土壤調(diào)理劑應(yīng)用現(xiàn)狀及施用風(fēng)險(xiǎn)研究

索琳娜，馬杰，劉寶存*，孫向陽，陳廣鋒

（1.北京市農(nóng)林科學(xué)院，北京100097；2.北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，北京100083；3.全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，北京100125）

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展提供了有力支持。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最基本的生產(chǎn)資料即土壤，雖然我國(guó)疆域遼闊，但巨大的人口數(shù)量使得我國(guó)人均土地資源非常有限。并且在人為因素及成土母質(zhì)的影響下還產(chǎn)生了許多障礙因子，包括土壤結(jié)構(gòu)耕性較差、土壤鹽堿酸化、土壤重金屬污染、土壤養(yǎng)分匱乏等，通常障礙性土壤生產(chǎn)力低下，難以進(jìn)行農(nóng)作活動(dòng)。在不斷的生產(chǎn)實(shí)踐以及研究中發(fā)現(xiàn)，向障礙性土壤中投入特定的物料可以改良土壤性狀，從而能夠進(jìn)行正常的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)[1]。鑒于此，土壤調(diào)理劑廣受關(guān)注，與之相關(guān)的行業(yè)也得到了快速發(fā)展，截至目前農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)管理司登記備案的土壤調(diào)理劑產(chǎn)品信息高達(dá)197條。

1 土壤調(diào)理劑研究與應(yīng)用現(xiàn)狀概述

1.1 土壤調(diào)理劑的定義

土壤調(diào)理劑的定義在學(xué)術(shù)界尚未達(dá)成統(tǒng)一，有些研究中也將土壤調(diào)理劑稱為土壤改良劑，但土壤改良劑僅針對(duì)障礙性土壤而言，而土壤調(diào)理劑對(duì)能夠正常生產(chǎn)的土壤也具有一定的增產(chǎn)作用，所以土壤調(diào)理劑較土壤改良劑的使用也更為廣泛。目前相關(guān)部門發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)文件對(duì)土壤調(diào)理劑的定義如下：（1）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）加入障礙土壤中用于改善土壤的物理、化學(xué)和（或）生物性狀的物料，用于改良土壤結(jié)構(gòu)、降低土壤鹽堿危害、調(diào)節(jié)土壤酸堿度、改善土壤水分狀況或修復(fù)污染土壤等。

1.2 土壤調(diào)理劑的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

早在傳統(tǒng)的農(nóng)耕社會(huì)，生產(chǎn)中就利用客土換土、施用石灰、秸稈還田等簡(jiǎn)單的調(diào)理方式對(duì)土壤進(jìn)行改良。但隨著人類對(duì)土壤開發(fā)利用的不斷深入，土壤問題也逐漸變得多元化、復(fù)雜化。關(guān)于土壤調(diào)理劑的研究開始于19世紀(jì)的末期[2]，距今已有百余年的歷史，在研究初期主要是污泥、沸石、粉煤灰等單一調(diào)理劑的應(yīng)用，少有研究進(jìn)行復(fù)合施用。20世紀(jì)50年代以前，西方國(guó)家的研究人員開始利用多糖、淀粉共聚物、纖維素等材料進(jìn)行土壤結(jié)構(gòu)的改良，但這些天然有機(jī)物質(zhì)分子量相對(duì)較小，施入土壤后易被降解，因此在后期的生產(chǎn)活動(dòng)中沒有得到廣泛應(yīng)用[3]。20世紀(jì)50年代以后，各國(guó)學(xué)者開始了對(duì)人工合成土壤調(diào)理劑的研究。首先美國(guó)研發(fā)出一種名為“Kriluim”的土壤結(jié)構(gòu)改良劑[4]，向土壤施用后有利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成、可以增強(qiáng)土壤的水穩(wěn)性能，且施用后不易被微生物降解。其后多國(guó)也陸續(xù)研發(fā)出多種合成改良劑，主要包括水解聚丙烯腈（HPAN）、聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酰胺（PAM）、瀝青乳劑（ASP）等，其中聚丙烯酰胺當(dāng)前仍應(yīng)用較廣[5]。20世紀(jì)80年代，許多國(guó)家將人工合成技術(shù)應(yīng)用到土壤調(diào)理劑的生產(chǎn)當(dāng)中，涌現(xiàn)出大量的調(diào)理劑產(chǎn)品，其中以比利時(shí)的TC調(diào)理劑[6]最為成功。

