下一個新型肥料熱點——土壤調理劑綜述
一、土壤問題
土壤退化是指人類對土壤的不合理利用，而導致的土壤質量和生產(chǎn)力下降的過程。目前，隨著人口、環(huán)境資源的矛盾日益突出，土壤退化已經(jīng)成為全球性的重大問題，例如長期施肥導致的土壤酸化、土壤鹽漬化、土壤除草劑藥害等問題。根據(jù)不同土壤問題，選擇合理的土壤改良對策，進而提高作物產(chǎn)量及品質，成為當前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展需要解決的重要問題。
1.1 土壤酸化
我國的酸性土壤主要分布在長江以南的廣大熱帶和亞熱帶地區(qū)和云貴川等地，面積約為2.04×108 hm2，大部分土壤的pH 值小于5.5，其中很大一部分小于5.0，甚至是4.5。土壤酸化是指土壤內(nèi)部產(chǎn)生和外部輸入的氫離子引起土壤pH值降低和鹽基飽和度減小的過程。土壤酸化是一個速度非常緩慢的自然過程。但是，最近幾十年來，由于人為活動的影響，土壤的酸化進程大大加快。其中酸沉降和不當?shù)霓r(nóng)田施肥措施（過量施用銨態(tài)氮肥）是土壤酸化加快的主要原因。
根據(jù)上個世紀80年代初全國第2次土壤普查，煙臺、威海的棕壤蘋果園，土壤pH值大部分為6.4-7.2，是比較適合栽培蘋果的。但是，經(jīng)近10年的調查，有不少果園土壤pH值已低于5.5，個別果園酸化更加嚴重，土壤pH值已不足4.0。因此，蘋果樹爛根現(xiàn)象嚴重，一些弱寄生菌病害加重(如蘋果腐爛病等)，嚴重影響果樹的穩(wěn)產(chǎn)、豐產(chǎn)以及果實品質的提高。
影響土壤酸化的人為因素主要有兩方面，一是酸性氣體的大量排放，導致酸沉降的增加。排放到空氣中的SO2 和NOx，有一部分直接滲入地表形成干沉降，另一部分經(jīng)過一系列的化學反應最后形成強酸H2SO4 和HNO3，雨水pH 隨之下降形成酸雨；還有一個因素就是不當?shù)霓r(nóng)業(yè)措施，如大量化學肥料特別是銨態(tài)氮肥的使用、豆科作物的種植、不當?shù)氖┓柿亢褪┓史绞健⒆魑锸斋@移走土壤中的堿性物質等。
1.2 土壤鹽漬化及次生鹽漬化
依據(jù)《中國1∶100 萬土地資源圖》，土地資源數(shù)據(jù)集中國鹽漬土面積3630. 53 ×104hm2， 占全國可利用土地4. 88 %。全國耕地中鹽漬化面積920. 94 ×104hm2，占全國耕地面積6. 62 %。主要分布在東北、華北、西北內(nèi)陸地區(qū)以及長江以北沿海地帶。
在設施栽培條件下，由于速效性有機肥（如糞尿肥）和化肥用量大，設施棚室內(nèi)溫度高，蒸發(fā)量大，雨水淋溶作用少，隨著栽培年限的增加，耕層土壤鹽分積累嚴重，常引起不同程度的次生鹽漬化。
二、土壤改良產(chǎn)品和技術的發(fā)展
用于土壤改良的方法有很多，特別是用非金屬礦物，它除了本身含有改善土壤所必需的鈣、氮、磷、鉀以及各種微量元素之外，同時還具有特殊的物理化學性質，如陽離子交換性質、吸附性、酸堿性等特點，以此來改善土壤的物化性能，改良土壤的結構與性能，改善土壤的通透性等，使土壤能更好地適合作物生長。目前，世界各國利用非金屬礦物作土壤改良劑效果較好，并且也越來越受到重視。
國外對于非金屬礦物在土壤改良領域中的研究、應用開展的時間早，應用范圍廣，其中涉及到多種非金屬礦物。早在20世紀60年代以后，由于化肥和農(nóng)藥的大量使用，導致土壤中的肥效、藥效下降，并造成嚴重污染，因而土壤改良問題，引起世界各國的日益關注，一些國家加強了非傳統(tǒng)礦肥即非金屬礦物在土壤改良中的開發(fā)利用，而且研究和開發(fā)利用范圍日益擴大。迄今為止，在土壤改良中所涉及到的非金屬礦物接近60種，主要有膨潤土、石灰?guī)r、白云石、沸石及泥炭等，已形成以礦物肥料、改良劑、營養(yǎng)物質載體等為主的系列產(chǎn)品，在改良土壤方面成為促進農(nóng)業(yè)發(fā)展較為重要的物質條件。
