土壤結構改良劑研究現(xiàn)狀及在煙草上的應用展望

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

摘要　本文介紹了土壤結構改良劑的研究現(xiàn)狀及其在煙草上的應用展望。土壤結構改良劑分為天然土壤結構改良劑和人工合成土壤結構改良劑。施用土壤結構改良劑,可以改善土壤結構,增強土壤蓄水保水能力,提高土壤溫度。土壤結構改良劑用于煙田,可能會提高煙葉產(chǎn)量與質(zhì)量。溶于水施用較直接將粉劑撒施于表土效果好。

　　50年代以前,土壤結構改良劑的研究僅限于天然結構改良劑,研究較多的是藻朊酸鹽,它是從藻類中抽取的多糖羧酸類化合物,藻朊酸鈉用量0?1%(按土重計算)便有顯著的改土效果。但由于天然結構改良劑易被土壤微生物分解且用量較大,難以在生產(chǎn)上廣泛應用,于是,人工合成結構改良劑的研究便逐漸開展起來?？死锢吠寥栏牧紕┦浅跗谌斯ず铣傻母牧紕?主要成分是聚丙烯酸鈉鹽,具有高效、抗微生物分解、無毒等優(yōu)點。最近幾年,高效低用量土壤結構改良劑出現(xiàn),使用方法不斷改進,使用成本逐漸下降,使其具有越來越廣闊的應用前景。

1　土壤結構改良劑的種類、性質(zhì)

　　土壤結構改良劑是根據(jù)團粒結構形成的原理,利用植物殘體、泥炭、褐煤等為原料,從中抽取腐殖酸、纖維素、木質(zhì)素、多糖羧酸類等物質(zhì),作為團聚土粒的膠結劑,或模擬天然團粒膠結劑的分子結構和性質(zhì)所合成的高分子聚合物。前一類制劑為天然土壤結構改良劑,后一類則稱為合成土壤結構改良劑。?

1.1天然土壤結構改良劑?

1.1.1天然結構改良劑的種類?

1.1.1.1腐殖酸類以泥炭、褐煤為原料制成褐腐酸鈉或鉀,它們是一大類多環(huán)稠環(huán)有機化合物。其結構與土壤腐殖質(zhì)相似。?

1.1.1.2多聚糖類從瓜爾豆中提取的一種高分子物質(zhì)。?

1.1.1.3纖維素類主要成分為纖維素,用堿液加濕處理后,即產(chǎn)生纖維糊,可做為結構改良劑。?

1.1.1.4木質(zhì)素類一般以紙漿廢液為原料制成,包括木質(zhì)素磺酸、木質(zhì)素亞硫酸銨、木質(zhì)素亞硫酸鈣等。?

1.1.1.5其它粉煤灰、糠醛渣、沼渣。?

1.1.2以多聚糖和腐殖酸類說明天然結構改良劑的性質(zhì)和作用機制

　　多聚糖是一種水溶性天然土壤結構改良劑,它是從瓜爾豆中提取的一種高分子物質(zhì),其分子質(zhì)量大于2.0×10５u。多聚糖在水溶液中是一種生物不穩(wěn)定性物質(zhì),在土壤中能被微生物降解成小分子物質(zhì),因此,改良土壤時,用量大于人工合成改良劑。多聚糖是一種線性的繞曲的高分子聚合體,在其鏈條上有大量的－OH,羥基與粘粒礦物晶體表面上的氧原子形成氫鍵,示意如下:粘土晶面Si－Ｏ……HO－R－OH－O－Si粘土晶面,將分散的土壤顆粒膠結在一起形成團聚體。多聚糖的親水基－ＯＨ與粘粒的氧鍵,其鍵能為20.9～41.9 kJ/mol。由它膠結的微團粒或團粒具有相當程度的穩(wěn)定性。這樣,粘粒表面吸附的水分子被高分子有機化合物取代,而且有機化合物的親水功能團與粘土礦物的活性點相結合,于是,粘粒表面為疏水的烴鏈所被覆,從根本上改變了粘粒的水合性和脹縮性,使生成的團粒具有水穩(wěn)性。?

1.2人工合成土壤結構改良劑?

1.2.1聚乙烯醇(PVA),屬非離子型聚合物,結構式為:?



1.2.2聚丙烯酰胺制劑(PHM),結構式:?



　　這種制劑中的干物質(zhì)含量為8?0%,干物質(zhì)中的含氮量為19?2%。?

1.2.3瀝青乳劑(ASP)?

1.2.4聚丙烯腈?

　　－（－ＣＨ２－ＣＨ－）a－（ＣＨ２－ＣＨ）b－?

