不同土壤調理劑對城市搬遷地土壤pH值影響研究

徐 冰 張 峰 梁 晶

以上海某搬遷地土壤為研究對象，通過室內模擬實驗和田間實證實驗相結合的方式，研究不同土壤調理劑對搬遷地土壤pH值的影響，并分析評價了施用土壤調理劑的經濟成本。結果表明：添加硫酸亞鐵、硫酸銨、磷酸二氫鉀等土壤調理劑能顯著降低搬遷地土壤pH值，且混施較撒施更有助于降低土壤pH值；若以改良1 m3土壤為例，混施4 kg/m3硫酸亞鐵對土壤pH值降低效果較好。研究可為城市搬遷地園林綠化土壤改良提供技術支撐和指導。

土壤調理劑；搬遷地；土壤pH值；降低

隨著我國對城市生態(tài)環(huán)境質量要求的不斷提升，國家林草局高度重視城市林業(yè)領域開展的生態(tài)修復和國土綠化工作。土壤作為植物生長的載體，其質量與植物長勢、景觀效果息息相關，尤其是土壤酸堿度（pH），土壤pH值過高對植物的生長發(fā)育會造成不良影響，即使有豐富的營養(yǎng)物質，其可吸收程度也很低。

受成陸因素的影響，上海土壤多呈堿性或強堿性，如方海蘭等研究表明上海新建綠地土壤pH值平均值為8.36±0.51[1]。而且，伴隨著城市的進一步發(fā)展，園林綠化多建在城市困難立地上（如城市搬遷地等），如上海已批未建綠地中有70%將建設在困難立地上[2]。通過對上海搬遷地的調查研究發(fā)現，土壤pH均值高達8.78[3]，這是影響城市搬遷地園林綠化植物種植的主要障礙因子之一。

目前雖然對不同調理劑改良土壤pH值的研究較多[4-6]，但對其開展動態(tài)變化研究以及實證研究的較少。因此，本文以上海某搬遷地土壤為研究對象，通過室內模擬實驗和田間實證實驗相結合的方式，研究了不同土壤調理劑對搬遷地土壤pH值的影響，并分析評價了施用土壤調理劑的經濟成本，以期為城市搬遷地園林綠化土壤改良提供技術支撐和指導，構建城市困難立地綠化造林科技創(chuàng)新體系，全面提升城市困難立地綠化造林科技支撐水平。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

試驗中所用的土壤為上海某搬遷地土壤（為灰潮土），多點采集0～20 cm表層土壤混合后帶回實驗室，將土壤剔除植物根系及礫石等雜物后自然風干，磨細過2 mm篩備用。供試土壤的pH為8.60，電導率（EC值）為0.24 mS/cm，有機質含量為1 1.4 g/kg。

所用土壤調理劑分別為硫磺、磷酸二氫鉀、檸檬酸、硫酸亞鐵、硫酸銨、腐殖酸、過磷酸鈣和石膏，基本性質見表1。

表1 土壤調理劑基本性質

表2 培養(yǎng)實驗設置

1.2 實驗方法

1.2.1 室內培養(yǎng)

稱取上述備用灰潮土800 g于1 L玻璃培養(yǎng)瓶中，并按表2將不同調理劑分別加入培養(yǎng)瓶，混合均勻后，將土壤含水率調至田間持水量的60%～65%，室溫條件下培養(yǎng)75 d；同時設不添加土壤調理劑的對照（CK），共25個處理，每個處理設置3個重復，于培養(yǎng)試驗的1 d、3 d、7 d、10 d、15 d、45 d和75 d進行土壤樣品采集，土壤樣品自然風干后測定土壤pH值。

1.2.2 田間實證

在室內實驗的基礎上，選擇獲取簡單、材料質量穩(wěn)定、價格適宜且改良搬遷地土壤pH較好的調理劑硫酸亞鐵、硫酸銨和磷酸二氫鉀進行田間驗證實驗研究。實驗采用表面撒施（撒施）和0～30 cm土壤混拌（混施）2種方式。具體為：每種處理設置面積1 m2的微區(qū)實驗，硫酸亞鐵和磷酸二氫鉀添加量均為1 200 g/m2，硫酸銨添加量為1 500 g/m2，同時設不添加土壤調理劑的土壤為對照（CK），共7個處理，每個處理設置8個重復。實驗于2020年10～12月進行，共進行60 d，每10 d對土壤多點取樣（取樣深度為0～30 cm），混合后自然風干磨細過2 mm篩用于土壤pH的測定。土壤pH采用pH值計進行測定（水土比為2.5∶1）。

