钙-蒙脱石和石灰对两种酸性土壤的改良研究

发布时间：2020-05-09 04:53

【摘要】：据估计,全世界的酸性土壤面积约占潜在耕地面积的40%~50%,而我国耕作土壤约五分之一的面积已老化为酸性土壤,酸性土壤的改良对作物生长、生态环境及人体健康等均具有重要意义。土壤酸化是粘土矿物缓慢风化的自然过程,但近年来随着人类高强度的农业利用,土壤酸化现象逐渐加剧,而铵态氮肥的硝化作用是土壤酸化的主要贡献者之一。一直以来对酸性土壤的改良研究均主要从增加土壤养分或中和酸的角度出发,而不是土壤本质的角度。传统的施用石灰改良酸性土壤,常常会有反酸现象,并可能导致土壤板结。蒙脱石是碱性或中性土壤的主要粘土矿物组分,在土壤酸化的过程中,蒙脱石被进一步风化掉。本研究从土壤粘土矿物角度出发,分别设计了室内模拟试验和室外盆栽试验进行传统改良剂和粘土矿物改良剂的对比试验。通过室内模拟实验,采用硝化动力学拟合及对净硝化速率的计算,分别研究了蒙脱石(Ca-Mont)和石灰(Ca-OH)对酸性黄壤硝化作用的影响。通过为期一年的室外盆栽试验,分别将钙-蒙脱石(Ca-Mont)和碳酸钙(Ca-CO_3)添加到酸性紫色土壤和红壤中进行小白菜的多次种植试验,并测定及对比不同类型改良剂对作物产量及土壤性质的改良效果。室内模拟试验结果表明:酸性黄壤添加石灰或蒙脱石后,土壤均发生了显著的硝化作用,且硝化过程符合一级动力学模型N_(NO3)=N_0+N_p(1-exp(-k_1t))(P0.001)。Ca-OH处理土壤样品的净硝化速率(3.43mg·kg~(-1)·d~(-1))显著大于Ca-Mont处理(2.38 mg·kg~(-1)·d~(-1));Ca-OH处理土壤样品的潜在硝化速率(Vp)和平均硝化速率(Va)在pH值5.7和6.2时分别为6.42、8.58 mg N·kg~(-1)·d~(-1)和2.71、3.87 mg N·kg~(-1)·d~(-1),均显著大于钙基蒙脱石处理(pH值5.7和6.2时分别为3.40、4.56mg N·kg~(-1)·d~(-1)和2.36、3.04 mg N·kg~(-1)·day~(-1))。结果表明采用石灰改良酸性土壤发生复酸化现象的可能性及程度大于钙基蒙脱石。室外盆栽试验结果表明:1)对两种酸性土壤分别添加钙-蒙脱石和碳酸钙两种不同类型改良剂后,均能提高土壤pH,降低土壤交换性酸(EA)和交换性铝(EAl)含量。其中,钙-蒙脱石对酸性土壤pH提高效果不如碳酸钙,Ca-CO_3组在第一次种植结束后其pH更是升至6以上,紫色土和红壤中均是。但一年后Ca-CO_3处理组pH下降幅度也更大,紫色土和红壤中分别下降了0.7、1.3个单位,而Ca-Mont组分别下降了0.3、0.9个单位。两种酸性土壤中,Ca-CO_3组EA含量均在2.0mmol·kg~(-1)以下,而Ca-Mont组EA含量却显著高于Ca-CO_3组,且两种土壤中变化趋势不同。在盆栽试验一年期间,紫色土中Ca-CO_3组在后期EA含量呈上升趋势而Ca-Mont处理仍呈持续缓慢降低趋势,一年后Ca-CO_3组EA增加了53.57%,而Ca-Mont组则降低了25.37%,但红壤中该效果不明显,甚至Ca-Mont组EA有增加趋势,并主要是增加了交换性氢约50%。不种植(Fallow Control组)时,酸性土壤酸度呈缓慢降低趋势,而在经过种植(Blank Control组)后,酸性土壤的酸度增加(紫色土)或呈增加趋势(红壤)。2)酸性土壤中施加钙-蒙脱石(Ca-Mont)和碳酸钙(Ca-CO_3)均能不同程度提高作物产量,初次种植时紫色土和红壤中碳酸钙处理作物产量分别为110.26 g、37.30 g,钙-蒙脱石处理分别为66.22 g、33.00 g,两种酸性土壤中均是碳酸钙处理作物产量较钙-蒙脱石处理好,但后三次种植时均是钙-蒙脱石处理高于碳酸钙处理,尤其是酸性红壤中,甚至达2倍关系;干重也有相似变化趋势。从四次种植情况来看,两种酸性土壤中Ca-CO_3处理对pH的升高效果显著高于Ca-Mont,但随着种植时间延长,Ca-Mont处理组土壤对小白菜生长有效性时间均较Ca-CO_3处理组好。3)施加不同土壤改良剂均提高了酸性紫色土和红壤中阳离子交换量(CEC)含量及盐基饱和度(BS%)。两种酸性土壤中钙-蒙脱石处理土壤阳离子交换量均在15.4 cmol·kg~(-1)以上,而碳酸钙处理土壤CEC含量均在6.2 cmol·kg~(-1)~15.4 cmol·kg~(-1),前者显著高于后者。但其盐基饱和度却相反,即碳酸钙处理土壤(均高于95%)明显高于钙-蒙脱石处理(90%~95%),表明碳酸钙处理土壤对酸化的敏感性更高,两种酸性土壤中均是。4)与不种植组(Fallow Control)相比,小白菜种植(Blank Control、Ca-Mont、Ca-CO_3)过程提高了土壤的硝化潜势。钙-蒙脱石作为一种粘土矿物,在改善土壤结构、提高土壤供肥能力的同时,一年盆栽试验结束后其硝化潜势仅为碳酸钙处理的一半。酸性紫色土和红壤中碳酸钙处理硝化势均较钙-蒙脱石处理更强,结果均表明Ca-CO_3处理土壤更易酸化,与室内模拟试验结果一致。综上,本试验表明粘土矿物改良剂钙-蒙脱石较无机化学材料碳酸钙实践作用效果更好,而且钙-蒙脱石处理较石灰处理的返酸能力亦会更弱一些,本研究为酸性土壤改良提供了新的参考。
【图文】：

土壤pH（酸碱度）与营养元素吸收利用示意图

钙-蒙脱石和石灰对两种酸性土壤的改良研究

氮肥在土壤中吸收转化示意图
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S156.6

【参考文献】