同國外相比，我國在非金屬礦物用作土壤改良劑方面的研究、應用開展的時間比較晚，僅有近20多年的歷史，但發(fā)展十分迅速。特別是近幾年來，地礦、農(nóng)業(yè)部門以及科研機構在此方面都作了大量的工作，也取得了一些經(jīng)濟效益和社會效益。從已有的研究成果來看，我國對于非金屬礦物在土壤改良方面的應用主要還是用作礦物肥料，如使用沸石、海綠石、含鉀巖等作肥料或與化肥混合成微量元素肥料，已經(jīng)實現(xiàn)了農(nóng)作物增產(chǎn)增收的效果。
三、主要土壤改良劑介紹
開發(fā)利用天然礦物肥料作為土壤改良、調節(jié)劑，具有極其重要的現(xiàn)實意義。目前用作土壤改良調節(jié)劑的礦物或巖石主要有石灰石、白云巖、膨潤土、泥炭、泥炭藍鐵礦、蛭石、硅藻土、皂石、海泡石等。這些礦物或巖石常具有特殊的物理性質，用于改良土壤，成效顯著。
1.1 石灰石
石灰?guī)r主要成分為碳酸鈣，富含堿性組分CaO、MgO，因此可用來改良酸性土壤，提高土壤肥力，改變土壤板結。
在酸性土壤中施用石灰或者石灰石粉是改良酸性土壤的傳統(tǒng)和有效的方法。使用石灰可以中和土壤的活性酸和潛性酸，生成氫氧化物沉淀，消除鋁毒，迅速有效的降低酸性土壤的酸度，還能增加土壤中交換性鈣的含量。據(jù)浙江省農(nóng)科院在紅壤地的田間試驗結果表明，用石灰?guī)r粉代替燒制石灰改良土壤能節(jié)約能耗94%，降低成本50%，提高產(chǎn)量8%～18%。施用石灰?guī)r粉可使12 種主要農(nóng)作物增產(chǎn)10%～95%，同時還能明顯改善作物品質，如使小麥蛋白質含量提高1.8%，棉花纖維長度增加2.1 毫米。施用石灰?guī)r粉還能降低油菜菌核病和小麥赤霉的發(fā)病率，提高土壤的pH 值，使土壤溶液中對作物有害的鋁轉變?yōu)闊o害的氫氧化鋁。農(nóng)用石灰?guī)r粉的粒度80%～90% 過20 目，20%～30% 過100 目為宜[7]。
根據(jù)土壤障礙因子，土壤嚴重酸化和鈣素嚴重缺乏，長陽土肥站開發(fā)試用了“活性鈣土壤調理劑”。該產(chǎn)品含CaCO3 96.0%，MgO 0.5%，F(xiàn)e 0.001%，pH 值8~10。其原理是中和土壤溶液中的H+，CaCO3 與水反應產(chǎn)生OH-，只有在土壤水分充足的條件下調理劑才產(chǎn)生化學反應，鈣與鋁產(chǎn)生置換，碳酸根與水反應形成碳酸和OH-，碳酸分解生成水和放出CO2↑，而土壤中的H+和OH-結合又形成水。只要土壤中有H+存在，CaCO3 就會不停地反應，從而提高pH 值。
1.2 白云石
白云石是碳酸鈣和碳酸鎂以等分子比的結晶碳酸鈣鎂[CaMg(CO3)2]，比較好的白云石一般含CaCO3 54%－58％，MgCO3 40%－45％；當MgCO3存在但含量低于40％時，一般叫做白云灰?guī)r，而方解石是含有100％的CaCO3。施用白云石改良酸性土壤可以避免因施用不均勻或施用量較大對作物生長造成的傷害，在有效提高土壤PH值的時候可以同時維持養(yǎng)分平衡。據(jù)美國有關專家介紹，改良酸性果園土壤可使用白云石灰，即含鎂的石灰，方法是在果園澆水的同時進行，將白云石灰放在果園入水口處，讓水先經(jīng)過白云石灰，然后流入園內(nèi)，這樣可以有效地中和土壤酸度，同時增加土壤鈣、鎂含量。一般666.7 m2使用量為150-200 kg。
白云石可以改良土壤酸性，且隨著白云石粉用量的增加，土壤pH 值和土壤的陽離子交換能力也增加；它還可以改善土壤物理性質，而且通過提高土壤的pH 值，可以避免鋁和錳對植物的可能毒害，改善其他營養(yǎng)元素的供應，促進植物根系的發(fā)育。同時，白云石粉可以防止鈣鎂比例失調而誘發(fā)植物缺鎂[8]。
白云石提高土壤pH 值的速度與白云石的粒徑有關，粒徑越小，提高土壤pH 值的速度越快，但是粉劑不利于施用，在國外一般粉碎后再團成顆粒。
施用白云石粉，有利于提高土壤養(yǎng)分的有效性，主要是因為它可以提高土壤pH值，降低堿解氮含量，增加交換性鈣、交換性鎂和速效鉀、水溶性硼、有效鋅的含量。據(jù)安徽省農(nóng)科院在酸性紅黃壤的田間試驗結果表明，施用白云石粉可以降低土壤交換性鋁的含量，提高土壤pH值和交換性鈣、鎂的含量，顯著提高作物產(chǎn)量，且有明顯的后效。施用白云石粉后第2 - 6季作物分別較對照增產(chǎn)21. 5% - 48. 6%、9. 4% - 16. 2%、10. 9% - 44. 6%、7. 9% - 22. 0%和 6.6% - 29. 8%。
