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        風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤理化性狀的影響

        2014-12-19 12:59:00王洪鳳吳欽泉谷端銀陳士更孟慶羽陳大印丁方軍
        腐植酸 2014年6期
        關(guān)鍵詞:土壤水穩(wěn)性腐植酸

        王洪鳳 吳欽泉 谷端銀 陳士更 孟慶羽 陳大印 丁方軍,3*

        (1 山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司 泰安 271000 2 山東省腐植酸高效利用工程技術(shù)研究中心 泰安 271000 3 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 泰安 271018)

        近幾十年來(lái),由于不合理的耕作,破壞了土壤原有的良好結(jié)構(gòu),致使其理化性狀向劣化方向發(fā)展,土壤肥力降低,造成農(nóng)作物生長(zhǎng)勢(shì)衰退,農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量及質(zhì)量下降[1]。腐植酸是一種黑色或棕色的膠體物質(zhì),是一大類(lèi)多環(huán)稠環(huán)有機(jī)物質(zhì),這類(lèi)物質(zhì)對(duì)增強(qiáng)土壤肥力和改良土壤結(jié)構(gòu)有良好的作用[2]。因此,腐植酸在肥料行業(yè)的應(yīng)用前景是廣闊的。

        本研究以泰安市郊的潮土和棕壤土作為對(duì)象,通過(guò)施用不同量的未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸,測(cè)定并分析兩種風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量、陽(yáng)離子交換量(CEC)和土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)變化的影響,旨在為風(fēng)化煤腐植酸在肥料領(lǐng)域的應(yīng)用提供科學(xué)支撐。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        1.1.1 供試土壤

        泰安市郊潮土和棕壤土,土壤基本理化性狀如表1所示。

        表1 供試土壤的基本理化性狀Tab.1 Main characteristics of testing soil

        1.1.2 供試樣品

        未活化的風(fēng)化煤腐植酸:新疆風(fēng)化煤原粉經(jīng)粉碎機(jī)處理后,通過(guò)80目篩,總腐植酸含量45%。

        活化的風(fēng)化煤腐植酸:新疆風(fēng)化煤原粉通過(guò)加堿活化,轉(zhuǎn)變成水溶性強(qiáng)的腐植酸鹽,總腐植酸含量65%。

        1.2 試驗(yàn)處理

        根據(jù)未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸的添加量不同(0 g、2 g、4 g、8 g、16 g),試驗(yàn)共設(shè)18個(gè)處理,每個(gè)處理3次重復(fù),每個(gè)處理采用1 kg土,處理編號(hào)及風(fēng)化煤腐植酸添加量如表2所示。

        表2 各處理編號(hào)及風(fēng)化煤腐植酸添加量Tab.2 Number and addition quantity of weathered coal humic acid

        1.3 試驗(yàn)方法

        先將未活化的風(fēng)化煤腐植酸與活化的風(fēng)化煤腐植酸按不同添加量(0 g、2 g、4 g、8 g、16 g)與土樣混合均勻,放入試驗(yàn)缽中;9月3日開(kāi)始試驗(yàn),將所有試驗(yàn)缽露置于戶(hù)外,定期噴定量的水,保持土壤濕度達(dá)到60%;期間,每隔1個(gè)月將土倒出,進(jìn)行風(fēng)干處理,時(shí)間為1周;采用四分法取樣,每次每個(gè)樣品取200 g土,待檢測(cè)用,其余土再放入試驗(yàn)缽中;試驗(yàn)期間共進(jìn)行3次取樣,分別為10月3日第1次取樣;11月10日第2次取樣;12月17日第3次取樣。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤中全氮含量的影響

        土壤中的全氮含量代表著土壤氮素的總貯量和供氮潛力,是土壤肥力的主要指標(biāo)之一。1號(hào)和2號(hào)土壤中分別施入不同量的未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后,土壤中全氮含量變化不明顯,見(jiàn)圖1和圖2。

        可以看出,與未添加腐植酸處理相比,施入未活化的風(fēng)化煤腐植酸后,1號(hào)土壤中全氮含量增加0.01~0.41 g/kg,其中少部分處理全氮含量減少。2號(hào)土壤施入1個(gè)月后,全氮含量增加0.12~0.22 g/kg,施入2個(gè)月后,全氮含量減少0.03~0.30 g/kg。整體看來(lái),施入未活化和活化的風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤全氮含量的影響效果不明顯。

        2.2 風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤中速效磷含量的影響

        土壤速效磷是土壤有效磷貯庫(kù)中對(duì)作物最為有效的部分,能直接供作物吸收利用,因此是評(píng)價(jià)土壤供磷能力的重要指標(biāo)[3]。1號(hào)和2號(hào)土壤中分別施入不同量的未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后,土壤中有效磷含量變化較大。

