提高酸性土壤碱性的土壤改良方法

摘要

提高酸性土壤碱性的土壤改良方法，在植物栽种后≤30天时间内，以与种植土壤混合的方式施用由农业中可以接受成分组成的pH值5~9的缓冲溶液。更好方式是与目前已有采用的包括生石灰在内的碱性土壤改良剂配合使用。实验显示，本发明该方法能使施用后土壤的pH值稳定，并能有效避免出现烧苗、死苗的现象。

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高酸性土壤碱性的土壤改良方法，特别适用但并非仅限于以钝化包括镉在内的重金属污染为目的对土壤进行改良的方法。

背景技术

包括镉（Cd）在内的重金属是一类积累性的剧毒元素，能通过食物链进入人体，对包括肺、肝脏、肾脏、骨骼、免疫系统和生殖系统等在内的许多脏器和系统造成一系列危害，从而引发癌症、肺水肿、糖尿病、骨骼病和终末期肾脏病等多种疾病。随着工业迅速发展和工业“三废”排放的增多，土壤镉等重金属污染已经成为重要的环境问题之一，引起了社会和研究人员的广泛关注。

包括杨江等“川芎镉含量与种植土壤pH及镉活性态含量的相关性研究”（中国农学通报，2014,30(7):142-147）在内的目前已有研究都有报道，由于Cd可具有多种化学形态，存在于土壤中易被植物直接吸收的是其中呈离子态的Cd，而酸性土壤和/或酸性条件（如酸雨等），都能使离子态Cd的数量和活性显著增加。因此，包括肖爱平等“生石灰对土壤镉变迁de影响”（四川农业科技，2013年第11期），汤民等“土壤改良剂及其组合原位钝化果园土壤中的Pb、Cd”（环境科学，第33卷第10期(2012年10月)）等许多研究已报道，通过在被镉污染的种植土壤中施用包括过磷酸钙等具有碱性的磷酸盐类肥料、钙镁磷肥及生石灰等农用肥料和/或土壤改良成分，提高土壤的pH值，降低土壤的酸性，可以显著降低和减少离子态Cd的数量和活性，减少植物/作物对镉的吸收，达到钝化土壤中离子态镉影响的目的。其中生石灰更是一种特别适合农业大规模推广使用的一种投入低、见效快的土壤修复改良剂，不仅可降低包括Cd在内的重金属成分的活性，促进作物的生长，同时还具有改善土壤结构，调节土壤养分的功能。

实践中发现，由于过磷酸钙、钙镁磷肥等是水不溶或微溶性成分，需要预先施入土壤中，依靠长期下雨等自然条件缓慢分解成碱性物质改变土壤pH，需要的时间长，且土壤的pH值不稳定。而生石灰与水反应生成氢氧化钙，其不仅可使局部土壤的pH值≥10以，超过了植物正常生长允许的pH范围，而且生石灰与水反应生成氢氧化钙时会释放出大量的热，因此如王晓宇等在“中国果菜”中的研究报道也指出，使用生石灰作为改良酸化土壤的改良剂时，会在施用生石灰后的局部出现烧苗、死苗现象。

发明内容

    针对上述情况，本发明提供了一种改进的提高酸性土壤碱性的土壤改良方法，能实现土壤的pH值稳定，并能有效避免出现烧苗、死苗的现象。

    本发明提高酸性土壤碱性的土壤改良方法，是在植物栽种后≤30天时间内，以与种植土壤混合的方式施用由农业中可以接受成分组成的pH值5~9的缓冲溶液。

特别是，本发明上述方法中，在植物栽种后的当天就可以用所述的与种植土壤混合的方式施用由农业中可以接受成分组成的pH值6.5~ 7.5的缓冲溶液。

根据我国对土壤酸碱度的分级，pH值＜5的强酸性土壤和pH＞8.5的强碱性土壤都不适合植物的生长。本发明中所述的农业中可以接受的缓冲溶液，根据所需不同的缓冲pH值，可以有多种选择。下述表1中列出了一些可供选择的缓冲液组成形式。

