表面活性剂类土壤改良剂对耕地土壤质量的影响过程研究

梁典雅，许迪豪，卢洁文，胡 峥

（华南农业大学，广东 广州 510642）

土壤结构是土壤肥力的重要基础，土壤结构改良剂是改善土壤结构、提高农业生产力的重要手段之一[1]，它包括高分子类、有机类、矿物类和其他结构改良剂[2]。土壤结构改良剂具有调节土壤酸碱度、提高土壤保水保肥能力、稳定并促进团粒结构的形成、降低土壤重金属污染等功能[3，4]。潘金华等人研究表明施用结构改良剂能增加土壤孔隙度、降低土壤容重、调节土壤水分[5-7]，吴大付等人表明聚丙烯酰胺和和羧甲基纤维素能够降低土壤对磷的吸附固定，提高土壤磷的有效性[8]。龙明杰等人发现高聚物类结构改良剂能稳定土壤水稳性团粒结构，增强土壤对NH4+和K+的吸附能力，提高土壤保肥能力[9]。本研究选用市售表面活性剂类土壤改良剂，研究其对土壤性质的影响，为缓解土壤退化、保障我国农业生产活动提供有力支持。

1 材料与方法

1.1 试验方法

采集某工矿污染造成的酸性中度污染农田土壤。采样深度为0～20 cm。供试土壤性质见表1。

表1 供试土壤理化性质Tab.1 The physical and chemical properties of tested soil

本研究选择河南省火车头农业技术有限公司生产的土壤结构改良剂作为研究对象：其主要原料为 “脂肪酸甲酯磺酸钠、聚氧乙烯失水聚醇硬脂酸酯” （用SAA替代，两种原料均为表面活性剂，且聚氧乙烯失水聚醇硬脂酸酯为高分子聚合类表面活性剂）。SAA的pH值为3.72；改良剂SAA的Cd含量为1.05 mg/kg，Pb含量为126.93 mg/kg。采用10 cm×15 cm的培养盒，每盒装土3.0 kg，改良剂按土壤质量的0.5%施用。培养试验设置对照组CK和编号SAA共2个处理，每个处理设4个重复。试验在暗室中进行，温度控制在（25±2）℃范围内；每2～3 d加1次去离子水，通过称重法补足水分，使土壤水分含量保持在最大田间持水量的60%～70%。试验设置8个取样时间点，分别于培养前以及培养后的第5 d、10 d、15 d、20 d、30 d、40 d、60 d、90 d时间点进行取样。

1.2 指标测定与分析

土壤改良剂pH测定参考NY/T 1973-2010，重金属Cd、Pb的测定参考HJ 832-2017。土壤pH值测定参考NY/T 1121.2-2006；土壤有机质用重铬酸钾容量法—外加热法；土壤碱解氮用碱解扩散法；土壤有效磷用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提-紫外分光光度计法；土壤速效钾用1.0 mol/L乙酸铵浸提-火焰光度计法；土壤Cd、Pb全量的测定用同改良剂重金属测试方法，土壤有效态Cd、Pb用CaCl2-DTPA提取剂浸提参考GB/T 23739-2009，测定用电感耦合等离子发射光谱仪（ICPAES）；土壤水稳性团聚体采用湿筛法，选取2 mm、1 mm、0.25 mm、0.053 mm孔径，室温条件浸泡5 min，振荡2 min，振荡速度为30次/min，振幅为3cm。

用湿筛后粒径＞0.25 mm团聚体（称为土壤大团聚体）含量（R0.25）和团聚体平均质量直径（MWD）来表征不同粒径土壤团聚体的水稳性。

首先计算i粒径团聚体质量所占的比例wi，具体计算公式如下：

式中：wi——为湿筛后的粒径团聚体总质量；i——可为＞2，2～1，1～0.25，0.25～0.053，＜0.053 mm。

然后根据各粒径团聚体wi，具体计算公式如下：

式中：Mr＞0.25——粒径＞0.25 mm团聚体的总质量。

用某一指标值的变化率δ表示该指标的变化情况：

ASAA——改良剂处理组某指标的测定值；A0——对照组某指标的测定值。

数据用Microsoft Excel 2021和SPSS 25进行作图与单因素方差分析。

2 结果

2.1 结构改良剂对土壤水稳性团聚体的影响

经改良剂SAA处理后，相比5 d，土壤大团聚体含量在10 d、30 d明显增加，在40 d、90 d有所增加但并不显著，详见表2。

表2 不同时间各处理土壤大团聚体（R0.25 mm）含量变化率（δ）Tab.2 The change rate of soil macroaggregate(R0.25 mm)content in dif‐ferent treatments at different times %

2.2 结构改良剂对土壤化学指标的影响

经改良剂SAA处理后，相比5 d，第10 d到90 d，土壤pH总体上呈上升趋势，土壤有机质含量及有效磷含量无明显变化，土壤速效钾含量、碱解氮含量显著增加，但土壤阳离子交换量并无显著差异。在90 d，改良剂SAA提高了土壤有机质，且与对照相比，在培养过程中土壤阳离子交换量均有提高但取样间并不显著，详见表3。

表3 不同时间各处理土壤化学指标的变化率（δ）Tab.3 The change rate of soil chemical indexes of different treatments at different times %

2.3 结构改良剂对土壤Cd、Pb活性的影响

经改良剂SAA处理后，与第5 d相比，第90 d土壤有效态Cd含量的变化率升高但不显著，有效态Pb含量的变化率降低，表明与对照相比，SAA总体上降低了Pb的有效性，对Cd的有效性无明显影响，详见表4。

表4 不同时间各处理土壤有效态Cd、Pb的变化率（δ）Tab.4 The change rate of available Cd and Pb in different treatments at different times %

3 讨论与结论

土壤大团聚体的数量是反映土壤肥力的一个重要指标。聂天宏等研究表明高聚物能够吸附分散的土粒，促进团粒结构的生成[6]。马征等研究表明表面活性剂类改良剂能增加土壤水稳性大团聚体的数量，并提高土壤含水率[10]。由结果来看，土壤大团聚体含量有所增加，土壤速效钾含量、碱解氮含量显著增加。有研究表明，聚合物能够提高土壤对NH4+和K+吸附能力，提高土壤碱解氮和速效钾含量，降低土壤酸度[9]。丁宁等研究表明鼠李糖脂表面活性剂对土壤中的Pb的去除率高于Cd，但月桂基醚硫酸钠表面活性剂对Cd的去除率略高于Pb[11]。但在第20 d、40 d和第60 d，土壤有效态Cd显著增加。有研究表明，表面活性剂能够去除土壤中的重金属离子，但在多种重金属离子存在时，表面活性剂的去除作用会降低[12]。

综上所述，SAA属于表面活性剂类土壤改良剂，试验结果表明：①土壤改良剂SAA在一定程度上能促进土壤大团聚体的形成；②SAA能调节土壤酸碱度、增加速效钾、碱解氮的含量；③SAA能降低有效态重金属Pb的含量，但有增加有效态Cd的含量的风险。