礦物型土壤調(diào)理劑研究綜述

李興平，胡兆平，劉 陽(yáng)，楊 蕾

(金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司,復(fù)合肥料國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，山東 臨沂 276000)

礦物型土壤調(diào)理劑研究綜述

李興平，胡兆平，劉 陽(yáng)，楊 蕾

(金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司,復(fù)合肥料國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，山東 臨沂 276000)

土壤污染嚴(yán)重、肥力下降是限制農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要問題，圍繞這一問題，人們對(duì)礦物型土壤調(diào)理劑進(jìn)行了理論研究和實(shí)踐應(yīng)用。本文概述了礦物型土壤調(diào)理劑的發(fā)展?fàn)顩r、分類、作用與功能等方面的研究情況。

礦物型土壤調(diào)理劑；土壤；土壤改良

近年來(lái)，化肥、農(nóng)藥等在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量推廣使用，造成土壤板結(jié)、養(yǎng)分失調(diào)、肥力下降，我國(guó)耕地質(zhì)量日益退化。2016年國(guó)務(wù)院發(fā)布《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，要求開展土壤污染治理與修復(fù)，改善區(qū)域土壤環(huán)境質(zhì)量，到2030年受污染耕地及土地安全利用率達(dá)到95%以上。如何保持土壤質(zhì)量、改善酸堿土壤、解除土壤毒性，成為我國(guó)農(nóng)業(yè)科技工作者研究的重要課題。基于以上原因，人們提出使用和研發(fā)適合改良土壤的肥料和土壤調(diào)理劑來(lái)改善土壤狀況，提高土壤肥力。礦物型土壤調(diào)理劑是一種多元素功能性肥料，不僅含有農(nóng)作物所需要的大量元素，還富含多種中、微量營(yíng)養(yǎng)元素，可促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)平衡，而且能夠改善土壤理化性狀，改良土壤結(jié)構(gòu)，調(diào)理失衡的土壤養(yǎng)分體系，促進(jìn)氮磷鉀和有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分供應(yīng)，提高土壤保肥性，因而受到人們的高度關(guān)注[1]。

1 礦物型土壤調(diào)理劑的定義及分類

1.1 礦物型土壤調(diào)理劑的定義

土壤調(diào)理劑也稱土壤改良劑。國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 1997 年發(fā)布肥料和土壤調(diào)理劑術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)中，把土壤調(diào)理劑定義為：加入土壤中用于改善土壤的物理和(或) 化學(xué)性質(zhì)，及(或) 其生物活性的物料[2]。礦物型土壤調(diào)理劑是指天然礦物、固體廢棄物、人工生產(chǎn)的含有多種礦物質(zhì)元素的可以改善土壤特性的物料。

1.2 礦物型土壤調(diào)理劑的分類

礦物型土壤調(diào)理劑按照其原料來(lái)源主要分為三大類：天然礦物型土壤調(diào)理劑、固體廢棄物土壤調(diào)理劑、人工合成土壤調(diào)理劑。天然礦物型土壤調(diào)理劑主要有：沸石、蛇紋石、天然石膏、蒙脫石、皂石、蛭石、硅藻土、珍珠巖、硫酸鹽礦物、海泡石、高嶺石、白云石、磷礦粉、石灰石、泥炭、褐煤、風(fēng)化煤、鉀長(zhǎng)石、麥飯石、膨潤(rùn)土、凹凸棒石等；固體廢棄物礦物型土壤調(diào)理劑主要有：堿渣 、高爐渣 、磷石膏、粉煤灰、煤矸石 、黃磷礦渣粉 、城市污泥、脫硫廢棄物、酒糟等；人工生產(chǎn)的礦物型土壤調(diào)理劑主要指利用水熱反應(yīng)、高溫煅燒等方法將含鉀、含磷礦物轉(zhuǎn)化成植物可以吸收的硅鈣鉀肥、鈣鎂磷肥等礦物型土壤調(diào)理劑。

