新型腐植酸土壤调理剂的作用机理和应用研究 [复制链接]

摘要：本文对新型腐植酸土壤调理剂的作用机制进行了初步研究，并分析研究了黑龙江省土肥站关于这种调理剂的两年两地两作物田间试验资料，论证了新型腐植酸土壤调理剂对治理酸性土壤和修复被镉污染农田有一定作用，可供农民生产者使用。
关键词：新型腐植酸土壤调理剂  土壤酸化 稻田镉污染

1、概述
近年来，随着工业化、城市化、农业集约化以及经济增长进程持续加快，资源开发利用强度逐步加大，我国耕地土壤的酸化、重金属污染等问题日渐严重，不仅会影响农作物的持续增产、优质，还会损害土壤生态系统的结构和功能，导致土壤生产能力的退化，并最终对粮食安全、生态安全和人类生命健康构成严重威胁。
为了能够有效治理土壤酸化和修复被重金属镉污染了的土壤，广州聚凡农业科技有限公司的专家团队在总结国内外最新研究成果和应用实践经验的基础上，研发出一种新型的以腐植酸和硅钙钾营养元素、促生真菌有机结合的土壤调理剂。我们初步研究了其作用机理和大田应用效果，为今后大面积示范推广提供依据。
2、我国土壤酸化和稻田镉污染的现状
80年代以来，我国的土壤酸化现象日渐严重。美国科学杂志报道（2010）^（1）：从上世纪80年代早期至今，几乎在中国发现的所有土壤类型的pH值都下降了0.13—0.80，而且酸化还有发展的趋势。据不完全统计，我国的酸性土壤的面积约为20万km²，占全国总面积的21%。当前全国土壤酸碱度（pH值）30年平均下降了0.6个单位。土壤酸化最严重的广东、广西、四川等地pH＜4.5的耕地土壤比例分别为13%、7%、4%^（2）。土壤酸化不仅在南方较严重，北方地区也有大量报道^{（3）（4）}：渤海湾非石灰性母质土壤（pH5.3，最低为4.31）、黑龙江省山地草甸土（pH4.60—4.68，黑龙江省土肥站）、水稻土（pH4.98—5.18，黑龙江省土肥站）等。
关于稻田镉污染，据熊思健等报道（2014）^（5），2011年，我国受镉污染的耕地面积近130万hm²，涉及11个省市。杨梅琳（2009）报道^（6），广州郊区老污灌区土壤镉含量最高达228mg/kg，平均为6.18mg/kg。潘根兴（2013）报道^（1），在华东、东北、华中、西南、华南、华北六个大区的县级市场中，随机采购大米样品91个，分析结果是其中10%左右的大米样品镉含量超标。这就是发生在当年震惊全国的湖南波及到江西、广东的“毒大米”事件，使农民生产者和大米商家遭受严重损失，给粮食安全带来了新的隐忧。
3、新型腐植酸土壤调理剂的作用机理
3.1.利用强碱性物质调节土壤pH值
   土壤酸度的变化主要是指土壤中氢离子（H⁺）浓度的变化，土壤酸化过程实质上就是土壤中H⁺增加的过程。而在我国南方地区的强酸性土壤总酸度中，交换性H⁺一般只占1-3%，其余均为交换性的Al³⁺。因为Al³⁺水解会离生H⁺，这是导致土壤酸化的主要原因。绿色中迅的新型腐植酸土壤调理剂中的硅、钙、钾原料均为强碱性反应，产品的pH值也是强碱性，pH值11-12，能够强有力的促进土壤中Al³⁺的水解，并中和这种反应中产生的H⁺，从而有效的治理土壤酸害。产品中的腐植酸成分作为弱有机酸易与土壤中的各种阳离子结合形成腐植酸盐，形成腐植酸与腐植酸盐相互转化的缓冲系统，可以调节和稳定土壤pH值，减少土壤酸碱度的急剧变化。而据黑龙江省土肥站的两年田间试验，这种新型腐植酸土壤调理剂可使山地草甸土pH值提高0.53~0.77、水稻土pH值提高0.52~0.81，有极好的治酸效果。
作者简介：熊思健（1966-）男，江西余江人，高级农艺师，新型肥料联盟付理事长。
通讯作者：陈绍荣，研究员，中国化工学会化肥专业委员会委员 ，国务院特殊津贴专家