1.3 膨潤土
膨潤土的主要化學成分為SiO2、Al2O3、H2O 及少量的MgO、CaO、Fe2O3 、FeO、Na2O、K2O 和TiO2等，主礦物是蒙脫石，具有層狀結構的含水鋁硅酸鹽礦物。它是由凝灰?guī)r或其他火山巖在堿性水的作用下形成的，富含動植物所需的常量和微量元素（K、P、Na 、Mg、Cu 、Mn 、Fe 、Zn 等），具有極強的陽離子吸著作用，是優(yōu)良的保肥材料。
膨潤土具有較強的保水能力以及良好的粘結性，對協(xié)調土壤的水、肥、氣、熱有良好的效果。在土地耕作上，利用膨潤土可以改善土壤結構， 吸收大量的水、肥、腐植酸、有機質，降低砂質土的孔隙度與滲透性，同時，其具有很強的離子交換能力，可使各種肥料以易吸收形式賦存于土壤中，實現(xiàn)養(yǎng)分和微量元素在土壤溶液與作物間的平衡交換。
膨潤土還可以改善酸性土壤，它能明顯地提高土壤的p H 值，而且隨著膨潤土含量的增加而升高；膨潤土能明顯地降低土壤活性酸含量，且隨著膨潤土含量的增加而降低。此外，膨潤土還能吸附毒性物質，阻止毒素進入作物。膨潤土作為土壤改良劑，除了用于農(nóng)田之外，目前用于沙質地或砂壤土的改良研究較多。膨潤土具有良好的抗?jié)B性、抗凍性、壓縮性固結性、對沙土的穩(wěn)定性、密實性、保水性，可以永久性抵消沙化土的種種缺陷。因此，在沙土中加入膨潤土，可以防止沙土中的水、肥流失，固結沙粒，有利于固沙植被生長，改善沙化土地的生態(tài)環(huán)境。
據(jù)日本專利公報昭56-52076介紹，關于粘土質礦物作為土壤的無機改良劑問題，經(jīng)多年研究后發(fā)現(xiàn)，在膨潤土礦物中，添加重量為4%～15% 的鎂化物，必要時可加工成顆粒狀，則長期保持改良后的性質，成為一種良好的無機土壤改良劑。
1.4 石膏
石膏的主要化學成分是CaSO4，石膏在改良土壤過程中主要起以下作用：（1）用石膏生產(chǎn)的肥料，施于土壤可起保氮、固氮作用，降低土壤堿性，可為缺鈣地區(qū)提供鈣、硫營養(yǎng)。（2）促進有機質分解，特別是硫可促進微生物對土壤中含氮物質的分解，加速氨化作用的進行。（3）對鹽堿地有明顯的改善效果，向堿性土壤中施加石膏粉時，石膏中的部分鈣取代土壤中的鈉，從而使土壤達到改良效果，同時也可以提高土壤的滲透性，在我國通常是用石膏做肥料，北方用石膏改良堿土。
四、發(fā)展前景及意義
隨著科技的日益進步，非金屬礦物在農(nóng)業(yè)領域中所起到的重要作用正逐漸為人們所認識，大量的研究和應用試驗表明，非金屬礦物在農(nóng)業(yè)領域中的土壤改良，農(nóng)用肥料等方面都發(fā)揮了重要作用，具有其他任何材料都無可比擬的特點和優(yōu)勢。同時，我國是世界上礦物資源比較齊全的國家之一，質優(yōu)量豐，分布廣泛，如：膨潤土23.27億t（濰坊市坊子區(qū)的儲量居全國第二），白云巖5035萬t，沸石8.85億t等，這些完全可以滿足我國的需要，為發(fā)展非金屬礦物在土壤改良以及在農(nóng)業(yè)領域中的應用提高堅實基礎。因此，非金屬礦物用于土壤的改良、治理的前景非常廣闊且具有重大的現(xiàn)實意義。
目前市面上以天然礦物作為土壤調理劑的產(chǎn)品主要是以CaCO3為主，例如某土壤調理劑，含 CaCO3 75％，有機質20％，腐殖酸10％，還含有殼聚糖、中微量元素等，包裝為25kg/包，批發(fā)1000元/噸，零售1500元/噸。長陽土肥站研制的活性鈣土壤調理劑，含CaCO3 96％，MgCO3 0.5％。以MgCO3為主的不多，而根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗，白云石在改善酸性土壤上的效果要好于石灰石，所以礦石在土壤調理劑方面值得開發(fā)利用。
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