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一、土壤问题
     
1.1 土壤酸化
       我国的酸性土壤主要分布在长江以南的广大热带和亚热带地区和云贵川等地,面积约为2.04×108 hm2,大部分土壤的pH 值小于5.5,其中很大一部分小于5.0,甚至是4.5。土壤酸化是指土壤内部产生和外部输入的氢离子引起土壤pH值降低和盐基饱和度减小的过程。土壤酸化是一个速度非常缓慢的自然过程。但是,最近几十年来,由于人为活动的影响,土壤的酸化进程大大加快。其中酸沉降和不当的农田施肥措施(过量施用铵态氮肥)是土壤酸化加快的主要原因。
      根据上个世纪80年代初全国第2次土壤普查,烟台、威海的棕壤苹果园,土壤pH值大部分为6.4-7.2,是比较适合栽培苹果的。但是,经近10年的调查,有不少果园土壤pH值已低于5.5,个别果园酸化更加严重,土壤pH值已不足4.0。因此,苹果树烂根现象严重,一些弱寄生菌病害加重(如苹果腐烂病等),严重影响果树的稳产、丰产以及果实品质的提高。

      影响土壤酸化的人为因素主要有两方面,一是酸性气体的大量排放,导致酸沉降的增加。排放到空气中的SO2 和NOx,有一部分直接渗入地表形成干沉降,另一部分经过一系列的化学反应最后形成强酸H2SO4 和HNO3,雨水pH 随之下降形成酸雨;还有一个因素就是不当的农业措施,如大量化学肥料特别是铵态氮肥的使用、豆科作物的种植、不当的施肥量和施肥方式、作物收获移走土壤中的碱性物质等。
1.2 土壤盐渍化及次生盐渍化
      依据《中国1∶100 万土地资源图》,土地资源数据集中国盐渍土面积3630. 53 ×104hm2, 占全国可利用土地4. 88 %。全国耕地中盐渍化面积920. 94 ×104hm2,占全国耕地面积6. 62 %。主要分布在东北、华北、西北内陆地区以及长江以北沿海地带。
在设施栽培条件下,由于速效性有机肥(如粪尿肥)和化肥用量大,设施棚室内温度高,蒸发量大,雨水淋溶作用少,随着栽培年限的增加,耕层土壤盐分积累严重,常引起不同程度的次生盐渍化。


 二、土壤改良产品和技术的发展
      用于土壤改良的方法有很多,特别是用非金属矿物,它除了本身含有改善土壤所必需的钙、氮、磷、钾以及各种微量元素之外,同时还具有特殊的物理化学性质,如阳离子交换性质、吸附性、酸碱性等特点,以此来改善土壤的物化性能,改良土壤的结构与性能,改善土壤的通透性等,使土壤能更好地适合作物生长。目前,世界各国利用非金属矿物作土壤改良剂效果较好,并且也越来越受到重视。
      国外对于非金属矿物在土壤改良领域中的研究、应用开展的时间早,应用范围广,其中涉及到多种非金属矿物。早在20世纪60年代以后,由于化肥和农药的大量使用,导致土壤中的肥效、药效下降,并造成严重污染,因而土壤改良问题,引起世界各国的日益关注,一些国家加强了非传统矿肥即非金属矿物在土壤改良中的开发利用,而且研究和开发利用范围日益扩大。迄今为止,在土壤改良中所涉及到的非金属矿物接近60种,主要有膨润土、石灰岩、白云石、沸石及泥炭等,已形成以矿物肥料、改良剂、营养物质载体等为主的系列产品,在改良土壤方面成为促进农业发展较为重要的物质条件。
      同国外相比,我国在非金属矿物用作土壤改良剂方面的研究、应用开展的时间比较晚,仅有近20多年的历史,但发展十分迅速。特别是近几年来,地矿、移动端门以及科研机构在此方面都作了大量的工作,也取得了一些经济效益和社会效益。从已有的研究成果来看,我国对于非金属矿物在土壤改良方面的应用主要还是用作矿物肥料,如使用沸石、海绿石、含钾岩等作肥料或与化肥混合成微量元素肥料,已经实现了农作物增产增收的效果。
 