　　　　　　　　　｜　　　　　?。?

　　　　　　　　COO－　　　　　　CH＋

　　它們是由單體聚合而成的,單體有乙烯單體(CH２＝CH２)、丙烯酸(CH２＝CH－COOH)、丙烯腈單體(CH２＝ＣＨ－ＣＮ）等。在聚合物鏈條上有許多功能基,其中有些是活性功能基,如羧基(－ＣＯＯＨ）、氨基(－ＮＨ２）等。這些活性功能基在溶液中解離后,就使聚合物成為帶電離子,或是聚合陰離子,或是聚合陽離子。合成的結構改良劑一般具有很強的粘結力,能把分散的土粒粘結成穩(wěn)固的團粒。陽離子型聚合改良劑與粘粒上的負電荷結合,膠結分散的粘粒形成團聚體,陰離子型結構改良劑作用機制不同于陽離子型,它與帶負電荷的土粒結合分三種情況:一是由氫鍵連結,即陰離子型結構改良劑分子上的羥基(－ＯＨ）與粘粒礦物晶體面上氧原子結合形成氫鍵;二是在低pH條件下,陰離子型結構改良劑產(chǎn)生正電荷,與粘粒晶面上的負電荷形成離子鍵;三是高價礦質(zhì)離子作為鹽橋分別與陰離子型改良劑分子上的負電荷和土粒上的負電荷結合形成離子鍵。

2　土壤結構改良劑的應用效果?

2.1　改善土壤結構

　　土壤結構改良劑能有效地改善土壤團粒結構,減小土壤容重,增加總孔隙度?。西南農(nóng)業(yè)大學曾覺廷的研究證明,土壤改良劑能使分散的土粒形成微團聚體,進一步形成團聚體,不僅增加土壤中水穩(wěn)性團聚體的含量,而且顯著提高團聚體的質(zhì)量。在盆栽土壤試驗中,大團聚體含量比對照增加了,PHM為20.88%,VAM為4.73%,HNA為2.24%。陜西農(nóng)科院土肥所宋立新的試驗表明,0.5～0.25mm團聚體相對增加3.7%～54.6%,結構改良劑不僅能使分散的土粒團聚,還可使微團粒相互粘結,所以施用結構改良劑后,大團粒的比率大大增加。有人曾做過試驗,施入0.05%CRD－1816后,2～５mm及大于5mm的團粒占團?？倲?shù)的63%,施用量增至0.15%時,則達90%,而對照僅為11%。結構改良劑促進團粒結構形成的同時,還提高了土壤總孔隙度,降低土壤容重。紫黃泥土施用PHM(0.4%)和VAM(0.1%)后,土壤中＞50μm孔隙分別是18.3%和11.7%,而對照僅有7.7%。最近,山西省農(nóng)業(yè)科學院土肥所研究了粉煤灰的改土效應,試驗結果表明,土壤施入粉煤灰后,可以降低容重,增加孔隙度,調(diào)節(jié)三相比,提高地溫,縮小膨脹率,明顯地改善了粘土的物理性狀。?

2.2　提高土壤蓄水保水能力

　　西南農(nóng)業(yè)大學陳萌在紫色土上的試驗證明,PHM和VAM均能提高土壤持水量和釋水量,增大土壤吸持水分對植物的有效程度。中國農(nóng)科院汪德水的研究結果說明,瀝青乳劑和PHM均能減少土面水分蒸發(fā),保蓄水分,提高水分利用效率。王久志在土壤結構改良劑覆蓋改土作用的研究中指出,施用瀝青乳劑后,在0～１５cm和1m土層內(nèi),土壤含水量分別增加19.33%～27.44%和10%。在蒸發(fā)的3個階段中,瀝青乳劑具有抑制水分蒸發(fā)的效果,抑制率達14.7%～32.3%?。?

2.3　提高土壤溫度

　　瀝青乳劑可以提高地溫。有試驗證明,施用瀝青乳劑后,在1d內(nèi)或一年內(nèi)土壤溫度均高于對照,日平均增溫2.1℃。宋立新等研究證明施用瀝青乳劑增高耕層地溫,較對照高0.8～1.5℃?。

3　土壤結構改良劑使用技術研究?

