木醋液改良盐碱土的研究进展

于贝贝，何莉莉，杨生茂，刘淑英

（1.甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃 兰州 730070；2.浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021；3.浙江省生物炭工程技术研究中心，浙江 杭州 310021）

0 引言

世界粮农组织在2013 年确定世界土壤日，2021年联合国为第八个世界土壤日确定的宣传主题是“防治土壤盐渍化，提升土壤生产力”。随着社会发展，土壤健康问题、土壤资源可持续管理问题逐渐受到广泛重视。盐碱土是盐土和碱土两类土壤的总称，其实质是土壤水分状况不良、盐类在垂直方向与水平方向不规则分布，从而导致表层土壤盐分含量高，盐碱化严重的地区，植物几乎不能生长[1-2]。全世界盐碱地面积为95 438万hm2，中国盐碱地面积为9 913 万hm2，我国已开垦种植的盐碱地约有576.84 万hm2，占现有耕地面积的4.27%，另外约有1334 万hm2可以开发利用，可利用总面积约占我国盐碱地总面积的19%[3]。我国盐碱地主要分布在西北内陆、黄河中上游、黄淮海平原、东北和沿海地区[4]。内陆地区多为硫酸盐碱土和氯化物盐碱土，因气候干旱，水分蒸发量高于降水量，土壤含盐量高达1%～4%；冲积平原主要以碳酸盐碱土为主；沿海地区盐分多来自大海以氯化物为主，海水倒灌、风力作用、气候因素促生盐碱化土壤。土壤干旱贫瘠促使大水灌田、施肥加量，人们不合理的肥水管理方式加剧了土壤次生盐碱化。盐碱土壤盐分含量高的地区不宜耕种而产生大面积闲置耕地。次生盐渍化土壤面积在增加，如果不重视对盐碱土壤的改良利用，盐碱土问题会逐渐对我国粮食安全和土地资源合理利用产生巨大威胁，甚至影响到农业生产力[5-6]。

盐碱土问题一直是影响农业生产的重要问题。工程技术[7-8]、化学改良剂技术[9-11]、生物治理技术[4，12]等改良盐碱性土壤的方法在不断被探索研究。木醋液又称生物质热解液，是低氧环境热解生物质产生的高含氧的液态水馏分，属于再生能源物质。木醋液作为一种新型的绿色投入品，价格低廉，回收利用可以有效促进资源循环利用，在保护生态环境、实践应用中具有很大优势[13-15]。近年来在盐碱土改良上的研究发现木醋液作为盐碱地改良剂使用的优势，木醋液可以降低盐碱土壤的pH[16-17]，对盐碱土具有降盐作用[18-19]，木醋液富含有机质，可调节土壤养分条件，改善盐碱土壤的微环境。

木醋液主要成分是水和有机化合物，另外含有少量的微量元素等[20]。各类树木枝干叶、作物秸秆、果壳、畜禽粪便等物料[21]均可通过热解炭化工艺冷凝回收提取木醋液。对热解气体进行冷凝回收和气液分离，通过蒸馏法、多层滤过法、活性炭吸附法、低温冷冻解冻法等方法精制提纯后的木醋液被广泛应用在各个领域。不同原料、不同工艺加工提取的木醋液组分及其占比各有不同[22]。近年来，木醋液已作为植物生长调节[23-25]、杀虫杀菌剂[26-28]、土壤改良剂被广泛应用于蔬菜、水果[29]、食用菌[30-31]、大田作物栽培[32-33]以及植物病虫害防治研究等方面[34-35]。木醋液能够降低土壤pH、EC（电导率）[36-37]，增加土壤易氧化碳、水溶性碳、水溶性氮、可溶性酚等含量。研究表明，施加5%浓度木醋液可提高土壤有机质、铵态氮和有效磷含量，降低硝态氮、有效铁和有效钾含量[38-39]。土壤有机质含量增加进而提高了土壤微生物数量和土壤酶活性。土壤养分和土壤微生物综合作用有效改善土壤微环境，固持土壤肥力（图一）。木醋液的利用可同时实现盐碱土改良和资源可持续利用，是环境友好型双赢策略。因此，本文归纳分析了近年来木醋液应用在盐碱性土壤的研究进展，以期为木醋液在盐碱地上的改良研究和应用提供思路方法。

图1 木醋液对盐碱土的影响过程

1 国内木醋液- 盐碱土相关论文分析

基于知网数据库（统计至2021 年12 月1 日），木醋液在盐碱地上的改良作用研究情况如图2 所示，从2014 年开始出现至今有25 篇。木醋液的自身性质及其在农林业生产、环境卫生等许多方面作用已被广泛研究，但在用于土壤改良尤其是盐碱土改良的研究相对较少。木醋液对土壤的改良作用逐渐被发现，绿色产品回收利用正在促进生态环境改善。

