環(huán)境礦物材料改良土壤的研究進展

閆豐

摘要簡要綜述了應(yīng)用環(huán)境礦物材料改良土壤的研究進展，主要包括改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤保水、保肥能力、調(diào)節(jié)土壤酸堿度、修復(fù)重金屬污染土壤等，并且提出一些建議。

關(guān)鍵詞環(huán)境礦物材料；土壤；改良

中圖分類號S156文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）21-095-02

長期以來，化肥、農(nóng)藥被人們大量使用，使得環(huán)境平衡遭到破壞，土地資源退化狀況愈加嚴重。所以，采取必要措施改良土壤已刻不容緩。環(huán)境礦物材料具有天然的獨特晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學性能，不僅能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，改變酸堿度，提高土壤保水性能，增加土壤肥力，而且其儲量豐富，來源廣泛，價格低廉，本身不產(chǎn)生二次污染，對土壤環(huán)境起到一定的修復(fù)作用。因此，利用環(huán)境礦物材料改良土壤具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

1環(huán)境礦物材料特性

環(huán)境礦物材料能夠有效改良土壤。這與其特殊的晶體結(jié)構(gòu)和所表現(xiàn)出來的優(yōu)異性能密切相關(guān)，如表面吸附性、離子交換性、膨脹性和酸堿性。

1.1表面吸附性

在環(huán)境礦物材料獨特的晶體結(jié)構(gòu)中有大量的孔隙和通道存在，形成較高表面能，在靜電力和色散力的共同作用下表現(xiàn)出較強的吸附性能。利用這種吸附能力，可以對土壤起保水的功效，還能夠在一定程度上修復(fù)土壤重金屬污染。

1.2離子交換性

在環(huán)境礦物材料的表面、內(nèi)部孔道中或?qū)娱g域，一些陽離子通過離子交換作用易被置換，而礦物晶體結(jié)構(gòu)不被破壞。交換反應(yīng)具有選擇性，且與離子水合半徑、電荷密度、離子種類、離子在溶液中濃度有關(guān)。被置換到環(huán)境礦物材料表面的離子在交換作用下可以再次進入媒介相中。利用這種離子交換作用，能夠控制肥料中的銨和其他陽離子的吸收和釋放，提高肥料利用率。

1.3膨脹性

某些環(huán)境礦物材料在高溫作用下體積迅速膨脹數(shù)倍至數(shù)十倍。膨脹后的材料具有更好的吸附性、離子交換性和持水性，能更好地改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤透氣性和含水性。

1.4酸堿性

土壤酸堿性對作物生長發(fā)育有重要影響。由于過度施肥，土壤酸化越來越嚴重。而土壤中的酸性物質(zhì)能夠被環(huán)境礦物材料中的堿性陽離子中和，從而有效改善土壤酸堿度。

2環(huán)境礦物材料改良土壤的應(yīng)用研究

在19世紀末，國外已開展改良土壤的研究與應(yīng)用。目前，國外應(yīng)用到土壤改良中的環(huán)境礦物材料高達60種，并形成系列產(chǎn)品如礦物肥料、生長劑、營養(yǎng)物質(zhì)載體等。而國內(nèi)對改良土壤的研究起步較晚，用到的環(huán)境礦物材料種類較少，仍處于發(fā)展階段。因此，我國學者要加強環(huán)境礦物材料改良土壤方面的研究與應(yīng)用。

2.1改善土壤結(jié)構(gòu)

土壤水穩(wěn)定性團聚體含量能夠影響土壤結(jié)構(gòu)。在自然和外界因素的影響下，團聚體結(jié)構(gòu)易遭到破壞，而環(huán)境礦物材料有較大的比表面積、較強的靜電場，可以吸附周圍膠體黏土顆粒，利于形成團聚體。研究發(fā)現(xiàn)，在施用沸石后，土壤水穩(wěn)性團聚體數(shù)量增加，增幅超過140%，粒徑大于2 mm的團聚體也有顯著增多，在低肥力土壤中的改良效果更好。燕存岳將酸化改性后的沸石與牛糞配施，有效促進水穩(wěn)定性團聚體中大團聚體的形成，土壤容重明顯降低，土壤孔隙度提高。邵玉翠等分析了沸石、膨潤土、風化煤、磷石膏等4種土壤改良劑對土壤結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)膨潤土改良效果最好，當其用量為7 500 kg/hm2時可使土壤容重降低12.23%，土壤孔隙度增加12.28%。

