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关键词:土壤改良;土壤沙化;土壤侵蚀;土壤污染
中图分类号:S156 文献标识码:A DOI:10.11974/nyyjs.20160932033
随着社会经济的快速发展,人口数量不断增多,生活的环境日益遭受着破坏。大气污染、食品安全、土地退化等成了21世纪的热点问题。根据2000年世界粮农组织(FAO)世界土壤资源报告,全球严重土地退化面积约为3500万 km2,占总土地面积的26%,其中用于农业生产活动造成的严重土地退化面积占总土地面积的9%[1]。农民一味地追求高产,过度施用化肥,导致土壤板结;大量工厂的建立,导致了土壤污染;大量的砍伐树木,导致了土壤的沙漠化等,如今土壤退化问题成了亟待解决的问题。
因此,如何保持土壤质量,防止土壤退化,成为了国内外研究的热点。施用土壤改良剂是一种既经济又方便的方法,它可以改善土壤理化性质、提高土壤肥力,还能降低土壤中污染物的迁移,对于改良退化土壤有非常好的效果。本文从退化土壤的改良出发,介绍了土壤改良剂的不同类型及其在3种土壤退化类型中的应用,以期为不同类型退化土壤改良提供思路。
1 土壤改良剂介绍
土壤改良剂,又称土壤调理剂,能有效改善土壤理化性质和土壤养分状况,并对土壤微生物产生积极影响,从而提高退化土壤的生产力,使其更适宜于植物生长,而不是主要提供植物养分的物料。在20世纪50年代以前,土壤改良剂的研究只限于天然改良剂,随着研究的不断深入,科学家们从天然有机物、无机物提取到合成高分子化合物,根据不同土壤类型制成不同改良剂。按原料来源可将土壤改良剂分为天然改良剂、人工合成改良剂、天然-合成共聚物改良剂和生物改良剂等4大类[1],其中天然改良剂又可以分为无机物料和有机物料2种。其具体分类如图1所示。
1.1 天然改良剂
天然改良剂根据原料的性质,可以分为无机物料和有机物料2类。无机物料又可以分为天然矿物和无机固体废弃物;有机物料包含了有机固体废弃物、天然提取高分子化合物和有机物料。主要有石灰石、膨润土、蛭石、粉煤灰、畜禽粪便、泥炭等。
1.2 人工合成改良剂
人工合成改良剂是一种高分子有机聚合物,是通过对天然改良剂的分析研究,合成的一种与天然改良剂结构形态类似的改良剂。国内外研究和应用的人工土壤改良剂有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇等,其中聚丙烯酰胺是目前土壤改良剂的研究热点。
1.3 天然-合成共聚物改良剂
为了达到高效的治理效果,将天然改良剂与人工改良剂合成,用人工合成改良剂去弥补天然改良剂的不足,使其效果达到最佳,扩大适用范围,是一种新型的共聚物改良剂。其中包含了腐殖酸-聚丙烯酸、纤维素-丙烯酰胺、磺化木质素-醋酸乙烯等。
1.4 生物改良剂
目前研究和应用的生物改良剂包括一些商业的生物控制剂、微生物接种菌、菌根、好氧堆制茶、蚯蚓等。
2 土壤改良剂在几种土壤退化类型中的应用
土壤退化是指在各种自然,特别是人为因素影响下发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用和环境调控潜力,即土壤质量及其可持续性下降,甚至完全丧失其物理、化学和生物学特征的过程。由于土壤退化是土壤物理、化学、生物学性质恶化导致肥力下降的总称,赵其国[2]将土壤退化分为土壤物理退化、土壤化学退化、土壤生物退化。中国科学院南京土壤研究所借鉴国外的分类,将我国土壤退化分为土壤侵蚀、土壤沙化、土壤盐化、土壤污染以及不包括上列各项的土壤性质恶化、耕地的非农业占用6类。
2.1 土壤改良剂在防治土壤沙化中的应用
土壤沙化指良好的土壤或可利用的土地变成含沙量很多的土壤或土地变成沙漠的过程。随着土壤沙漠化程度的加重,土壤物理性质、生物学特性都会发生一系列的变化,土壤水分、养分含量等降低,土壤生物酶活性下降,最终影响地上植被生长、发育和分布。在改良沙土时,研究学者更多关注的是如何增加土壤的保水能力、土壤养分含量、土壤有机质含量等。
2.1.1 天然改良剂
在天然矿物中,石灰石、膨润土等都具有保水保肥的改良作用,其中膨润土、沸石、石膏和蛭石还具有增肥作用。膨润土自身具有较强的吸水性、膨胀性、吸附性、粘着性等,施入沙土中可以增加土壤中团聚体的数量,降低土壤容重。膨润土与腐殖质作用形成有机无机复合体,施入土壤后,能够降低有机物料的分解速率,提高腐殖化系数,增加土壤有机质的累积,两者的相互结合存在着明显的交互作用[3]。粉煤灰自身的理化特性是改良沙土的物质基础,粉煤灰的平均粒径约为0.01~100 m,平均容重约为0.81~1.16g・cm-3,持水能力可达到45%~60%,显著高于沙土[4]。泥炭作为有机物料改良剂,能够提高混合沙土的持水能力,降低沙土的pH值和容重,增加沙土的有机质、速效氮和腐殖酸含量,对白菜的生长和生物量都有促进作用[5]。
2.1.2 人工合成改良剂
聚丙烯酰胺(PAM)是一种水溶性高分子聚合物,具有很强的亲水性及絮凝性,能够增加土壤团聚体数量,还能够减少土面水分蒸发,保蓄水分,提高水分利用效率。Johnson通过添加PAM增加了土壤的持水能力,为植物生长提供了更多的有效水[6]。将粉煤灰和聚丙烯酰胺混合施用,形成互补效应,但施用效果并不是简单的叠加,与对照相比,能够显著提高土壤田间持水量,同时增加土壤有效水含量。
2.1.3 生物改良剂
丛枝菌根真菌能和世界上90%以上的有花植物形成互惠互利的共生体,接种菌根真菌能够促进植物对土壤水分和养分的吸收,提高植物的抗逆性,同时菌根真菌分泌的球囊霉素相关蛋白能够改善土壤的团聚性,同时也是土壤碳的一个重要来源。丛枝菌根真菌和腐殖酸联合作用能够改善土壤微环境,同时提高了土壤酸性磷酸酶活性和有效磷的释放,沙土中细菌、真菌和放线菌数量也得到了显著的提高,进而促进土壤的形成和发育,改变土壤的理化性质[7]。
2.2 土壤改良剂在防治土壤侵蚀中的应用
土壤侵蚀是指土壤及其母质在水力、风力、冻融、重力等外营力作用下,被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。在防治土壤侵蚀过程中,主要有生物防治、物理化学防治、工程防治以及综合防治技术,这些防治措施的基本原理都是减少坡面径流量、减缓径流速度,提高土壤吸水能力和坡面抗冲能力,并尽可能抬高侵蚀基准面。
