土壤改良技术与措施研究现状

 土壤改良技术与措施研究现状

摘要：本文对近十几年来我国在土壤改良技术的生物、物理、化学和工程等多个层面研究现状进行综述，寻找存在的不足，探讨今后的研究方向。同时就我国地理环境特性、酸碱化土壤成因、作物结构及节水灌溉条件，讨论我国土壤改良需要研究解决的主要问题和研究工作的重点领域，为酸、碱化土壤的改良、土壤退化和土壤污染的治理及土壤结构的改良等提供参考。

关键词：土壤改良、改良技术综述、

0前言

土壤是人类食物链的至关重要的组成部分，是农业生产系统的基础，它不仅是作物生长的重要介质，而且维持着作物生产力、影响着环境的质量和动物、植物甚至人类的健康。现在随着社会经济的发展和工业生产力的提高，土地面临的问题日益突出：土壤沙化、土壤盐碱化、土壤侵蚀、土壤污染及土壤退化等。这些问题导致农业耕地土壤质量极度下降，农业综合生产能力严重不足，直接威胁和影响我国粮食的安全生产，严重制约了农业经济的可持续发展。因此，土地的质量改良成为土地利用与整理工作中亟需解决的问题。通过土壤改良的研究，将有助于实现土地利用和整理从注重数量向数量、质量、生态管护并重的方向转变，改善和提高土地利用的综合效益，有效促进土地利用工作的开展。

目前，国内外在土壤深耕技术、土壤修复和改良的微生物技术方面有了诸多探讨，但是国内关于生物和土壤修复的研究，特别是生物—理化联合修复技术的研究相对较少，缺乏生物组合与空间配置技术及其关键技术体系。在这种背景下，此研究旨在综述国内外土壤改良技术，总结土壤生物、物理、化学和工程改良技术取得的进展，分析存在的问题，展望土壤改良技术需要努力的方向。再结合我国地理环境特性、酸碱化土壤成因、作物结构及节水灌溉条件，讨论我国土壤改良需要研究解决的主要问题和研究工作的重点领域。

1、 土壤改良技术研究进展

1.1生物改良措施

生物改良是指在人为作用下，利用活有机物(微生物、植物和小型动物等)促进环境中有毒有害物质的降解或固定，减少其对环境危害或达到改良土壤结构效果的技术。生物改良是较为理想的一种治理污染的途径，具有处理费用低，对环境影响小和效率高等优点。生物改良可分为植物改良、动物改良和微生物改良3种常用类型，另外还有最近研究出的生物炭改良和高聚物改良剂技术。

1.1.1植物对土壤改良的研究及应用

植物改良主要包括改良盐碱地和土壤重金属污染两方面。

据赵可夫等初步调查，中国现有盐生维管植物423种,分属66科,199属^[1]。耐盐植物能够改良盐碱地的功能主要表现在植物能增加地表覆盖，减缓地表径流,调节小气候，减少水分蒸发，抑制盐分上升，防止返盐；同时，植物的蒸腾作用可降低地下水位，防止盐分向地表积累；植物根系生长可改善土壤物理性状，根系分泌的有机酸及植物残体经微生物分解产生的有机酸还能中和土壤碱性。植物的根、茎、叶返回土壤后又可以增加土壤有机质含量,改善土壤结构和根际微环境,有利于土壤微生物的活动，从而提高土壤肥力,抑制盐分积累^[2]。

重金属的植物改良技术包括植物提取、植物钝化和植物挥发^[3]。植物提取主要分超量积累植物和诱导超量积累植物两大类，前者指一些具有较强的吸收土壤污染物质并运送至地上部积累能力的植物，后者则指一些本身不具备超量积累土壤污染特殊性，但可以一些方法诱导出超量积累能力的植物。目前已发现400 多种植物能超量积累土壤中的重金属。植物钝化是利用植物吸收和沉淀来固定土壤中大量有毒金属，以降低其生物有效性等，防止其进入地下水和食物链，从而减少其对环境和人类健康的污染风险。植物挥发是利用植物去除环境中一些挥发污染物的方法，即植物将污染物吸收于体内后又将其转化为气态物质而释放到大气中。总的来说，植物吸取是一种具永久性和广域性于一体的植物改良途径，是去除土壤内重金属的重要方法，也是最能彻底地、最有发展潜力的解决重金属污染的技术。植物钝化只是一种原位降低污染元素生物有效性的途径，而不是一种永久性的去除土壤污染元素的方法。植物挥发仅是去除土壤中一些可挥发的污染物，并且还可能造成大气污染。

