磷石膏矯治酸性黃壤的效應及機制研究.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、產量下降，還導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）已成為限制農業(yè)生產和影響環(huán)境質量的主要因素之一，酸性黃壤的改良培肥利用一直是黃壤資源利用的一個難點

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，對貴州省農業(yè)生產的平穩(wěn)健康發(fā)展和糧食安全有著重要影響。施用石灰被認為是改良酸性土壤和消除鋁毒較為有效而經典的方法。但也有研究表明，石灰在土壤剖面的移動性很慢，大量或長期施用石灰不僅會引起土壤板結而形成“石灰板結田”，而且易引起土壤鈣、鉀、鎂等元素的平衡失調而導致作物減產。 磷石膏是磷復肥和磷化工行業(yè)的副產物，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3

3、Mt。磷石膏因其吸濕性及其它技術原因在建材上未得到廣泛應用，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，達到增產改土的目的，對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)實意義。目前關于石灰改良酸性土壤的應用研究較多，但對施用磷石膏矯治酸性黃壤機制的研究報道較少，機制也

4、不很清楚。因此，開展施用磷石膏矯治酸性黃壤的機制研究，對酸性黃壤早地改良培肥，提高黃壤旱地的綜合生產能力和磷石膏的資源化利用有理論和實踐意義。 本文選用貴州當?shù)刭Y源較豐富的幾種含鈣工業(yè)副產物（磷石膏、黃磷爐渣、粉煤灰），以石灰為對照，證實磷石膏的改良效果好于石灰：采用盆栽、化學分析等方法，比較系統(tǒng)研究效果好于石灰的調理劑——磷石膏對酸性黃壤作物生長、養(yǎng)分平衡的影響和對土壤化學性質的影響，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：采用室內培養(yǎng)方法系統(tǒng)研究磷石膏對黃壤鋁形態(tài)和作物某些內在生理變化的影響，揭示磷石膏矯治酸性黃壤的機制；以國家標準為基準，對磷石膏農用對土壤環(huán)境的影響進行評價，為合理利用磷石膏資源改良酸性黃壤提供理論依據。 酸性黃壤調理劑的比較試驗結果表明，酸性黃壤施用磷石膏，玉米、小麥產量的增產率達6．9%～l2．6%，差異達5%顯著水平；施用黃磷爐渣，玉米、小麥產量的增產

6、率為5．4%～6．9%；施粉煤灰的玉米、小麥的增產率為4．0％～5．4%；施石灰玉米、小麥的增產率為2．2%～2．8%，施石灰與對照差異不顯著。與石灰相比，施磷石膏、黃磷爐渣、粉煤灰的玉米增產率分別達到4．0%、2．3%和1．2%。施磷石膏的土壤水解氮、有效磷、有效鉀比對照顯著增加，其中有效磷的增幅最大，幾乎是對照的兩倍，有效鉀的增幅在4種調理劑也居首位；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結果表明，酸性黃壤施用磷石膏后，作物（高梁）的地上部、根系的主要生物學指標隨磷石膏用量增加明顯提高，與對照差異達顯著水平。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系數(shù)（b1和b2值）來看，磷石膏促進高粱株高、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，改善和調節(jié)了高梁體內氮、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、鈣有效性的能力強于石灰。對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。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、石灰可有效改善強酸性黃壤的過酸環(huán)境，高粱葉片內活性氧產生與清除的平衡得到保護。 強酸性黃壤的土壤鋁形態(tài)的研究結果表明，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），遠高于一般植物對水溶性鋁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態(tài)平衡中，隨著環(huán)境條件的不同而發(fā)生轉化。土壤交換態(tài)鋁與土壤交換性酸度呈極顯著正相關，交換酸=0．212+1．828 Ex-Al（r=0．870**），而與pH呈極顯著負相關，pH=5．024-1．828 Ex－Al（r=-0．900**）。有

14、機配合態(tài)鋁的移動性較強，與土壤有機質呈顯著正相關，YOr-Al=0．188+0．003 OM1（r=0，668*）。交換性鋁、吸附態(tài)羥基鋁、有機配合態(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注。 強酸性黃壤施磷石膏室內培養(yǎng)與分析的研究結果表明，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變化用拋物線方程擬合最好，相關系數(shù)（r）分別達0．979和0．989；有機態(tài)鋁隨磷石膏用量增加而增加的累計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)揮矯治作用的時間在施用兩個月后最大，4個月后作用減弱，效果顯著持續(xù)時間在施用

16、磷石膏后2-4月。 磷石膏農用的環(huán)境風險評價結果表明，磷石膏5種重金屬含量都明顯低于兩個國家標準（GB8172-87城市垃圾農用控制標準限量值和GB4284-84農用污泥標準）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準。對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㎡范圍內不會給土壤和籽實造成二次污染，對人畜安全。 盆栽和培養(yǎng)試驗表明，磷石膏含有大量的鈣