2 結果與分析

2.1 不同調理劑對土壤pH的影響

2.1.1 硫磺

從圖1可以看出，施用硫磺后，土壤pH值整體呈現降低趨勢。尤其是培養(yǎng)15 d后，添加4 g硫磺時，土壤pH值降低最明顯，pH從8.60降低至7.09，這主要是由于硫磺施入土壤后在微生物的作用下氧化成SO42-，并釋放氫離子，致使土壤酸化[7]。此外，隨著硫磺添加量的增多，土壤pH值下降明顯。雖然隨著培養(yǎng)時間的增加，土壤pH值有增加的趨勢，但至培養(yǎng)實驗結束時（75 d），添加硫磺的3個處理，土壤pH值均符合《綠化種植土壤CJ/T340-2016》的限值要求。

1. 不同添加量硫磺對土壤pH值的影響

2.1.2 磷酸二氫鉀

與CK處理相比，添加磷酸二氫鉀的處理土壤pH值降低明顯，但隨著培養(yǎng)時間的增加，土壤pH值有逐漸升高的趨勢（圖2），且土壤pH的降低幅度與磷酸二氫鉀的添加量成正相關關系。這主要是由于磷酸二氫鉀施入土壤后，電解作用下會釋放出大量H+，水解作用下會釋放出OH-，且電解作用強于水解作用，H+的釋放量大于OH-，從而導致土壤pH降低[8]。與添加硫磺處理相似，隨著磷酸二氫鉀添加量的增多，土壤pH值下降越明顯，且所有添加磷酸二氫鉀的處理土壤pH均符合標準限值要求。

2. 不同添加量磷酸二氫鉀對土壤pH值的影響

2.1.3 檸檬酸

由圖3可知，與添加硫磺、磷酸二氫鉀處理不同，添加3種不同量檸檬酸的土壤pH值變化都呈明顯下降后再上升的趨勢。其原因可能是雖然檸檬酸水解后產生較多H+，但因檸檬酸屬酸性易揮發(fā)物質，隨著培養(yǎng)時間的增加，土壤中檸檬酸含量大大降低，土壤pH則增加[9]。但就不同添加量而言，仍存在隨著檸檬酸添加量增多，土壤pH值下降反而增加的趨勢。

3. 不同添加量檸檬酸對土壤pH值的影響

4. 不同添加量硫酸亞鐵對土壤pH值的影響

2.1.4 硫酸亞鐵

添加硫酸亞鐵至土壤后，土壤pH值變化呈先降低后增加的趨勢。但在培養(yǎng)期間，所有添加硫酸亞鐵的處理土壤pH值均低于現行的行業(yè)標準限值要求，如添加3 g、6 g和12 g硫酸亞鐵培養(yǎng)75 d后，各處理土壤pH值分別下降了0.67、0.82和1.15，但硫酸亞鐵添加量為3 g和6 g的處理土壤pH值降低幅度差異不顯著。這主要是由于硫酸亞鐵屬于速效肥，施入土壤中的硫酸亞鐵經水解氧化后會產生H+和Fe(OH)3，H+可以中和土壤堿性，從而降低土壤的pH值[10]。

2.1.5 硫酸銨

從圖5可以發(fā)現，培養(yǎng)15 d后，添加不同量硫酸銨的處理土壤pH值均可由原來的8.6降至7.28～7.43的范圍內。與添加其他土壤調理劑的處理不同，添加硫酸銨后，土壤pH值降低明顯，且在培養(yǎng)過程中保持較平穩(wěn)趨勢，這是因為硫酸銨屬于生理酸性速效肥，其水解后會釋放出H+，能中和土壤堿性，降低土壤pH值[11]。對比3種添加量的硫酸銨處理，培養(yǎng)1 d時，各處理土壤pH值分別降低了1.04、1.05和1.24；培養(yǎng)75 d時，各處理土壤pH值分別降低了1.23、1.40和1.05。通過配對T檢驗，同一處理下，培養(yǎng)1 d和培養(yǎng)75 d的土壤pH值降低幅度差異不顯著。

5. 不同添加量硫酸銨對土壤pH值的影響

2.1.6 腐殖酸

從圖6可知，添加不同量腐殖酸后，土壤pH值的變化趨勢與添加檸檬酸相似[12]，隨著時間的增加土壤pH值呈先降低后升高的趨勢。其中，培養(yǎng)第10 d時添加量為2 g的處理，土壤pH值下降最多，降低了0.95，但腐殖酸不同添加量之間沒有明顯差異。經過75 d的培養(yǎng)實驗，3種添加量的腐殖酸處理土壤pH值分別為7.95、7.91和8.15，符合標準限值要求。