改良剂在防治土壤侵蚀中的应用主要集中在改良土壤结构,增加土壤的凝聚力,提高土壤吸水能力等方面。Brandsma[8]研究4种土壤改良剂(Agri-Sc、Soiltex、Humus和Kiwi Green)发现,土壤改良剂可以降低土壤密度,提高总孔隙度,其中Agri-Sc改良剂能够使土壤平均溅蚀量降低14.3%,Soiltex和Kiwi Green可使土壤结壳强度增加。人工合成改良剂中聚丙烯酰胺(PAM)处理过的土壤表面紧密的结构和较高的团聚体稳定性有效抑制了土粒的分散,增加土壤的水稳性团粒体,提高土壤渗水速度,可以有效地防止土壤的侵蚀。利用小型水道进行了针对壤土和黏土的PAM沟灌试验发现,壤土的渗透率减少了59%,黏土减少量22%,能够有效地减少流水侵蚀。在喷淋灌溉系统中模拟雨滴降落试验中,2 kg・ha-1的PAM有效地减少了径流和侵蚀,且对侵蚀的控制比对径流更有效[9]。
2.3 土壤改良剂在防治土壤污染中的应用
土壤污染破坏了土壤的自然生态平衡,并导致土壤的自然功能失调,土壤质量恶化。土壤污染可以分为无机污染和有机污染,无机污染物主要有汞、铬、铅、铜、砷、镉、酸、盐碱等,有机污染物主要有石油、氰化物、有机农药等。其中土壤重金属具有累积性、不可逆性的特点,因此重金属污染治理是现在研究热点。
2.3.1 天然改良剂
在修复重金属污染土壤中,常用的改良剂有石灰石、沸石、碳酸钙、硅酸盐和促进还原作用的有机物质,而不同改良剂改良重金属污染土壤的作用机理也是不同的。石灰是使用较为广泛的一种改良剂,能够降低土壤中重金属的移动性及其在植物体内的累积。由于石灰本身具有碱性,施用石灰可以提高土壤pH值,促使土壤中Cd、Cu、Hg、Zn等元素形成氢氧化物或碳酸盐沉淀。施用少量石灰,可以使土壤有机质中的羟基和羧基与OH-反应,促使土壤可变电荷增加,土壤中Cd2+与CO32-发生化学反应生成难溶于水的CdCO3[10]。与其有同样效果的改良剂还有粉煤灰或改性粉煤灰,同样能够使土壤pH值升高,降低重金属污染土壤中Cd、Pb、Zn、Co、Cu、Ni等的迁移能力,抑制作物对重金属的吸收。沸石是碱金属或碱土金属的水化铝硅酸盐晶体,含有大量的三维晶体结构和很强的离子交换能力,从而能通过离子交换吸附和专性吸附降低土壤中重金属的有效性。在天然矿物中,膨润土和蛭石同样能够吸附土壤中的重金属,如Pb、Ni、Cu、Zn、As、Sb、Cd等,降低其生物有效性。
有机物料作为土壤重金属的吸附材料,其原理是重金属能够与有机物料中的有机配位体形成稳定的络合物,从而减轻重金属离子的生物有效性。常见的有机物料有畜禽粪便、污泥、绿肥、泥炭等。畜禽粪便在吸附土壤重金属的同时,还能够培肥土壤,增加土壤有机质含量,促进作物生长,在Cd污染土壤上施用鸡粪堆肥,可以促进冬小麦的生长,同时抑制了冬小麦根系对Cd的吸收 [11]。造纸污泥与土壤相互作用能形成新的吸附位点,使土壤对Cd和Sb的吸附量增加,降低其生物有效性。用粉煤灰将污水污泥结合钝化后,再施入土壤中,能够显著提高酸性土壤的pH值和Ca、Mg、B的含量,降低土壤的电导率和重金属的有效性,同时还能够增加土壤的N、P养分[12]。泥炭能吸附土壤中的重金属如Pb、Ni、Cu、Zn、As、Sb、Cd等,降低其生物有效性,同时还是良好的土壤调解剂,含有腐殖酸及营养成分,能够保肥、持水,增强土壤微生物的活动,可以提高0.25~1.61个单位的土壤pH值,增加土壤有机质,显著降低土壤中Cd有效态含量[13]。绿肥作为一种养分完全的生物肥源,不仅能够改良土壤,增加土壤养分,还能够作为土壤重金属改良剂,降低土壤中可提取性Al的浓度。
2.3.2 生物改良剂
重金属污染的土壤中,常富集有多种耐重金属的真菌和细菌。采用生物改良剂对土壤中重金属进行吸附,主要表现在胞外络合作用、胞外沉淀作用和胞内积累3种作用方式,目前主要的修复技术分为原位修复技术和异位修复技术2种。其中丛枝菌根能够通过直接作用(如螯合作用、菌丝的“过滤”机制等)和间接作用(改善矿质营养状况、改变根系形态等)修复污染土壤,包括有机烃类污染、重金属污染、石油污染、农药污染等。在灭菌土壤中添加AM真菌,可以促进海州香薷向地上部分转运Cu,提高其地上部分Cu吸收量,进而使得土壤中Cu含量减少[14]。接种菌根真菌还能够显著减少重金属复合污染土壤中三叶草对Cu、Cd、Pb的吸收。
3 总结与展望
土壤改良剂相对于其他改良方法简单易行,且效果显著,所以一直是研究者的关注点,但单一改良剂的改良效果存在不全面或不同程度的负面影响。在实际中,遇到的土壤改良问题并不是单一的,因此在选择改良剂时,通常会几种改良剂配合施用,但配施比例以及配施方法仍是值得探讨的问题。同时,针对不同的改良土壤,配施方法也有所差异。另者,在施用改良剂的同时要防治二次污染,例如在施用畜禽粪便、泥炭、粉煤灰时,可能会引入重金属,导致土壤、水体、生物的二次污染。对于一些合成有机改良剂尚有很多问题不能解释,例如PAM会与土壤中的粘土矿物相互作用,但作用机理尚不清楚,同时对土壤微生物生态系统及其生物转化产物对整个生态的影响还不太了解。生物改良剂对于重金属的改良有很好的效果,但丛枝菌根种类繁多,高效菌种的筛选问题需要解决,且其纯培养技术尚待突破。
综上所述,应用改良剂改良土壤尚有许多问题亟待解决,配施比例、配施方法、应用机理等都是今后的研究热点,同时针对不同问题的土壤,所采用的改良方法也不同。
参考文献
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论文摘要: 本文介绍了土壤改良在烟草种植上的应用。运用适量的结构改良剂可以改善土壤质量,增强土壤蓄肥保水能力,提高土壤温度。土壤改良运用于烟草种植,可以提高烟叶产量与质量。
上世纪50年代前,土壤结构改良剂的研究大多是以藻朊酸盐为代表的天然结构改良剂的研究。藻朊酸盐是从藻类中抽取的多糖羧酸类化合物,藻朊酸钠用量0.001%(按土重计算)便有显著的改土效果。据资料研究表明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。这样人工合成结构改良剂的研究便提到了研究的日程中。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,特别在烟草的种植上具有广阔的发展前景。
1.土壤改良剂在增强土肥上的作用
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。
天然土壤结构改良剂以多聚糖和腐殖酸类在植物栽培方面的运用较为广泛,笔者试以此为例阐述其运用。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。