3.1　土壤結構改良劑的用量
 

大,則成本高,投資大,有時還會發(fā)生混凝土化現(xiàn)象。根據(jù)土壤和土壤改良劑性質(zhì)選擇適當?shù)挠昧渴欠浅Ｖ匾?80年代,Hedrick和Mowry等報道,聚電解質(zhì)聚合物改良劑能有效地改良土壤物理性狀的最低用量為10 mg/kg,適宜用量為100～2000 mg/kg。奧田東等指出,以5000 mg/kg用量為極限,超過這個極限,反而不利于團粒的形成。近幾年來的研究結果與以前有所不同,1986年,Wallace試驗證明,使用量為4 mg/kg時,水穩(wěn)性團粒增加的幅度大,說明聚丙烯酰胺用量低于10 mg/kg,也具有一定的改土效果。

3.2　土壤結構改良劑的使用方法

　　如果將粉劑直接撒施于表土中,由于結構改良劑很難溶解進入土壤溶液,這種施用方法的改土效果很小,在相同情況下,將改良劑溶于水施用,土壤的物理性狀明顯得到改善,例如,每公頃用42 kg固態(tài)聚丙烯酰胺,土壤團聚體和土壤導水率均未增加,但改良劑溶于水施用,每公頃只用32.2 kg聚丙烯酰胺,團聚體增加45.2%,土壤的物理性狀有較大改善。?

3.3　施用時土壤墑情

　以前普遍認為,要在表土墑情適宜時進行,適宜的濕度為田間最大持水量的70%～８０％?。最近,由于施用方法從固態(tài)施用到液態(tài)施用的改進,施用時對土壤濕度的要求與以前不同。研究證明,施用前要求把土壤耙細曬干,且土壤愈干,愈細,施用效果愈好。

4　在煙草上應用展望

　　中國植煙土壤長期片面重視化學肥料,致使土壤有機質(zhì)含量銳減,土壤物理性狀惡化,尤其是團聚體數(shù)量和質(zhì)量的下降,土壤通氣狀況退化。研究證明土壤的物理性狀對煙葉的品質(zhì)和產(chǎn)量有著重要影響,其中尤以通氣狀況和水分狀況之間的平衡,控制了大部分品質(zhì)要素。煙草是需氧較多的植物,依靠氧維持根系功能。(1)氧氣的供應狀況是由土壤孔性和結構性決定的。由于煙堿是在煙草根部,尤其是在幼根和根毛等部位形成,保持良好的土壤通氣性有利于煙堿的合成。土壤通氣性不良,則土壤供氧不足,根系呼吸受阻,新生根的形成和活性就會降低,直接影響煙堿合成。施用土壤結構改良劑,改善土壤通氣性,有利于煙堿的合成。(2)土壤通氣狀況和水分狀況還影響植物對養(yǎng)分的吸收。通氣良好的環(huán)境,能使根部供氧狀況良好,并能促使呼吸產(chǎn)生的CO2從根際散失。根際土壤中氧氣的含量高,能促進煙株根系的有氧呼吸,有利于植物對養(yǎng)分的吸收。水分對煙株生長,特別是對根系的生長有很大影響,也同樣間接影響?zhàn)B分的吸收。許多研究表明,若施用甘露醇降低營養(yǎng)液的水勢,植物對H２PO4－、K＋和其它離子的吸收就會受到抑制。不同含水量土壤的吸收試驗證明,玉米對８６Ｒb的吸收隨土壤含水量由10%增加到28%而提高。對K＋而言,缺水既可降低其從土粒向根表的遷移速率,也可減弱根系的吸收能力。再者,北方土壤的主要粘粒礦物為2:1型蒙脫石,K＋在這樣的土壤中的固定現(xiàn)象十分明顯,尤其是在土壤干濕交替過程中,更為嚴重。試驗證明,保持土壤濕潤,緩解干濕交替過程是提高K＋有效性的重要措施。因此,植煙土壤的土壤結構改良,土壤水分性狀和通氣性狀的平衡,成為我國煙草栽培工作中的一項重要任務。土壤結構改良劑的研究及應用證實,它不但增加土壤團粒結構,改善土壤通氣性,還能提高土壤水分有效性及土壤溫度。土壤結構改良劑應用效果研究及使用技術的改進,為煙草生產(chǎn)再上新臺階奠定了基礎。土壤結構改良劑有效施用量的減少,施用方法的改進,改土效果的提高,使得它在大田使用成為可能。煙草是一種利潤較高的經(jīng)濟作物,施用土壤結構改良劑,能提高煙葉外觀品質(zhì)和內(nèi)在質(zhì)量,提高產(chǎn)值及投入產(chǎn)出比,而且該項技術易于推廣,見效快,因此,土壤結構改良劑在煙草生產(chǎn)上有廣闊的應用前景。

一般以占干土重的百分率表示,若施用量過小,團粒形成量少,作用不大;施用量過