土壤调理剂应用效应研究进展

骆 园，熊德中

(福建农林大学资源与环境学院，福建福州 350000)

土壤调理剂应用效应研究进展

骆 园，熊德中*

(福建农林大学资源与环境学院，福建福州 350000)

在国内外相关研究的基础上，综述了土壤调理剂的研究概况、主要原料及分类标准，系统地分析和讨论了土壤调理剂在土壤改良、植物生理以及生态环境中的功能和作用，并针对其发展中存在的问题进行了展望。

土壤调理剂；土壤结构；土壤生物；生物炭

土壤是人类最基本的生产资料，也是人类赖以生存的物质基础。但随着经济的快速发展，为了满足人类日益增长的需求，人们开始了各种不合理地利用土地甚至是破坏土地的行为。滥砍滥伐、占用耕地、化肥乱用、矿产资源乱挖等活动都导致了严重的土壤退化。据统计，目前全世界拥有耕地7.30亿hm2，但每年平均有大约500万hm2的耕地因土壤退化而不能生产粮食。预计到2050年，世界将有近6亿hm2的土地发生沙化，约200万hm2的灌溉土地发生盐渍化[1]。就我国而言，土壤退化总面积达到4.65亿hm2，占全国土地总面积的40%以上[2]，同时北方的土地沙化、盐渍化问题，南方的水土流失、酸化问题，以及土壤重金属和有机物污染问题，都已向人类发出严重警告。为了解决土壤问题，恢复土壤生产力，使土壤健康发展，土壤改良成为学者研究的对象。诸多研究表明，正确使用土壤调理产品改良土壤，可以有效缓解土壤退化问题。笔者在国内外大量相关研究的基础上，综述了土壤调理剂的研究现状、施用效果并提出了研究中存在的问题，以期为土壤调理剂相关研究提供参考。

1 土壤调理剂研究概况

普遍意义上，土壤调理剂也称为土壤改良剂，但前者对于无明显障碍因子的土壤也具有良好的增产效果，因此应用范围更广。土壤调理剂目前尚无统一定义，国内普遍上的定义是指加入土壤中用于改善土壤的物理、化学或生物性状的物料，用于改良土壤结构、降低土壤盐碱危害、调节土壤酸碱度、改善土壤水分状况或修复污染土壤等[3]。土壤改良产品种类繁多，有改良土壤结构的土壤结构调理剂、调节土壤酸碱性的土壤酸碱剂、防风固沙的固沙剂等。广义上来说，能对土壤起到改良作用的物料都可作为土壤调理剂。

早在农业社会，前人就从丰富的农业经验中总结出客土法、石灰改良法、秸秆还田等朴素实用的土壤调理方法，但随着人类对土壤利用的多元化，土壤的问题也渐变复杂。土壤调理剂的研究始于19世纪末，最开始是针对干旱、半干旱及盐碱地土壤[1]。20世纪50年代以前，学者主要利用天然的有机高分子化合物如纤维素、木质素、多糖类、腐殖酸类等物质作为土壤调理剂，但由于天然土壤调理剂易被土壤微生物分解，施用后释放的阳离子数量众多，对土壤有毒害作用，并且用量大、成本高，因此难以在生产中广泛应用，土壤调理剂的研究进入瓶颈。20世纪50年代后，随着人工合成技术的推广，土壤调理剂也进入到人工合成的新阶段。当时美国率先研究出一种叫做Krilium的高分子改良剂，它不但能促进土壤团粒结构的形成、提高土壤水稳性能，而且还具有耐降解能力，面市后受到相关研究工作者的密切关注[4]。随后前苏联、日本以及部分欧洲国家也相继研究开发出新型的人工合成改良剂，其中涵青乳剂、聚丙稀酰胺(PAM)的效果较明显[5]。随着人与自然矛盾的变化及高新技术的发展，土壤调理剂的生产原料和制作工艺也更加环保、低耗。在现代土壤调理剂的研究中，人们大多就地取材，利用农田或工业生产剩余的有机废弃物以及各种矿物、贝类作为土壤调理剂的原料，同时多种改良剂配合使用，以寻求最优效益。面对各种各样的土壤和环境问题，土壤调理剂也更加具有功能性和现实性，土壤结构改良剂、酸碱调节剂、保水剂等产品陆续应用于生产生活中。