合成土壤结构改良剂以聚丙烯腈为代表。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,其中有些是活性功能基,如羧基(—COOH)、氨基(—NH2)等。这些活性功能基在溶液中解离后,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。
2.烟草种植对土壤改良的肥力要求
中国植烟土壤长期片面重视化学肥料,致使土壤有机质含量锐减,土壤物理性状恶化,尤其是团聚体数量和质量的下降,土壤通气状况退化。研究证明土壤的物理性状对烟叶的品质和产量有着重要影响,其中尤以通气状况和水分状况之间的平衡,控制了大部分品质要素。
烟草是需氧较多的植物,依靠氧维持根系功能。土壤孔性和结构性又决定了氧气的供应状况。由于烟碱是在烟草根部,尤其是在幼根和根毛等部位形成,保持良好的土壤通气性有利于烟碱的合成。土壤通气性不良,则土壤供氧不足,根系呼吸受阻,新生根的形成和活性就会降低,直接影响烟碱合成。所以施用土壤结构改良剂,改善土壤通气性,有利于烟碱的合成。
土壤通气状况和水分状况还影响植物对养分的吸收。通气良好的环境,能使根部供氧状况良好,并能促使呼吸产生的CO2从根际散失。根际土壤中氧气的含量高,能促进烟株根系的有氧呼吸,有利于植物对养分的吸收。水分对烟株生长,特别是对根系的生长有很大影响,也同样间接影响养分的吸收。烟草对K+的使用具有一定要求。对K+而言,缺水既可降低其从土粒向根表的迁移速率,也可减弱根系的吸收能力。试验证明:保持土壤湿润,缓解干湿交替过程是提高K+有效性的重要措施。
3.土壤改良在烟草种植上的运用效果
3.1改善土壤结构,促进烟草生长。
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%。我校曾做过试验,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,降低了土壤容重。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,明显地改善粘土的物理性状。
3.2提高土壤蓄水能力,促进烟草根系的生长。
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%。
3.3提高土壤温度,增强烟草的抗旱抗病性。
土壤改良的方法很多,如深翻改土、增施有机肥、树行间种草、果树行间间作其他作物及挖出土内石块,进行客土、泥中掺沙、沙掺泥等。改良土壤要根据果园土壤的具体情况,采取适当的改良方法。现介绍几种改良土壤的方法:
1 深翻
1.1 深翻土壤的作用
深翻果园土壤,可以起到松土、增加活土层厚度、改善土壤通气、改善土壤透水性能、增加土壤蓄水、调整土温及促进微生物活动的作用,从而改善土壤的理化性能,有利果树根系生长。
对土层瘠薄,园地下层皆是沙石的果园,逐年由里向外,上下翻1次,将熟土翻到下面或将熟土与沙掺合;沙石多的果园,定要逐年扩穴,去石客土;泥中掺沙、沙中掺泥,都能改变土壤的理化性质,增加土壤的保肥保水能力。
1.2 深翻的方法
有逐年放树窝子深翻、果树行间和株间深翻、结合施基肥全园深翻等方法。山地果园在梯田或树盘的内半部深翻。深翻的宽度60~80厘米,深50厘米,深翻地长度,以树冠的1/2~1/4为宜。
深翻,可以一次或分几次进行,顺树行对土壤渐渐深翻;或结合增施有机肥进行扩大果树植穴深翻。
2 增加土壤的有机质含量
增施有机肥料、行间种草、园地覆草、落叶归根、种植绿肥等措施,提高土壤有机质含量,改善土壤结构,缓解或避免土壤盐渍化,提高土壤肥力。果园行间种草,表土层不,土壤温度变幅较小,水分蒸发量则少,气候干旱轻微时,能起到调节地温和抗旱保墒作用。
增加土壤有机质含量,土壤腐殖质增多,园地土壤的理化性状得到改善,能够缓解或避免土壤盐渍化,提高土壤肥力,土壤蓄水保墒能力和土壤肥力都能增强。增施有机肥,一定要施腐熟的有机肥。
当今各地果园,园地土壤有机物质含量有多有少,大部分果园的土壤,有机肥料的补充不足或根本得不到补充,有机物质含量逐年下降;也有少部分设施栽培(大棚栽培、温室栽培)果树,施用有机肥料超出了适宜范围,导致土壤中植物病源菌增加,造成化学农药的使用量逐年增加。
3 为表层根系创造适宜生长的土壤环境
栽植任何一种果树,果树都通过根系吸收土壤含有的养分和水分。果树的表层根系是根系的主要活动区域,它对形成花芽及提高果品质量起决定性作用。与果树成花坐果、果实发育密切相关的钾、锌、硼元素,也主要靠表层根系吸收。
因此,栽培果树必须重视养根,要养护和利用果树的表层根系,就要为表层根系生长创造适宜生长的土壤条件,对于不良的土壤,就必须进行改良。
4 行间种草、覆盖树盘、种绿肥
在果树行间种草或用有机物(农作物秆叶,杂草等)覆盖果树株间地面,或覆盖树盘,或在树行间种绿肥,都能起到土壤改良作用。
5 间作
关键词:脱硫石膏;土壤改良;废弃物资源化
1引言
在众多电厂烟气脱硫工艺中,湿式石灰石-石膏法以其稳定、高效等优点成为最成熟、应用最广泛的脱硫工艺.[1]。但采用这种工艺处理烟气同时会产生大量副产物脱硫石膏,随着石灰石-石膏法的推广应用,我国脱硫石膏排放量不断增长。
脱硫石膏的主要成分和天然石膏相同,都是CaSO.4·2H.2O,其物理、化学特征和天然石膏有着共同的规律。但由于多数电厂的燃煤品质差,煤种频繁变化,因此脱硫技术存在缺陷,造成脱硫石膏质量不稳定,易产生二次分解.[2]。若对其处置不当,不仅浪费了大量可利用的钙和硫资源,而且也易引起二次污染和占地问题。因此,寻求烟气脱硫石膏的废物资源化再利用已迫在眉睫。近年来关于脱硫石膏在工业应用方面已有广泛报道,主要是针对建筑材料生产的研究.[3,4]。除了工业应用,随着人们对脱硫石膏性能和应用途径的深入研究,其对土壤改良方面的潜能逐渐被人们所挖掘,本文将对脱硫石膏在土壤改良的应用研究进行详细阐述。
2脱硫石膏在土壤改良中的综合利用
脱硫石膏含有丰富的S、Ca和Si等植物必需或有益的矿物质.[5],它可以改善低产土壤的理化性质,给作物提供良好的土壤环境,使得作物产量提高,因而在土壤改良上具有广泛的应用前景。
2.1脱硫石膏对碱性土壤的改良
