不同土壤调理剂对城市搬迁地土壤pH值影响研究

徐 冰 张 峰 梁 晶

以上海某搬迁地土壤为研究对象，通过室内模拟实验和田间实证实验相结合的方式，研究不同土壤调理剂对搬迁地土壤pH值的影响，并分析评价了施用土壤调理剂的经济成本。结果表明：添加硫酸亚铁、硫酸铵、磷酸二氢钾等土壤调理剂能显著降低搬迁地土壤pH值，且混施较撒施更有助于降低土壤pH值；若以改良1 m3土壤为例，混施4 kg/m3硫酸亚铁对土壤pH值降低效果较好。研究可为城市搬迁地园林绿化土壤改良提供技术支撑和指导。

土壤调理剂；搬迁地；土壤pH值；降低

随着我国对城市生态环境质量要求的不断提升，国家林草局高度重视城市林业领域开展的生态修复和国土绿化工作。土壤作为植物生长的载体，其质量与植物长势、景观效果息息相关，尤其是土壤酸碱度（pH），土壤pH值过高对植物的生长发育会造成不良影响，即使有丰富的营养物质，其可吸收程度也很低。

受成陆因素的影响，上海土壤多呈碱性或强碱性，如方海兰等研究表明上海新建绿地土壤pH值平均值为8.36±0.51[1]。而且，伴随着城市的进一步发展，园林绿化多建在城市困难立地上（如城市搬迁地等），如上海已批未建绿地中有70%将建设在困难立地上[2]。通过对上海搬迁地的调查研究发现，土壤pH均值高达8.78[3]，这是影响城市搬迁地园林绿化植物种植的主要障碍因子之一。

目前虽然对不同调理剂改良土壤pH值的研究较多[4-6]，但对其开展动态变化研究以及实证研究的较少。因此，本文以上海某搬迁地土壤为研究对象，通过室内模拟实验和田间实证实验相结合的方式，研究了不同土壤调理剂对搬迁地土壤pH值的影响，并分析评价了施用土壤调理剂的经济成本，以期为城市搬迁地园林绿化土壤改良提供技术支撑和指导，构建城市困难立地绿化造林科技创新体系，全面提升城市困难立地绿化造林科技支撑水平。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

试验中所用的土壤为上海某搬迁地土壤（为灰潮土），多点采集0～20 cm表层土壤混合后带回实验室，将土壤剔除植物根系及砾石等杂物后自然风干，磨细过2 mm筛备用。供试土壤的pH为8.60，电导率（EC值）为0.24 mS/cm，有机质含量为1 1.4 g/kg。

所用土壤调理剂分别为硫磺、磷酸二氢钾、柠檬酸、硫酸亚铁、硫酸铵、腐殖酸、过磷酸钙和石膏，基本性质见表1。

表1 土壤调理剂基本性质

表2 培养实验设置

1.2 实验方法

1.2.1 室内培养

称取上述备用灰潮土800 g于1 L玻璃培养瓶中，并按表2将不同调理剂分别加入培养瓶，混合均匀后，将土壤含水率调至田间持水量的60%～65%，室温条件下培养75 d；同时设不添加土壤调理剂的对照（CK），共25个处理，每个处理设置3个重复，于培养试验的1 d、3 d、7 d、10 d、15 d、45 d和75 d进行土壤样品采集，土壤样品自然风干后测定土壤pH值。

1.2.2 田间实证

在室内实验的基础上，选择获取简单、材料质量稳定、价格适宜且改良搬迁地土壤pH较好的调理剂硫酸亚铁、硫酸铵和磷酸二氢钾进行田间验证实验研究。实验采用表面撒施（撒施）和0～30 cm土壤混拌（混施）2种方式。具体为：每种处理设置面积1 m2的微区实验，硫酸亚铁和磷酸二氢钾添加量均为1 200 g/m2，硫酸铵添加量为1 500 g/m2，同时设不添加土壤调理剂的土壤为对照（CK），共7个处理，每个处理设置8个重复。实验于2020年10～12月进行，共进行60 d，每10 d对土壤多点取样（取样深度为0～30 cm），混合后自然风干磨细过2 mm筛用于土壤pH的测定。土壤pH采用pH值计进行测定（水土比为2.5∶1）。