20世紀(jì)80年代初，我國(guó)從比利時(shí)引進(jìn)了聚丙烯酰胺和瀝青乳劑，主要用于鹽漬土改良、固持水土、旱地保墑增溫等工作[7]。近年來，我國(guó)土壤調(diào)理劑產(chǎn)品的種類愈加全面，產(chǎn)品數(shù)量也有所增加，這些產(chǎn)品主要用于改善土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分和水分狀況、改良鹽漬土壤、調(diào)節(jié)土壤酸堿度、修復(fù)土壤污染等；產(chǎn)品原料也較為廣泛，包括天然礦物、天然活性物質(zhì)、工農(nóng)業(yè)廢棄物、人工合成聚合物等。當(dāng)前許多研究利用工農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物以及多種黏土礦物、貝類作為生產(chǎn)原料，實(shí)現(xiàn)廢棄物料二次利用的同時(shí)也達(dá)到了較好的調(diào)理效果。針對(duì)不同的土壤障礙因子，我國(guó)的土壤調(diào)理劑產(chǎn)品也更加具有指向性，不斷地被應(yīng)用到了各類障礙性土壤的改良工作當(dāng)中。

1.3土壤調(diào)理劑的主要功能及分類

土壤調(diào)理劑的主要功能即調(diào)節(jié)土壤障礙因子、改善土壤養(yǎng)分狀況，合理施用土壤調(diào)理劑能夠改善障礙性土壤的物理性狀（土壤結(jié)構(gòu)、水土保持能力等）、化學(xué)性狀（土壤酸堿度、土壤鹽漬化、重金屬污染等）、生物學(xué)性狀（微生物群落多樣性、土壤酶活性等），使之能夠進(jìn)行優(yōu)質(zhì)高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)。

通常土壤調(diào)理劑產(chǎn)品由多種材料制成，成分較為繁雜，因此難以執(zhí)行嚴(yán)格統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。目前存在兩種主流的分類依據(jù)和方法，主要參照土壤調(diào)理劑的功能用途或主要成分進(jìn)行分類。

按照功能用途可將土壤調(diào)理劑分為結(jié)構(gòu)改良劑、水分調(diào)節(jié)劑、酸性土壤改良劑、鹽堿土壤改良劑、重金屬污染修復(fù)劑五大類。其中結(jié)構(gòu)改良劑一般根據(jù)生產(chǎn)原料的不同分為天然和人工合成兩類；土壤水分調(diào)節(jié)劑主要用于土壤水分的保持，多指土壤保水劑，近年來也有研究利用特定材料制備土壤增水劑吸收氣態(tài)水以供植物生長(zhǎng)利用[8]；酸性土壤改良劑主要包括石灰、礦物及工礦廢棄物、微生物肥料、有機(jī)物料、生物炭等幾類；鹽堿土壤改良劑主要包括化學(xué)改良劑、微生物改良劑、煙氣脫硫廢棄物、有機(jī)肥、腐植酸、沸石等幾類；重金屬污染修復(fù)劑根據(jù)對(duì)重金屬元素產(chǎn)生的作用可以分為鈍化修復(fù)劑和淋洗修復(fù)劑兩類[9]，依據(jù)鈍化材料的理化性質(zhì)又可將鈍化修復(fù)劑分為無機(jī)類、有機(jī)類、生物炭、新型納米材料和復(fù)合材料幾類，淋洗修復(fù)劑根據(jù)淋洗技術(shù)的差異可分為無機(jī)溶液清洗劑、螯合劑、表面活性劑等幾類。

另外也有學(xué)者主張按照土壤調(diào)理劑的主要成分和生產(chǎn)原料劃分[1,10]，可將其分為天然材料改良劑、人工提取或合成的改良劑、天然-合成共聚物改良劑、固體廢棄物改良劑、生物改良劑五類。天然材料改良劑由自然界中天然存在的物料制備而成，主要包括天然礦物、天然提取高分子化合物、天然有機(jī)質(zhì)物料等；人工提取或合成的改良劑是由人工技術(shù)制備的一類非天然改良劑，如殼聚糖、聚丙烯酰胺等；將天然與人工制備的單體材料進(jìn)行聚合反應(yīng)得到的天然-合成共聚物改良劑，對(duì)障礙土壤也可起到很好的改良作用，常見的有腐植酸-聚丙烯酸、纖維素-丙烯酰胺等；固體廢棄物改良劑一般可分為無機(jī)和有機(jī)兩類，無機(jī)類包括粉煤灰、高爐渣、脫硫廢棄物等，有機(jī)類包括城市污水、作物秸稈、畜禽糞便等；另外通過微生物或動(dòng)物也可對(duì)障礙土壤進(jìn)行改良，例如微生物菌劑、蚯蚓等。具體分類見表1。

2 土壤調(diào)理劑的施用風(fēng)險(xiǎn)分析

土壤調(diào)理劑通常需要長(zhǎng)期連續(xù)施用且建議施用量較大，當(dāng)下主流的推薦施用量一般為900～1 500 kg·hm-2。根據(jù)粗略的計(jì)算，我國(guó)化肥施用量?jī)H為600 kg·hm-2左右，相同面積下土壤調(diào)理劑可達(dá)到化肥施用量的1.5～2.5倍，在長(zhǎng)期大量施用條件下土壤調(diào)理劑改良障礙土壤的效率可能有所下降，對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性可能也會(huì)造成一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)。不同功能用途的土壤調(diào)理劑在施用過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)具體包括以下幾方面。