脱硫石膏改良碱化土壤的原理是,石膏中的CaSO.4不断溶解产生钙离子代换土壤的钠离子,从而降低土壤的碱化度、pH值以及土壤粘粒的分散性,增加土壤透水性.[6]。在我国,脱硫石膏的土地化利用主要体现在对碱性土壤的改良,关于脱硫石膏改良碱地的研究引起了研究人员的广泛关注。王金满等.[7~9]分别采用土柱、盆栽和田间三种实验方法研究脱硫石膏对碱化土壤的改良效果。试验结果表明,适量添加脱硫石膏不但能显著降低碱化土壤的碱化度(ESP)、钠吸附比(SAR)和pH值,而且还可以增加向日葵的出苗率和产量。清华大学陈昌和教授所带领的团队在国际上率先利用脱硫石膏对我国大面积基本不长任何作物的碱化土壤进行规模化、连续性改良.[10]。在内蒙古托克托县,他们以玉米为种植作物进行碱化土壤脱硫石膏改良试验示范工作。通过近三年的试验研究,烟气脱硫石膏完全可以用于碱性土壤的改良,且改良效果非常明显,土壤的各项理化指标均有改进.[11];针对燃煤烟气脱硫石膏改良碱化土壤是否影响土壤重金属环境关系到土壤安全问题,在宁夏自治区利用这些脱硫石膏改良碱化土壤并种植油葵,并连续五年监测土壤中的重金属含量。结果表明,脱硫石膏中的Hg、Pb、Cr、Cd 等重金属元素含量低于我国相关标准要求及试验田土壤背景值,施用脱硫石膏不会引起土壤重金属元素总量变化。利用脱硫石膏改良碱化土壤不影响重金属的含量,为今后脱硫石膏改良碱化地的大面积示范推广提供了安全可靠的依据.[12]。宁夏大学的肖国举等则选择宁夏西大滩碱化土壤采用田间试验设计方案进行脱硫石膏改良碱化土壤种植水稻.[13]、枸杞.[14]和甜高粱.[15]等农作物的施用量研究。试验研究表明,在碱化土壤中施用脱硫石膏能显著降低土壤碱化度、总碱度和pH值,从而改善土壤的理化性质,促进农作物的生长发育。但是,脱硫石膏施用量不同,土壤碱化度、总碱度和pH值降低的值不同。
2.2脱硫石膏对酸性土壤的改良
脱硫石膏中富含大多数酸性土壤缺乏的 Si、S、Ca、Mo 等元素,而这些元素已被证实是可提高农产品品质的元素。在我国,将脱硫石膏应用于改良酸性土壤的报道较少,而美国则在酸性土壤改良方面的研究起步较早。Clark等.[16]研究了脱硫石膏对美国酸性土壤上种植的6种饲料作物或玉米的影响。研究结果表明,脱硫石膏能显著增加饲料作物的产量。Chen等.[17]使用脱硫石膏改良酸性土壤用以种植紫花苜蓿。研究发现,由于脱硫石膏中含有大量微量和常量营养元素,它的添加可以显著地增加土壤的pH值,降低酸性土壤中Al和Mn的毒性,从而增加了紫花苜蓿的产量。Crews等.[18]还对酸性森林土壤施用脱硫石膏后的改良情况进行了试验,所选作物为橡树。研究结果表明,尽管烟气脱硫石膏施用能促进橡树的生长,但同时也易引起硼的毒性。2000年以来,广东生态环境与土壤研究所与清华大学合作开展脱硫石膏对南方酸性土壤改良的研究工作。他们采用盆栽和田间试验相结合的试验方法,以花岗岩红壤、砂页岩及赤红壤等典型南方酸性土壤为供试土壤,研究脱硫石膏对花生、大豆和萝卜的营养作用及机理。结果表明,在酸性土壤上适量施用脱硫石膏,可以提高土壤养分含量,改善土壤理化性质,提高土壤供肥性能和持水能力,增强作物对养分的吸收,从而促进作物生长,提高产量.[19~23]。他们还对脱硫石膏环境安全性进行了深入研究.[24]。结果表明,脱硫石膏中的总Pb、Cd、Cr、As、Se、Ni和Cu等指标基本上都低于国标最高容许量和土壤环境质量二级标准,符合国家控制标准,但普遍高于土壤自然背景值含量。用8~10g/kg的脱硫石膏处理农作物,可食部分重金属均无超常累积现象,未导致农产品重金属的富集残留污染,不影响农产品安全品质。
3结语
我国对于脱硫石膏资源化利用的研究正在不断深人,而脱硫石膏土地资源化是实现其综合利用的一个非常有前景的方向。应用脱硫石膏实现酸、碱性土壤改良,不仅可以为燃煤电厂节约废弃物处理费用,还可以改善农业生态环境,增加农产品收入,符合农业可持续发展原则。该项目的推广实施,将创造巨大的社会效益和生态效益,具有长远意义。
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关键词 Cd污染;稻田修复;土壤改良剂;生石灰;实施效果
中图分类号 S156.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2017)09-0204-05
Abstract Four types of soil amendments including super humic matter,mineral stabilizer,compound organic matter and common organic fertilizer were selected,combining scientific irrigation management system and leaf transportation impediment control technology,the application effect of remediation system of Cd contaminated rice field of Changsha City in Hunan Province were tested in this paper. The results showed that the addition of soil amendments and scientific field management could significantly reduce the concentration of Cd in rice,and even could effectively control the concentration of Cd in paddy soil of moderate pollution area,which could meet the national food safety standards. The Cd control ability of these four amendments followed the sequence:super humic matter>compound organic matter>mineral stabilizer>common organic fertilizer. However,the Cd reduction effects of all soil amendments were poorer than the application effect of lime. The scientific management system was effective for moderate contaminated fields,but the Cd concentration in rice still couldn′t meet the requirement of the food safety standards. Therefore,it′s suggested to change the farming structure instead of planting rice.
