閆豐

摘要簡(jiǎn)要綜述了應(yīng)用環(huán)境礦物材料改良土壤的研究進(jìn)展，主要包括改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤保水、保肥能力、調(diào)節(jié)土壤酸堿度、修復(fù)重金屬污染土壤等，并且提出一些建議。

關(guān)鍵詞環(huán)境礦物材料；土壤；改良

中圖分類號(hào)S156文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）21-095-02

長(zhǎng)期以來(lái)，化肥、農(nóng)藥被人們大量使用，使得環(huán)境平衡遭到破壞，土地資源退化狀況愈加嚴(yán)重。所以，采取必要措施改良土壤已刻不容緩。環(huán)境礦物材料具有天然的獨(dú)特晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能，不僅能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，改變酸堿度，提高土壤保水性能，增加土壤肥力，而且其儲(chǔ)量豐富，來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，本身不產(chǎn)生二次污染，對(duì)土壤環(huán)境起到一定的修復(fù)作用。因此，利用環(huán)境礦物材料改良土壤具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

1環(huán)境礦物材料特性

環(huán)境礦物材料能夠有效改良土壤。這與其特殊的晶體結(jié)構(gòu)和所表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)異性能密切相關(guān)，如表面吸附性、離子交換性、膨脹性和酸堿性。

1.1表面吸附性

在環(huán)境礦物材料獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)中有大量的孔隙和通道存在，形成較高表面能，在靜電力和色散力的共同作用下表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附性能。利用這種吸附能力，可以對(duì)土壤起保水的功效，還能夠在一定程度上修復(fù)土壤重金屬污染。

1.2離子交換性

在環(huán)境礦物材料的表面、內(nèi)部孔道中或?qū)娱g域，一些陽(yáng)離子通過(guò)離子交換作用易被置換，而礦物晶體結(jié)構(gòu)不被破壞。交換反應(yīng)具有選擇性，且與離子水合半徑、電荷密度、離子種類、離子在溶液中濃度有關(guān)。被置換到環(huán)境礦物材料表面的離子在交換作用下可以再次進(jìn)入媒介相中。利用這種離子交換作用，能夠控制肥料中的銨和其他陽(yáng)離子的吸收和釋放，提高肥料利用率。

1.3膨脹性

某些環(huán)境礦物材料在高溫作用下體積迅速膨脹數(shù)倍至數(shù)十倍。膨脹后的材料具有更好的吸附性、離子交換性和持水性，能更好地改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤透氣性和含水性。

1.4酸堿性

土壤酸堿性對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育有重要影響。由于過(guò)度施肥，土壤酸化越來(lái)越嚴(yán)重。而土壤中的酸性物質(zhì)能夠被環(huán)境礦物材料中的堿性陽(yáng)離子中和，從而有效改善土壤酸堿度。

2環(huán)境礦物材料改良土壤的應(yīng)用研究

在19世紀(jì)末，國(guó)外已開(kāi)展改良土壤的研究與應(yīng)用。目前，國(guó)外應(yīng)用到土壤改良中的環(huán)境礦物材料高達(dá)60種，并形成系列產(chǎn)品如礦物肥料、生長(zhǎng)劑、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)載體等。而國(guó)內(nèi)對(duì)改良土壤的研究起步較晚，用到的環(huán)境礦物材料種類較少，仍處于發(fā)展階段。因此，我國(guó)學(xué)者要加強(qiáng)環(huán)境礦物材料改良土壤方面的研究與應(yīng)用。

2.1改善土壤結(jié)構(gòu)

土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量能夠影響土壤結(jié)構(gòu)。在自然和外界因素的影響下，團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)易遭到破壞，而環(huán)境礦物材料有較大的比表面積、較強(qiáng)的靜電場(chǎng)，可以吸附周圍膠體黏土顆粒，利于形成團(tuán)聚體。研究發(fā)現(xiàn)，在施用沸石后，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體數(shù)量增加，增幅超過(guò)140%，粒徑大于2 mm的團(tuán)聚體也有顯著增多，在低肥力土壤中的改良效果更好。燕存岳將酸化改性后的沸石與牛糞配施，有效促進(jìn)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體中大團(tuán)聚體的形成，土壤容重明顯降低，土壤孔隙度提高。邵玉翠等分析了沸石、膨潤(rùn)土、風(fēng)化煤、磷石膏等4種土壤改良劑對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)膨潤(rùn)土改良效果最好，當(dāng)其用量為7 500 kg/hm2時(shí)可使土壤容重降低12.23%，土壤孔隙度增加12.28%。

2.2提高土壤保水能力

在干旱條件下加入沸石，土壤持水量提高27.9%。膨潤(rùn)土吸水率也很高，在砂質(zhì)土壤上改善土壤保水能力的效果尤為明顯，當(dāng)膨潤(rùn)土用量為20%時(shí)沙土含水量可提高20%多。楊彥明等研究表明，膨潤(rùn)土能夠在降雨時(shí)快速吸收水分，干旱時(shí)再釋放水分，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育。徐曉敏等對(duì)比了蛭石、頁(yè)巖、風(fēng)化煤、草炭、油渣五種土壤改良劑的吸水性和保水性，結(jié)果表明蛭石性能最佳，吸水倍率可達(dá)100%。環(huán)境礦物材料經(jīng)過(guò)改性處理后吸水性能更好，如當(dāng)施用膨脹珍珠巖100 g/盆時(shí)，土壤持水量可增加1.75 kg/盆，蒸發(fā)9 d后土壤持水量沒(méi)有全部揮發(fā)，仍保持較高值。還有很多學(xué)者將蛭石、膨潤(rùn)土、凹凸棒石、硅藻土等環(huán)境礦物材料引入到聚合物基體中，制備出具有高吸水性能的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料。研究表明，復(fù)合材料能夠明顯提高土壤水分保持率，延長(zhǎng)水分保持時(shí)間，減少肥料損失，有效改良土壤。