资料列成表1和表2：

试验地点	参试作物	试验年份	施量处理kg/667m2	土壤pH值
				Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	平均	比较
佳木斯市桦南县桦南镇	玉米	2012	Ck	4.58	4.62	4.61	4.60	—
			50	5.15	5.18	5.20	5.18	+0.58
			100	5.22	5.25	5.27	5.25	+0.65
		2013	Ck	4.62	4.60	4.65	4.62	—
			50	5.13	5.15	5.17	5.15	+0.53
			100	5.34	5.36	5.32	5.34	+0.72
鹤岗市萝北县团结镇	玉米	2012	Ck	4.68	4.65	4.70	4.68	—
			50	5.28	5.26	5.30	5.28	+0.60
			100	5.48	5.45	5.41	5.45	+0.77
		2013	Ck	4.59	4.64	4.63	4.62	—
			50	5.13	5.18	5.16	5.16	+0.54
			100	5.29	5.32	5.31	5.31	+0.69

试验地点	参试作物	试验年份	施量处理kg/667m2	土壤pH值
				Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	平均	比较
佳木斯市桦南县桦南镇	水稻	2012	Ck	4.97	5.17	4.95	5.03	—
			50	5.59	5.56	5.53	5.56	+0.53
			100	5.76	5.79	5.82	5.79	+0.76
		2013	Ck	5.18	5.16	5.20	5.18	—
			50	5.68	5.72	5.70	5.70	+0.52
			100	5.70	5.84	5.80	5.78	+0.60
鹤岗市萝北县团结镇	水稻	2012	Ck	4.97	5.01	4.96	4.98	—
			50	5.55	5.58	5.59	5.57	+0.59
			100	5.76	5.74	5.87	5.79	+0.81
		2013	Ck	5.11	5.07	5.13	5.10	—
			50	5.61	5.65	5.63	5.63	+0.53
			100	5.84	5.79	5.82	5.82	+0.72

3.2.利用硅肥、腐植酸治理修复稻田镉污染
大量研究证明，硅肥可以明显抑制水稻对镉的吸收（2013）^（5）。曹仁林等的试验结果（1999）^（7），水稻对镉的吸收要取决于土壤中镉的形态分配系数大小所致的有效态镉的相对数量，使用硅肥后可使土壤中交换态镉的分配系数明显变小。田间试验结果，在硅肥用量1.5t/hm²处理中，交换态镉的含量比对照降低53%，而碳酸盐和氧化锰结合态镉的含量比对照增加358%，从而大大降低土壤有效镉含量，资料见图1：

图片:QQ图片20140327153007.jpg

图1  硅肥处理土壤中pH值和有效态镉相对百分数
( 硅肥处理: 1. CK; 2. 1. 5t/ hm2 ; 3. 15t/ hm2; 4. 30t/ hm2 )

硅还是水稻超高产栽培不可缺少的大量营养元素。在镉轻度污染（酸性水稻土镉含量0.26~0.5mg/kg）时，硅肥用量为750~1500kg/ hm²；镉中度污染（酸性水稻土镉含量0.5~1mg/kg）时，硅肥用量2000~3000kg/ hm²;镉重度度污染（〉1mg/kg）时硅肥用量为5000~6000kg/ hm²。
施用腐植酸，尤其是多年施用，可提升土壤有机质含量，稳定减轻土壤中的镉对水稻的不利影响。应用腐植酸类肥料对重金属污染土壤的缓冲和净化机制主要表现在：（1）参与离子的交换反应，与重金属离子发生络合、螯合作用；（2）改善土壤结构，为土壤微生物活动提供基质和能源，从而间接影响土壤重金属的行为；BOIton研究发现^〔8〕：在一定的pH条件下，土壤Cd的最大吸附量与有机质、铁铝氧化物等有明显的相关性，可用Langmuig方程式表示。因此，土壤有机质对镉等重金属离子的吸附作用很显著。
3.3.利用复合微生物菌制剂降解土壤中的重金属残留或毒性
     研究证明，利用微生物的作用，可以降低土壤中重金属的残留或毒性。有的如细菌产生的酶可使重金属还原或与重金属结合为毒性小的且较稳定的状态；可以吸附积累重金属；能够改变根际微环境，减轻重金属对作物的毒害。例如，Filali（2000）^（9）从污水中分离纯化出抗Cd（2mmol/L）和Hg（1.2mmol/L）菌株，如假单胞菌、克氏杆菌、变形杆菌等。还有一些具有菌根的作物，由菌根菌产生的黏胶物质、根系分泌物和菌根菌本身组成，有利于将重金属离子滞留在根外。有资料表明^（9），黑麦草根部的丛枝菌根真菌（AMF）能分别吸附相当于自身干物质重量的1313%的Cd。
   绿色中迅研发的新型腐植酸土壤调理剂加入了我国湖北“吾尔利”研发的有自主知识产权的复合微生物菌制剂，其中有光合菌群、乳酸菌群、革兰氏阳性放射种群、酵母菌群、丝状菌群、芽孢杆菌群等六大有益微生物种群，对增加土壤中的有效营养元素、改善作物根系微生物环境、改良土壤不良理化性质实现高产优质抗病栽培有很重要的作用。
4、应用实例
4.1.概述：新型腐植酸土壤调理剂的应用试验，由黑龙江省土肥管理站承担，计分两种作物、两种土壤，试验年限为两年（2012~2013）。试验材料由昆明绿色中迅生物有限公司提供。技术指标为：Cao≥18%、Sio₂≥20%，腐植酸≥6%，pH≥11。试验处理：（1）常规施肥（Ck）；（2）常规施肥+50kg/667m²腐植酸土壤调理剂；（3）常规施肥+100kg/667m²腐植酸土壤调理剂。试验设计为随机排列，重复3次，小区面积30m²。试验前后分别采取0cm-20cm耕层土样，根据《土壤分析技术规范》进行土壤化验分析。试验前的土样分析资料列成表4：