Key words Cd contamination;rice field remediation;soil amendment;lime;application effect
随着2014年《全国土壤污染状况调查公报》[1]的公布,土壤污染问题逐渐浮出水面,引起了越来越多的关注和重视。根据公报显示,全国土壤总超标率为16.1%,耕地污染超标率为19.4%,总金属镉超标率为7.0%。湖南省作为重金属污染重灾区,被划为土壤重金属治理示范省,其中包括农田重金属污染修复治理示范工程。2016年的《土壤污染防治行动计划》[2]进一步明确了农田污染修复治理的重要性和必要性。如何安全有效地修复重金属污染农田、保障人民身体健康,成为了一个亟须解决的技术难题。
湖南省地处中南,气候偏暖,农田作物以水稻为主,实施两季耕作。因此,农田污染治理针对的主要农作物为水稻。湖南作为农耕大省,农田污染物类型主要为重金属污染,在相当大面积范围内,以重金属镉(Cd)为主要污染物。例如,在长沙、株洲、湘潭地区(长株潭地区)共有10.4万hm2重金属污染耕地[3]。其中,土壤镉浓度不超标(
近年的研究显示,影响稻米中镉含量的因素主要包括水稻品种、土壤pH值、土壤生物有效态镉含量、田间灌溉方法、田间施肥管理等。永清环保股份有限公司上海分公司第一期试验选取了湖南省长沙市3个污染程度不同的地块考察农田镉污染土壤治理方法的有效性,基于当地农民普遍接受袁隆平杂交水稻为主要水稻品种的事实,第一期试验不再进行水稻品N的筛选,直接选择杂交水稻为考察对象。通过施加土壤调理剂调节土壤pH值,降低土壤有效态镉含量;同时通过田间灌溉管理和田间施肥管理,控制水稻对镉的吸收及其向果实籽粒的转移,降低稻米中镉含量,从而达到有效治理、保障粮食安全的目的。需要特别指出的是,在本试验开始前,长沙市所有地块已经进行过生石灰处理,因而本次田间试验所考察的结果均为添加生石灰基础上的治理效果。
1 水稻镉吸收和积累的影响因素
1.1 土壤酸碱度(pH)
pH值是影响水稻吸收重金属镉的主要因素之一。pH值的变化能够改变Cd在土壤中的存在形态,使其移动性和生物有效性发生改变,从而影响水稻的吸收。当pH值由7左右下降到5左右时,水溶性Cd在土壤中的含量可由3% 提高到48.39%[5],水溶性Cd含量的提高,将相应提高水稻对Cd吸收量。对于水稻而言,最佳生长pH值范围为5.5~8.0,而湖南省大部分土壤偏酸性,pH值在4~6之间。如果需要达到理想的治理效果,应控制土壤pH值在6.5以上[6]。
1.2 氧化还原电位(Eh)
氧化还原电位Eh也能影响土壤中Cd污染的生物有效性[5]。随着Eh的增大,土壤氧化强度增大,土壤中水溶性Cd含量随之增加,同时增加的还有水稻吸收Cd的总量及水稻植株中Cd含量。当Eh值较低,土壤处于还原条件时,有利于土壤中的重金属离子形成沉淀,降低重金属的生物可利用性。在水稻种植中,可以通过灌溉管理,实现土壤Eh值的调节。在淹水状态下,Eh值较低并多为负值,有利于减少水稻对Cd的吸收。李欣[7]在研究中指出,采取常规管理方法进行干湿交替管理,稻米中Cd浓度为1.12 mg/kg(土壤中Cd浓度为2.78 mg/kg),而采用水稻生长期全淹水管理,稻米中Cd浓度仅为0.39 mg/kg(土壤中镉浓度为3.30 mg/kg)。
1.3 水稻品种
不同水稻品种对重金属Cd的吸收运转累积能力相差较大。根据报道[8-9],特优559地上部生长受Cd抑制最大,镇稻8号基本不受Cd浓度的影响;扬辐粳7号的茎叶与根部Cd 浓度比(S/R)最大,K优818的S/R值最低。扬辐粳7号和特优559对Cd运转多且耐性弱,两优培九和苏优22转运较少同时耐性弱,优838、K优818和武运粳7号则是转运少且耐性较强,另外宁粳1转运较多耐性也好。同等条件下,水稻糙米中Cd浓度顺序为籼型>新株型>粳型[10]。江苏省田间试验数据显示杂交稻的Cd吸收显著高于常规稻[11]。因此,在进行稻田重金属Cd治理时,可以优先选择低吸收、低积累的水稻品种进行种植,从根源上降低健康风险。
1.4 土壤改良剂
土壤改良剂通过调节土壤的物化性质,并与重金属离子发生吸附、沉淀、氧化还原、络合等反应,改变重金属在土壤中的赋存状态,降低土壤中重金属的迁移性,从而减少重金属的环境危害[12-13]。目前,应用于稻田Cd污染治理的改良剂包括3种类型[14-24]:腐殖质、有机肥和矿物改良剂。其中,已经验证过Cd修复效果的矿物改良剂主要有蛭石、页岩、风化煤、草炭、生物炭、油渣、凹凸棒石、海泡石、沸石、石灰石、过磷化物、钙化物、磷灰石、赤泥、天然黏土等。
1.5 施肥种类
在水稻生长过程中,肥料的施用对重金属的吸收也能起到一定的调节作用。有机肥、镁硅肥、叶面肥等不同类型肥料的施用,都能在一定程度上降低水稻对Cd的吸收和转运[16,21,24-26]。常用的有机肥包括有机碳源、菜籽饼/渣、猪粪、鸡粪、牛粪、羊粪、造纸渣料等,有机肥通过络合、吸附作用,能在一定程度上降低重金属Cd的生物有效态,从而降低水稻对Cd的吸收利用。通过在孕穗期对水稻叶面定时、定量喷洒叶面肥,可以控制已吸收的Cd向水稻籽实传输的效率和总量,从而达到控制稻谷糙米中Cd总含量的目的,保障人体健康。
本田间试验应用不同土壤改良剂改变和调整土壤pH值,通过科学的灌溉管理控制田间土壤的氧化还原电位,同时结合科学的施肥方法,考察不同种类有机肥以及孕穗期叶面肥对稻谷中重金属镉积累效果的影响,以期通过本次田间试验筛选出高效田间土壤改良剂,结合科学田间管理方法,有效控制稻谷中Cd的积累。
2 试验方法
2.1 实施地点和污染背景
本试验在湖南省长沙市3个自然村的不同污染水平地块开展晚稻种植,晚稻品种为袁隆平杂交水稻。地块的背景Cd浓度和pH值如表1所示,表1中所示数值为试验地块在添加生石灰之前当地农管所记录的检测数据,能够比较客观真实地反映试验地块的污染背景。
从表1可知,A、C地块为重度污染地块,稻谷中Cd含量均超过0.4 mg/kg;B地块为管控生产地块,土壤Cd浓度
2.2 土壤改良剂种类
本次试验选取超级腐殖质、矿物质稳定剂、复合有机肥和普通有机肥为土壤改良剂,分别在3个不同地块进行Cd污染修复效果验证。
超级腐殖质主要成分为二氧化三铁钛合物,含有微量锌、钒、钴、钠、磷、锰、钙、镁、钾、氯。超级腐殖质结合常态底肥施用,能够有效络合重金属、降低重金属Cd的生物活性,达到水稻无毒化的效果。矿物质稳定剂选取石灰石、海泡石、蛭石等天然矿物混合而成,主要有效成分有钙、镁、磷、硅,能有效提高土壤pH值,同时其钙、镁、硅物质结构能够有效络合重金属、降低重金属活性,实现对重金属的钝化,达到稳定的水稻无毒化效果。复合有机肥包括猪粪、菜籽饼、石灰石等有效成分,在本次试验中可完全代替常态底肥施用。复合有机肥中含有大量有机质和有效氮、磷、钾,同时含有微量元素硅、钙、镁,既能起到钝化重金属的目的,又可达到施肥增产的功效。普通有机肥使用猪粪有机肥,在本次试验中作为土壤改良剂使用。
关键词:绿地排盐,园林绿化,盐碱地
Abstract: many unfavorable factors of saline-alkali land afforestation, the principal contradiction is contains too much soluble salts in the soil. According to the "salt with water, the salt with water, salt water, salt with underwater" the movement of the salt monohydrate, usually use of irrigation and drainage measures, put the salt in the soil with water, and establish the isolation layer, blocking saline underground along the capillary pore, to control the underground water level below the critical depth, in order to achieve the purpose of desalination and prevent FanYan soil.