1.1.2土壤动物在土壤改良中的研究及应用

土壤动物是农业生态系统中分解者食物网的重要组成部分，是分解作用、养分矿化作用等生态过程的主要调节者。由生物活动形成的土壤功能区域在农业生态系统的物质循环和能量流动中起着关键性作用，其中尤以蚯蚓的作用最为明显。1997年，美国的土壤学家Deibert便提出土壤质地的好坏可以通过测定蚯蚓的数量来判断^[4]，蚯蚓对于土壤质量的有利影响得到了广泛认可。蚯蚓能够改善和提高土壤质量可能主要源自以下2个方面的原因^[5]：（1）提高土壤的孔隙度，改善土壤的通气和结构；（2）能够提高土壤肥力。蚯蚓通过不停纵横钻洞形成的永久性穴道或者爬动形成的爬痕和裂隙，能够改善土地的物理性质，让板结贫瘠的土壤变为疏松多孔、通气透水、保墒肥沃而能促进作物生长的团粒结构^[6]。在温带气候下，蚯蚓可以在10~20年内将0~15 cm的土壤更新一遍；在热带地区，蚯蚓对土壤的翻动则更大^[7-9]。蚯蚓对于土壤肥力的改善主要是通过形成蚓粪，或者对有机残落物的机械破碎和消化分解作用^[10-12]。由于蚯蚓上述几个方面对于土壤的影响，在盆钵或农田中施用蚯蚓能够比较明显的改善土壤质量，提高作物生产力。杨珍基等^[13]的研究表明，在放养蚯蚓的土壤中栽培和种植豌豆、谷子、番茄等具有明显的增产效果。苏晓红等^[14]的盆栽试验也显示，蚯蚓粪和磷肥配合施用，油菜生物量比单施磷增加61.4%。

1.1.3土壤微生物的在土壤改良中的研究及应用

土壤微生物改良剂主要从合成土壤腐殖质、增加土壤有机物质、促进营养物质的转化等几方面发挥作用，主要以菌肥的形式加以应用。由于大量的施用化肥可能导致土壤地力退化、植物品质降低，主要利用微生物自身的生长、繁殖、侵染过程而改善植物生长根际环境的菌肥在近十几年来发展较快，已成为继有机肥和无机肥之后的国内外第三大肥料^[15]。菌肥被认为是一种基于微生物生命活动使农作物得到特定肥料效应的微生物制剂，主要作用是提供营养物质、刺激调控生长和抑制病虫害等^[16]。生物菌肥的种类比较广泛，近些年比较新颖的生物菌肥主要是VA（Vesicalar-Arbuscular，即泡囊-丛枝菌根）菌根，是土壤共生真菌中分布最广泛的一类。VA菌根的作用是多样化的，有研究表明VA菌根在干旱胁迫条件下对宿主植物形态、代谢、渗透适应有重要影响，施用VA菌根可能提高宿主抗/耐旱性的机制，或者增强植物的抗盐碱性，抗病性。目前，VA菌根在蔬菜、粮食的种植中均有应用，并且具有明显的增产效果。例如，VA菌根化黄瓜植物的叶干重比不施用菌根的黄瓜的叶干重可以提高98%，早期产量提高60%，单果重增加11%；对于马铃薯产量的提升幅度则可以达到28.8%，并且提早现蕾15天，花期延长；番茄、青椒上的增产作用也同样得到报道^[17]。

1.3.4生物质炭对酸性土壤改良作用

在厌氧或者绝氧的条件下对生物质材料进行热解，可以生成CO2、可燃性气体、挥发性油类和焦油类物质，还有一种含碳丰富的固体物质，一般称之为生物质炭^[18]。生物质炭具有较高的pH，添加到酸性土壤中可以提高土壤的pH，降低土壤酸度；也可以显著降低土壤交换态铝，减少铝对植物的毒害作用；还可以加强土壤对有机质、土壤矿物及氮、磷等元素的保持力，从而提高酸性土壤的肥力^[19]。

