前有所不同,1986年,Wallace试验证明,使用量为4mg/kg时,水稳性团粒增加的幅度大,说明聚丙烯酰胺用量低于10mg/kg,也具有一定的改土效果。

3.2土壤结构改良剂的使用方法

如果将粉剂直接撒施于表土中,由于结构改良剂很难溶解进入土壤溶液,这种施用方法的改土效果很小,在相同情况下,将改良剂溶于水施用,土壤的物理性状明显得到改善,例如,每公顷用42kg固态聚丙烯酰胺,土壤团聚体和土壤导水率均未增加,但改良剂溶于水施用,每公顷只用32.2kg聚丙烯酰胺,团聚体增加45.2%,土壤的物理性状有较大改善。

3.3施用时土壤墒情

以前普遍认为,要在表土墒情适宜时进行,适宜的湿度为田间最大持水量的70%～80％。最近,由于施用方法从固态施用到液态施用的改进,施用时对土壤湿度的要求与以前不同。研究证明,施用前要求把土壤耙细晒干,且土壤愈干,愈细,施用效果愈好。