2.1 土壤結(jié)構(gòu)改良劑的施用風(fēng)險(xiǎn)

目前研究多應(yīng)用聚丙烯酰胺、瀝青乳劑、聚乙烯醇等人工合成材料進(jìn)行土壤結(jié)構(gòu)改良，多數(shù)研究者認(rèn)為這些材料對(duì)土壤無毒害，在科學(xué)合理的情況下施用不會(huì)對(duì)土壤造成負(fù)面的影響[5,7]。聚丙烯酰胺施入土壤后，會(huì)在土壤中殘留一定量的丙烯酰胺，這種物質(zhì)已被證實(shí)具有致癌性，對(duì)人體的神經(jīng)有毒害作用，但是該物質(zhì)能夠被微生物降解，通常不會(huì)在土壤中積累。Sojka等[11]指出丙烯酰胺在土溫高于30℃時(shí)會(huì)被快速地降解，如果對(duì)聚丙烯酰胺產(chǎn)品中的丙烯酰胺含量進(jìn)行嚴(yán)格限制，可以認(rèn)為聚丙烯酰胺對(duì)土壤環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生威脅。但聚丙烯酰胺與聚乙烯醇均不易被生物所降解，因此可能會(huì)存在一定的隱患[12]。另外，瀝青中含有一定數(shù)量的致癌物質(zhì)3-4苯并芘（3～5 mg·kg-1），但有試驗(yàn)表明該物質(zhì)難以轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)[7]。

表1土壤調(diào)理劑的分類Table 1 Classification of soil conditioner

從目前的文獻(xiàn)報(bào)道看這類材料對(duì)土壤不會(huì)產(chǎn)生負(fù)面作用，但隨著土壤性質(zhì)的不斷變化以及施用量的增加，土壤結(jié)構(gòu)改良劑究竟有無施用風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)進(jìn)一步探討研究。

2.2 土壤水分調(diào)節(jié)劑的施用風(fēng)險(xiǎn)

向施用保水劑的土壤灌溉后，保水劑吸水后膨脹導(dǎo)致土壤中的氣相和固相減少，進(jìn)而產(chǎn)生植物缺氧、吸收養(yǎng)分不充分等問題。武毅等[13]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)每株白蠟和油松的保水劑用量超過30 g時(shí)，植物生長(zhǎng)會(huì)受到抑制。楊紅善等[14]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)保水劑用量大于0.25%時(shí)土壤0.25～5.00 mm粒徑的團(tuán)聚體含量會(huì)減少，表明過量的保水劑可能會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，引起土壤板結(jié)。員學(xué)峰等[15]得出當(dāng)聚丙烯酰胺濃度過高時(shí)，會(huì)在土壤表層形成黏結(jié)土粒，從而抑制土壤水分的滲透作用，當(dāng)施用濃度超過1.0 g·m-2時(shí)，隨著施用濃度的增大土壤容重不斷上升，孔隙度不斷下降，導(dǎo)致土壤通氣透水的能力下降。因此在施用土壤水分調(diào)節(jié)劑時(shí)，適宜用量尤為重要。

2.3 酸性土壤改良劑的施用風(fēng)險(xiǎn)

酸性土壤調(diào)理劑主要包括石灰、礦物工業(yè)廢棄物、微生物肥料、有機(jī)物料類、生物炭、新型改良劑幾類。

2.3.1 石灰類改良劑

（1）導(dǎo)致復(fù)酸化現(xiàn)象

石灰的長(zhǎng)期施用能夠顯著降低土壤交換性氫和鋁的含量，但同時(shí)也會(huì)降低表層土壤的交換性鉀、鈉含量[16]，從而導(dǎo)致土壤中K+和Mg2+加速浸出。當(dāng)停止施用就會(huì)出現(xiàn)復(fù)酸化的現(xiàn)象，并且酸化程度可能比施用石灰之前還有一定程度的加劇[17]。

（2）影響土壤淋溶過程

石灰的施用也會(huì)對(duì)土壤元素淋溶過程產(chǎn)生一定的影響。石灰含有大量的鈣鎂元素，施用后使土壤中交換性鈣和鎂含量迅速提升，導(dǎo)致鹽基飽和度上升[16,18]。長(zhǎng)期施用條件下，Mg2+的移動(dòng)速度更快。Huber等[19]在施用石灰20 a后發(fā)現(xiàn)，0～40 cm土層的滲透水中，Mg2+含量遠(yuǎn)高于Ca2+，說明大量Mg2+被淋洗，而多數(shù)Ca2+則被固定在了主根區(qū)域。另外石灰能夠推進(jìn)土壤硝化作用的發(fā)生，致使硝態(tài)氮在土壤中快速積累[20]，大量的NO-3在淋溶過程中發(fā)生淋失，可能導(dǎo)致地下水NO-3含量超標(biāo)，引發(fā)污染。