2 土壤调理剂原料及分类

2.1 土壤调理剂原料土壤调理剂原料多种多样，主要包括：天然矿物类，如石灰石、蛭石、珍珠岩、石膏、沸石等；农业废弃物类，如作物秸秆、畜禽粪便、豆科绿肥、鱼产品下脚料等；工业废弃物类，如污水污泥、粉煤灰、碱渣、脱硫废弃物、造纸废弃物等；天然提取高分子化合物，如多糖、纤维素、腐殖酸、木质素等；生物类，如微生物菌种、菌根、蚯蚓等；人工合成高分子聚合物，如PAM、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)和脲醛树脂(UF)等；有机质类，如泥炭、碳、生物炭、木材等[4,6-7]。

2.2 土壤调理剂分类土壤调理剂尚无统一定义，由于产品众多、成分复杂，也很难对其进行严格的分类，为了便于理解和研究，我国学者主要按原料来源、功能用途和作用对象对其进行分类。按原料来源分为天然调理剂、人工合成调理剂、天然-人工共聚物调理剂和生物调理剂[7]。按功能用途分为土壤结构调理剂、土壤酸碱调节剂、土壤保水剂、用于绿化的土壤调理剂等。按作用对象分为沙田土壤调理剂、冷浸田土壤调理剂、渍涝田土壤调理剂等。

3 土壤调理剂的主要功能

3.1 改善土壤养分状况土壤养分含量与作物生长产量质量产生直接的联系，近年为了提高农业产量，国内广泛存在不合理的农业活动，如大量施用化肥、作物连作等，从而导致土壤养分流失、失衡及连作障碍问题日益严重，土壤肥力普遍下降。改善土壤养分状况、恢复土壤肥力是土壤调理剂的首要任务。大量研究表明，土壤调理剂能有效提高土壤有机质及营养元素。Huang等[8]通过对红壤地区的稻田施用绿肥、农家堆肥等有机改良剂发现仅仅施用NPK肥的土壤有机质储量与对照稻田无差别，而早稻施用绿肥、晚稻施用农家肥时土壤有机质达到最高水平，能显著提高土壤有机质储量。Huang等[9]在我国各水稻种植区选取11个试验点进行生物炭改良试验，结果表明生物炭对稻田的土壤有机质、全氮含量普遍具有促进作用，并且在施用N肥的基础上施用生物炭不仅可以保证土壤质量，还可以提高水稻产量。

3.2 改善土壤物理条件

3.2.1改良土壤结构。土壤结构直接影响土壤中水、气的比例，进而影响土壤的保水保肥性能，对植物生长具有重要意义。一般认为，团粒结构是最理想的土壤结构形态，是肥沃土壤的象征。泥炭、保水剂、PAM等土壤结构调理剂都对土壤结构有显著的改良效果，可促进土壤形成良好的土壤团聚体[10-11]。刘慧君[12]对内蒙古沙地燕麦种植区施用PAA-K、PAM等土壤调理剂，结果表明，0～60 cm的土壤容重均有所下降，并且显著提高了0～10、10～20、20～40 cm各土层大于0.25 mm的团聚体含量。Shawn等[13]在实验室条件下对已被破坏土壤结构的土壤进行研究时发现，土壤大颗粒的形成与真菌脂肪甲基酯有密切关联，而对土壤施入毛野豌豆、牛粪等改良物质可显著增加土壤的真菌数量和微生物有效碳，从而增加土壤的大颗粒数量，改善土壤结构。