Yuan等^[20]选择油菜秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆和花生秸秆，分别在300℃、500℃和700℃下制备生物质炭，详细研究了生物质炭中碱性物质的存在形态，阐明了生物质炭改良酸性土壤的机制。结果表明有机官能团和碳酸盐是生物质炭中碱的主要存在形态。采用X-射线衍射分析和CO2容量法的测定结果表明，生物质炭中碳酸盐的总量和结晶态碳酸盐的含量均随其制备温度的升高而增加，碳酸盐对生物质炭总碱含量的贡献也随制备温度的升高而增加。红外光声光谱的研究结果表明，生物质炭表面含有丰富的含氧官能团，如羧基和酚羟基等，在较高pH 下这些官能团以阴离子形态存在，它们能与酸性土壤中的H+ 发生缔合反应，中和土壤酸度；这些官能团与铝形成稳定的配(鳌)合物，使土壤交换性铝转化为活性较低的有机络合态铝，从而降低交换态铝。

1.3.5高聚物土壤改良剂的研究应用

沙漠、盐碱地、水土流失地等劣质土壤是因为物质组成失衡和结构失常所致。选择腐殖酸等土壤有机质具有相似功能基团的高聚物，施入因物质组成失衡而结构恶化的待改良土壤中，模拟土壤有机质特别是腐殖酸的作用，使土壤形成团粒结构（这种团粒称为人工团粒），并具有农学价值，这是一种在现代化工的基础上发展起来的有别于传统土壤改良方法的新方法，这种具有改良土壤作用的高聚物称为土壤改良剂，简称高聚物（聚合物）改良剂。

利用高聚物改良剂可使分散的矿物质颗粒形成人工团粒并使天然团粒的稳定性提高，进而使土壤的结构及其理化性质如孔隙度、通气性、透水性、坚实度、微生物活性、酸碱度等得到了改善；通过调节土壤的水、肥、气、热状况，提高土壤肥力；团粒结构的形成有利于渗透率的增加，地表迳流的减小，抗水蚀保护层的形成以及可防止水土流失；此外，还可通过在流沙表层形成聚合物和沙粒的粘结层来治理流沙^[21]。从而达到改良土壤结构、保持水土的效果。

1.2物理改良措施

物理措施是通过改变土壤物理结构来调控土壤水分与养分运动,从而达到抑制土壤蒸发、提高入渗淋溶效果的目的。主要包括平整土地、深耕晒垡、机械深松、抬高地形、微区改土等传统的改良方法。随着材料科学研究的不断深入,又出现了利用沸石、地面覆盖物等物理措施改良土壤的新工艺。

解决土壤压实问题的主要途径是机械深松，而深松的相关研究主要涉及到深松机械的类型和深松效果两个方面。需要深松的土壤一般比较坚硬，入土难，耕作阻力大，耕作深度较深，因而需要研制专门的深松机械^[22]。美国、西欧等国家对于深松机械的研究相对成熟，其研制的深松机械松土方式主要有挤压松土和震动松土两种。这些国家研制的深松机械的特点是深松深度大（最大可达90 cm）、作业速度快、质量好，适合全面深松^[23]。利用地面覆盖可以减少地面蒸发,抑制盐分在地表聚集,是物理措施改良盐碱地的一个重要手段。毛学森利用水泥硬覆盖的方法研究其对土壤改良的作用以及对作物的影响,结果表明该方法能够明显的抑制盐分在土壤表面聚集,同时可以提高作物产量和水分利用效率^[24]。

1.3化学改良措施

世界农业发展的实践证明，施肥尤其是化肥是最快最有效的增产措施，适当的施肥同时也能改善土壤的理化性状。中国自20世纪70年代末开始，大力推进化肥，尤其是氮肥的施用，产生了比较明显的增产效果。施肥的增产效果主要源自于施肥对土壤肥力的提升。