2 结果与分析

2.1 不同调理剂对土壤pH的影响

2.1.1 硫磺

从图1可以看出，施用硫磺后，土壤pH值整体呈现降低趋势。尤其是培养15 d后，添加4 g硫磺时，土壤pH值降低最明显，pH从8.60降低至7.09，这主要是由于硫磺施入土壤后在微生物的作用下氧化成SO42-，并释放氢离子，致使土壤酸化[7]。此外，随着硫磺添加量的增多，土壤pH值下降明显。虽然随着培养时间的增加，土壤pH值有增加的趋势，但至培养实验结束时（75 d），添加硫磺的3个处理，土壤pH值均符合《绿化种植土壤CJ/T340-2016》的限值要求。

1. 不同添加量硫磺对土壤pH值的影响

2.1.2 磷酸二氢钾

与CK处理相比，添加磷酸二氢钾的处理土壤pH值降低明显，但随着培养时间的增加，土壤pH值有逐渐升高的趋势（图2），且土壤pH的降低幅度与磷酸二氢钾的添加量成正相关关系。这主要是由于磷酸二氢钾施入土壤后，电解作用下会释放出大量H+，水解作用下会释放出OH-，且电解作用强于水解作用，H+的释放量大于OH-，从而导致土壤pH降低[8]。与添加硫磺处理相似，随着磷酸二氢钾添加量的增多，土壤pH值下降越明显，且所有添加磷酸二氢钾的处理土壤pH均符合标准限值要求。

2. 不同添加量磷酸二氢钾对土壤pH值的影响

2.1.3 柠檬酸

由图3可知，与添加硫磺、磷酸二氢钾处理不同，添加3种不同量柠檬酸的土壤pH值变化都呈明显下降后再上升的趋势。其原因可能是虽然柠檬酸水解后产生较多H+，但因柠檬酸属酸性易挥发物质，随着培养时间的增加，土壤中柠檬酸含量大大降低，土壤pH则增加[9]。但就不同添加量而言，仍存在随着柠檬酸添加量增多，土壤pH值下降反而增加的趋势。

3. 不同添加量柠檬酸对土壤pH值的影响

4. 不同添加量硫酸亚铁对土壤pH值的影响

2.1.4 硫酸亚铁

添加硫酸亚铁至土壤后，土壤pH值变化呈先降低后增加的趋势。但在培养期间，所有添加硫酸亚铁的处理土壤pH值均低于现行的行业标准限值要求，如添加3 g、6 g和12 g硫酸亚铁培养75 d后，各处理土壤pH值分别下降了0.67、0.82和1.15，但硫酸亚铁添加量为3 g和6 g的处理土壤pH值降低幅度差异不显著。这主要是由于硫酸亚铁属于速效肥，施入土壤中的硫酸亚铁经水解氧化后会产生H+和Fe(OH)3，H+可以中和土壤碱性，从而降低土壤的pH值[10]。

2.1.5 硫酸铵

从图5可以发现，培养15 d后，添加不同量硫酸铵的处理土壤pH值均可由原来的8.6降至7.28～7.43的范围内。与添加其他土壤调理剂的处理不同，添加硫酸铵后，土壤pH值降低明显，且在培养过程中保持较平稳趋势，这是因为硫酸铵属于生理酸性速效肥，其水解后会释放出H+，能中和土壤碱性，降低土壤pH值[11]。对比3种添加量的硫酸铵处理，培养1 d时，各处理土壤pH值分别降低了1.04、1.05和1.24；培养75 d时，各处理土壤pH值分别降低了1.23、1.40和1.05。通过配对T检验，同一处理下，培养1 d和培养75 d的土壤pH值降低幅度差异不显著。

5. 不同添加量硫酸铵对土壤pH值的影响

2.1.6 腐殖酸

从图6可知，添加不同量腐殖酸后，土壤pH值的变化趋势与添加柠檬酸相似[12]，随着时间的增加土壤pH值呈先降低后升高的趋势。其中，培养第10 d时添加量为2 g的处理，土壤pH值下降最多，降低了0.95，但腐殖酸不同添加量之间没有明显差异。经过75 d的培养实验，3种添加量的腐殖酸处理土壤pH值分别为7.95、7.91和8.15，符合标准限值要求。