表1   可供选择的不同pH值的缓冲液组成形式

pH值缓冲液类型组成比例5.6邻苯二甲酸盐缓冲液邻苯二甲酸氢钾10g加水溶解，氢氧化钠/稀盐酸调pH值至5.6，补足水至1000ml5.8磷酸盐缓冲液磷酸二氢钾8.34g，磷酸氢二钾0.87g，水溶解成1000 ml6.0醋酸－醋酸铵缓冲液醋酸铵100g，300ml，冰醋酸7ml6.0醋酸－醋酸钠缓冲液醋酸钠54.6g，1mol/L醋酸溶液20ml，加水至500ml6.2枸橼酸盐缓冲液2.1％枸橼酸水溶液，用50％氢氧化钠溶液调节pH值至6.26.6磷酸盐缓冲液磷酸二氢钠1.74g、磷酸氢二钠2.7g与氯化钠1.7g，加水溶解成400ml6.8磷酸盐缓冲液（含胰酶）磷酸二氢钾6.8g加水500ml溶解，0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至6.8；胰酶10g加水适量使溶解；两液混合加水至1000ml6.8磷酸盐缓冲液0.2mol/L磷酸二氢钾溶液250ml，加0.2mol/L氢氧化钠溶液118ml，水稀释至1000ml7.0磷酸盐缓冲液磷酸二氢钾0.68g，0.1mol/L氢氧化钠溶液29.1ml，水稀释至100ml7.2磷酸盐缓冲液0.2mol/L磷酸二氢钾溶液50ml，0.2mol/L氢氧化钠溶液35ml，冷水稀释至200ml7.3磷酸盐缓冲液磷酸氢二钠1.9734g，磷酸二氢钾0.2245g，加水溶解成1000ml7.4磷酸盐缓冲液磷酸二氢钾1.36g，0.1mol/L氢氧化钠溶液79ml，水稀释至200ml7.4巴比妥缓冲液巴比妥钠4.42g，水溶解并稀释至400ml，2mol/L盐酸溶液调pH值至7.47.6磷酸盐缓冲液磷酸二氢钾27.22g，水溶解成1000ml，取50ml，加0.2mol/L氢氧化钠溶液42.4ml，再加水稀释至200ml7.8磷酸盐缓冲液①磷酸氢二钠35.9g水溶解并稀释至500ml；②磷酸二氢钠2.76g水溶解并稀释至100ml；取①液91.5ml与②液8.5ml混合7.8巴比妥－氯化钠缓冲液巴比妥钠5.05g，氯化钠3.7g，水溶解；另取明胶0.5g加水加热溶解后并入上述溶液中，用0.2mol/L盐酸溶液调节pH7.8-8.0磷酸盐缓冲液磷酸氢二钾5.59g，磷酸二氢钾0.41g，加水溶解成1000ml8.0氨－氯化铵缓冲液氯化铵1.07g，水100ml，稀氨溶液（1→30）调节pH值至8.08.0硼砂－氯化钙缓冲液硼砂0.572g，氯化钙2.94g，加水800ml溶解，用1mol/L盐酸溶液调节pH值至8.0，加水稀释至1000ml8.0三羟甲基氨基甲烷缓冲液三羟甲基氨基甲烷12.14g，水800ml溶解并稀释至1000ml，用6mol/L盐酸溶液调节pH值至8.08.1三羟甲基氨基甲烷缓冲液氯化钙0.294g，0.2mol/L三羟甲基氨基甲烷溶液40ml使溶解，用1mol/L盐酸溶液调节pH值至8.1，水稀释至100ml

    在包括上述所列的诸多缓冲液种类中，本发明所述的农业中可以接受的缓冲溶液，优选的是pH值在6.5~8.0范围内的缓冲液。

在上述各类缓冲液中，特别具有普遍适用价值的缓冲液，可包括pH值在5~7.5范围内的缓冲液，可以广泛适合于不同酸碱背景的土壤施用，例如，对于原始pH值较低的土壤，则较宜施用相对较低pH值的缓冲液，以达到不至因效力过于猛烈而破坏土壤的生态平衡。这些缓冲液一般可包括由碱金属的磷酸类盐与碱金属的氢氧化物组成的缓冲溶液，或是由碱金属的磷酸二氢盐与碱金属的磷酸氢二盐组成的缓冲液，所述的碱金属的磷酸类盐包括碱金属的磷酸二氢盐，碱金属的磷酸氢二盐，或碱金属的磷酸盐中的一种。例如，其中可优选的有：由磷酸二氢钾或钠与氢氧化钠组成的pH值6.5的磷酸盐缓冲液，由磷酸二氢钾或钠与氢氧化钠组成的pH值7.0的磷酸盐缓冲液，或是由磷酸氢二钠或钾与磷酸二氢钾或钠组成的pH值7.3~7.5的磷酸盐缓冲液中的一种。对所用的缓冲液pH值选择，可根据待改良土壤的原始pH值而定，在植物对pH的耐受范围内，选择使用pH值高于土壤原始pH值1~2个单位内的缓冲液通常都是允许和可行的。