（3）影響土壤磷的含量

石灰的施用可能也會(huì)影響到土壤有效磷的含量。隨著石灰的施用土壤酸堿度上升，此時(shí)活性鐵鋁生成的沉淀聚合于土壤中形成吸附表面，其會(huì)顯著增強(qiáng)對(duì)磷的吸附能力。在交換性鋁含量較高的土壤中該現(xiàn)象尤為明顯，石灰使土壤pH值迅速上升形成大量氫氧化鋁膠狀沉淀，該沉淀會(huì)吸持土壤中的可溶性磷形成難溶性磷酸鋁鹽聚合物[21]。此外還有研究表明石灰可能會(huì)抑制磷在土壤中的移動(dòng)和擴(kuò)散，降低土壤中水溶性磷的含量。向土壤施入石灰5 g·kg-1后培養(yǎng)28 d，磷僅能擴(kuò)散到表層下1.5 cm處，而未施入石灰的處理可擴(kuò)散到2.1 cm處[22]。

（4）導(dǎo)致土壤板結(jié)及植物缺素

石灰在土壤中的擴(kuò)散十分緩慢，因此短期的施用對(duì)深層土壤的改良效果甚微，但長(zhǎng)期施用石灰會(huì)產(chǎn)生CaSO4，導(dǎo)致土壤孔隙結(jié)構(gòu)受到破壞，引發(fā)土壤板結(jié)。另有研究表明施用石灰會(huì)引起土壤鋅元素含量下降[23]，導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低。因此施用石灰時(shí)要充分考慮土壤中鋅等植物營(yíng)養(yǎng)元素的含量，確保土壤營(yíng)養(yǎng)元素均衡。

（5）影響土壤酶及微生物活性

石灰也可能會(huì)對(duì)土壤酶活性產(chǎn)生一定的影響，有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)石灰的投入量為400 g·m-2時(shí)，土壤脲酶活性、土壤蔗糖酶活性、多酚氧化酶活性均會(huì)有一定程度的提高，但過氧化氫酶活性會(huì)出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。同時(shí)石灰的施用也會(huì)對(duì)土壤真菌數(shù)量產(chǎn)生顯著的影響，400 g·m-2施用量處理較未施用石灰的處理土壤真菌數(shù)量可降低48.3%[24]。

2.3.2 礦物和工業(yè)廢棄物

礦物和工業(yè)廢棄物含有一定的堿性成分，可以用于中和土壤中的酸性成分，因此這類物質(zhì)也常被用作改良酸性土壤。在提高土壤pH值的同時(shí)，礦物和工業(yè)廢棄物中的部分微量元素也會(huì)進(jìn)入土壤，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生積極作用。但是這類物質(zhì)自身含有的少量重金屬元素很難在生產(chǎn)中消除，長(zhǎng)期施用可能導(dǎo)致土壤發(fā)生重金屬污染。

2.3.3 微生物肥料

微生物肥料投入土壤后，其攜帶的菌種與土著微生物必然會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，并且這些菌種均是在目標(biāo)土壤的環(huán)境條件下篩得，所以對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，長(zhǎng)期大量施用可能對(duì)原土壤中的微生物產(chǎn)生較為明顯的抑制作用，導(dǎo)致土壤中微生物原有的生態(tài)平衡被破壞。施加的微生物在進(jìn)入新的生存環(huán)境之后，微生物之間可能發(fā)生水平基因轉(zhuǎn)移或在細(xì)菌的染色體內(nèi)進(jìn)行基因重排、突變、復(fù)制[25]，形成適應(yīng)新環(huán)境條件的優(yōu)勢(shì)菌種，一旦優(yōu)勢(shì)菌種大量繁殖將對(duì)其他菌種產(chǎn)生抑制，必然會(huì)帶來許多潛在的生態(tài)環(huán)境危害。另外新加入的菌種也可能對(duì)土壤生物的生長(zhǎng)代謝產(chǎn)生負(fù)面影響，破壞生態(tài)平衡。因此微生物制劑類土壤調(diào)理劑的添加須遵循適量適度原則，過量和不合理的添加非本土原生的外源微生物或者無限度地?cái)U(kuò)繁目標(biāo)功能微生物，可能會(huì)打破土壤原有微生物群落結(jié)構(gòu)，引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，存在難以預(yù)測(cè)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.4 有機(jī)物料類

