土壤基質(zhì)與土壤基質(zhì)的改良現(xiàn)狀

李 蕾，陳柏廉，吳嘉沛，林玉婷

（廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510300）

1 土壤基質(zhì)的概念與特點(diǎn)

土壤基質(zhì)是土壤中的重要組成部分，是支撐植物生長的基礎(chǔ)。然而，在工業(yè)化和城市化的進(jìn)程中，土壤基質(zhì)受到了各種污染，特別是重金屬污染，嚴(yán)重威脅到土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康和植物的生長[1]。因此，如何改良土壤基質(zhì)，降低重金屬含量和毒性，提高土壤中的養(yǎng)分成為當(dāng)前土壤科學(xué)研究的熱點(diǎn)問題。

土壤基質(zhì)是指構(gòu)成土壤孔隙結(jié)構(gòu)骨架體的非生物有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)，也是屬于土壤修復(fù)劑的一種。從生物學(xué)的角度來看，土壤基質(zhì)是微生物、腐殖質(zhì)以及其他生物和非生物成分共同作用的結(jié)果。土壤基質(zhì)的組成主要由四部分構(gòu)成：礦物質(zhì)（主要）、有機(jī)質(zhì)、水分和空氣。礦物質(zhì)由土壤中不同大小的、不同形態(tài)的礦物顆粒所組成。有機(jī)質(zhì)是由根系、落葉、腐殖質(zhì)等有機(jī)物分解經(jīng)過多年時(shí)間的過程而形成的。水分和空氣流動(dòng)在這些顆粒之間，對土壤基質(zhì)的物理性質(zhì)具有顯著的影響[2]。在不同環(huán)境條件下，土壤基質(zhì)的組成隨之發(fā)生變化，例如，在綠洲、平原和丘陵之間，土壤基質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)差異明顯[3-5]。

綜上所述，不同的土壤基質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對于土地的利用和管理都產(chǎn)生著重要的影響。了解土壤基質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是對土壤利用和管理的前提和基礎(chǔ)，值得深入研究。

2 土壤基質(zhì)改良技術(shù)的應(yīng)用

土壤基質(zhì)的改良，則是為了改善土壤的質(zhì)量，提高土壤肥力和水分保持能力，以下闡述了土壤基質(zhì)在園林綠化、建筑和環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.1 園林綠化領(lǐng)域中的應(yīng)用

在園林綠化領(lǐng)域中，土壤基質(zhì)改良技術(shù)的應(yīng)用則主要是為了改善土壤結(jié)構(gòu)和提高植物的生長效益，人造土作為一種新型的土壤基質(zhì)材料，在其物理性能和化學(xué)性質(zhì)等方面經(jīng)受住了實(shí)踐的檢驗(yàn)，比如，通過加入有機(jī)質(zhì)和良好的調(diào)配，人造土可以在保證透氣性和排水性的情況下，提高其持水性和固結(jié)性，滿足植物生長要求，從而滿足不同園林綠化工程的應(yīng)用要求[6]。

除了人造土，還有其他一些基質(zhì)改良技術(shù)在園林綠化領(lǐng)域中得到應(yīng)用。比如，進(jìn)行固氮菌接種，該技術(shù)，可以增加土壤中的氮元素，促進(jìn)植物的生長[7]。改良過的基質(zhì)還可以與園林廢棄物結(jié)合，形成一些固體微粒，這些微粒能有效地吸附污染物，防止雜草生長，達(dá)到環(huán)境修復(fù)和凈化的目的[8]。

總之，作為一項(xiàng)重要的園林綠化技術(shù)，土壤基質(zhì)改良技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，同時(shí)基質(zhì)改良技術(shù)的不斷更新也推動(dòng)了園林綠化的發(fā)展，為改善城市環(huán)境、美化城市景觀做出了重要貢獻(xiàn)。

2.2 建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用

建筑領(lǐng)域是土壤基質(zhì)改良技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一，土壤基質(zhì)改良技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，并在不斷發(fā)展創(chuàng)新，不斷尋求適合不同場地、不同建筑的高效改良措施，以實(shí)現(xiàn)從土壤基質(zhì)到建筑物的有機(jī)融合和協(xié)同發(fā)展。土壤基質(zhì)改良技術(shù)在建筑領(lǐng)域有以下兩種應(yīng)用。