3.2.2保持水土，防止水土流失。水土流失是当今世界普遍关注的土壤退化问题之一，我国由于其特殊的地形地貌和气候，加上不合理的土地利用，破坏了植被覆盖及土壤表层结构，水土流失问题极为严重[14]。但近几年的研究表明，喷施土壤结构调理剂可使表土的稳固性加强，从而起到保土、固土的作用[15]。于健等[16]在测试PAM对沙壤土入渗及侵蚀的影响的试验中发现，不同分子量和水解度的PAM均能提高土壤入渗率，降低土壤侵蚀量。何熙等[17]利用秸秆、膨润土及PAM等材料设计出的新型复合土壤改良剂对3种不同土壤进行改良，结果表明，改良材料均能显著提高3种土壤的田间持水力，其中秸秆对促进大粒级颗粒团聚具有显著作用，从而提高土壤的保水持水能力，防止土壤侵蚀。

3.3 改善土壤化学环境土壤胶体与土壤溶液之间时刻都在发生化学反应，土壤所有的外在性状表现全都是微观的土壤化学性质的反映，所以改善土壤化学性质是改良土壤的根本所在。土壤调理剂在调节土壤酸碱度和缓解土壤重金属污染方面取得了较大的进展。

3.3.1调节土壤酸碱度。在近10年的研究中发现，施用土壤调理剂能有效降低土壤酸度，提高土壤稳定性，恢复土壤肥力[18]。董稳军等[19]以南方典型冷浸田为研究对象，使用生物活性炭、脱硫灰、石灰、腐殖酸等调理剂对其进行改良。冷浸田由于长期渍水，微生物活性低，土壤呈强酸性，氧化还原电位强，施入改良剂后，脱硫灰和石灰能有效提高土壤pH，其中脱硫灰对降低土壤Eh也有显著作用。魏岚等[20]研究表明利用碱渣、菇渣、污泥、泥炭等土壤调理剂均能提高土壤pH，降低酸性土壤交换性铝含量，提高土壤有机质、交换性钙、交换性镁含量。

在对盐碱地进行改良的研究中，纪立东等[21]利用BGA土壤调理剂对宁夏盐碱障碍性土壤进行改良，结果表明，与空白对照和配方施肥相比，施用BGA土壤调理剂有效改善了土壤理化性质，土壤中水稳性团聚体质量数量、土壤孔隙度均有所增加，土壤pH、碱化度和全盐含量均有所降低，有效提高了枸杞的质量和产量。王元等[22]利用专用土壤改良剂YNEC对受盐迫害的早熟禾的土壤进行改良，结果表明YNEC能够调控并降低土壤盐迫害，提高草坪草在盐碱地的适应能力。

3.3.2缓解土壤重金属污染。宋伟等[23]整理收集了我国土壤重金属污染的案例资料，建立了我国138个典型区域的耕地土壤重金属污染数据库，并测算了我国耕地的土壤重金属污染概况。数据显示，我国耕地的土壤重金属污染概率为16.67%，据此推断我国耕地重金属污染的面积约占耕地总量的1/6。由此可见，土壤重金属污染问题已成为我国严重的环境问题。在对土壤施用调理剂的过程中，学者发现通过离子间的交换、吸附、沉淀等钝化作用[24-25]，某些调理剂可以改变重金属在土壤中的存在形态，降低其在土壤中的生物有效性，缓解其威胁[26]。Zhou等[27]利用石灰岩和海泡石调理剂、羟基组氨酸和沸石调理剂对已被污染的水稻土进行改良，结果表明，2组调理剂减少了可交换重金属离子和萃取的重金属浓度，明显抑制了Pb、Cd、Cu和Zn在水稻中的吸收和富集。Luke等[28]利用堆肥和生物炭调理剂，探索调理剂对矿山的重金属污染土壤中砷的影响，结果发现，由于调理剂溶解的有机质控制了金属的迁移性，大量诱导了孔隙水中砷的溶解，生物炭最大程度地降低了有效金属的浓度。

