土壤結(jié)構(gòu)改良劑研究現(xiàn)狀及在煙草上的應(yīng)用展望

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摘要　本文介紹了土壤結(jié)構(gòu)改良劑的研究現(xiàn)狀及其在煙草上的應(yīng)用展望。土壤結(jié)構(gòu)改良劑分為天然土壤結(jié)構(gòu)改良劑和人工合成土壤結(jié)構(gòu)改良劑。施用土壤結(jié)構(gòu)改良劑,可以改善土壤結(jié)構(gòu),增強(qiáng)土壤蓄水保水能力,提高土壤溫度。土壤結(jié)構(gòu)改良劑用于煙田,可能會(huì)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(jié)構(gòu)改良劑的研究?jī)H限于天然結(jié)構(gòu)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(jì)算)便有顯著的改土效果。但由于天然結(jié)構(gòu)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(yīng)用,于是,人工合成結(jié)構(gòu)改良劑的研究便逐漸開展起來。克里利姆土壤改良劑是初期人工合成的改良劑,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(diǎn)。最近幾年,高效低用量土壤結(jié)構(gòu)改良劑出現(xiàn),使用方法不斷改進(jìn),使用成本逐漸下降,使其具有越來越廣闊的應(yīng)用前景。

1　土壤結(jié)構(gòu)改良劑的種類、性質(zhì)

　　土壤結(jié)構(gòu)改良劑是根據(jù)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成的原理,利用植物殘?bào)w、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(tuán)聚土粒的膠結(jié)劑,或模擬天然團(tuán)粒膠結(jié)劑的分子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)改良劑,后一類則稱為合成土壤結(jié)構(gòu)改良劑。?

1.1天然土壤結(jié)構(gòu)改良劑?

1.1.1天然結(jié)構(gòu)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(jī)化合物。其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)改良劑的性質(zhì)和作用機(jī)制

　　多聚糖是一種水溶性天然土壤結(jié)構(gòu)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(shí),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(jié)在一起形成團(tuán)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(jié)的微團(tuán)?；驁F(tuán)粒具有相當(dāng)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(jī)化合物取代,而且有機(jī)化合物的親水功能團(tuán)與粘土礦物的活性點(diǎn)相結(jié)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(tuán)粒具有水穩(wěn)性。?

1.2人工合成土壤結(jié)構(gòu)改良劑?

1.2.1聚乙烯醇(PVA),屬非離子型聚合物,結(jié)構(gòu)式為:?



1.2.2聚丙烯酰胺制劑(PHM),結(jié)構(gòu)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?

　?。ǎ茫龋玻茫龋゛－（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(jié)構(gòu)改良劑一般具有很強(qiáng)的粘結(jié)力,能把分散的土粒粘結(jié)成穩(wěn)固的團(tuán)粒。陽離子型聚合改良劑與粘粒上的負(fù)電荷結(jié)合,膠結(jié)分散的粘粒形成團(tuán)聚體,陰離子型結(jié)構(gòu)改良劑作用機(jī)制不同于陽離子型,它與帶負(fù)電荷的土粒結(jié)合分三種情況:一是由氫鍵連結(jié),即陰離子型結(jié)構(gòu)改良劑分子上的羥基(－ＯＨ）與粘粒礦物晶體面上氧原子結(jié)合形成氫鍵;二是在低pH條件下,陰離子型結(jié)構(gòu)改良劑產(chǎn)生正電荷,與粘粒晶面上的負(fù)電荷形成離子鍵;三是高價(jià)礦質(zhì)離子作為鹽橋分別與陰離子型改良劑分子上的負(fù)電荷和土粒上的負(fù)電荷結(jié)合形成離子鍵。

2　土壤結(jié)構(gòu)改良劑的應(yīng)用效果?