图2 国内木醋液- 盐碱土、木醋液- 土壤文献数量

2 木醋液对盐碱土物理性质的影响

盐碱地普遍存在土壤物理结构差的问题，土壤水盐运动状况是影响盐碱地土壤性质的重要因素，土壤孔隙度大小、持水能力以及导水性能影响着土壤中水和盐的运动状况。木醋液可以改善盐碱性土壤的物理性质。盐碱性土壤有机质含量偏低、不溶性磷酸盐累积影响到微生物活性、土壤团粒结构造成土壤板结，形成小孔隙土壤条件。王富[40]发现灌施高浓度的苹果枝木醋液可增加土壤＞0.25 mm 级别的水稳定性土壤团聚体的数目，这与李忠徽等[41]的研究结果一致；周文志等[38]在滨海盐碱地试验发现施加木醋液对土壤的容重和总孔隙度影响不明显，试验取得不同结果可能与木醋液的种类、浓度以及土壤本身对木醋液的反应效果有关；李明周等[42]在新疆阿拉尔地区施用棉秆木醋液，通过分析土壤水分特征曲线发现稀释800 倍的木醋液可增强土壤的持水能力，并且在稀释800 倍以下同时可以提高土壤水分扩散率。木醋液改良土壤在垂直方向上具有阻碍水分扩散的效果,在水平方向上效果不明显[43-44]。木醋液与其他土壤改良剂复配对盐碱土壤含水率、土壤容重有明显的改良效果。生物炭与木醋液复配对土壤容重具有明显的改善作用，生物炭本身能改善土壤结构，降低土壤容重[45]，木醋液虽然能影响土壤容重，但影响效果不显著，两者结合使用可以改善土壤物理性质，更高效地发挥木醋液的作用。生物炭与木醋液复配，提高了表层土壤的含水率，影响主要分布在0～20 cm，这可能是由生物炭施用后在土壤中所处位置决定的。

木醋液改良盐碱地土壤物理性质的机制可能是：木醋液本身含有大量的水分，碳酸盐类离子被木醋液所含有机酸溶解后随水淋溶下移，降低了土壤表层盐含量。木醋液所含的钙、镁离子交换了土壤胶体吸附的钠离子量，促进土壤颗粒的胶结，促进土壤团聚体的形成[46-47]。低浓度木醋液与土壤盐离子形成络合物有降盐的效果[48]。木醋液降低盐碱地土壤的水分扩散率，增强了土壤的持水能力[42-43]，从而改善了土壤结构。

3 木醋液对盐碱土化学性质的影响

土壤化学性质是衡量盐碱地土壤盐渍化程度和碱度的重要指标。木醋液对含盐土壤和碱性土壤的化学性质影响显著，对盐碱土改良具有广阔应用前景。木醋液呈酸性，含有多种有机酸。因制取工艺不同，木醋液原液的pH 值约在2～5 范围内[49]，这一性质使其在改良盐碱土方面具有天然的优势。木醋液施入土壤能降低土壤的pH 值，木醋液的种类、稀释倍数以及使用方式都会影响土壤pH 降低的效果[36-37，50]。杨木木醋液稀释50～300 倍后可以降低盐化潮土pH 0.17～0.34，稀释马尾松木醋液1～20 倍使滨州盐碱土土壤pH 降低在0.5～1 左右，效果显著[51]，但王富[40]发现当木醋液施入种植植物的土壤稀释低于25 倍时则会抑制植物生长，甚至导致植物死亡。因此，在稀释使用木醋液时应因地制宜选择使用方案。土壤盐离子含量是改良盐碱地过程中反映土壤质量变化的重要指标。有研究表明高浓度木醋液有利于土壤盐离子淋溶，土壤的电导率与全盐含量存在线性正相关关系，周文志的研究发现稀释400 倍木醋液淋溶盐碱土所得淋溶液的电导率值是清水处理的1.5 倍，并且木醋液可以加快阴离子的淋溶速率[18，52]。两种浓度木醋液的使用都能够对盐碱土产生降盐的效果，研究者对此情况从不同角度作出分析。李忠徽[41]认为高浓度木醋液的酸性相对较强，会增加土壤盐分或养分离子的溶解性从而提高了土壤淋溶液的EC 值；张亚兰[16，48]认为低浓度木醋液加入后与土壤成分反应形成络合物，暂时产生降盐作用，但是络合物的盐成分会重新置换土壤的盐，形成一种新的盐继续留在土壤中；胡妍玢[50]则认为可能是低浓度木醋液促使土壤微生物对氮素的吸收增加，并暂时加以固定，从而降低了土壤溶液的盐分浓度和渗透压，缓解了土壤盐害。土壤中的溶盐在滴灌水的作用下可淋洗到40 cm 左右的深度，结合灌溉水可将土壤表层盐分淋洗更彻底，周文志发现搭配一定体积分数的粉煤灰相较于木醋液单施的淋溶效果更好。有研究表明土壤CEC（土壤阳离子交换量）受黏粒含量、有机质含量以及土壤pH 状况等因素影响[53-54]，土壤pH 降低会改变植物根际电荷性质使土壤CEC 增加[55]。木醋液处理均提高了土壤CEC值，胡妍玢认为木醋液中各物质的混合施用增加了土壤保肥能力和缓冲性能，增加了土壤的可变负电荷数量。大量的酸性离子和有机活性分子促进土壤胶体之间离子迁移，释放原本固定养分的同时提高了原有养分的活性，产生良好的改土效果。木醋液施入土壤可以降低土壤ESP（土壤碱度）、SAR（钠吸附比），张亚兰试验发现改良效果在第一周降低ESP 和SAR 效果最佳，随着试验时长增加，SAR、ESP 呈回增趋势。

