磷石膏矯治酸性黃壤的效應(yīng)及機(jī)制研究.pdf

1、黃壤是貴州省面積最大的地帶性土壤，面積共738．4萬h㎡，占全省土壤總面積的46．4%。pH小于5．5的強(qiáng)酸性黃壤面積占黃壤總面積41．2％，土壤過酸不僅造成作物生長不良、產(chǎn)量下降，還導(dǎo)致土壤中陽離子易于流失，使鉀、鈣、鎂、鉬、硼等營養(yǎng)元素缺乏，有毒重金屬元素的活化，影響土壤微生物的活性等等。酸性黃壤的酸（鋁毒害）和瘦（養(yǎng)分缺乏和有效性低）已成為限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和影響環(huán)境質(zhì)量的主要因素之一，酸性黃壤的改良培肥利用一直是黃壤資源利用的一個(gè)難點(diǎn)

2、。貴州是土地資源匱乏的山區(qū)省份，改良利用好寶貴的黃壤資源，對(duì)貴州省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的平穩(wěn)健康發(fā)展和糧食安全有著重要影響。施用石灰被認(rèn)為是改良酸性土壤和消除鋁毒較為有效而經(jīng)典的方法。但也有研究表明，石灰在土壤剖面的移動(dòng)性很慢，大量或長期施用石灰不僅會(huì)引起土壤板結(jié)而形成“石灰板結(jié)田”，而且易引起土壤鈣、鉀、鎂等元素的平衡失調(diào)而導(dǎo)致作物減產(chǎn)。 磷石膏是磷復(fù)肥和磷化工行業(yè)的副產(chǎn)物，貴州磷石膏資源十分豐富，僅貴州甕福磷肥廠每年排放的磷石膏就達(dá)3

3、Mt。磷石膏因其吸濕性及其它技術(shù)原因在建材上未得到廣泛應(yīng)用，我國磷石膏的有效利用率僅10%左右。目前在磷化工企業(yè)磷石膏仍以露天堆放為主，既占土地又是潛在環(huán)境污染源。有研究表明，磷石膏可以作為酸性土壤改良劑。在貴州若能夠就地取材，利用磷石膏改良酸性黃壤旱地，達(dá)到增產(chǎn)改土的目的，對(duì)減少磷石膏露天堆放帶來的環(huán)境壓力，充分利用磷石膏資源有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前關(guān)于石灰改良酸性土壤的應(yīng)用研究較多，但對(duì)施用磷石膏矯治酸性黃壤機(jī)制的研究報(bào)道較少，機(jī)制也

4、不很清楚。因此，開展施用磷石膏矯治酸性黃壤的機(jī)制研究，對(duì)酸性黃壤早地改良培肥，提高黃壤旱地的綜合生產(chǎn)能力和磷石膏的資源化利用有理論和實(shí)踐意義。 本文選用貴州當(dāng)?shù)刭Y源較豐富的幾種含鈣工業(yè)副產(chǎn)物（磷石膏、黃磷爐渣、粉煤灰），以石灰為對(duì)照，證實(shí)磷石膏的改良效果好于石灰：采用盆栽、化學(xué)分析等方法，比較系統(tǒng)研究效果好于石灰的調(diào)理劑——磷石膏對(duì)酸性黃壤作物生長、養(yǎng)分平衡的影響和對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響，初步摸索磷石膏改良酸性土壤效果優(yōu)于石灰的原

5、因；采用野外取樣、室內(nèi)分析的方法研究酸性黃壤中鋁的含量、形態(tài)及影響因素：采用室內(nèi)培養(yǎng)方法系統(tǒng)研究磷石膏對(duì)黃壤鋁形態(tài)和作物某些內(nèi)在生理變化的影響，揭示磷石膏矯治酸性黃壤的機(jī)制；以國家標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，對(duì)磷石膏農(nóng)用對(duì)土壤環(huán)境的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，為合理利用磷石膏資源改良酸性黃壤提供理論依據(jù)。 酸性黃壤調(diào)理劑的比較試驗(yàn)結(jié)果表明，酸性黃壤施用磷石膏，玉米、小麥產(chǎn)量的增產(chǎn)率達(dá)6．9%～l2．6%，差異達(dá)5%顯著水平；施用黃磷爐渣，玉米、小麥產(chǎn)量的增產(chǎn)