试验地点	土壤名称	参试作物	试验年份	土样化学物质
				有机质g/kg	碱解氮mg/kg	有效磷mg/kg	速效钾mg/kg	pH值
佳木斯市桦南县桦南镇	山地草甸土	玉米	2012	34.53	184.02	53.33	161.80	4.60
			2013	35.53	182.02	48.33	148.80	4.62
	水稻土	水稻	2012	27.50	125.00	16.00	75.10	5.00
			2013	31.50	137.80	24.00	68.70	5.18
鹤岗市萝北县团结镇	山地草甸土	玉米	2012	31.48	176.02	43.33	152.60	4.68
			2013	35.33	138.42	48.88	142.56	4.62
	水稻土	水稻	2012	34.60	135.50	23.00	67.40	4.98
			2013	36.60	121.50	32.00	53.40	5.10

4.2.试验成果
  （1）调酸效果：应用腐植酸土壤调理剂后土壤pH值明显升高，升高值为0.52~0.81，平均升高0.63。资料见表1、表2。
   （2）玉米肥效：
①对玉米经济性状的影响：两年两地试验结果表明，施用腐植酸土壤调理剂后对玉米的株高、穗长、有效穗数和实粒数均有促进作用，而对千粒重的作用更大，50kg处理比常规施肥处理增重11.7g，100kg处理增长16.2g。资料见表5.

试验地点	试验年份	试验处理kg/667m2	株高 cm	穗长 cm	有效穗个/667m2	实粒数 粒/穗	千粒重 g	理论产量 kg/667m2
桦南镇	2012	Ck	222	21.4	4500	536	245	590.9
		50	226	22.3	4583	558	253	647.0
		100	231	22.6	4625	565	265	692.5
	2013	Ck	230	22.1	4523	519	250	586.8
		50	236	22.6	4688	532	264	658.4
		100	239	23.4	4712	547	273	703.6
团结镇	2012	Ck	230	22.1	4512	517	253	703.6
		50	236	22.6	4688	532	264	658.4
		100	239	23.4	4523	519	248	582.2
	2013	Ck	220	21.9	4503	532	251	601.3
		50	226	22.3	4567	558	265	675.3
		100	230	22.6	4925	565	278	773.6
平均		Ck	225.5	21.9	4509.5	526.0	249.8	620.65
		50	231.0	22.5	4631.5	545.0	261.5	659.78
		100	234.8	23.0	4696.3	549.0	266.0	687.98

②对玉米产量的影响：资料表明，使用50kg腐植酸调理剂处理比常规施肥处理平均增产8%，施用100kg腐植酸调理剂处理平均增产13.4%，增产效果显著。资料见表6：