3.4 改善土壤生物条件土壤生物是土壤生命力的重要部分，土壤中生物与微生物的多样性为维持土壤肥力、构造土壤结构作出了巨大贡献。土壤生物不仅是土壤有机质的分解者、土壤营养循环的促进者，土壤中蚯蚓、蚂蚁等大型动物为土壤营造的孔洞、通道、颗粒更是对土壤中空气和水的传输产生了重要影响[29]。只有保持土壤中的生物多样性才能保证整个土壤圈的正常运转。而面对土壤生境的破坏，土壤生物多样性的日趋减少及土壤的退化，保持土壤的生物功能和多样性也受到越来越多的关注与研究。孙蓟峰[4]在研究麦饭石、硅钙矿、牡蛎壳和蒙脱石4种调理剂对土壤生物特性的影响时发现，施用牡蛎壳调理剂后，土壤碱性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性均得到显著提高；而施用硅钙矿调理剂后，土壤微生物总量与对照相比提高了64.1%，施用效果明显。Chen等[30]对我国四川的水稻田进行生物质炭的改良，发现在分别施入生物质炭20和40 t/hm2的情况下，土壤细菌的16S rRNA的基因复制数量分别显著增加了28% 和64%，而土壤真菌的18S rRNA基因复制数量分别显著减少了35% 和 46%，从而增加了土壤细菌数量，减少了土壤真菌数量，改变了土壤微生物种群构成。

3.5 改善植物农艺性状和生理作用

3.5.1改善植物农艺性状。提高作物质量产量一直是农业活动的最终目标，诸多研究表明施用土壤调理剂能有效改善植物的农艺性状，提高作物质量与产量。薛超群等[31]通过田间试验研究了Agri 土壤调理剂不同用量(0、3.75、7.50、11.25、15.00 kg/hm2)对烟叶香味物质、感官质量和经济性状的影响。结果表明，随土壤调理剂用量的增加，烟叶美拉德反应产物、类胡萝卜素、降解产物、芳香族氨基酸降解产物、总香味物质含量和香气质量有所提高，烟叶产量也显著增加。刘素云等[32]利用土壤调理剂产品、聚丙烯酰胺、腐殖酸3种改良剂对植烟土壤进行改良试验，结果表明，3种改良剂均能提高烟叶中Zn的含量，并且显著增加了中上等烟的比例以及烟叶产量。

3.5.2改善植物生理作用。通过了解植物的生理状况可以了解植物的健康情况，植物生理的各项指标是评价植物健康的有效手段。任胜超[33]于2010年在湖北恩施使用土壤调理剂对植烟土壤进行改良，结果发现在烟草生长的各个阶段，土壤调理剂的施用均能够显著提高烟株的光合色素含量水平，同时可以显著提高烟株叶片(35～65 d)的保护酶活性，提高该时期叶片抵御外界逆境的能力。张宾宾[34]在对沙地植物进行土壤改良试验时发现，通过施加天然粘土矿物和污水污泥复合而成的新型环保改良剂能够在不同程度上提高杨柴、柠条、沙柳、欧美杨的光合速率和叶水势，降低4种树叶片的蒸腾速率和气孔导度。

3.5.3防止土传病害。土传病害是指病原体如真菌、细菌、线虫和病毒随病残体生活在土壤中，条件适宜时从作物根部或茎部侵害作物而引起的病害。土传病害往往是由于施肥不当或作物连作所导致，严重影响作物的质量和产量。孙文哲等[35]发现改变传统施药方式，施用丛枝菌根、商业产品“山佰松”、甲壳索等生物调理剂能够增强植物的抗病性，抑制和减少病原菌入侵和繁殖的机会，从而防止土传病害。叶枯病是大蒜的常见病害，多发于大蒜连作地区，会直接导致作物减产。周红梅等[36]在山东济宁大蒜种植区进行土壤改良，发现施用麦饭石、牡蛎壳、蒙脱石、硅钙矿和有机肥5种调理剂不但能够明显改善土壤的理化性质，而且大蒜叶枯病的发病率相比对照也明显降低，从而保证了大蒜的产量。