2.1　改善土壤結(jié)構(gòu)

　　土壤結(jié)構(gòu)改良劑能有效地改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu),減小土壤容重,增加總孔隙度?。西南農(nóng)業(yè)大學(xué)曾覺廷的研究證明,土壤改良劑能使分散的土粒形成微團(tuán)聚體,進(jìn)一步形成團(tuán)聚體,不僅增加土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量,而且顯著提高團(tuán)聚體的質(zhì)量。在盆栽土壤試驗(yàn)中,大團(tuán)聚體含量比對(duì)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(yàn)表明,0.5～0.25mm團(tuán)聚體相對(duì)增加3.7%～54.6%,結(jié)構(gòu)改良劑不僅能使分散的土粒團(tuán)聚,還可使微團(tuán)粒相互粘結(jié),所以施用結(jié)構(gòu)改良劑后,大團(tuán)粒的比率大大增加。有人曾做過試驗(yàn),施入0.05%CRD－1816后,2～５mm及大于5mm的團(tuán)粒占團(tuán)?？倲?shù)的63%,施用量增至0.15%時(shí),則達(dá)90%,而對(duì)照僅為11%。結(jié)構(gòu)改良劑促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成的同時(shí),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(duì)照僅有7.7%。最近,山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土肥所研究了粉煤灰的改土效應(yīng),試驗(yàn)結(jié)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(xué)陳萌在紫色土上的試驗(yàn)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(duì)植物的有效程度。中國(guó)農(nóng)科院汪德水的研究結(jié)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(jié)構(gòu)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(gè)階段中,瀝青乳劑具有抑制水分蒸發(fā)的效果,抑制率達(dá)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(yàn)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(duì)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(duì)照高0.8～1.5℃?。

3　土壤結(jié)構(gòu)改良劑使用技術(shù)研究?

3.1　土壤結(jié)構(gòu)改良劑的用量
 

大,則成本高,投資大,有時(shí)還會(huì)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(dāng)?shù)挠昧渴欠浅Ｖ匾?80年代,Hedrick和Mowry等報(bào)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(gè)極限,反而不利于團(tuán)粒的形成。近幾年來的研究結(jié)果與以前有所不同,1986年,Wallace試驗(yàn)證明,使用量為4 mg/kg時(shí),水穩(wěn)性團(tuán)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(jié)構(gòu)改良劑的使用方法

　　如果將粉劑直接撒施于表土中,由于結(jié)構(gòu)改良劑很難溶解進(jìn)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(tuán)聚體和土壤導(dǎo)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(tuán)聚體增加45.2%,土壤的物理性狀有較大改善。?

3.3　施用時(shí)土壤墑情

　以前普遍認(rèn)為,要在表土墑情適宜時(shí)進(jìn)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(jìn),施用時(shí)對(duì)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(xì)曬干,且土壤愈干,愈細(xì),施用效果愈好。

4　在煙草上應(yīng)用展望

　　中國(guó)植煙土壤長(zhǎng)期片面重視化學(xué)肥料,致使土壤有機(jī)質(zhì)含量銳減,土壤物理性狀惡化,尤其是團(tuán)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(duì)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(yīng)狀況是由土壤孔性和結(jié)構(gòu)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(huì)降低,直接影響煙堿合成。施用土壤結(jié)構(gòu)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(duì)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(jìn)煙株根系的有氧呼吸,有利于植物對(duì)養(yǎng)分的吸收。水分對(duì)煙株生長(zhǎng),特別是對(duì)根系的生長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)液的水勢(shì),植物對(duì)H２PO4－、K＋和其它離子的吸收就會(huì)受到抑制。不同含水量土壤的吸收試驗(yàn)證明,玉米對(duì)８６Ｒb的吸收隨土壤含水量由10%增加到28%而提高。對(duì)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(yán)重。試驗(yàn)證明,保持土壤濕潤(rùn),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(jié)構(gòu)改良,土壤水分性狀和通氣性狀的平衡,成為我國(guó)煙草栽培工作中的一項(xiàng)重要任務(wù)。土壤結(jié)構(gòu)改良劑的研究及應(yīng)用證實(shí),它不但增加土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)改良劑應(yīng)用效果研究及使用技術(shù)的改進(jìn),為煙草生產(chǎn)再上新臺(tái)階奠定了基礎(chǔ)。土壤結(jié)構(gòu)改良劑有效施用量的減少,施用方法的改進(jìn),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(rùn)較高的經(jīng)濟(jì)作物,施用土壤結(jié)構(gòu)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(xiàng)技術(shù)易于推廣,見效快,因此,土壤結(jié)構(gòu)改良劑在煙草生產(chǎn)上有廣闊的應(yīng)用前景。

一般以占干土重的百分率表示,若施用量過小,團(tuán)粒形成量少,作用不大;施用量過