Key words: green salt, landscaping, saline-alkali land
中图分类号:S728.5文献标识码:A文章编号:
引言
改变土壤环境主要采用土壤改良和水利改良两种方法。这两种方法可以相辅相成的结合使用。
土壤改良的方法
在绿化施工中,经化验,土壤PH值在8,0-8,5之间、土壤性状相对良好,那么可以仅采用土壤改良方法。土壤改良主要是对土层的整改。有平整地面、深耕晒垄、微区改土、大穴整地等方法。平整场地时要有一定的坡度,挖排水沟,以便灌水洗盐。凡透水性差、土壤结构不良的土地,在雨季到来之前要进行翻耕,能疏松表土,增强透水性。通过改变土壤结构,避免地下盐碱通过土壤毛细管利用蒸腾作用上升到土壤表层上。有时也可以将粗砂与土壤搅拌,这样可以改变土壤结构,然后再回填到种植穴中,小面积的改善树木周边土壤环境;或者将粗砂铺在种植穴中,改变种植穴下的透水环境。这样可以有效的控制土壤次生盐渍化,并通过采取适地适树、适时栽植、种植地被植物、合理灌溉、及时松土、多施有机肥等一系列栽培措施,从而保证栽培植物正常生长和发育。
二、水利改良
水利改良的原理是盐随水来、盐随水去的水盐运动规律。主要有以下几种形式:灌水洗盐、下部设隔淋层和渗管排盐。
1、灌水洗盐。就是通过浇灌中水、自来水等淡水来降低土壤的PH值和含盐量。单纯使用这种方法时,仅限于透水性、透气性良好的土壤。如果土壤粘重,就要结合土壤改良或者设隔淋层等方法,如果不仅土壤性状差,而且排水不畅,或者有地下水位高等现象,那么就要采用渗管排盐技术,以达到灌水洗盐的目的。
2、下部设隔淋层。隔淋层是盐碱地绿化工程常用的排盐措施之一,设在植物根层之下,目的是提高土壤水下渗能力,切断含盐水分沿土壤毛细管上升的路径。隔淋层所设深度一般参照植物所需最小土壤厚度而定。隔淋层厚度一般为20-30cm。为保持土壤有良好的排水性、透水性,隔淋层应做出1-2%的排水坡度,并向排盐盲沟的位置倾斜。用作隔淋层的材料很多,如石子、炉渣、卵石等。将土工布铺设在隔淋层上,起到盐土层与客土层的隔离作用。
3、渗管排盐。在一些大型绿地中渗管排盐是土壤改良的常用方法之一,它是铺设暗管把土壤中的盐分随水排走,并将地下水位控制在临界深度以下,达到土壤脱盐和防止盐渍化的目的。绿地排盐管网的布置,应预先了解绿地周围的市政管网情况,它往往影响排盐管网的走向和埋深。根据就近排出的原则,排盐管网的终端与城市雨水管网相接。
(1)排盐管间距和埋深的确定
排盐管埋深越大,所影响的范围越大,间距也可增大。先确定埋深,再确定排盐管间距。以粉沙壤土为例,埋深1.5m时的影响范围是80-100m,在考虑管壁堵塞等因素的情况下,间距一律可确定在30-50m范围内。
(2)排盐管网的布置形式
对于排盐管网的布置,一般应先确定干管出水口、管网干管位置,再确定排盐检查井位置,各级支管位置。
①正交式布置:支管汇入干管,直接排走的布置方式,平面上支管与干管成90°角正交。靠近城市排水管网或水体时采取这种布置。优点是排盐干管以最短的距离将水排出,管线短、管径小,造价低。
②汇合式布置:多条干管汇集总管排走的布置方式。在正交式布置的基础上,遇到排水口设置较远时,设置干管,使地下水汇入并引向排水口。较大型的园林绿地一般都采用这种布置形式。
(3)排盐管网布线施工的要点
①管底标高。从管网干管最远点开始,自下游管向上游管设计纵坡,依次计算,到支管与干管汇合检查井处,再继续向上游管段进行计算。根据植物种类,在保证其最小有效土层的条件下,计算出管底高程并算出各检查井处管底高程。在不能保证干管水流自然导入城市排水系统时,可考虑人工强排。
②过滤层。为使排盐管渗水孔不被土粒堵塞,应在管外设置过滤层,排盐管类型不同,具体做也不一样。比如PVC渗水管的过滤层一般用2―3层无纺布包裹,铁丝缠紧即可。
③排盐检查井。检查井是排盐系统管道连接的枢纽,可以用于管道检查、洗砂、冲洗、通气等,并可以监测管遒是否运行正常。通常采用圆形砖混结构。
④排盐管的类型及应用。现常用的排盐管有PVC渗水管、无纺布钢丝管两大类。PVC渗水管是一种以PVC为材料的排水管,是在管壁加工螺纹状沟槽,槽底设渗水孔作为排盐管使用。管径有50mm、70mm、100mm等多种型号。PVC渗水管的优点是施工方便;无纺布钢丝管是近年开发的透水无纺布连接钢丝制成的可伸缩的渗水管,也有多种型号。具有运输、施工简便的优点。
⑤自动强排装置。排盐管网设计时,常常会遇到因拟排入雨水管网底标高较高,排盐干管地下水不能自然排入的问题,即使勉强可以排入,雨季也容易产生倒灌,使绿地内地下水位骤然上升,引起土壤大面积返盐。为解决这一问题,唯一的选择是设置强排设施。自动强排装置的主要构件和原理是,浮球和传感器监测水位,由传感器控制水泵抽水。
实践证明,通过土瘁改良熊绔植物的成活和生长创造良好的±地条件,而通过绿地排盐工程又能有效的抑制客土发生次生盐渍化,从而保证栽培植物正常生长和发育。所以,针对天津盐碱地,在绿化设计时,水利改良方法是改良盐碱地土壤较好的方法之一:
同时要选择耐盐碱树种,加强后期养护。盐碱地区,因为投资多、耗费人力大、绿化难度大,如果管理工作跟不上,难以见效:因此,除因地制宜的综合运用绿地排盐技术之外,起苗、运输、栽植、修剪、灌溉等一系列栽植技术和管理环节,都要强化扣紧。
因此,重盐碱地区的城市园林绿化虽然难度很大,但只要遵循水就运动规律,根据绿化区的功能要求和土地条件,用合理的治理措施和科学的管理技术,实现绿化、美化是完全可以办到的。
参考文献
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关键词:酸化土;土壤调理剂;改良;pH
中图分类号:S156 文献标识码:A DOI:10.11974/nyyjs.20160230004
近年来由于大量施用酸性和生理酸性肥料,有机肥投入严重不足,石灰施入少以及淋溶作用影响。使得荔浦县土壤酸化严重,经测试达耕地面积的55.68%。因此土壤酸化已成为荔浦县农业生产的障碍因子之一,对酸化土壤进行改良是消除耕地障碍因素、充分发挥土壤潜力的有效途径,为验证不同调理剂对改良酸化土的效果,特进行该试验。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验地点设在荔浦县青山镇荔江村大营盘屯吕仕德责任田,成土母质为河流冲积物,土壤质地为沙壤,耕作层18cm,肥力中等,排灌方便,能满足水稻和马蹄生长对水分的需求。土壤基本理化性状为pH5.31,有机质20.18g/kg、全氮1.21 g/kg、有效磷53.4mg/kg、速效钾93 mg/kg,缓效钾95mg/kg。
