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盐碱地改良剂作用机理及类型与应用!
2025-02-20   来源:老燕说农   

新型改良剂研发是当前盐碱土改良的热点,相关部门要加强监管,禁止无效产品流入市场。农业微生物菌剂、有机肥、工业脚料、农业废弃物等再利用,结合化学无机酸性改良剂,可达到改善土壤结构、提质增效、保持土壤生态平衡的可持续循环利用的要求,应继续开展创新研究。

盐碱土的改良任重而道远,尤其北方旱田的改良,受季节和气候的影响,改良剂的使用也受限制,希望国家能够提供相关支持政策,扶持科研人员创制更多更高效的改良剂以及研发一系列配套改良技术,实现东北松嫩平原苏打盐碱土的耕地化利用,助力东北大粮仓建设,夯实国家粮食安全“压舱石”。

一、改良剂的作用机理

1、化学改良剂

盐碱土的基本特征是土壤容重高、孔隙度低、水分渗透性差、介于pH8.5~10.5、碱化度高于15%,盐分组成以Na2CO3、NaHCO3为主,阴离子(CO32-+HCO3-)与(SO42-+Cl-)含量比>1,阳离子Na+的含量较高。根据2014年不完全统计,黑龙江省苏打盐碱地总面积已超过2×106hm2,重度盐碱地面积为1.07×106hm2,已垦耕地面积约为4×105hm2,并且盐渍化土地面积以每年2hm2的速度递增。黑龙江省在耕地化利用上正面临严重的土壤盐渍化威胁,亟待探究有效的改良方法,荒田变良田,实现土壤最大化利用,保障粮食的增产稳产。

目前,应用的土壤化学改良剂按主要作用成分可分为无机成分和有机成分两种。研究表明无机改良剂(如石膏、硫酸铝、磷石膏、氯化钙等)是通过钙离子交换降低土壤Na+的饱和度及土壤pH,再通过排水洗盐方法使盐分随水下移,达到耕层土壤脱盐的效果,降低土壤全盐量,减轻盐碱环境对作物的危害,调节土壤环境而达到改良效果;有机酰胺类改良剂通过其亲水性可胶结土壤颗粒,增加土壤的可吸附性、减少水分蒸发、抑制土壤表层盐分的聚集、提高土壤的通透性而改善土壤结构。目前,在土壤化学调控技术中运用最为广泛的化学材料聚丙烯酰胺(PAM),研究显示其对土壤有吸附、调控、改良作用。

2、有机生物改良剂

微生物—土壤—作物的互作效应充分体现微生物在促进作物生长及改善土壤结构上的重要性。生物有机肥中有机成分的添加可增加土壤中有机碳含量,促进土壤大团聚体形成,增加土壤孔隙度,提升土壤稳定性,提高土壤酶活性,增大土壤微生物种类及数量,改善土壤微生态布局及环境。

微生物菌剂与常规化学肥料、有机肥料相比,提升土壤质量及作物产量主要通过4种方式:

一是通过微生物的生命活动产生的代谢物N、P、K来增加土壤中的营养成分的含量,

二是将土壤中不能直接利用的物质转换为可被吸收利用的物质,

三是自身分泌生长激素、维生素提高作物的生长,

四是自身分泌抗生素抑制植物病原菌的活动,从而提高土壤肥力,改善土壤的生态环境,部分会降低盐碱地土壤含盐量与pH,促进作物生长,提高单位产量。

研究显示,施用复合菌剂的土壤pH降低了0.92个单位,电导率降低27.0%,HCO3-含量降低54.1%,速效N、P、K明显增加,水稻的株高、根长、鲜重、干重分别高于对照391.5%、215.5%、1203.8%、1235.7%。随着化肥减量配施有机物料,土壤提质增效技术模式及方法的研发与运用,施用微生物菌剂是科学调控土壤养分组成、改善植物生长、减肥增效的最有效途径。

二、改良剂的主要类型及应用

1、含钙制剂及酸性物质

含钙制剂一般指石膏、亚硫酸钙、磷石膏、氯化钙等,这类改良剂主要是为土壤直接提供外源性Ca2+,提高交换出吸附于土壤胶体中的Na+量,从而消除土壤的碱性来源,从离子角度改善土壤性状。酸性物质一般指硫酸、硫酸亚铁、硫酸铝等,这类改良剂的主要是通过水解作用释放H+降低土壤pH,溶解土壤中的沉积钙来活化Ca2+从土壤胶体中置换Na+并随水分排出,改变土壤可溶性盐的组分,从而达到改良土壤的效果。吉林农业大学研究发现,在重度苏打盐碱土中添加一定范围的硫酸铝,土壤中大部分微团聚体含量增加,大粒径团聚体数量明显增多,孔隙度增大,容重质量减小,作物生长状况得到改善,出苗率得到提高。研究表明,酸性物质能够促进土壤大团聚体形成,孔隙度增加,改善土壤结构,提升土壤稳定性。同时,含钙制剂和酸性物质联合应用可达到协同促进效应,宁夏大学研究显示1.5%燃煤烟气脱硫废弃物(主要成分亚硫酸钙)和0.5%糠醛渣(酸性)联合施用后土壤pH,可溶性盐和碱化度(ESP)可分别下降到7.5,9.43‰,9.52%,改良盐碱土效果好于单一应用。