2.2提高土壤保水能力

在干旱條件下加入沸石，土壤持水量提高27.9%。膨潤土吸水率也很高，在砂質(zhì)土壤上改善土壤保水能力的效果尤為明顯，當膨潤土用量為20%時沙土含水量可提高20%多。楊彥明等研究表明，膨潤土能夠在降雨時快速吸收水分，干旱時再釋放水分，促進作物生長發(fā)育。徐曉敏等對比了蛭石、頁巖、風化煤、草炭、油渣五種土壤改良劑的吸水性和保水性，結(jié)果表明蛭石性能最佳，吸水倍率可達100%。環(huán)境礦物材料經(jīng)過改性處理后吸水性能更好，如當施用膨脹珍珠巖100 g/盆時，土壤持水量可增加1.75 kg/盆，蒸發(fā)9 d后土壤持水量沒有全部揮發(fā)，仍保持較高值。還有很多學者將蛭石、膨潤土、凹凸棒石、硅藻土等環(huán)境礦物材料引入到聚合物基體中，制備出具有高吸水性能的有機-無機復(fù)合材料。研究表明，復(fù)合材料能夠明顯提高土壤水分保持率，延長水分保持時間，減少肥料損失，有效改良土壤。

2.3增加土壤肥力

李華興等研究表明，土壤的保肥能力隨沸石用量的增加而增加，尤其在低肥力、質(zhì)地較粗的土壤上作用更明顯；土壤中的AlP、FeP和水溶性磷也明顯增加，表明沸石能夠減少速效磷的固定，提高磷肥生物有效性。關(guān)連珠等認為，沸石能夠改善土壤保銨釋銨、吸磷釋磷能力，提高肥料利用率，還能改善土壤供鉀狀況。當沸石用量為750 kg/hm2時，土壤有機質(zhì)含量由17.3 g/kg增加到18.5 g/kg，全氮含量由0.98 g/kg增加到1.24 g/kg，有效磷含量由25 mg/kg增加到27.8 mg/kg，速效鉀含量由119.4 mg/kg增加到135.4 mg/kg，即沸石具有解磷、釋鉀，加速土壤有機質(zhì)積累，提高土壤保水、保肥的作用。李吉進等研究表明，當膨潤土與有機物料配施時，土壤有機質(zhì)含量隨膨潤土用量的增加而增加。這可能是因為膨潤土和有機物料之間構(gòu)成無機-有機復(fù)合體，能夠降低有機質(zhì)的分解，從而增加土壤肥力。劉秀珍等試驗表明，膨潤土可以將鉀以交換態(tài)形式儲存起來，防止鉀的固定，提高鉀肥利用率。梁成華等認為，蛭石對鉀素的固定量隨外源鉀施入量的增加而增加，粒徑在0.1～0.3 mm時蛭石對鉀的固定量最高。

2.4調(diào)節(jié)土壤酸堿度

徐根洪研究表明，沸石能夠降低土壤中的代換性酸和水解性酸濃度，且土壤pH與沸石粒度、用量均有關(guān)，加入過多沸石不利于植物生長。以沸石和蒙脫石粉為原材料的土壤改良劑能夠使輕黏質(zhì)酸性紅壤的pH提高1.7個單位。關(guān)連珠等試驗表明，施用沸石后堿化土壤的HCO-3從356 μg/g降到319 μg/g，表明沸石能有效吸附HCO-3，改變土壤酸堿度。

2.5修復(fù)重金屬污染土壤

環(huán)境礦物材料對重金屬離子的吸附有一定選擇性，如海泡石對Cu2+的吸附作用大于Pb2+和Cd2+；蒙脫石的吸附順序依次為Cr3+、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+，高嶺石的吸附順序依次為Cr3+、Pb2+、Zn2+、Cu2+、Cd2+，伊利石的吸附順序依次為Cr3+、Zn2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+。同時，環(huán)境礦物材料對重金屬的吸附性能與環(huán)境pH相關(guān)。林大松等試驗表明，海泡石吸附Cu2+的能力隨環(huán)境pH的增加而減弱，當pH為6時吸附效果最好。邸慧慧等研究表明，海泡石對土壤Cd有鈍化作用，土壤殘留Cd含量與土壤pH有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，蛭石能夠降低土壤中交換態(tài)鎘和碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘含量，增加殘渣態(tài)鎘含量，從而有效抑制Cd活性。趙丹等研究表明，在被鎘、銅污染的土壤中施加膨潤土，作物葉綠素含量增加，作物體內(nèi)重金屬含量降低。

3結(jié)語

用環(huán)境礦物材料改良土壤，不僅能夠滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，而且能夠拓寬環(huán)境礦物材料的應(yīng)用領(lǐng)域。我國礦物品種繁多，儲量豐富，分布廣泛，且價格低廉，為土壤改良研究提供較好的基礎(chǔ)條件，然而還存在一些問題仍待解決，如現(xiàn)階段應(yīng)用于土壤改良方面的環(huán)境礦物材料較少，所以應(yīng)開發(fā)利用更多種類環(huán)境礦物材料，發(fā)揮我國礦物資源優(yōu)勢。其次，對環(huán)境礦物材料進行改性，或?qū)⒍喾N礦物材料結(jié)合起來應(yīng)用，進一步提高改良效果。再者，應(yīng)該加強基礎(chǔ)理論研究，尤其在環(huán)境礦物材料修復(fù)重金屬污染土壤的原理機制上還存在一些爭論，缺乏理論支撐。

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