6. 不同添加量腐殖酸對土壤pH值的影響

2.1.7 過磷酸鈣

已有研究表明，過磷酸鈣對土壤堿性的治理效果良好[13]，通過圖7可以得知，過磷酸鈣添加量不同，其對土壤pH值的影響呈先下降后上升再趨于穩(wěn)定的趨勢。這是因為過磷酸鈣屬于速效肥，初期對土壤影響顯著，7～75 d土壤改良效果較為穩(wěn)定。過磷酸鈣添加量對土壤pH值降低幅度的影響較小，不同處理間差異不顯著（p＞0.05）。

7. 不同添加量過磷酸鈣對土壤pH值的影響

2.1.8 石膏

如圖8所示，添加石膏后，土壤pH值總體呈先增加后趨于穩(wěn)定的趨勢。在培養(yǎng)75 d后，3種添加量的石膏處理土壤pH值分別為7.60、7.53和7.50，較CK分別降低了1.0、1.07和1.1。這主要是由于石膏加入土壤后，其溶解產生的Ca2+置換土壤膠體中的Na+，從而降低土壤的pH值[8,14]，但石膏不同添加量對土壤pH值的降低效果差異不顯著。

8. 不同添加量石膏對土壤pH值的影響

2.2 田間驗證實驗

雖然8種不同土壤調理劑均能在一定程度上降低土壤pH值（表3），但硫磺屬于易制爆產品，過磷酸鈣和石膏的添加量較大需要投入成本較高。磷酸二氫鉀、硫酸亞鐵和硫酸銨3種不同添加量實驗顯示，即使添加量最小的處理，其對土壤pH降低效果也較好，因此本研究選取磷酸二氫鉀、硫酸亞鐵和硫酸銨進一步開展撒施和混施2種施用方式的田間驗證實驗研究，磷酸二氫鉀、硫酸亞鐵和硫酸銨的施用量分別為3 g、3 g和4 g。

表3 培養(yǎng)75 d后不同土壤調理劑對pH值降低幅度的影響

實驗結果表明，撒施3種調理劑60 d后，硫酸亞鐵對土壤pH值的降低效果最明顯，pH值為5.01±0.72，其次為磷酸二氫鉀，pH值為6.22±0.54，硫酸銨效果最差為7.14±0.35（圖9）；而混施3種調理劑60 d后，硫酸亞鐵和硫酸銨均較對土壤pH的降低效果明顯，pH值分別為6.04±0.72和6.10±0.68，磷酸二氫鉀對土壤pH值的降低效果較差，pH值為7.30±0.35（圖10）。

9. 撒施不同土壤調理劑60 d后對土壤pH值的影響

10. 混施不同土壤調理劑60 d后對土壤pH值的影響

2.3 不同調理劑成本分析

室內培養(yǎng)實驗和田間驗證實驗結果均表明，硫酸亞鐵、硫酸銨和磷酸二氫鉀均對降低土壤pH值具有較好的效果。以混施方式改良1 m3土壤為例（表4），添加4 kg硫酸亞鐵，降低土壤pH值0.41～2.28，成本為6.4 元/m3；加5 kg硫酸銨降低土壤pH值為0.45～2，成本為7.5 元/m3；加4 kg磷酸二氫鉀降低土壤pH值0.21～0.69，成本為39.2 元/m3。綜合而言，硫酸亞鐵為較好的土壤改良劑。

表4 不同添加量土壤調理劑降低土壤pH值的成本分析

3 小結

本研究表明添加硫磺、磷酸二氫鉀、硫酸亞鐵、硫酸銨等土壤調理劑均能降低土壤pH值。但添加檸檬酸、腐殖酸、過磷酸鈣和石膏處理土壤的pH值呈現出短期內下降后期升高的趨勢；硫磺、硫酸亞鐵、硫酸銨和磷酸二氫鉀處理土壤的pH值變化較平穩(wěn)；硫酸銨對pH值降低效果最好。選取硫酸亞鐵、硫酸銨和磷酸二氫鉀進行的2種不同施用方式田間驗證實得知，硫酸亞鐵與土壤混施后對土壤pH值降低效果更好。因此，結合園林綠化土壤改良實際需求，混施4 kg/m3硫酸亞鐵對降低土壤pH值效果最好，且成本較其他調理劑更優(yōu)于城市困難立地綠化造林，符合我國城市林業(yè)發(fā)展趨勢，能夠為上海和長三角，乃至全國提供具有先進性、操作性的有用經驗，有效推進城市困難立地綠化林業(yè)科技工作快速發(fā)展。