農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、綠肥等有機(jī)物料常用于酸性土壤的改良，這些有機(jī)物料能夠提高土壤肥力、降低酸性土壤對(duì)作物的毒害作用，但長(zhǎng)期施用也可能存在一定的問題。楊振興等[26]通過16 a的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期秸稈還田造成的土壤氮素盈余可能會(huì)導(dǎo)致氮素淋失引起污染。秸稈的長(zhǎng)期施用也可能會(huì)將重金屬元素帶入土壤造成污染。有研究表明在長(zhǎng)期秸稈或秸稈生物質(zhì)炭還田條件下，土壤總鎘含量會(huì)有所增加[27]。穆虹宇等[28]研究分析了我國(guó)畜禽糞便重金屬含量特征，結(jié)果表明有毒元素鎘、砷超標(biāo)率較高，認(rèn)為畜禽糞便還田后土壤中銅元素的環(huán)境累積風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)最大，若原始糞便中銅元素含量過高,則不應(yīng)大量還田。此外，由于抗生素被廣泛應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)，大量抗生素以母體或代謝物的形式隨糞尿排出體外，導(dǎo)致畜禽糞便中抗生素殘留達(dá)到較高水平，因此長(zhǎng)期施用畜禽糞便也可能導(dǎo)致大量抗生素進(jìn)入土壤和水體環(huán)境并不斷積累，造成農(nóng)田土壤和水體的抗生素污染[29]。2.3.5生物炭

生物炭的制備原料來源廣泛，且能有效保水保肥，在土壤改良中體現(xiàn)出巨大的潛力[30]。但有研究稱，生物炭應(yīng)用于肥沃健康的土壤中不僅不能提高作物產(chǎn)量，甚至可能抑制植物的生長(zhǎng)[31]，這是因?yàn)樯锾吭谥苽溥^程中會(huì)產(chǎn)生多環(huán)芳烴（PAHs）、重金屬、以及環(huán)境持久性自由基（EPFRs）等化學(xué)物質(zhì)[32]。多環(huán)芳烴是一類廣泛存在于環(huán)境中的持久性有機(jī)污染物，其致癌、致畸風(fēng)險(xiǎn)非常強(qiáng)[33]。當(dāng)生物炭施入土壤后，多環(huán)芳烴會(huì)長(zhǎng)期存留于土壤當(dāng)中，其能夠被植物吸收遷移轉(zhuǎn)化，進(jìn)入人體增加癌癥風(fēng)險(xiǎn)。制備生物炭的原料多為農(nóng)業(yè)廢棄物，例如秸稈、木屑、畜禽糞便等。這些農(nóng)業(yè)廢棄物自身的重金屬元素在生物炭熱解過程中可能形成易溶解的形式，從而增大其生物有效性及遷移風(fēng)險(xiǎn)，并且熱解過程會(huì)導(dǎo)致有機(jī)組分大量損失，重金屬元素相對(duì)濃縮[34]。另外生物炭應(yīng)用于酸性土壤時(shí)，原本穩(wěn)定的重金屬元素也可能被活化而在植物體內(nèi)富集。環(huán)境持久性自由基是相對(duì)于傳統(tǒng)的短壽命自由基而提出的[35]，這類自由基的壽命長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境造成的危害也更大[36]。環(huán)境持久性自由基能夠誘導(dǎo)OH-和O-2的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致植物細(xì)胞加速老化，同時(shí)還會(huì)擾亂表皮細(xì)胞的生長(zhǎng)代謝周期，抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育[37]。另外環(huán)境持久性自由基可能會(huì)與原污染物發(fā)生相互作用，致使污染物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，毒性增強(qiáng)，造成二次污染。

生物炭對(duì)土壤中的有效成分同樣具有一定的吸附能力，過量施用可能會(huì)導(dǎo)致植物所需的營(yíng)養(yǎng)成分受到影響。同時(shí)生物炭的理化性質(zhì)以及內(nèi)源污染物會(huì)對(duì)土壤微生物活性產(chǎn)生多元影響[38]，改變土壤微生物群落組成，進(jìn)而對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生影響。

2.4 鹽堿土壤改良劑的施用風(fēng)險(xiǎn)

常用于鹽堿土壤改良的調(diào)理劑主要有化學(xué)改良劑、微生物改良劑、煙氣脫硫廢棄物、有機(jī)肥、腐植酸、沸石幾類，其中微生物改良劑和有機(jī)肥的施用風(fēng)險(xiǎn)與酸性土壤改良劑類似，故本節(jié)主要針對(duì)其他幾種鹽堿土壤改良劑的施用風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行總結(jié)。2.4.1化學(xué)改良劑