4 土壤调理剂应用发展中存在的问题

土壤调理剂对农业生产、环境保护等各方面均具有积极的作用，推广土壤调理剂在实际生产中的运用是必行之路。然而在推广的过程中仍有许多问题亟待解决。

4.1 潜在风险问题出于“绿色环保”的制作理念，土壤调理剂很大一部分是对废弃物进行资源化利用，但许多废弃物本身自带的化学元素施入土壤后很可能造成土壤的污染[4]。例如，粉煤灰是工业生产中排放出的大气污染物，施入土壤后有明显的增湿作用，同时由于其富含硼，它还是油料作物的良好肥源，施用粉煤灰改良的土壤上生长的油料作物的产量及品质均有明显提高。但是粉煤灰所携带的重金属元素以及天然放射性核素可能会导致土壤污染和生态环境的放射性污染，存在一定的风险，因此施用时需明确用量，并进行长期的定位跟踪监测[37-38]。

4.2 用量及施土配方土壤调理剂普遍存在用量问题，用量太少，改土效果不明显；用量太多，成本提高，造成浪费甚至土壤板结等问题[39]。目前各种调理剂都存在测土配方及用量不明确的问题，因此如何配方施用以及施用量是目前研究的重点。

4.3 土壤调理剂成本问题对于农民来说，成本是他们考虑的首要问题。而土壤调理剂普遍存在成本偏高的问题，这无疑会加重农民的投入成本，是土壤调理剂推广过程中面临的最大考验[1]。改进调理剂的生产技术，尽量就地取材，完善土壤调理剂的功能，最大程度地降低生产成本，才是解决土壤调理剂成本问题的关键。

4.4 缺乏规范的评价及分类标准由于土壤调理剂的来源众多，产品也良莠不齐，因此很难建立完整规范的评价体系和分类标准，给使用者造成了选择上的困难[11]。对此，各地的研究人员应该有针对性地就土壤养分失衡、结构不良、水分失调等各方面土壤问题研发产品，国家管理人员应该加强对土壤调理产品知识产权的保护，严格审查专利的成分及效果，同时对产品进行系统的分类和定义。

4.5 安全质量问题伴随着新产品的出现，假冒伪劣产品必然会陆续出现在市场上。针对假冒伪劣产品，相关质检部门应加强市场监管，安排不定期监督抽查和质量检验，发现问题立即曝光，以净化土壤调理剂市场[40]。

5 结语

面对各种土壤退化问题及粮食危机，土壤调理剂已经在粮食生产、环境保护、绿化生态等各方面发挥出了它的优越性并得到越来越多的关注和研究。针对上述提出的土壤调理剂发展中存在的问题，若能切实有效地改进创新土壤调理剂的生产技术，规范完善土壤调理剂的系统管理，土壤调理剂必然能发挥出更大的优越性并具有更广阔的应用前景。

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The Research Advance in Application Effect of Soil Conditioners

LUO Yuan, XIONG De-zhong*

(College of Resource and Environment, Fujian Agricultural and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350000)

Based on the relevant studies at home and abroad, the general situation, main material and classified standard of soil conditioners were reviewed, the functions of soil conditioners on soil improvement, plant physiology and environment and ecology were discussed, aiming at the problems, the prospect was forecasted.

Soil conditioners; Soil structure; Soil organism; Biochar

福建省烟草公司资助项目(2013.65)。

骆园(1991-)，女，湖北黄石人，硕士研究生，研究方向：植物营养学。*通讯作者，教授，从事植物营养与施肥研究。

2015-03-23

S 156.2

A

0517-6611(2015)13-077-03