        由圖3可以看出,1號(hào)土壤中施入未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后,速效磷的含量均有不同程度的增加,施入1個(gè)月、2個(gè)月后增幅不太明顯。施入3個(gè)月后,土壤中速效磷的含量有明顯增加,其中施入16 g/kg未活化的風(fēng)化煤腐植酸,土壤中速效磷含量增加了36.39 mg/kg,而添加等量活化的風(fēng)化煤腐植酸,土壤中速效磷含量增加了58.76 mg/kg。

        由圖4可以看出,2號(hào)土壤中速效磷含量有大幅度提高,施入2個(gè)月后,施入未活化的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中速效磷含量增加了45.75~75.64 mg/kg,施入活化的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中速效磷增加61.97~85.78 mg/kg;施入3個(gè)月后,未活化的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中速效磷含量增加了116.09~118.89 mg/kg,施入活化的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中速效磷含量增加118.40~130.87 mg/kg。

        圖4 風(fēng)化煤腐植酸對(duì)2號(hào)土壤中速效磷含量的影響Fig.4 Effect of weathered coal humic acid on available phosphorus content in No. 2 soil

        綜上,活化的風(fēng)化煤腐植酸比未活化的風(fēng)化煤腐植酸的解磷效果好,可使土壤中速效磷含量增加24.80~130.87 mg/kg。由此可見(jiàn),活化的風(fēng)化煤腐植酸中活潑的含氧官能團(tuán)可與土壤中難溶性磷結(jié)合成HA-P復(fù)合物,活化和釋放土壤中已被固定的磷素,并將其轉(zhuǎn)化為易被作物吸收的有效磷素養(yǎng)分,使其有效性大大增強(qiáng)。

        2.3 風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤中速效鉀含量的影響

        土壤速效鉀是指易被作物吸收利用的鉀,其中90%以交換性鉀形態(tài)吸收在土壤膠體表面,約10%為水溶性鉀存在于土壤溶液中。速效鉀對(duì)植物的鉀素營(yíng)養(yǎng)狀況有直接影響,其含量高低是判斷土壤鉀素豐缺的重要指標(biāo)。1號(hào)和2號(hào)土壤中分別施入不同量的未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后,土壤中速效鉀含量變化較大。

        由圖5和圖6可以看出,1號(hào)和2號(hào)土壤中施入未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸2個(gè)月后,土壤中速效鉀的含量均有不同程度的降低,最大減少量為21.82 mg/kg;而施入3個(gè)月后,2種土壤中的速效鉀含量均有大幅度的增加,增加量為36.26~113.19 mg/kg。其中,活化的風(fēng)化煤腐植酸解鉀性能比風(fēng)化煤腐植酸原粉效果要好,速效鉀含量增加明顯,增加量為43.01~113.19 mg/kg??梢?jiàn),活化的風(fēng)化煤腐植酸可以更好地活化土壤中礦物態(tài)鉀和緩效性鉀,轉(zhuǎn)化為速效性鉀,增加土壤的供鉀水平。同時(shí),活化后的風(fēng)化煤腐植酸具有緩釋增效作用,能夠延緩鉀素的釋放,減少養(yǎng)分流失,提高肥效。

        2.4 風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤中CEC的影響

        土壤的陽(yáng)離子交換性能是由土壤膠體表面性質(zhì)所決定,由有機(jī)質(zhì)的交換基與無(wú)機(jī)質(zhì)的交換基所構(gòu)成,它們?cè)谕寥乐谢ハ嘟Y(jié)合,形成了復(fù)雜的有機(jī)無(wú)機(jī)膠質(zhì)復(fù)合體,起到保水保肥的作用。1號(hào)和2號(hào)土壤中分別施入不同量的未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后,土壤中CEC的變化較大。

        由圖7可以看出,1號(hào)土壤中施入未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后,土壤陽(yáng)離子交換量呈增加趨勢(shì),尤其是施入3個(gè)月后,土壤CEC的增幅較大,施入未活化風(fēng)化煤腐植酸的土壤中CEC最高增加了10.84 cmol/kg,施入活化后的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中C E C最高增加了14.59 cmol/kg。

        圖7 腐植酸對(duì)1號(hào)土壤中陽(yáng)離子交換量的影響Fig.7 Effect of weathered coal humic acid on cation exchange capacity in No. 1 soil