木醋液改良盐碱地土壤化学性质的原因可能是：木醋液所含有机酸与土壤碱性物质发生中和作用，降低了土壤pH 值。高浓度木醋液提供的酸性溶液环境促进土壤盐离子的溶解，木醋液含有的丰富的有机物质与土壤形成络合物产生降盐作用；低浓度的木醋液溶液中的营养物质提高微生物活性，促进其对元素离子利用和固定从而降低盐分浓度，部分木醋液与土体中的盐离子反应形成简单络合物或螯合物短期内改变了盐离子的存在形式也能够起到降盐作用。盐碱土壤的高pH 主要与高钠离子含量有关[56]，木醋液加入土壤直接或间接地降低钠离子含量，使土壤钙镁离子含量相对增加，提高了土壤CEC，降低土壤ESP，继而降低土壤pH 值。

4 木醋液对盐碱土土壤养分的影响

盐碱土盐分相对含量高，土壤水分条件不利，土壤碳素、氮素、磷素和有机质等土壤养分流失严重。研究发现随木醋液施用量的增加，盐碱土有机质、全氮、铵态氮和硝态氮含量均有上升趋势[52]，除木醋液本身含有大量有机物质外，也可能是因为木醋液提供的酸性条件有利于铵态氮在土壤中存续，缓释铵态肥肥效，并为氨氧化作用提供底物提高土壤微生物活性。添加牛粪与木醋液配施可以显著提高土壤全氮含量[57]。生物炭与木醋液复配增加了土壤全氮含量和氮素利用率[58]，减少由氮素带来的环境污染和温室气体（CO2、N2O）的排放量和排放强度[59-61]，降低了全球变暖潜能值。木醋液能够提高盐碱地土壤有机碳、水溶性有机碳和易氧化碳含量，有研究表明单施木醋液处理可使土壤有机碳含量显著增加，增幅达26%～43%，木醋液稀释20倍时施入土壤可使土壤易氧化碳含量提高至581.39 mg/kg。木醋液施入土壤能改善土壤对磷的固定，提高土壤磷素活性[18]，唐晓倩[57]在滨海盐碱土壤单施木醋液，盐碱土有效磷含量较对照增加25%。土壤解磷酶影响有机磷在土壤中的分解、转化，有研究表明土壤解磷生物对木醋液反应敏感，过低或过高的木醋液浓度对解磷真菌Apophysomyces sp 均有着明显的抑制作用，0.1%的木醋液浓度能够促进菌株的生长[62-63]，但也有研究表明木醋液对盐碱土解磷酶含量影响并不显著[39]。木醋液施加能够不同程度提高盐碱土的有机质含量[38]。木醋液含有较多的有机酸、酚类等有机化合物，与土壤相互作用，能提高有机质的抗氧化性、微生物的活力，又能更新和活化老的有机质，从而提高土壤肥力[58，64]。在有机质含量较低的盐碱土壤中，将生物炭与木醋液复配能促进微生物的代谢活动、促进植物生长，显著提高盐碱土有机质含量[58]。过低浓度木醋液对盐碱土有机质含量影响不明显，可能是因为木醋液稀释倍数过高从而稀释了本身所含的有机质数量。