缓冲溶液的显著特点，是可以使与缓冲液混合后土壤的pH值能在缓冲液的有效期间内能相对稳定地保持在所希望的范围内。一般情况下，本发明上述的农业中可以接受的缓冲溶液的用量为4~12L/m²，优选的缓冲溶液的用量为10 L/m²。

在本发明上述方法的基础上，一种更好的方式，是至少在植物栽种前30天，还可以配合采用如前述文献在内的目前已有诸多报道/使用的与种植土壤混合的方式在土壤中施用农业中允许使用的碱性成分，包括过磷酸钙等具有碱性的磷酸盐类肥料、钙镁磷肥及生石灰等农用肥料在内的碱性成分土壤改良剂。其中，优选的碱性成分为生石灰。

对所述农业中允许使用的碱性成分的使用，可根据待改良土壤的原始pH值高低、碱性成分的碱性强弱特性，以及植物对pH的可耐受范围等因素而决定。碱性成分的施用量一般可为500~2000kg/hm²。

实验表明，本发明方法在单纯适用碱性成分以降低土壤酸性的基础上，同时配合施用缓冲溶液，不仅可以在短时间内即可很快改变土壤的pH值，而且可以使土壤的pH值保持稳定且维持时间长。特别是利用缓冲液能在一定范围内使pH值保持稳定的特点，还能有效解决或缓和水溶性较低的碱性成分施用后起效缓慢的问题。此外，采用将碱性成分和缓冲液分别于植物或作物栽种前后施用，不仅能有效避免了生石灰等因遇水发热对植物或作物造成的烧根现象，而且在长期的pH值维持期间内，因作用温和稳定，对植物或作物基本不存在伤害性的影响。

以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

具体实施方式

实施例1

花盆实验：设4个处理组，分别为：

①空白组：不添加任何改良剂；

②生石灰组：添加量为6g/kg（土）；

③过磷酸钙组：添加量为2 g/kg（土）；

④缓冲液组：施用上述表1中以磷钾肥和氢氧化钠配制的pH值为7.0的缓冲溶液，用量为250ml/kg（土）（约相当于5 L/m²）。

实验用土：采集于四川省彭州市敖平镇。首先将采集的土壤风干去除杂质后混合均匀，测得原始pH值为5.52。然后将上述土壤以8kg/盆装入花盆中，分别添加②~④组的改良剂，之后每盆加水至田间持水量的70%，于25±1℃下培养60天，每3天以称重法补充蒸发水分。分别于5、10、15、30、60天取样，测pH值。检测结果见表2。

表2  不同改良剂对酸性土壤pH值的影响

 5天10天15天30天60天空白对照5.525.555.485.535.59生石灰组5.625.655.715.825.83过磷酸钙组5.535.595.555.525.60缓冲液组5.726.196.386.646.86

表2结果显示，单纯使用过磷酸钙尚不能有效提高土壤的pH值；使用生石灰可以提高土壤的pH值，但起效慢；施用缓冲液后虽会有一短暂的缓冲期，但缓冲期过后土壤的pH值迅速升高并达到缓冲液的缓冲范围，可以快速稳定的提高土壤的pH值。

实施例2

施用缓冲液的大田试验：试验土地面积约28.2m²，分4个小区：空白组，其他均为处理组。在川芎栽种前30天，在原始pH值为6.04的种植土壤中按750kg/hm²的用量比例施入生石灰并混合均匀；在川芎栽种后30天开始，在6个月时间内分别向各处理组小区浇灌pH为6.5、表1中pH值分别为7.0、7.4的磷酸盐缓冲液5.3L/m²，分别标记为缓冲液1组、缓冲液2组和缓冲液3组。分别于不同时间测定的土壤pH值的变化结果见表3。