應(yīng)用于鹽堿土壤改良的無機(jī)化學(xué)改良劑主要分為兩類：一類是含鈣物質(zhì)，即直接鈣作用劑，包括石膏、磷石膏、煤矸石、粉煤灰等；另一類是酸性物質(zhì)，即鈣有效化劑，包括硫磺、硫酸、磷酸、鹽酸、硫酸鐵、硫酸鋁等。在鹽堿土壤中長(zhǎng)期大量使用磷石膏可能會(huì)帶來一些安全風(fēng)險(xiǎn)，主要體現(xiàn)在重金屬污染、氟化物污染、放射性元素污染、含磷化合物污染幾個(gè)方面。王小彬等[39]通過分析中國(guó)磷石膏的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，磷石膏中汞、鎘、砷、鉻、鉛、鎳、鈹元素含量較相關(guān)土壤和地下水標(biāo)準(zhǔn)均有一定程度的超標(biāo)，存在土壤和水體污染風(fēng)險(xiǎn)。磷礦石中的氟會(huì)進(jìn)入磷石膏，其中全氟和水溶氟含量同樣超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，存在土壤和水體氟污染風(fēng)險(xiǎn)。磷礦石中約80%的放射性元素鐳226殘留在磷石膏中，可被作物吸收或累積，對(duì)人類健康具有潛在威脅。磷石膏中的含磷化合物可能會(huì)隨雨水而浸出，存在地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)。長(zhǎng)期施用煤矸石與粉煤灰可能會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬污染[40-41]，原因是這類材料本身含有的重金屬元素難以去除。硫磺、硫酸、鹽酸、磷酸等鈣有效劑要注意適量施用，長(zhǎng)期大量施用可能會(huì)導(dǎo)致土壤過度酸化而不能達(dá)到良好的調(diào)理效果，另外硫酸鋁單獨(dú)施用不利于土壤結(jié)構(gòu)的改善，還需要與其他改良措施配合使用[42]。

2.4.2 煙氣脫硫廢棄物

煙氣脫硫廢棄物的理化性質(zhì)與天然石膏接近，利用Ca2+置換出土壤膠體中的Na+、Mg2+，進(jìn)而降低鹽堿土壤對(duì)植物造成的危害。長(zhǎng)期施用煙氣脫硫廢棄物對(duì)土壤造成的影響與磷石膏類似，可以從以下幾方面考慮[43]：煙氣脫硫廢棄物中的汞、鎘、砷、鉛、鎳、鉻元素含量較高，長(zhǎng)期施用可能會(huì)造成土壤和地下水的重金屬污染；高量的硒元素可能產(chǎn)生硒元素的安全問題；高量的氟污染物可能會(huì)進(jìn)入農(nóng)田土壤并滲入地下水，存在土壤和水體的氟污染風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，高量的Cl-1易導(dǎo)致地下水的Cl-污染。

2.4.3 腐植酸

腐植酸能夠中和土壤堿性、增加土壤有機(jī)質(zhì)，因此也常配合其他土壤調(diào)理劑應(yīng)用于鹽堿土壤改良。目前鮮有研究報(bào)道長(zhǎng)期施用腐植酸對(duì)土壤造成的負(fù)面影響，多為正面的積極效應(yīng)。但也有研究稱，腐植酸可與水體中的許多離子發(fā)生交換或絡(luò)合作用，增強(qiáng)某些微污染物的溶解度，增強(qiáng)其遷移能力。因此，腐植酸的施用可能會(huì)對(duì)水體造成污染，給水體環(huán)境及人體健康帶來隱患[44]。另外，在飲用水消毒的過程中會(huì)產(chǎn)生氯氣，氯氣與水中的腐植酸發(fā)生反應(yīng)生成三鹵甲烷（THMs）和鹵乙酸（HAAs）等，這類鹵化副產(chǎn)物對(duì)人體具有致癌作用[45-46]。

因此應(yīng)進(jìn)一步探討研究腐植酸是否會(huì)對(duì)地下水造成污染帶來環(huán)境隱患與風(fēng)險(xiǎn)，在鹽堿土壤改良工作中應(yīng)充分考慮腐植酸的用時(shí)用量問題。

2.4.4 沸石

針對(duì)施用沸石對(duì)土壤環(huán)境造成負(fù)面影響的研究報(bào)道較為少見，但有研究稱4A沸石應(yīng)用于實(shí)際的鹽堿土壤改良時(shí)，雖然具有較強(qiáng)的Ca2+交換能力，但是可能由于沸石顆粒過細(xì)，會(huì)加劇土壤的板結(jié)程度，因此應(yīng)用4A沸石改良鹽堿土壤可能會(huì)存在一些負(fù)面影響[47]。故選用沸石材料進(jìn)行鹽堿土壤改良時(shí)應(yīng)選擇合適的粒徑規(guī)格，防止土壤板結(jié)現(xiàn)象發(fā)生而影響到土壤修復(fù)效果。另外，研究表明沸石可能會(huì)對(duì)人體的某些細(xì)胞產(chǎn)生毒性，并且可能具有致癌性[48-49]，因此施用沸石過程中應(yīng)做適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施以避免對(duì)人體健康造成損傷。

2.5 重金屬污染修復(fù)劑的施用風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)修復(fù)原理，可將常見重金屬污染修復(fù)劑分為鈍化修復(fù)劑和淋洗修復(fù)劑兩類。