2 礦物型土壤調(diào)理劑國(guó)內(nèi)外研究概況

人們從19世紀(jì)末就開始研究土壤調(diào)理劑，最初對(duì)土壤調(diào)理劑的研究是由于世界范圍內(nèi)干旱、半干旱面積較大，鹽堿地較多，人們?cè)谔接懯褂眠@些土地的方法時(shí)而產(chǎn)生。后來(lái)由于大量施用化肥和農(nóng)藥，導(dǎo)致耕地污染、土壤肥力下降，迫使人們必須對(duì)土地進(jìn)行修復(fù)和改良，一些天然礦物質(zhì)被利用在土壤改良中。國(guó)外對(duì)于礦物質(zhì)在土壤改良領(lǐng)域中的研究開展的時(shí)間早，其中涉及到多種天然礦物。迄今為止，在土壤改良中所涉及到的天然礦物接近60種[3]。日本使用天然沸石改良土壤已經(jīng)有100多年歷史，使用天然沸石改良不同類型的土壤都取得了理想的效果。蘇聯(lián)在灰壤、沙質(zhì)土壤以及黑鈣土中使用沸石，不僅能改良土壤還能顯著提高植物產(chǎn)量和質(zhì)量。工業(yè)固體廢棄物在土壤改良方面的應(yīng)用也有研究。Phung 等的研究表明，基于生產(chǎn)粉煤灰母體的不同，粉煤灰可以是酸性或堿性，用其作為土壤 pH 緩沖劑，可以調(diào)整土壤的酸堿性，改善土壤的理化性狀[4]。1992 年，Clark R B 最早研究了脫硫廢棄物改良酸性土壤，收到了較好的效果[5]。

同國(guó)外相比，我國(guó)在礦物質(zhì)土壤調(diào)理劑方面的研究起步較晚，直到 20 世紀(jì) 80 年代才開始研究和引進(jìn)土壤調(diào)理劑[6]。馬友華[7]研究了膨潤(rùn)土在土壤改良和肥料生產(chǎn)上的研究和應(yīng)用，胡預(yù)生[8]等就赤砂沸石對(duì)氮磷鉀吸附與釋放做了詳盡的研究。阮建云[9]研究了白云石在酸性土壤上改良的結(jié)果表明白云石能提高土壤pH值，而且能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量。

近些年，隨著我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展，泥碳、褐煤和風(fēng)化煤等用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)越來(lái)越多。這類物質(zhì)富含腐植酸、有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分，對(duì)于改良土壤結(jié)構(gòu)，補(bǔ)充地力具有較好效果[10]。國(guó)內(nèi)企業(yè)以礦物和工業(yè)副產(chǎn)物為原料，開發(fā)了許多礦物型土壤調(diào)理劑，如沸石、蛭石、膨潤(rùn)土等土壤調(diào)理劑由天然礦石制成，具有吸附性、離子交換性等性能，富含多種礦物質(zhì)元素[11]。近年來(lái)以堿渣、粉煤灰和脫硫廢棄物等為主要原料的土壤調(diào)理劑也在對(duì)土壤酸堿性調(diào)節(jié)方面得到了較好的應(yīng)用和推廣[12-13]。

3 礦物型土壤調(diào)理劑的主要功能

3.1 提高土壤養(yǎng)分

3.2 改善土壤結(jié)構(gòu)

土壤結(jié)構(gòu)與土壤肥力密切相關(guān)，良好的土壤結(jié)構(gòu)能保水保肥，及時(shí)通氣排水，調(diào)節(jié)水氣矛盾，協(xié)調(diào)水肥供應(yīng)，并利于植物根系在土體中穿插生長(zhǎng)。礦物型土壤調(diào)理劑能使土壤疏松，增加土壤的孔隙度，改善土壤板結(jié)問題，能提高土壤中微生物活動(dòng)，有利于土壤中養(yǎng)分對(duì)植物的供應(yīng)，提高了土壤肥力。劉紅等[18]的研究表明，沸石可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤滲透性，提高離子交換容量。楊海儒等[19]研究發(fā)現(xiàn)石膏和粉煤灰都能降低鹽堿土的容重，提高土壤的滲透速度和總孔隙度。粉煤灰施入土壤后能明顯改善土壤結(jié)構(gòu)，降低容重，增加孔隙率，特別對(duì)粘質(zhì)土壤有很好的改善作用[20]。