6. 不同添加量腐殖酸对土壤pH值的影响

2.1.7 过磷酸钙

已有研究表明，过磷酸钙对土壤碱性的治理效果良好[13]，通过图7可以得知，过磷酸钙添加量不同，其对土壤pH值的影响呈先下降后上升再趋于稳定的趋势。这是因为过磷酸钙属于速效肥，初期对土壤影响显著，7～75 d土壤改良效果较为稳定。过磷酸钙添加量对土壤pH值降低幅度的影响较小，不同处理间差异不显著（p＞0.05）。

7. 不同添加量过磷酸钙对土壤pH值的影响

2.1.8 石膏

如图8所示，添加石膏后，土壤pH值总体呈先增加后趋于稳定的趋势。在培养75 d后，3种添加量的石膏处理土壤pH值分别为7.60、7.53和7.50，较CK分别降低了1.0、1.07和1.1。这主要是由于石膏加入土壤后，其溶解产生的Ca2+置换土壤胶体中的Na+，从而降低土壤的pH值[8,14]，但石膏不同添加量对土壤pH值的降低效果差异不显著。

8. 不同添加量石膏对土壤pH值的影响

2.2 田间验证实验

虽然8种不同土壤调理剂均能在一定程度上降低土壤pH值（表3），但硫磺属于易制爆产品，过磷酸钙和石膏的添加量较大需要投入成本较高。磷酸二氢钾、硫酸亚铁和硫酸铵3种不同添加量实验显示，即使添加量最小的处理，其对土壤pH降低效果也较好，因此本研究选取磷酸二氢钾、硫酸亚铁和硫酸铵进一步开展撒施和混施2种施用方式的田间验证实验研究，磷酸二氢钾、硫酸亚铁和硫酸铵的施用量分别为3 g、3 g和4 g。

表3 培养75 d后不同土壤调理剂对pH值降低幅度的影响

实验结果表明，撒施3种调理剂60 d后，硫酸亚铁对土壤pH值的降低效果最明显，pH值为5.01±0.72，其次为磷酸二氢钾，pH值为6.22±0.54，硫酸铵效果最差为7.14±0.35（图9）；而混施3种调理剂60 d后，硫酸亚铁和硫酸铵均较对土壤pH的降低效果明显，pH值分别为6.04±0.72和6.10±0.68，磷酸二氢钾对土壤pH值的降低效果较差，pH值为7.30±0.35（图10）。

9. 撒施不同土壤调理剂60 d后对土壤pH值的影响

10. 混施不同土壤调理剂60 d后对土壤pH值的影响

2.3 不同调理剂成本分析

室内培养实验和田间验证实验结果均表明，硫酸亚铁、硫酸铵和磷酸二氢钾均对降低土壤pH值具有较好的效果。以混施方式改良1 m3土壤为例（表4），添加4 kg硫酸亚铁，降低土壤pH值0.41～2.28，成本为6.4 元/m³；加5 kg硫酸铵降低土壤pH值为0.45～2，成本为7.5 元/m³；加4 kg磷酸二氢钾降低土壤pH值0.21～0.69，成本为39.2 元/m³。综合而言，硫酸亚铁为较好的土壤改良剂。

表4 不同添加量土壤调理剂降低土壤pH值的成本分析

3 小结

本研究表明添加硫磺、磷酸二氢钾、硫酸亚铁、硫酸铵等土壤调理剂均能降低土壤pH值。但添加柠檬酸、腐殖酸、过磷酸钙和石膏处理土壤的pH值呈现出短期内下降后期升高的趋势；硫磺、硫酸亚铁、硫酸铵和磷酸二氢钾处理土壤的pH值变化较平稳；硫酸铵对pH值降低效果最好。选取硫酸亚铁、硫酸铵和磷酸二氢钾进行的2种不同施用方式田间验证实得知，硫酸亚铁与土壤混施后对土壤pH值降低效果更好。因此，结合园林绿化土壤改良实际需求，混施4 kg/m³硫酸亚铁对降低土壤pH值效果最好，且成本较其他调理剂更优于城市困难立地绿化造林，符合我国城市林业发展趋势，能够为上海和长三角，乃至全国提供具有先进性、操作性的有用经验，有效推进城市困难立地绿化林业科技工作快速发展。