2.5.1 鈍化修復(fù)劑

常用的鈍化修復(fù)劑包括有機(jī)和無機(jī)兩類。無機(jī)鈍化修復(fù)劑主要有堿性物質(zhì)、磷酸鹽以及礦物質(zhì)。有機(jī)鈍化修復(fù)劑主要包括草炭、生物炭、黏土礦物等。

堿性物質(zhì)包含較廣，應(yīng)用實(shí)踐中碳酸鈣、氧化鈣等廉價(jià)環(huán)保的材料常被選用，此外工業(yè)石灰也常用于重金屬污染土壤的修復(fù)[50]。但在實(shí)際應(yīng)用中一定要把握合適的用量，過高的土壤pH值會(huì)破壞土壤的結(jié)構(gòu)性，降低植物對(duì)一些營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用效率。另外，重金屬元素在強(qiáng)堿性的條件下能夠形成羥基絡(luò)合物，導(dǎo)致其移動(dòng)性增強(qiáng)，適得其反。

磷酸鹽化合物易與重金屬形成難溶態(tài)沉淀，因此可利用磷酸鹽類化合物修復(fù)某些發(fā)生重金屬污染的土壤。有研究表明當(dāng)羥基磷灰石用量超過5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）就會(huì)對(duì)某些植物產(chǎn)生毒害，抑制生長(zhǎng)[51]，合適用量的問題仍需充分考慮。此外，磷的淋失會(huì)造成土壤的酸化并有造成水體污染的風(fēng)險(xiǎn)，土壤酸化后會(huì)增強(qiáng)某些重金屬元素的生物活性，更易于被植物吸收積累；同時(shí)，在使用磷酸鹽時(shí)，不能忽視其對(duì)砷的負(fù)面影響所帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[52-53]。

向土壤中施加有機(jī)物質(zhì)和黏土礦物，能夠增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤物理化學(xué)性質(zhì)、滲水性和持水量，在提升土壤肥力的同時(shí)，增強(qiáng)土壤對(duì)重金屬離子的吸附能力，減輕土壤污染對(duì)植物和生態(tài)環(huán)境的危害。施用這類物質(zhì)時(shí)同樣需要考慮最佳施用量，超過最佳施用量后其對(duì)重金屬元素的吸附能力可能會(huì)有所降低，導(dǎo)致修復(fù)效率的下降。另外此類物質(zhì)大多含有重金屬，應(yīng)注意避免新的污染元素進(jìn)入土壤造成二次污染。通過離子間的拮抗作用來降低植物對(duì)某種污染物的吸收也是經(jīng)濟(jì)有效的方法之一，但是離子拮抗劑在減輕某種重金屬離子毒害的同時(shí)，又使另外一種元素含量增高，這可能會(huì)造成新的污染問題，需要特別加以關(guān)注。

2.5.2 化學(xué)淋洗劑

土壤淋洗是修復(fù)重金屬污染土壤最有效的手段之一，土壤淋洗修復(fù)是否成功，主要取決于淋洗液的選擇。土壤淋洗所使用的淋洗液包括酸、螯合劑、氧化還原劑、表面活性劑和助溶劑。除水溶性污染物外通常不會(huì)選用水作為淋洗液，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)污染物的溶解性較小，所以合適的淋洗劑對(duì)土壤淋洗十分重要。但需要注意的是，淋洗液可能會(huì)改變土壤的理化特性，影響土壤生態(tài)的平衡。淋洗修復(fù)結(jié)束后，一定要妥善處理淋洗液，避免殘留于土壤當(dāng)中引發(fā)污染，造成環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

傳統(tǒng)的無機(jī)溶液淋洗液對(duì)重金屬污染的清除效果好、速度快，但修復(fù)過程中會(huì)導(dǎo)致土壤pH值發(fā)生劇烈變化、造成土壤中養(yǎng)分大量流失、改變土壤物理化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)對(duì)土壤的生物結(jié)構(gòu)也會(huì)有一定程度的破壞。人工合成的淋洗液不易被土壤中的微生物所降解，因此易殘留于土壤中造成二次污染，并且價(jià)格相對(duì)較高，難以得到廣泛應(yīng)用。