试验地点	试验年份	试验处理kg/667m2	小区产量（kg）				折单产kg/667m2	产量比较%
			Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	平均
桦南镇	2012	Ck	44.5	43.9	44.8	44.4	592.0	100.0
		50	47.8	49.2	48.5	48.5	647.0	108.5
		100	51.4	52.8	51.6	51.9	692.5	114.5
	2013	Ck	47.8	48.0	47.9	47.9	638.7	100.0
		50	51.9	51.6	51.6	51.7	689.4	107.9
		100	54.8	54.7	54.6	54.7	729.4	114.2
团结镇	2012	Ck	47.8	48.0	47.9	47.9	638.7	100.0
		50	51.8	51.6	51.6	51.7	689.4	107.9
		100	53.8	53.7	53.6	53.7	716.0	112.1
	2013	Ck	52.7	52.3	52.8	52.6	704.0	100.0
		50	56.5	56.5	56.8	56.6	754.7	107.2
		100	58.7	58.3	58.5	58.5	780.6	110.8
平均		Ck	48.2	48.1	48.11	48.25	643.4	100.0
		50	52.5	52.2	52.1	52.2	695.1	108.0
		100	54.7	54.9	54.6	54.7	729.6	113.4

（3）水稻肥效
       ①对水稻经济性状的影响：考种资料表明，腐植酸土壤调理剂对水稻的株高、有效穗数有一定的促进作用，而每穗实粒数和结实率有很明显的增加及提高，千粒重略有增加，资料见表7：
②对水稻产量的影响
     试验产量资料说明，水稻应用腐植酸调理剂有很明显的增产效果，50kg处理平均增产8.2%，100kg处理平均增产15.0%。资料列成表8：

试验地点	试验年份	试验处理kg/667m2	小区产量（kg）				折单产kg/667m2	产量比较%
			Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	平均
桦南镇	2012	Ck	17.3	17.4	18.1	17.6	391.6	100.0
		50	19.4	18.9	19.9	19.4	430.8	110.0
		100	21.4	19.7	21.6	20.9	463.6	118.4
	2013	Ck	19.1	19.6	19.2	19.3	428.9	100.0
		50	20.9	20.5	20.7	20.7	460.0	107.2
		100	20.9	21.8	22.4	21.7	482.0	112.4
团结镇	2012	Ck	18.7	18.5	18.9	18.7	416.2	100.0
		50	20.4	20.1	20.1	20.2	448.6	107.8
		100	21.7	21.5	22.2	21.8	484.3	116.4
	2013	Ck	21.0	21.2	20.8	21.0	468.9	100.0
		50	22.6	23.1	22.7	22.8	506.5	108.0
		100	23.8	23.9	23.9	23.9	531.2	113.3
平均		Ck	19.0	19.2	19.3	19.2	426.4	100.0
		50	20.8	20.7	20.9	20.8	461.5	108.2
		100	22.0	21.7	22.5	22.1	490.3	115.0

（1）       陈绍荣 余根德 白云飞等  土壤酸化及酸性土壤调理剂应用概述（J）化肥工业 第40卷第2期：66-68
（2）       李荣  修复土壤，提高农业生产力(N)中国农资2012-09-01（A5）
（3）       王忠和 李早东 王文华  烟台市苹果园土壤状况调查报告（J）落叶果树，2014（4）：42-43
（4）       张传英  日照市东港区苹果园酸化土壤调节技术研究（J）中国园艺文摘 2014（4）：42-43
（5）       熊思健 邵建华 陈绍荣 稻田镉污染及其治理修复（J）磷肥与复肥2014（1）：72-74
（6）       杨梅琳 土壤重金属污染修复的研究（J） 环境科学与管理 2009,34（6）：130-135
（7）       曹仁林，贾晓葵，张建顺 镉污染水稻土防治研究（J）天津农村科技1999（6）：12-17
（8）       陈世宝、华珞、白玲玉等 有机质在土壤重金属污染治理中的应用，（J）农业环境与发展，1997（3）：26-29
（9）       张颖 伍钧主编 土壤污染与防治（M）中国林业出版社2012：239-248

很好，学习了

感谢老师分享！

学习，麻烦老师，酸碱度大小对化肥利用率有何影响，盼回

金坷垃种植:学习，麻烦老师，酸碱度大小对化肥利用率有何影响，盼回 (2014-03-27 19:52) 

酸碱度对养分利用率的影响：
1、合适的PH值会促进根系生长，促进养分的吸收。
2、ph偏底，各种养分的有效性降低，尤其是中微量元素（可参考ph与养分与养分有效性图）。
3、合适的ph值促进有益菌的活性，提高肥料利用率。
以上综合，土壤调酸剂在酸性土壤上至少可提高养分利用率20-30%。

很强啊

谢谢老师

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好文章， 熊哥！

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