6、率為5．4%～6．9%；施粉煤灰的玉米、小麥的增產(chǎn)率為4．0％～5．4%；施石灰玉米、小麥的增產(chǎn)率為2．2%～2．8%，施石灰與對(duì)照差異不顯著。與石灰相比，施磷石膏、黃磷爐渣、粉煤灰的玉米增產(chǎn)率分別達(dá)到4．0%、2．3%和1．2%。施磷石膏的土壤水解氮、有效磷、有效鉀比對(duì)照顯著增加，其中有效磷的增幅最大，幾乎是對(duì)照的兩倍，有效鉀的增幅在4種調(diào)理劑也居首位；施黃磷爐渣粉的土壤水解氮、有效磷、有效鉀也比對(duì)照明顯增加，但增幅都低于磷石膏，有效

7、磷的增幅明顯低于磷石膏：施粉煤灰的土壤有效磷、鉀的增幅很小；而施石灰的土壤水解氮、有效磷、有效鉀比對(duì)照略有下降。很明顯，磷石膏的改良效果優(yōu)于石灰。 黃壤施用磷石膏的盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，酸性黃壤施用磷石膏后，作物（高梁）的地上部、根系的主要生物學(xué)指標(biāo)隨磷石膏用量增加明顯提高，與對(duì)照差異達(dá)顯著水平。高粱株高與磷石膏、石灰的施用量均呈二次曲線變化（回歸方程分別為：yPG=14．99+9．39x-0．96x2，R=0．986：yL=14．

8、98+7．92x-0．77x2，R=0．984），高粱干重與磷石膏、石灰的施用量也呈二次曲線變化（回歸方程分別為：yPG=6．88+11．92x-1．65x2，R=0．983；yL=6．88+6．39 x-0．72x2，R=0．986）。從二組回歸方程的一次和二次項(xiàng)系數(shù)（b1和b2值）來看，磷石膏促進(jìn)高粱株高、干重增加的速率大大高于石灰。高粱根干重與磷石膏、石灰的施用量也呈二次曲線變化（回歸方程分別為：yPG=1．003+2．138x-

9、0．432x2，R=0．962；yL=0．917+1．052 x-0．332 x2，R=0．989）。磷石膏各處理的高粱植株鋁含量極顯著下降，氮、磷、鉀、鈣4種營養(yǎng)元素含量極顯著提高，除鈣含量外植株氮、磷、鉀含量極顯著高于施用石灰處理，并以磷含量的提高幅度十分突出（提高117．0%～200．0％），鉀含量提高13．0%～14．8%。施磷石膏高粱植株氮、磷、鉀、鈣的吸收量大于施石灰者，也明顯高于對(duì)照。 施用磷石膏和石灰降低高粱植株

10、鋁含量，亦即降低了鋁毒，改善和調(diào)節(jié)了高梁體內(nèi)氮、磷、鉀、鈣養(yǎng)分的平衡。高梁生長最好的施磷石膏處理（PG2和PG3）植株氮/鋁、磷/鋁、鉀/鋁、鈣/鋁比值分別為74．6～77．6，10．5～11．4，56．8～64．3和24．8～30．3，分別是對(duì)照植株的1．9～2．0倍，5．8～6．3倍，1．8～2．1倍和2．0～2．5倍。施磷石膏土壤有效磷、鉀分別比施石灰提高41．8%～114．2%和59．4%～67．5%。說明磷石膏提高土壤氮、磷、

11、鉀、鈣有效性的能力強(qiáng)于石灰。對(duì)照土壤的交換鋁含量最高，施磷石膏、石灰的土壤交換鋁有不同程度的下降。施用磷石膏明顯提高高梁植株葉綠素含量。SPAD值與磷石膏、石灰施用量呈二次曲線關(guān)系。即：yPG=16．37+7．32x-1．75x2，R=0．981，F(xiàn)=26．87；yL=16．02+4．06x-0．87 x2，R=0．977，F(xiàn)=10．53。與對(duì)照相比，高粱葉片中SOD和CAT活性有隨磷石膏、石灰處理施用量增加逐漸提高的趨勢(shì)。植株中脯氨酸