三、主要土壤改良剂介绍
       开发利用天然矿物肥料作为土壤改良、调节剂,具有极其重要的现实意义。目前用作土壤改良调节剂的矿物或岩石主要有石灰石、白云岩、膨润土、泥炭、泥炭蓝铁矿、蛭石、硅藻土、皂石、海泡石等。这些矿物或岩石常具有特殊的物理性质,用于改良土壤,成效显著。
1.1 石灰石
      石灰岩主要成分为碳酸钙,富含碱性组分CaO、MgO,因此可用来改良酸性土壤,提高土壤肥力,改变土壤板结。
       在酸性土壤中施用石灰或者石灰石粉是改良酸性土壤的传统和有效的方法。使用石灰可以中和土壤的活性酸和潜性酸,生成氢氧化物沉淀,消除铝毒,迅速有效的降低酸性土壤的酸度,还能增加土壤中交换性钙的含量。据浙江省农科院在红壤地的田间试验结果表明,用石灰岩粉代替烧制石灰改良土壤能节约能耗94%,降低成本50%,提高产量8%~18%。施用石灰岩粉可使12 种主要农作物增产10%~95%,同时还能明显改善作物品质,如使小麦蛋白质含量提高1.8%,棉花纤维长度增加2.1 毫米。施用石灰岩粉还能降低油菜菌核病和小麦赤霉的发病率,提高土壤的pH 值,使土壤溶液中对作物有害的铝转变为无害的氢氧化铝。农用石灰岩粉的粒度80%~90% 过20 目,20%~30% 过100 目为宜[7]。
       根据土壤障碍因子,土壤严重酸化和钙素严重缺乏,长阳土肥站开发试用了“活性钙土壤调理剂”。该产品含CaCO3 96.0%,MgO 0.5%,Fe 0.001%,pH 值8~10。其原理是中和土壤溶液中的H+,CaCO3 与水反应产生OH-,只有在土壤水分充足的条件下调理剂才产生化学反应,钙与铝产生置换,碳酸根与水反应形成碳酸和OH-,碳酸分解生成水和放出CO2↑,而土壤中的H+和OH-结合又形成水。只要土壤中有H+存在,CaCO3 就会不停地反应,从而提高pH 值。
1.2 白云石
       白云石是碳酸钙和碳酸镁以等分子比的结晶碳酸钙镁[CaMg(CO3)2],比较好的白云石一般含CaCO3 54%-58%,MgCO340%-45%;当MgCO3存在但含量低于40%时,一般叫做白云灰岩,而方解石是含有100%的CaCO3。施用白云石改良酸性土壤可以避免因施用不均匀或施用量较大对作物生长造成的伤害,在有效提高土壤PH值的时候可以同时维持养分平衡。据美国有关专家介绍,改良酸性果园土壤可使用白云石灰,即含镁的石灰,方法是在果园浇水的同时进行,将白云石灰放在果园入水口处,让水先经过白云石灰,然后流入园内,这样可以有效地中和土壤酸度,同时增加土壤钙、镁含量。一般666.7 m2使用量为150-200 kg。
      白云石可以改良土壤酸性,且随着白云石粉用量的增加,土壤pH 值和土壤的阳离子交换能力也增加;它还可以改善土壤物理性质,而且通过提高土壤的pH 值,可以避免铝和锰对植物的可能毒害,改善其他营养元素的供应,促进植物根系的发育。同时,白云石粉可以防止钙镁比例失调而诱发植物缺镁[8]。
      白云石提高土壤pH 值的速度与白云石的粒径有关,粒径越小,提高土壤pH 值的速度越快,但是粉剂不利于施用,在国外一般粉碎后再团成颗粒。
      施用白云石粉,有利于提高土壤养分的有效性,主要是因为它可以提高土壤pH值,降低碱解氮含量,增加交换性钙、交换性镁和速效钾、水溶性硼、有效锌的含量。据安徽省农科院在酸性红黄壤的田间试验结果表明,施用白云石粉可以降低土壤交换性铝的含量,提高土壤pH值和交换性钙、镁的含量,显著提高作物产量,且有明显的后效。施用白云石粉后第2 - 6季作物分别较对照增产21. 5% - 48. 6%、9. 4% - 16. 2%、10. 9% - 44. 6%、7. 9% - 22. 0%和 6.6% - 29. 8%。
1.3 膨润土
      膨润土的主要化学成分为SiO2、Al2O3、H2O 及少量的MgO、CaO、Fe2O3 、FeO、Na2O、K2O 和TiO2等,主矿物是蒙脱石,具有层状结构的含水铝硅酸盐矿物。它是由凝灰岩或其他火山岩在碱性水的作用下形成的,富含动植物所需的常量和微量元素(K、P、Na 、Mg、Cu 、Mn 、Fe 、Zn 等),具有极强的阳离子吸着作用,是优良的保肥材料。
       膨润土具有较强的保水能力以及良好的粘结性,对协调土壤的水、肥、气、热有良好的效果。在土地耕作上,利用膨润土可以改善土壤结构, 吸收大量的水、肥、腐植酸、有机质,降低砂质土的孔隙度与渗透性,同时,其具有很强的离子交换能力,可使各种肥料以易吸收形式赋存于土壤中,实现养分和微量元素在土壤溶液与作物间的平衡交换。
       膨润土还可以改善酸性土壤,它能明显地提高土壤的p H 值,而且随着膨润土含量的增加而升高;膨润土能明显地降低土壤活性酸含量,且随着膨润土含量的增加而降低。此外,膨润土还能吸附毒性物质,阻止毒素进入作物。膨润土作为土壤改良剂,除了用于农田之外,目前用于沙质地或砂壤土的改良研究较多。膨润土具有良好的抗渗性、抗冻性、压缩性固结性、对沙土的稳定性、密实性、保水性,可以永久性抵消沙化土的种种缺陷。因此,在沙土中加入膨润土,可以防止沙土中的水、肥流失,固结沙粒,有利于固沙植被生长,改善沙化土地的生态环境。