美国Morrow长期肥料试验结果表明，79年不施肥的贫瘠土壤，一旦施用N、P、K等矿质肥料，可以大幅度提高土地生产力^[25]；英国洛桑实验站100 年的实验结果也证实了施肥可以提高土壤肥力。施用化肥除对土壤肥力有影响外，还对土壤的化学性质和生物学性质有比较明显的影响^[26]。研究发现，有机肥和氮、磷、钾肥合理配施，能够促进土壤微生物生长繁殖，提高土壤生物活性，但是长期的施用化肥可能不利于土壤微生物生长。此外，如果化肥和有机肥配合施用，可以维持较高的土壤微生物活性，在保持微生物多样性与生态稳定性方面起到重要作用。

1.4工程改良措施

工程改良措施主要包括水利排灌措施、改变耕作方式和水洗盐分等方式。主要用于盐碱地的治理。

1.4.1水利排水措施。建立完善的排灌系统,使旱能灌、涝能排、灌水量适当、排水及时。降低地下水位是盐碱地改良的主要方法,建立排水沟体系,是降低地下水位的根本,依据地下水的深浅确定排水沟的临界水位深度。挖排水沟,将地下水位降低到地下水临界深度以下,干旱时用沟渠引水灌溉,降雨时表层土壤中的盐分随水进入沟中,洪涝时利用水沟进行排水。在低洼、排水不畅、地下水位浅、矿化度高、土壤含盐量重、受盐涝双重威胁的盐碱地,采用深沟排水,地下水位过浅、土质粘重的封闭重盐碱地,修建沟渠条田,以相对降低地下水位。

1.4.2改变耕作方式。人们逐渐认识到，要彻底根治盐碱并不实际，因此迫切需要寻求一种巩固防治效果的方法来调控土体中水盐的平衡，魏由庆^[27]通过黄淮海平原水盐均衡的分析,指出盐害并不能根治,而应对其进行调控,并强调利用肥料来调控土壤水盐。许慰睽等^[28]提出免耕覆盖法,即将现代土壤耕作制与覆盖措施相结合来治理盐渍地,类似于在加拿大草原区推出的残茬覆盖农作制，免耕覆盖法使作物的根茬及部分秸秆留在地表使原生植被所形成的黑土层(有机质层) 不至被破坏,可以减少土壤内水分蒸发。

1.4.3水洗盐分。淋洗、淤积是水利措施,在黄河河套水源丰富的盐碱地区常用。一般是用淡水漫灌,使盐分随水分下渗到土壤深层从而降低表层土壤盐分含量,如果使用的淡水中含有大量泥沙,如黄河水,则淋洗同时成为淤积,即一层富含丰富营养的新土覆盖在原来土壤表面。洗盐则一般选择水源丰富、地下水位低、蒸发量小、温度较高的季节,因为当地下水位低,灌水洗盐时表层盐分向下淋溶得深,蒸发量小,在灌水后不至强烈返盐,温度高则盐分易于溶解^[29]。

禾康土壤调理剂介绍：

关键词：盐碱地改良 盐碱地治理  土壤改良剂 土壤调理剂

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4、提高盐碱地作物产量，改善产品品质。

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利用有机酸聚合物的络合增溶作用，提高土壤中硫酸钙、碳酸钙的溶解度，激活土壤中被固化的钙离子，被激活的钙离子通过离子交换作用大量置换与土壤胶体吸附的钠离子，被置换出的钠离子与负价的官能团结合成溶于水的络合物，不再危害作物生长，然后随灌溉水流入土壤深处或者直接被植物吸收利用。由于阳离子被封闭，硫酸根离子和氯离子随灌溉水大量进入耕作层以下，不再危害作物生长。同时，禾康土壤调理剂中所富含的氢离子与土壤中引起碱性升高的碳酸根离子、碳酸氢根离子发生反应，生成水和二氧化碳，直接降低了土壤的碱性。因此，使用禾康土壤调理剂改良后的土壤，土壤的总盐含量和酸碱度明显下降，同时土壤的理化性状也得到明显改善，土壤中可以被植物直接吸收的速效养分也大量增加。