2.3增加土壤肥力

李華興等研究表明，土壤的保肥能力隨沸石用量的增加而增加，尤其在低肥力、質(zhì)地較粗的土壤上作用更明顯；土壤中的AlP、FeP和水溶性磷也明顯增加，表明沸石能夠減少速效磷的固定，提高磷肥生物有效性。關(guān)連珠等認(rèn)為，沸石能夠改善土壤保銨釋銨、吸磷釋磷能力，提高肥料利用率，還能改善土壤供鉀狀況。當(dāng)沸石用量為750 kg/hm2時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量由17.3 g/kg增加到18.5 g/kg，全氮含量由0.98 g/kg增加到1.24 g/kg，有效磷含量由25 mg/kg增加到27.8 mg/kg，速效鉀含量由119.4 mg/kg增加到135.4 mg/kg，即沸石具有解磷、釋鉀，加速土壤有機(jī)質(zhì)積累，提高土壤保水、保肥的作用。李吉進(jìn)等研究表明，當(dāng)膨潤(rùn)土與有機(jī)物料配施時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨膨潤(rùn)土用量的增加而增加。這可能是因?yàn)榕驖?rùn)土和有機(jī)物料之間構(gòu)成無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合體，能夠降低有機(jī)質(zhì)的分解，從而增加土壤肥力。劉秀珍等試驗(yàn)表明，膨潤(rùn)土可以將鉀以交換態(tài)形式儲(chǔ)存起來(lái)，防止鉀的固定，提高鉀肥利用率。梁成華等認(rèn)為，蛭石對(duì)鉀素的固定量隨外源鉀施入量的增加而增加，粒徑在0.1～0.3 mm時(shí)蛭石對(duì)鉀的固定量最高。

2.4調(diào)節(jié)土壤酸堿度

徐根洪研究表明，沸石能夠降低土壤中的代換性酸和水解性酸濃度，且土壤pH與沸石粒度、用量均有關(guān)，加入過(guò)多沸石不利于植物生長(zhǎng)。以沸石和蒙脫石粉為原材料的土壤改良劑能夠使輕黏質(zhì)酸性紅壤的pH提高1.7個(gè)單位。關(guān)連珠等試驗(yàn)表明，施用沸石后堿化土壤的HCO-3從356 μg/g降到319 μg/g，表明沸石能有效吸附HCO-3，改變土壤酸堿度。

2.5修復(fù)重金屬污染土壤

環(huán)境礦物材料對(duì)重金屬離子的吸附有一定選擇性，如海泡石對(duì)Cu2+的吸附作用大于Pb2+和Cd2+；蒙脫石的吸附順序依次為Cr3+、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+，高嶺石的吸附順序依次為Cr3+、Pb2+、Zn2+、Cu2+、Cd2+，伊利石的吸附順序依次為Cr3+、Zn2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+。同時(shí)，環(huán)境礦物材料對(duì)重金屬的吸附性能與環(huán)境pH相關(guān)。林大松等試驗(yàn)表明，海泡石吸附Cu2+的能力隨環(huán)境pH的增加而減弱，當(dāng)pH為6時(shí)吸附效果最好。邸慧慧等研究表明，海泡石對(duì)土壤Cd有鈍化作用，土壤殘留Cd含量與土壤pH有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，蛭石能夠降低土壤中交換態(tài)鎘和碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘含量，增加殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量，從而有效抑制Cd活性。趙丹等研究表明，在被鎘、銅污染的土壤中施加膨潤(rùn)土，作物葉綠素含量增加，作物體內(nèi)重金屬含量降低。

3結(jié)語(yǔ)

用環(huán)境礦物材料改良土壤，不僅能夠滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，而且能夠拓寬環(huán)境礦物材料的應(yīng)用領(lǐng)域。我國(guó)礦物品種繁多，儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，且價(jià)格低廉，為土壤改良研究提供較好的基礎(chǔ)條件，然而還存在一些問(wèn)題仍待解決，如現(xiàn)階段應(yīng)用于土壤改良方面的環(huán)境礦物材料較少，所以應(yīng)開(kāi)發(fā)利用更多種類環(huán)境礦物材料，發(fā)揮我國(guó)礦物資源優(yōu)勢(shì)。其次，對(duì)環(huán)境礦物材料進(jìn)行改性，或?qū)⒍喾N礦物材料結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，進(jìn)一步提高改良效果。再者，應(yīng)該加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，尤其在環(huán)境礦物材料修復(fù)重金屬污染土壤的原理機(jī)制上還存在一些爭(zhēng)論，缺乏理論支撐。

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