        由圖8可以看出,2號(hào)土壤中施入未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后,土壤CEC整體呈增加趨勢(shì),但增加不太明顯。3個(gè)月后,施入未活化風(fēng)化煤腐植酸的土壤中CEC最高增加了7.59 cmol/kg,而施入活化后的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中CEC最高增加了9.49 cmol/kg??傊?,施入不同量的風(fēng)化煤腐植酸3個(gè)月后,施入活化的風(fēng)化煤腐植酸后,土壤中的CEC與施入風(fēng)化煤腐植酸原粉相比,均有不同程度的增加。其中,1號(hào)土壤比2號(hào)土壤的CEC增幅大。

        綜上,風(fēng)化煤腐植酸是一種很好的離子交換劑,具有較強(qiáng)的陽(yáng)離子交換性能,可以改善土壤性質(zhì),保水保肥,尤其是加堿活化后的風(fēng)化煤腐植酸施入土壤后,土壤CEC大幅提高。

        圖8 腐植酸對(duì)2號(hào)土壤中陽(yáng)離子交換量的影響Fig.8 Effect of weathered coal humic acid on cation exchange capacity in No. 2 soil

        2.5 風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的影響

        土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)可以保存自然降水的80%在土壤耕層,調(diào)節(jié)土壤水分與空氣的矛盾,協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分的消耗和積累,穩(wěn)定土溫,改善土壤耕性,利于作物根系伸展[4]。其中水穩(wěn)性團(tuán)聚體對(duì)土壤肥力的作用較為明顯。1號(hào)和2號(hào)土壤中分別施入不同量的未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸后,土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量明顯增加。

        由圖9可以看出,1號(hào)土壤中施入風(fēng)化煤腐植酸1個(gè)月后,土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了1.33%~4.95%;施入2個(gè)月后,土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了3.65%~6.85%;施入3個(gè)月后,土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了4.22%~12.15%。其中,活化的風(fēng)化煤腐植酸促進(jìn)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體效果更好,施入未活化的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了4.22%~16.33%,而施入活化的風(fēng)化煤腐植酸的土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了8.01%~18.84%。

        由圖10可以看出,2號(hào)土壤中施入風(fēng)化煤腐植酸1個(gè)月后,土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加2.94%~11.27%;施入2個(gè)月后,土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了4.80%~11.72%;施入3個(gè)月后,土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體增加了13.39%~18.84%。整體看來(lái),未活化的風(fēng)化煤腐植酸和活化的風(fēng)化煤腐植酸均能增加土壤中0.25~3.00 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體總量,但活化的風(fēng)化煤腐植酸的增加幅度較大。

        綜上,活化的風(fēng)化煤腐植酸可以更好地促使分散的土壤顆粒團(tuán)聚,形成團(tuán)粒,增加土壤中水穩(wěn)性團(tuán)粒的含量和穩(wěn)定性,改善通氣透水性。

        3 結(jié)論與討論

        腐植酸是含有多種含氧活性官能團(tuán)的高分子有機(jī)膠體,在改良土壤結(jié)構(gòu)、培肥地力等方面起著重要作用[5]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,單施未活化的和活化的風(fēng)化煤腐植酸對(duì)土壤中全氮含量無(wú)明顯效果,但可活化和釋放土壤中難溶性磷、礦物態(tài)鉀、緩效性鉀,使其轉(zhuǎn)化成速效磷和速效鉀,便于作物吸收和利用。其中,活化的風(fēng)化煤腐植酸效果更好,可使土壤中速效磷增加24.80~130.87 mg/kg,速效鉀的含量增加43.01~113.19 mg/kg,使土壤中CEC增加8.87~9.49 cmol/kg、土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體總量增加8.01%~18.84%,有益于土壤有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化、累積和土壤肥力的提高,為植物生長(zhǎng)提供必需的生態(tài)環(huán)境。

        [ 1 ]李立華,趙墾田,邵貴順.土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)管理[J]. 吉林林業(yè)科技,2006,35(5):11~12,25

        [ 2 ]文娜,楊波濤.腐植酸肥料對(duì)土壤的改良作用及其測(cè)定方法[J]. 新疆化工,2007,(4):18~19,15

        [ 3 ]王曰鑫,栗麗.腐植酸對(duì)化學(xué)肥料的增效作用研究[J].腐植酸,2007,(2):22~27

        [ 4 ]侯高禮.土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)及其促進(jìn)形成[J]. 西北園藝,2013,(1):52~53

        [ 5 ]王宏韜,馬獻(xiàn)發(fā),張繼舟.腐植酸在土壤與肥料中的應(yīng)用[J]. 黑龍江科學(xué),2010,1(1):59~62

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