木醋液富含丰富的有机物，这是木醋液能够改善土壤养分条件的重要原因。高浓度木醋液除本身含有的有机物及其分解物补充到盐碱土中提高土壤养分含量外，还可能与较高浓度木醋液的杀菌作用暂时降低部分微生物对土壤碳氮的消耗有关[41]。木醋液中大量酸性有机活性分子对土壤胶体中的离子迁移、转化具有促进作用，提高了土壤养分有效性和养分利用率。木醋液对土壤微生物的影响间接降低了土壤温室气体的产生，木醋液改良盐碱土的机制与其提供的酸性环境相关密切，明确的作用机制有待进一步试验检验。

5 木醋液对盐碱土微生物的影响

木醋液具有低浓度促进和高浓度抑制微生物生长双重作用。木醋液含有的可溶性物质可以为土壤微生物活动提供碳源，提高其生物活性[65]；木醋液含有的酸性、酚类和酮类物质具有天然的抗氧化和抗菌活性，可以抑制微生物的生长。试验研究表明添加木醋酸可以减少湿式牧草青贮过程中表面潜在的病原体数量，降低有害细菌的相对丰度[66]。韦强与胡春花的试验研究均发现一定稀释倍数的竹醋液对土壤细菌与放线菌具有促生长作用，对土壤真菌具有抑制效果[67-68]。

多项研究发现木醋液在改良盐碱土方面效果良好，但这并非是某一种或几种物质作用的结果，而是多种物质综合作用的结果，具体的作用机制尚不明确。杜相革[69]进行木醋液主要成分对土壤微生物作用效果研究，根据相关性分析得出木醋液对微生物的影响不是醋酸或愈创木酚等单一物质作用的结果，验证了木醋液使用量过高（50 克木醋液原液施入1 千克有机肥中）会抑制微生物生长这一结论。唐晓倩等[57]的试验表明单施杨木木醋液可以提高滨海盐碱土的革兰氏阴性菌等细菌的数量，增加牛粪配施后可增加革兰氏阳性菌的数量。程虎[70]添加苹果树木醋液后，短期内促进了碱土有益微生物繁殖，3 天内有效激活部分土壤酶（土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶等）活性，发现高浓度木醋液会抑制部分土壤微生物的活性。土壤可溶性碳氮是微生物生长发育的能源和营养源，微生物的发育有利于酶活性的提高，木醋液的添加提高盐碱土碳氮含量。土壤易氧化碳、可溶性酚以及可溶性碳氮含量的提高显著促进了亮氨酸肽酶、酸性磷酸酶和酚氧化酶的活性，但对β- 糖苷酶和脱氢酶活性的影响不显著[16，37]。周红娟[52]对土壤酶与土壤上述组分进行多元逐步回归分析，结果显示土壤有机碳和全氮是影响几丁质酶和亮氨酸氨基肽酶活性的主要因素，土壤有机碳与水溶性有机碳是影响土壤葡萄糖苷酶活性的主要因素，过氧化物酶主要受易氧化碳影响。木醋液的使用显著提高了土壤多酚氧化酶与过氧化酶活性，使用鸡粪与木醋液配施后显著提高了盐碱土的土壤肥力水平，显著激活土壤多酚氧化酶和脱氢酶活性，但使用木醋液后微生物生长要求和数量增加提高了对养分的需求，种植后期土壤微生物可能会与作物产生竞争关系竞争土壤养分，不利于提高土壤营养状况[71-72]，该思路有待进一步试验验证。

6 存在问题与展望

综上，木醋液以其良好的理化性质、资源丰富、材料来源广泛、可再生和环境友好等优点成为当今农业、能源与环境等领域的研究新思路，在盐碱地生态治理中具有广阔应用前景。国内外学者在木醋液改良盐碱土壤方面做了很多探索，但与木醋液在农林业中的应用相比，其在盐碱地中的应用研究尚处于起步阶段。目前，木醋液在盐碱地的改良应用中仍有一些问题需重点关注。

（1）木醋液成分复杂，不同原材料及不同的热解工艺产生的木醋液成分存在差异，不同稀释倍数的木醋液作用效果存在差异，部分木醋液所含微量维生素等对作物叶部或果实直接作用效果更好，可能更适合作为叶面肥使用，需要因地制宜地制定使用标准和使用方案，不能一概而论。

（2）不同地区、不同类型的盐碱地理化性质等存在较大差异，木醋液对不同类型盐碱土的降盐作用机制有待明确；木醋液使用浓度和营养物质含量对土壤细菌、真菌等微生物的作用效果及作用时效有待评估；木醋液与其他改良剂配施改良盐碱地效果良好，这方面研究仍需进一步开展。

（3）木醋液是生物质热解产物，价格低廉。随着改良研究的进行，投入量不断增加，木醋液的成本投入与盐碱土改良后的经济产出需要制定评价标准来明确木醋液的使用效果，以更好的发挥木醋液的生态效益、社会效益和经济效益。