1.2 试验材料
供试土壤调理剂用熟石灰(pH值13.06)、石灰石粉(pH值9.64),调理剂1号(广东大众,pH值9.0),调理剂2号(南宁生产,pH值13.14),其他化肥为荔浦县农业局提供配方的渠梁牌配方肥(18:8:19),柳州尿素(N46.3%),加拿大氯化钾(K2O 60%),供试品种为金优2155。
1.3 试验设计
试验设5个处理,分别为处理1:CK(对照),配方肥750g/小区,追肥为尿素293g/小区,氯化钾63g/小区;处理2:在处理1的基础上施用熟石灰(50kg/667m2);处理3:在处理1的基础上施用石灰石粉(100kg/667m2);处理4:在处理1的基础上施用商用土壤调理剂1号50kg/667m2;处理5:在处理1的基础上施用商用土壤调理剂2号50kg/667m2。采用随机区组排列,3次重复共15个小区,小区面积20m2,小区间设置田埂且加包厚塑料膜,单灌、单排。
1.4 试验方法
施肥全部采作撒施,分2个时期进行,改良剂和配方肥全部在犁耙田时施用,并耙2次,使改良剂与土壤充分混合。尿素和氯化钾作分蘖肥在插后10d施。
2013年3月22日播种,4月26日插秧,种植规格每小区栽种 342 株(18行×19株)。 6月14日始穗,7月20日分小区人工单收、单打、单晒和称重,并取样考种测产。试验期间,除施肥量不同外,其他栽培管理措施均按常规进行。
2 结果与分析
2.1 试验产量结果
从表1可看出,本试验以处理2(熟石灰)产量最高为7535.0kg/hm2,比处理1(对照)增产655.0kg/hm2,增长9.52%;处理4(调理剂1)产量为7455.0kg/hm2,比对照增产575.0kg/hm2,增长8.35%;处理5(调理剂2) 产量为7145.0kg/hm2,比对照增产265.0kg/hm2,增长5.43%;处理3(石灰粉) 产量为7020.0kg/hm2,比对照增产140.0kg/hm2,增长2.03%。
2.2 方差分析
试验结果方差分析F=5.23>F005(3.84) 处理间产量差异显著不同处理对水稻产量的影响。从处理间差异显著性测验看出:处理2(生石灰)、处理4(调理剂1)产量与对照差异显著,说明增施施熟石灰或调理剂1有明显增产效果。处理3(石灰粉)、处理5(调理剂2)与对照产量差异不显著,说明增施石灰粉或调理剂2增产作用不明显。
2.3 不同处理对土壤pH的影响
在确定试验田块后,按方案确定的时间进行取土风干化验,pH化验结果见表4。
从上表看出各处理在施用不同的土壤改良剂后pH显著上升,由于在淹水的条件下施用了化学品肥料,在6月3日有所下降,但在7月3日又程上升趋势,到收获时处理4(调理剂1)和处理2(生石灰)分别比处理1提高0.44个单位和0.47个单位;处理3、处理5和对照相比也有一定提高,但较果不明显。
3 结论
从本试验的结果及统计分析可见,本试验主要有以下几点结论:
3.1 增施熟石灰或调理剂1
有明显增产效果,平均增产量为655.0kg/hm2和575.0kg/hm2,分别比对照增长9.52%和8.35%,土壤改良剂品种可选择生石灰或调理剂1(广东大众产)。
3.2 石灰粉或调理剂2增产作用不明显
3.3 在酸性土壤条件下,施用土壤调理剂可提高土壤pH
本试验以壤调理剂1(广东大众产)或熟石灰较果最好,因此建议可通过多年施用土壤调理剂1或熟石灰达到提升土壤pH,改良酸化土壤的目的;每667m2用量建议50~70kg。
参考文献
[1] 魏岚,杨少海,邹献中,巫金龙,宁建凤.不同土壤调理剂对酸性土壤的改良效果[J]. 湖南农业大学学报(自然科学版),2010(01).
[2] 陈培党.酸化土壤改良剂在水稻上的应用效果研究[J].现代农业科技,2014(05).
[3] 李博赈,吕烈武,黄顺坚,周泽豪,朱绵圣,李晓. 土壤调理剂在酸化土壤香蕉地的施用效果[J].农业研究与应用,2015(02).
2013年底召开的中央经济工作会议提出了2014年经济工作的主要任务,其中“切实保障国家粮食安全”首次跃升为六大任务之首,粮食安全亦首次被提至“国家战略”高度。会议要求必须实施以我为主、立足国内、确保产能、适度进口、科技支撑的国家粮食安全战略。要依靠自己保口粮,集中国内资源保重点,做到谷物基本自给、口粮绝对安全。更加注重农产品质量和食品安全,转变农业发展方式,抓好粮食安全保障能力建设。在实现粮食安全产能方式上也与以往明显不同,改变通过调动农民积极性、保护农地资源等多种方式增加产能,把“科技支撑”摆在突出位置。
实现粮食安全的第一要素是必须具备安全的土壤环境:无论是保障粮食稳产高产实现数量上的安全,还是从源头避免化肥、农药残留以及重金属污染等问题保证粮食质量,直至“长治久安”保持可持续的粮食生产能力,先决条件都是必须有高品质的农田――国务院印发的《关于建立健 全粮食安全省长责任制的若干意见》将耕地问题放在首位:强调要巩固和提高粮食生产能力,坚决守住耕地红线,加快建设高标准农田,提高粮食生产科技水平,建立新型粮食生产经营体系,增强粮食可持续生产能力。
据国家机构权威调查统计:全国土地荒漠化速度超过治理速度,荒漠化土地面积以每年2469平方公里的速度增长,由于水土流失、贫瘠化、次生盐碱化和土壤酸化等原因,已造成40%以上耕地土地地力减退。全国优质耕地只占全部耕地的21%。按照耕地等级划分:一等地占41%,二等地占34%,三等地占20%,其余部分已经不宜继续耕种;按产量划分,高产田占29.7%,中产田占30.3%,低产田占40%。
同时由于受工业污染等多方面影响,特别是农业方面。40年的化学农业,大量的不合理施用化肥和农药,直接或间接地污染土壤,造成土壤板结、次生盐碱化影响农作物的产量和质量,并最终随食物链进入人体。
国家整体粮食安全需要在粮食数量、质量以及粮食可持续性生产三方面得到保障,土地是实现粮食安全保障第一要素:无论是粮食数量上的稳产高产,还是质量方面的绿色有机种植,直至实现粮食数量质量均衡发展的可持续性生产,都必须有优质的耕地做基础。因此必须针对全国耕地实际状况,尽快开展大规模的改良治理工作,特别是应用先进的农业科学技术改变现状,从基础上确保国家粮食安全。
(二)