12、含量分別下降13．6%～34．9%和11．5%～32．1%。表明施磷石膏、石灰可有效改善強(qiáng)酸性黃壤的過酸環(huán)境，高粱葉片內(nèi)活性氧產(chǎn)生與清除的平衡得到保護(hù)。 強(qiáng)酸性黃壤的土壤鋁形態(tài)的研究結(jié)果表明，貴州中部黃壤的交換性鋁差異很大，變幅為0．005～1．079 g/kg，平均值0．326±0．305 g/kg（n=20），變異系數(shù)93．5%。70%黃壤的交換態(tài)鋁的含量大于0．2g/kg（即200mg/kg），遠(yuǎn)高于一般植物對(duì)水溶性鋁10

13、-20 mg/kg（鄒邦基，1980）的忍耐限值。黃壤中羥基鋁和有機(jī)態(tài)鋁的平均含量分別為1．039±0．353 g/kg和0．291±0．064 g/kg，只占總鋁量2．5%左右，但與交換性鋁處于動(dòng)態(tài)平衡中，隨著環(huán)境條件的不同而發(fā)生轉(zhuǎn)化。土壤交換態(tài)鋁與土壤交換性酸度呈極顯著正相關(guān)，交換酸=0．212+1．828 Ex-Al（r=0．870**），而與pH呈極顯著負(fù)相關(guān)，pH=5．024-1．828 Ex－Al（r=-0．900**）。有

14、機(jī)配合態(tài)鋁的移動(dòng)性較強(qiáng)，與土壤有機(jī)質(zhì)呈顯著正相關(guān)，YOr-Al=0．188+0．003 OM1（r=0，668*）。交換性鋁、吸附態(tài)羥基鋁、有機(jī)配合態(tài)鋁三者之和為活性鋁，其總量占總鋁3%左右。黃壤中活性鋁占總鋁的比例高于紅壤。因而黃壤中活性鋁變化更要引起人們關(guān)注。 強(qiáng)酸性黃壤施磷石膏室內(nèi)培養(yǎng)與分析的研究結(jié)果表明，隨著磷石膏用量增加，黃壤中交換態(tài)鋁、羥基鋁和活性鋁（交換鋁、有機(jī)態(tài)鋁和羥基鋁三者之和）都下降，其中交換態(tài)鋁下降43．2

15、%～46．1%，羥基鋁下降7．0%～21．1%。交換性鋁、羥基鋁隨磷石膏用量增加而下降的累計(jì)變化用拋物線方程擬合最好，相關(guān)系數(shù)（r）分別達(dá)0．979和0．989；有機(jī)態(tài)鋁隨磷石膏用量增加而增加的累計(jì)變化也是用拋物線方程擬合最好，r=0．988，說明磷石膏施用量以4．5 g/kg為宜。交換性鋁隨培養(yǎng)溫度上升而變化的累計(jì)量變化在20～30℃區(qū)間下降幅度最大。磷石膏發(fā)揮矯治作用的時(shí)間在施用兩個(gè)月后最大，4個(gè)月后作用減弱，效果顯著持續(xù)時(shí)間在施用

16、磷石膏后2-4月。 磷石膏農(nóng)用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，磷石膏5種重金屬含量都明顯低于兩個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB8172-87城市垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)限量值和GB4284-84農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)）限量值。施用磷石膏后玉米、油菜、花生、小麥的籽粒重金屬含量都明顯低于國家飼料標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)土壤中重金屬含量增加不十分明顯，磷石膏的施用在100-150 kg/667㎡范圍內(nèi)不會(huì)給土壤和籽實(shí)造成二次污染，對(duì)人畜安全。 盆栽和培養(yǎng)試驗(yàn)表明，磷石膏含有大量的鈣