（1）改良建筑用地：土壤基質(zhì)改良技術(shù)為建筑用地提供了多樣的改良選擇，比如通過置換原土壤，填充優(yōu)質(zhì)土壤來改善場地土壤性質(zhì)、增加地基支撐力和抗沉降性；通過施加外荷載壓實(shí)土壤來提高土壤密實(shí)度和穩(wěn)定性；通過加固工程采取鋼束、土釘?shù)戎ёo(hù)形式來承載建筑物荷載等。

（2）建設(shè)生態(tài)景觀以及建筑內(nèi)部綠化：在建筑景觀設(shè)計(jì)中，除了考慮建筑美學(xué)、功能需求、施工技術(shù)等因素外，對于整個(gè)場地周邊自然生態(tài)的保護(hù)也尤為重要。土壤基質(zhì)改良技術(shù)在園林綠地等建筑生態(tài)景觀場地中的應(yīng)用，不僅可以改善場地土壤環(huán)境，促進(jìn)植物根系生長，還可以促進(jìn)水分滲透循環(huán)，提高場地生態(tài)安全性。通過在室內(nèi)內(nèi)部空間布置植物，不僅可以凈化空氣、調(diào)節(jié)濕度、提高室內(nèi)微生物質(zhì)量、調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，還可以滿足建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域中的應(yīng)用

在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域中，土壤基質(zhì)改良技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。針對不同的環(huán)境恢復(fù)需求，土壤基質(zhì)改良技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于土壤重金屬、有機(jī)污染物等污染物的修復(fù)。一方面，在重金屬污染土壤修復(fù)中，通過改善土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，可以減少重金屬離子的吸附能力，促進(jìn)重金屬的遷移與分布變化，發(fā)揮土壤削減重金屬污染的作用。另一方面，在有機(jī)污染土壤修復(fù)中，通過加入微生物、有機(jī)肥料等改良措施，可以增強(qiáng)土壤的吸附、脫附和生物降解能力，加速有機(jī)物的分解和氧化反應(yīng)，改善土壤質(zhì)地和水分條件，促進(jìn)土壤呼吸作用等。因此，通過改良土壤的生物學(xué)性質(zhì)，可以有效提升土壤自生修復(fù)的潛力和效率。

總體而言，改良土壤基質(zhì)技術(shù)在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，但仍需要進(jìn)一步研究和實(shí)踐。在未來的研究中，可以通過同時(shí)改良土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，提升土壤的復(fù)合修復(fù)效應(yīng)，發(fā)揮土壤自然修復(fù)潛力和環(huán)境治理的作用，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

3 土壤基質(zhì)改良技術(shù)的研究進(jìn)展

3.1 國內(nèi)研究進(jìn)展

在20世紀(jì)80年代初，我國開始了對土壤基質(zhì)改良劑的摸索[9]，但因成本高而未推廣，90年代開始引進(jìn)國外先進(jìn)土壤基質(zhì)改良劑?？偟膩碚f，我國一直致力于研究高效經(jīng)濟(jì)綠色的土壤基質(zhì)改良劑。國內(nèi)學(xué)者對于土壤基質(zhì)改良技術(shù)做了很多探索嘗試，取得了可喜的成果。冀拯宇等人（2019）研究了不同有機(jī)質(zhì)改良處理對土壤生理特性及植物生長的影響，結(jié)果表明，在適宜的有機(jī)質(zhì)添加量下，有機(jī)質(zhì)改良能夠顯著提高土壤的肥力和水分保持能力[10]。林道輝教授團(tuán)隊(duì)（2021）研究了納米零價(jià)鐵（nZVI）用于土壤基質(zhì)修復(fù)污染土壤邊生產(chǎn)邊修復(fù)的效果與機(jī)制，為治理土基質(zhì)的應(yīng)用提供了一種新技術(shù)[11]。