“多菌系组合”生物工程技术经过12年研发、实验,被证明在实现“粮食安全,土壤改良,环境治理”发展理念方面效果显著。这种应用于现代农业的生物工程技术,是在国内外权威专家40年研究成果基础上,继续研发产生的一种具有多种微生物组合综合体现效果的先进技术。这项先进生物工程技术已经通过由国家科技部和农业部组织的国家级鉴定,相继获得6项国家专利。
研发专家团队在自然环境存在的有益微生物中,经过提纯、复壮使之能够适应更严酷的环境,再根据不同用途从百余种有益微生物中选取25―35种微生物制成菌剂发挥组合作用。通过不同种的微生物配方来治理土壤现存的问题,从而解决粮食种植过程中的产量、品质和恢复土壤的团粒结构和应有的养份。
“多菌系组合”生物工程技术及由其发酵而成的生物有机肥,以多种微生物组合、有效成分丰富、浓度高、稳定等特点,在使用过程中具有显著的优势:
单位面积使用量少:比较国内市场其他生物有机肥动数百公斤甚至数吨的用法,这种生物有机肥用量小,每亩50―150kg即能收到明显的效果;
投入产出比高:应用这种技术产品增产显著,蔬菜和经济作物投入产出比高达30―50;
广谱性好:这种技术产品是一种天然生物添加剂,作用机理是通过微生物及其代谢产物调理植物新陈代谢,促进植物吸收、生长、抗病;
土壤改良和污染治理:这种技术产品以活性微生物作用,能够有效分解和钝化土壤中农药残留、油污污染和重金属等;在滨海和内陆盐碱地治理绿化攻关过程中证明,能够加快土壤修复速度,大大提高苗木的成活率。
“多菌系组合”生物工程技术经过12年研究和试验,已经根据不同用途和市场需求,调配菌种和原料大批量制造两个系列生物有机肥产品:(1)生物有机肥:应用于果树、主粮作物、设施农业、油料作物、中草药、茶叶和烟叶等方面;(2)土壤改良剂:应用于滨海和内陆型盐碱土壤治理,改良各种原因导致的贫瘠化、次生盐碱化、土壤酸化耕地。已经在大庆、白城、潍坊、东营、天津、曹妃甸等盐碱、沙化土壤绿化工程中推广应用,应用实验证实:在提高成活率的同时,单位面积造价大为降低,对经济、社会和生态效益贡献巨大。
(三)
应用“多菌系组合”生物工程技术及相关产品,在有机绿色种植、盐碱地改良、大规模养殖环境污染治理等方面均取得显著效果,尤其在土壤成份改良方面成绩最为突出。
内陆盐碱土壤治理
2004年初,选取大庆草甸苏打碱土作为实验地,pH值8.2―9.3,“碱包”部位pH值高达10.3。土壤粘重,硬化,结构不良。通过“多菌系组合生物工程技术(BPA-e)”产品应用,土壤板结情况明显改善,肥效扩散作用明显,肥料下部10厘米土壤pH值下降0.6―1.1,侧方土壤pH值下降0.4―0.7,速效N、P、K含量分别提高2.7、1.6、3.3倍。
在“多菌系组合”生物工程技术产品在大庆市内陆盐碱地改造应用实例证明:670亩草、灌木、乔木首年的总体成活率由原来的不到3%达到87%,次年没有继续施用肥料情况下,树木成活率依然保持在80%以上。
滨海盐渍土壤治理
2009年3月至2011年12月,应用“多菌系组合”生物工程技术与天津泰达园林建设有限公司合作《微生物“BPA-e”菌肥改良滨海原生盐土绿化技术集成研究与示范》项目。项目位于天津海滨大道永定新河收费站两侧临近地段,总面积30亩原盐池地域,改造前原生盐土全盐量1.9%―3.4%, pH值为7.6―8.4,经过两个生长季养护,改良后土壤含盐量已经降低到0.2%―0.4%,pH值降低到7.5―7.8,苗木成活率达到95.3%。每平方米绿化综合造价降低38元。到目前我们天津区域改造的盐渍地面积超过千亩。2014年我们与天津滨海区园林局合作,设立了利用生物土壤改良剂治理盐碱土让的新标准
含盐碱成份的低产农田改造
[关键词] 改良方法;苏打盐碱土;作用效果
[中图分类号] S153.6 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194(2013)12- 0055- 03
松嫩平原西部盐碱化土地面积300×104hm2,是世界上三大片苏打盐渍土集中分布区之一[1]。盐碱类型以苏打盐碱化为主,呈强碱性反应,代换性Na离子百分率(ESP)较高,对作物危害更大,出现不少的斑状光板地类型的重度盐碱地,所占比例高达总面积的41%以上[2]。20世纪八九十年代以来,随着过度开垦、超载放牧的影响,土地盐碱化程度日益加剧,土壤理化性质恶化,严重危害着农林牧业的可持续发展[3]。近些年来,国内外关于改良剂的研究作了一些报道。Kazanskii等人研究了高吸水性树脂的合成、性质和在土壤改良中的作用及其对植物生长的影响[4-5]。王宇 等[6]研究表明,苏打盐碱土添加硫酸铝后,土壤理化性状发生了显著改善。王文杰 等[7]选择聚马来酸酐和聚丙烯酸对松嫩平原内陆盐碱土进行了改良试验。李取生[8]等施用TC-1号苏打盐渍化土壤改良剂1年后,耕层土壤溶液钠离子浓度降低26.2%~39.9%,土壤渗透性增强,团聚体增加120%~150%,水稻单产提高10.8%。这些方法对于改良盐碱土、保证农林牧业的可持续发展都具有一定的成效。本研究采用有机废弃物等作为土壤孔隙改善剂,通过改善盐碱土交换性钠含量,降低土体pH值等相结合的方法,试图综合改良盐碱地,旨在为苏打盐碱地改良提供新的思路和方法,同时实现有机废弃物的综合利用。
1 材料与方法
1.1 供试土壤
主要参考文献
[1]李取生,庞治国,宋玉祥.加快立法进程,治理吉林西部盐碱荒漠化[J].农村生态环境,2000,16(2):53~55.
[2]李取生,裘善文,邓伟.松嫩平原土地次生盐碱化研究[J].地理科学,1998,18(3):268-272.
[3]王春裕,王汝镛,张素君,等.东北苏打盐渍土的性质与改良[J].土壤通报,1987,18(20):57-59.
[4]K S Kazanskii, et al.Predicting Key Polymer Properties to Reduce Erosion in Irrigated Soil[J]. Adv Polym Sci, 1992, 104: 97-133.
[5]M J Long,F S Zeng.Review on the Study of Polymer Soil Amendments[J].Chinese Journal of Soil Science,2000,31(5):199-202.
[6]王宇,韩兴,赵兰坡.硫酸铝对苏打盐碱土的改良作用研究[J].水土保持学报,2006,20(4):50-53.