2、有机类

有机类改良剂,常见应用如腐殖质类(草炭、风化煤、绿肥、有机肥料、生物炭)、工业合成改良剂(如聚马来酸酐和聚丙烯酸等)、工业脚料糠醛渣、醋渣、菌渣、工农业废弃物等。草炭是一种自然条件下形成的天然养分载体,含多种作物所需养分,并对外来添加养分具有较强保持能力。风化煤是出露于地面或埋藏于浅部的热值很低的“废煤”,工业利用率低,而且在中国分布广、储量大。风化煤中含有大量腐殖酸和多种含氧活性功能团,富含有机质、腐殖质,具有较强的吸附和离子交换能力。绿肥主要有草木栖、沙打旺、紫花苜蓿、兰花草、民豌豆、田菁及油菜等,大部分通过繁茂的茎叶减弱土表水分蒸发,发达的根系锁住土壤水分,抑制土壤返盐返碱;根、茎、叶翻压入土通过微生物的腐熟作用,增加土壤的有机质,产生的有机酸可中和碱化的土壤,降低土壤pH。有机肥料的应用可以增加土壤微生物丰富度,提供大量的有机质、N、P、K和微量元素,以及土壤酶活性,为植物生长提供充足营养。生物炭(biochar)是生物质在缺氧或限氧条件下热裂解得到的富碳产物,生物质主要为玉米、水稻、小麦等秸秆,主要包括碳和灰分两部分,碳占比最高约70%~80%,碳的结构包括相对稳定的芳族碳和不稳定的脂族碳;灰分是指生物炭含有的矿物成分,如K、Ca、Na和Mg等。生物炭的含有的脂族和芳族碳成分可形成丰富的空隙结构以及巨大的比表面积及吸附力,对改善土壤的容重,促进大团聚体形成,提高土壤的含水量和通透性,改良土壤的理化性质;灰分可提高土壤养分含量和有效性,增强土壤肥力,调节微生物群落结构和多样性,促进植物生长,近年来土壤学与环境学领域对生物炭的多功能性开展了广泛研究。

工业合成改良剂,聚丙烯酰胺(PAM)是一种高分子聚合物,由丙烯酰胺(AM)均聚或与其他单体共聚而成,PAM的分子量差异较大,在土壤改良中一般选取中低分子量的PAM。研究表明,施加5g/m2的PAM可达到土壤保水抑盐,促进植株生长的效果。

工业脚料生物质渣类,糠醛渣是玉米芯、玉米秆、稻壳等加工后下脚料中的聚戊糖水解产生具有强酸性的有机物质,中国农业科学院研究表明施用5%糠醛渣后可降低土壤pH、含盐量,显著提升土壤微生物多样性,增强苕子的抗氧化酶类、叶绿素、可溶性糖含量。醋渣是制造醋剩余的残渣,需经过发酵过程获得的醋渣堆肥才可用于各类土壤的改良,醋渣覆盖可明显降低土壤的pH,促进樱桃幼苗地上部生长,增加地上生物量。菌渣是培养食用菌后的基质废弃物,有研究显示施入大球盖菇菌渣能有效降低滨海地区林地土壤含盐量,优化土壤理化性质,改善土壤真菌群落结构,改良土壤效果显著。

3、微生物菌剂

微生物菌剂是从大自然分离出一个或多个菌株,利用菌群构建法依托载体,经人为改造后具有降解功能的细菌共同体,是环境修复的重要生物方法之一,其属于有机类改良剂,但功能远大于有机类。目前,农用微生物产品主要包括生物有机肥和农用微生物菌剂,两者区别是生物有机肥中植物所需营养成分大于功能微生物含量,相比微生物菌剂有效活菌数更高,对于土壤微生态调节功能显著,可直接或间接改良土壤质量,保持土壤微生物区系平衡,降解有毒、有害物质。

农业微生物菌剂主要包括生物修复菌、菌根菌、促生菌、肥料腐熟剂、光合细菌剂、固氮菌、根瘤菌及硅酸盐微生物试剂等。其中,链霉菌属、芽孢杆菌属、哈茨木霉菌属、白僵菌、苏云金芽孢杆菌、假单胞菌属等多用于植株病虫害生物防治。木质素降解菌、半纤维素降解菌等主要用于秸秆的腐熟制备堆肥;红黄链霉菌多用于土壤养分及结构的改善,有研究显示其可加快有机物分解,有效氮转化率达5%~13%,磷转化率为7%~15%,钾转化率8%~16%,菌剂可分泌胶性物质,黏合土壤颗粒,增强其透气性和保水性。中国农业科学院研究表明复合肥料添加芽孢杆菌、芽单胞菌和草炭组成的复合菌剂可显著降低土壤盐分和pH值,提高根际土壤的碱解氮、速效钾和有效磷含量,提高优势菌群的丰度。山东农业大学研究里氏木霉、费格森埃希菌、普通变形杆菌、灰绿曲霉、蕈状芽胞杆菌、谷氨酸棒杆菌、粘质沙雷氏菌构建的复合功能菌剂与自制复合菌剂组合生产的有机肥,在一个种植季内能快速有效改善土壤理化性质,增强土壤肥力,调节土壤微生物群落结构,改善土壤环境,促进糯玉米生长,提高产量和籽粒品质。

综上所述,复合肥料添加微生物菌剂不仅可以改变土壤结构,降低盐碱地pH,提高土壤养分含量,还能改变土壤微生物区系分布、提高土壤环境条件,增强作物的抗逆性,减轻作物病虫害的发生,这些应用效果充分显示微生物菌剂辅助盐碱地改良应用潜力巨大。

盐碱地改良剂作用机理及类型与应用!

盐碱地改良剂作用机理及类型与应用!

盐碱地改良剂作用机理及类型与应用!

盐碱地改良剂作用机理及类型与应用!

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