3.3 改良酸性土壤

為了解決土壤酸化問題，礦物型土壤調(diào)理劑逐漸應(yīng)用到酸性土壤中[21]，如石灰、粉煤灰、磷石膏、磷礦粉、堿渣和脫硫廢棄物等，這些物質(zhì)都可以中和土壤的酸性物質(zhì)，起到改良酸性土壤，提高土壤穩(wěn)定性的效果。國(guó)外利用氨堿廠廢渣制作鈣鎂肥，制作成含有CaSO4、MgCO3、CaCl2、KCl等的混合物，將其用于做改良酸性土壤試驗(yàn)[22]，結(jié)果表明，其性能不次于石灰粉等其它改良劑，而且還可使作物增產(chǎn)。中國(guó)于20世紀(jì)九十年代初開展了堿渣研制硅鈣鎂肥和土壤改良復(fù)合肥工作，并取得初步成效[23]。易杰祥等[24]研究表明膨潤(rùn)土用于改良磚紅壤后可使土壤酸度降低。王輝等[25]研究發(fā)現(xiàn)，施用堿渣可以顯著提高酸性茶園土壤的pH值、土壤交換性鹽基總量和鹽基飽和度，降低土壤中交換性酸和交換性鋁含量。

3.4 改良鹽堿土土壤

鹽堿土堿性大、鹽分多，土壤結(jié)構(gòu)差，肥力低下，以致農(nóng)作物產(chǎn)量低，甚至不能生長(zhǎng)[26]，而我國(guó)的鹽堿土分布范圍很廣，鹽堿土的改良工作是我國(guó)土壤科研工作者一直面臨的難題。許多研究表明礦物型土壤調(diào)理劑在改良鹽堿土土壤時(shí)效果較好。Sharma 等[27]研究發(fā)現(xiàn)黃鐵礦作用于土壤中，能很好的改良其酸堿度，增加農(nóng)作物產(chǎn)量。王玉江等[28]研究指出磷石膏改良鹽堿地的機(jī)理在于，其所含的鈣離子可代換鹽堿土壤膠體上的鈉離子，使土壤交換性鈉離子的含量降低，從而降低土壤鈉堿化度。

3.5 改善土壤重金屬污染

隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，土壤重金屬污染越來(lái)越嚴(yán)重，修復(fù)重金屬污染土壤已成為世界上的一大難題[29]。礦物型土壤調(diào)理劑能鈍化固定土壤中的重金屬，利用礦物型土壤調(diào)理劑來(lái)實(shí)現(xiàn)改良重金屬污染土壤是目前簡(jiǎn)單有效的一種方法。陳宏等[30]通過盆栽試驗(yàn)研究了石灰對(duì)污染土壤中Hg、Cd、Pb活性的影響及其在植物體內(nèi)的積累效應(yīng)，結(jié)果表明石灰能降低或顯著降低土壤中Hg、Cd、Pb的植物可利用性，隨著石灰用量的增加，土壤Hg、Cd、Pb在植物體內(nèi)含量呈下降的趨勢(shì)。呂高明等[31]研究表明，膨潤(rùn)土可以降低土壤中交換態(tài) Pb、交換態(tài)Cd 含量。楊秀敏等[32]研究表明凹凸棒石對(duì)Cd2+有很好的吸附作用，在鎘污染土壤中添加少量的凹凸棒石可使玉米的鎘中毒程度降低，促進(jìn)玉米生長(zhǎng)。