其中，该pH6.5磷酸盐缓冲液的组成为：取磷酸二氢钾0.68g，加0.1mol/L氢氧化钠溶液15.2ml，用水稀释至100ml，即得；磷酸盐缓冲液（pH7.0）：取磷酸二氢钾0.68g，加0.1mol/L氢氧化钠溶液29.1ml，用水稀释至100ml，即得；磷酸盐缓冲液（pH7.4）：取磷酸二氢钾1.36g，加0.1mol/L氢氧化钠溶液79ml，用水稀释至200ml，即得。

表3  对施用缓冲液后6个月内土壤pH值变化的测定

 第0天第36天第77天第144天第179天空白组66.175.7155.5455.497缓冲液1组6.3156.255.8755.6655.53缓冲液2组5.9756.3355.9356.065.72缓冲液3组6.0756.4456.496.296.095

表3结果显示，施用缓冲液后的0~36天时间内为缓冲期，缓冲期过后土壤的pH值升高，并且相同采样时间的各组土壤pH值随着缓冲液pH值的升高而升高。结果提示，在田间环境下，生石灰和缓冲液配合施用可有效提高土壤的pH值，且在土壤可接受范围内的高pH值缓冲液，对酸性土壤的改良效果更好。

实施例3

施用不同土壤改良剂对植物伤害情况的试验：在四川省彭州市敖平镇选取1块典型酸性川芎种植土壤进行田间试验，设置3个处理，分别为：

①    空白组：不添加任何改良剂；

②      生石灰组：川芎栽种前，向面积约为28.2m²小区均匀撒入石灰2.12kg（相当于750 kg/hm²的用量），翻地混匀；

③      本发明施用生石灰+缓冲液组：在川芎栽种前30天，在原始pH值为 6.04的土壤中按750kg/hm²比例施入生石灰并混合；在川芎栽种后15天开始，每月向面积约为28.2 m²添加上述表1中以磷钾肥和氢氧化钠配制pH为7.0的缓冲溶液150L（相当于5.3L/m²的用量）。川芎出苗后计算出苗率。

实验结果：在施用缓冲液后1个月统计死苗率，结果为空白组为11.4%，生石灰组为20.1%，本发明施用缓冲溶液组为12.2%，表明本发明通过施用缓冲液后，对植物的伤害远小于单纯施用生石灰。

上述试验结果证明，本发明在施用碱性成分提高土壤pH值的同时，再配合施以适当的缓冲液，不仅可快速有效和稳定地提高酸性土壤的pH值，并且对植物的伤害很小或基本没有伤害，是一种安全有效的酸性土壤改良方式。

实施例4

不同用量缓冲液施用效果的对比试验：在四川省彭州市敖平镇选取1块典型酸性川芎种植土壤进行田间试验，原始pH值为5.87。设置1个不施加缓冲液的空白组和5个施用缓冲液的处理组。在川芎栽种后15天开始，每月向处理组小区（面积约为10 m²）添加上述表1中以磷钾肥和氢氧化钠配制pH为7.0的缓冲溶液40L、80L、100L、120和150L，分别标记为V1、V2、V3、V4和V5。施加缓冲液后30d取土壤样品测定pH值，此后每30d取1次，pH值测定结果见表4。施加缓冲液后90d统计川芎死苗数，结果见表5。

表4   施用不同体积缓冲液6个月内土壤pH值变化的测定

 30d60d90d120d150d180d空白组5.865.775.785.625.535.54V16.035.915.825.705.645.65V26.106.055.885.715.635.66V36.256.215.905.835.725.75V46.186.135.925.805.695.73V56.196.156.005.835.705.75

表5   施加不同体积缓冲液90d后川芎死苗数

 空白组V1V2V3V4V5死苗率（%）10.110.511.411.311.913.7

由表4可以看出在施用量为40~100L时，土壤pH值随施用量的增大而增大，施用量为120L和150L的土壤pH值变化情况与100L无明显差异。由表5可知，施用量小于120L时，缓冲液对川芎的伤害较小；施用量达150L时，川芎的死苗率会迅速升高。此试验结果显示，适宜的缓冲液施用量范围为4~12L/m²，其中最佳施用量为10 L/m²。