3.2 國際研究進(jìn)展

國際對土壤基質(zhì)的研究從十九世紀(jì)開始，二十世紀(jì)七八十年代，土壤基質(zhì)研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)入高潮，許多國家都大力投入到其中，在這些國家中，比利時(shí)的土壤改良劑的研究，處于世界領(lǐng)先地位，第 1 屆和第 3屆國際土壤改良劑研討會(huì)也是在比利時(shí)的比利時(shí)根特大學(xué)舉行[12]。在土壤基質(zhì)結(jié)構(gòu)改善方面，已經(jīng)有多個(gè)國家的學(xué)者深入研究了不同方法提高土壤基質(zhì)質(zhì)量。例如，伊朗學(xué)者則通過添加磁性納米顆粒等方法改善土壤基質(zhì)質(zhì)量[13]。日本學(xué)者們發(fā)明了一種名為“生物炭”的物質(zhì)，它可以吸附土壤中的有害物質(zhì)，提高土壤基質(zhì)的生物量和活性[14]。美國學(xué)者的研究表明，加入生物炭改良可以減少土壤重金屬的污染，改善土壤基質(zhì)結(jié)構(gòu)和提高土壤質(zhì)量，同時(shí)改善植物的生長和產(chǎn)量[15]。有瑞士學(xué)者花費(fèi)37年進(jìn)行磷鉀平衡設(shè)計(jì)田間試驗(yàn)，深入研究了礦物肥料和有機(jī)改良劑對土壤基質(zhì)性質(zhì)的影響[16]。

3.3 存在的問題與未來發(fā)展方向

在進(jìn)行土壤改良技術(shù)研究的過程中，也不可避免地存在一些問題。首先，土壤基質(zhì)改良技術(shù)研究的成果還沒有得到廣泛的應(yīng)用，尤其是在一些發(fā)展中國家地區(qū)。其次，土壤基質(zhì)改良技術(shù)考慮的范圍還比較狹窄，很難完全滿足各類土壤的需求。另外，土壤基質(zhì)改良技術(shù)的安全性問題也值得關(guān)注，應(yīng)該鼓勵(lì)研究人員在新技術(shù)的開發(fā)過程中，多考慮環(huán)境和人體健康等方面的影響。此外，還需要更多地探索和改進(jìn)，以進(jìn)一步提升土壤基質(zhì)改良技術(shù)的效果和可行性。

從未來的發(fā)展方向來看，土壤改良技術(shù)的發(fā)展方向是多方位、多層次的，需要加強(qiáng)對土壤基質(zhì)改良技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，特別是對新型土壤改良材料和改良方法的研究。同時(shí)，應(yīng)該加強(qiáng)與相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的合作，共同推動(dòng)土壤基質(zhì)改良技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。此外，應(yīng)該重視培養(yǎng)更多的土壤改良技術(shù)人才，特別是具備跨學(xué)科背景的人才，這有助于推動(dòng)土壤改良技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。

4 總結(jié)與建議

本研究對土壤基質(zhì)及其改良現(xiàn)狀進(jìn)行了深入的探討與研究，得出了以下結(jié)論：土壤基質(zhì)是評價(jià)土地質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，對于土地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)安全和環(huán)境保護(hù)非常重要。因此，需要重視土壤基質(zhì)的研究和改良。目前，土壤基質(zhì)的質(zhì)量普遍較低，其中不僅存在一定程度的污染和腐化，而且土壤中的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量也較低，種植作物的產(chǎn)量和品質(zhì)較差。土壤基質(zhì)的改良可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)，例如添加有機(jī)質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)以增加土壤的肥力，通過微生物等方式改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤酸堿度等。在進(jìn)行土壤基質(zhì)的改良時(shí)，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況制定相應(yīng)的改良措施。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對土壤基質(zhì)的監(jiān)測和評價(jià)，促進(jìn)土壤的可持續(xù)利用和保護(hù)。

基于以上結(jié)論，本文提出了以下建議，一方面，應(yīng)該采取措施加強(qiáng)土壤基質(zhì)的改良，提高土壤的質(zhì)量和效益，為植物的生長發(fā)育提供必要的條件和保障。另一方面，還應(yīng)該積極推廣土壤基質(zhì)的改良技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，提高人們對土壤基質(zhì)重要性的認(rèn)識和了解，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。總之，土壤基質(zhì)與土壤基質(zhì)的改良是一個(gè)十分重要的研究領(lǐng)域，今后需要進(jìn)一步深入研究，探索更加有效的改良方法和技術(shù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)做出更加積極的貢獻(xiàn)。