      据日本专利公报昭56-52076介绍,关于粘土质矿物作为土壤的无机改良剂问题,经多年研究后发现,在膨润土矿物中,添加重量为4%~15% 的镁化物,必要时可加工成颗粒状,则长期保持改良后的性质,成为一种良好的无机土壤改良剂。
1.4 石膏
       石膏的主要化学成分是CaSO4,石膏在改良土壤过程中主要起以下作用:(1)用石膏生产的肥料,施于土壤可起保氮、固氮作用,降低土壤碱性,可为缺钙地区提供钙、硫营养。(2)促进有机质分解,特别是硫可促进微生物对土壤中含氮物质的分解,加速氨化作用的进行。(3)对盐碱地有明显的改善效果,向碱性土壤中施加石膏粉时,石膏中的部分钙取代土壤中的钠,从而使土壤达到改良效果,同时也可以提高土壤的渗透性,在我国通常是用石膏做肥料,北方用石膏改良碱土。


 四、发展前景及意义
       随着科技的日益进步,非金属矿物在农业领域中所起到的重要作用正逐渐为人们所认识,大量的研究和应用试验表明,非金属矿物在农业领域中的土壤改良,农用肥料等方面都发挥了重要作用,具有其他任何材料都无可比拟的特点和优势。同时,我国是世界上矿物资源比较齐全的国家之一,质优量丰,分布广泛,如:膨润土23.27亿t(潍坊市坊子区的储量居全国第二),白云岩5035万t,沸石8.85亿t等,这些完全可以满足我国的需要,为发展非金属矿物在土壤改良以及在农业领域中的应用提高坚实基础。因此,非金属矿物用于土壤的改良、治理的前景非常广阔且具有重大的现实意义。
       目前市面上以天然矿物作为土壤调理剂的产品主要是以CaCO3为主,而根据国内外的经验,白云石在改善酸性土壤上的效果要好于石灰石,所以矿石在土壤调理剂方面值得开发利用。

2016年04月21日

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