3.6 增加土壤微生物量，提高酶活性

土壤微生物數(shù)量直接影響土壤的生物化學(xué)活性及土壤養(yǎng)分的組成與轉(zhuǎn)化，是土壤肥力的重要指標(biāo)之一。一些礦物型土壤調(diào)理劑能改善土壤環(huán)境，增加土壤中有益微生物量，提高酶的活性。董曉偉[33]用牡蠣殼制成的土壤調(diào)理劑施加于大棚土壤，研究結(jié)果表明牡蠣殼一定程度上影響了土壤酶活性，抑制了脲酶活性，提高了尿素的利用率，促進(jìn)了淀粉酶活性，為土壤微生物提供了豐富的碳源；增加了作物根際細(xì)菌、固氮菌、放線菌的數(shù)量，有效地提高了土壤肥力。邢世和等[34]研究表明用石灰、粉煤灰、白云石、廢菌棒和化肥制成不同組合的土壤改良劑能明顯促進(jìn)了土壤細(xì)菌、放線菌、磷細(xì)菌、鉀細(xì)菌和纖維分解菌的數(shù)量，提高了土壤過氧化氫酶、脲酶、磷酸酶、纖維素酶的活性。

3.7 提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)

礦物型土壤調(diào)理劑能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤保肥保水能力，增加土壤微生物量，提高酶活性，它還含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素，從而能為作物提供良好的生長(zhǎng)條件，增加作物產(chǎn)量和品質(zhì)。姜晶晶等[35]用鈣肥型土壤調(diào)理劑在田間試驗(yàn)結(jié)果表明增施鈣肥型土壤調(diào)理劑后顯著提高設(shè)施番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)，與空白對(duì)照相比，番茄產(chǎn)量提高18. 7%，果實(shí)的可溶性固形物含量增加20. 2%、可滴定酸含量減少23. 1%。鄒廣眾等[36]研究表明，蘋果園經(jīng)施用硅鈣鎂鉀多元素礦物土壤調(diào)理劑后，蘋果樹生長(zhǎng)性狀有明顯改善，果實(shí)表光著色、糖度等品質(zhì)均有較大提高，平均單產(chǎn)能提高27%以上。

4 小結(jié)

礦物型土壤調(diào)理劑在改良障礙土壤方面大有用途。礦物型土壤調(diào)理劑是用于改良土壤性質(zhì)以便更適宜于植物生長(zhǎng)，而且能為作物提供養(yǎng)分，能有效施改善土壤物理結(jié)構(gòu)，降低土壤容重，增加土壤保肥保水性，加強(qiáng)土壤微生物活動(dòng)，提高土壤酶活性，為植物的生長(zhǎng)提供了良好的條件。礦物型土壤調(diào)理劑施用量較大，可能會(huì)存在一定的環(huán)境污染。例如以工業(yè)固體廢棄物(鋼渣、磷石膏等)為原料制成的土壤調(diào)理劑重金屬含量通常較高。如果長(zhǎng)期大量施用該類土壤調(diào)理劑，必然造成土壤中重金屬累積，污染土壤，威脅人類健康。

總之，礦物型土壤調(diào)理劑的生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用研究不斷發(fā)展，使礦物型土壤調(diào)理劑在遏制土壤退化、改良中低產(chǎn)田地、修復(fù)污染土壤等方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。若能在礦物型土壤改良劑產(chǎn)品成本、性能和持效性等方面加以改進(jìn)和提升，礦物型土壤改良劑將具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

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(本文文獻(xiàn)格式：李興平，胡兆平，劉 陽(yáng)，等.礦物型土壤調(diào)理劑研究綜述[J].山東化工，2016，45(24)：48-50.)

Research Review on Mineral Soil Conditioner

Li Xingping, Hu Zhaoping, Liu Yang, Yang Lei

(Kingenta Ecological Engineering Group Co．，Ltd.,National Engineering Research Center of Compound Fertilizer , Linyi 276000,China)

The serious pollution of soil and soil fertility decline is an important problem restrict the sustainable development of agriculture. People have been studied the theory and practical application on the mineral soil conditioner. This article summarizes the development conditions, classification, role and functions of mineral soil conditioner and introduced the research progress of it.

mineral soil conditioner;soil;soil improvement

2016-10-29

磷礦資源與土壤改良工程技術(shù)研究中心，黔南磷煤高字[2015]03號(hào)

李興平(1990—)，安徽樅陽(yáng)人，金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，碩士研究生，長(zhǎng)期從事礦物、化工、化肥研究和檢測(cè)工作。

S156.2

A

1008-021X(2016)24-0048-03