3 展望與管理建議

通過對(duì)近5 a土壤調(diào)理劑相關(guān)的研究?jī)?nèi)容整理分析，發(fā)現(xiàn)多數(shù)研究結(jié)果均表現(xiàn)的是土壤調(diào)理劑的積極效應(yīng)。研究集中在土壤調(diào)理劑施用種類的選擇、調(diào)理劑的施用量以及調(diào)理效果等方面，調(diào)理機(jī)理方面的研究主要針對(duì)土壤理化性狀開展，而對(duì)地上作物生長(zhǎng)生理指標(biāo)影響的研究相對(duì)較少，未能將地上部作物與地下土壤統(tǒng)一起來，研究的系統(tǒng)性不足。目前土壤調(diào)理劑的研究與應(yīng)用多局限于盆栽試驗(yàn)和小區(qū)試驗(yàn)，研究的時(shí)間短、范圍小，缺少較大范圍的農(nóng)田長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究。調(diào)理劑針對(duì)的目標(biāo)作物多為經(jīng)濟(jì)作物，其中在茶葉和烤煙中尤為突出，這可能與茶田土壤易出現(xiàn)酸化，煙葉易富集重金屬元素有關(guān)。多數(shù)研究將土壤調(diào)理劑與其他改良劑配合施用，少有研究?jī)H通過單一的土壤調(diào)理劑進(jìn)行土壤的改良，常見的組合方式有土壤調(diào)理劑+有機(jī)肥[54]、土壤調(diào)理劑+微生物[55]、土壤調(diào)理劑+泥炭[56]等，通過其他物質(zhì)的添加為植物提供更多的養(yǎng)分，從而達(dá)到更好的調(diào)理效果，有研究表明利用土壤調(diào)理劑與特定植物聯(lián)合修復(fù)污染土壤也達(dá)到了較好的修復(fù)效果[57]。對(duì)于目前土壤調(diào)理劑材料的選擇，多數(shù)研究中提到的土壤調(diào)理劑主要以天然礦物類、有機(jī)無機(jī)廢棄物及其相關(guān)制品為主，新型高分子土壤改良劑的有關(guān)研究仍相對(duì)較少。近期有研究提出利用餐廚垃圾制備土壤調(diào)理劑改良土壤結(jié)構(gòu)并供給土壤養(yǎng)分，經(jīng)過長(zhǎng)期施用的定位試驗(yàn)驗(yàn)證了餐廚垃圾能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，有助于土壤團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)的賦存轉(zhuǎn)化，提高團(tuán)聚體的穩(wěn)定性和土壤抗侵蝕能力[58]。也有研究提出了鈦石膏作為土壤調(diào)理劑的可能性，這為廢棄物的再利用以及土壤調(diào)理改良提供了新思路[59]。通過整合分析發(fā)現(xiàn)，土壤調(diào)理劑相關(guān)領(lǐng)域目前主要的問題是施用后的風(fēng)險(xiǎn)研究較少，未能形成標(biāo)準(zhǔn)化的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，長(zhǎng)期、大量、連續(xù)施用是否會(huì)給土壤生態(tài)系統(tǒng)造成危害需要進(jìn)一步探索。

管理方面，當(dāng)前土壤調(diào)理劑生產(chǎn)市場(chǎng)存在產(chǎn)品種類眾多，原料繁雜，功能穩(wěn)定性和產(chǎn)品使用風(fēng)險(xiǎn)性缺乏統(tǒng)一、規(guī)范、可靠的第三方監(jiān)測(cè)，評(píng)價(jià)認(rèn)證流程和機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致土壤調(diào)理劑大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用無據(jù)可依，企業(yè)“自賣自夸”現(xiàn)象嚴(yán)重，從而給土壤調(diào)理劑使用過程帶來許多不可控的風(fēng)險(xiǎn)因素，也給有關(guān)部門進(jìn)行規(guī)范化的監(jiān)督管理帶來實(shí)際困難。因此，建議盡快強(qiáng)化第三方社會(huì)服務(wù)機(jī)構(gòu)功能。通過在全國(guó)建立典型性、代表性土壤類型、污染或障礙類型以及種植制度不同的集中化、規(guī)范化、長(zhǎng)期性土壤調(diào)理劑使用的有效性、安全性定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，由土壤調(diào)理劑官方評(píng)審、登記部門認(rèn)可的第三方社會(huì)服務(wù)機(jī)構(gòu)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)當(dāng)?shù)丨h(huán)境監(jiān)督管理部門合作，對(duì)不同品牌、不同原料、不同功能（如土壤重金屬污染修復(fù)、鹽堿化及連作障礙治理等）的土壤調(diào)理劑產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)一、連續(xù)、規(guī)范化的使用過程跟蹤監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。由第三方社會(huì)服務(wù)機(jī)構(gòu)定期向評(píng)審、登記部門提交監(jiān)測(cè)結(jié)果與評(píng)價(jià)報(bào)告，從而為土壤調(diào)理劑產(chǎn)品登記提供科學(xué)數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，第三方社會(huì)服務(wù)機(jī)構(gòu)也可以向土壤調(diào)理劑生產(chǎn)企業(yè)和使用單位提供產(chǎn)品優(yōu)化和使用安全性指導(dǎo)建議。

隨著相關(guān)領(lǐng)域研究的持續(xù)推進(jìn)以及土壤調(diào)理劑檢測(cè)評(píng)價(jià)體系的不斷完善，未來我國(guó)土壤調(diào)理劑產(chǎn)品的調(diào)理效率、施用效益、施用風(fēng)險(xiǎn)必將得到更加全面科學(xué)的評(píng)價(jià)，土壤調(diào)理劑相關(guān)行業(yè)也將得到飛速的發(fā)展。