喜硝植物在修复酸化土壤中的应用及修复方法

摘要

喜硝植物在修复酸化土壤中的应用。所述喜硝植物为西红柿、玉米和小麦。喜硝植物对酸化土壤的植物修复方法，步骤为：将喜硝植物种植于酸性土壤上，以基肥和追肥方式施用硝态氮肥。所述硝态氮肥为硝酸钙或硝酸钾。所针对的酸性土壤主要为我国南方亚热带地区的农用红黄壤。该方法为纯农艺方法，不会引入任何有害物质，因此是一种修复酸性土壤的绿色方法。该方法对表下层土壤酸度有独特的改良效果。

说明书

技术领域

本发明属于土壤改良和植物修复技术领域，涉及利用喜硝植物根系释放羟基中和土壤酸度，提高土壤pH，是一种利用植物生长修复酸化土壤的植物修复技术。

背景技术

由于人为活动的影响，热带、亚热带地区多分布酸性土壤。土壤酸化导致的较低pH值和较高的活性铝，是影响该类土壤上作物生长和产量的限制因素。传统的改良酸性土壤的方法是加入石灰等碱性物质，达到中和土壤酸度、提高土壤pH值的目的，但这需要消耗额外的矿产资源，增加农业的成本。

近年来我国农田土壤酸化呈加速发展趋势，不仅在南方热带和亚热带地区，就连北方地区农田土壤pH也明显下降。高强度农业利用条件下，氨态氮肥的大量施用被认为是加速我国农田土壤酸化的主要原因。施入土壤中的铵态氮在微生物的作用下氧化为硝态氮，这一过程释放质子，导致土壤pH下降。特别当硝态氮随降雨向底层土壤迁移或淋溶出土体时，H⁺留在表层土壤中，导致土壤严重酸化。如果硝化反应形成的硝态氮被作物吸收利用，由于植物为保持体内电荷平衡，会通过根系释放OH^-，中和了部分H⁺，可以减缓铵态氮对土壤的酸化作用。不同植物对铵态氮和硝态氮的喜好不同，根据植物的这一特点可以将其分为喜硝植物和喜铵植物。喜硝植物在生长过程中会吸收更多的硝态氮，从理论上推测，其根系会释放更多的羟基。根据喜硝植物的这一特点，可以利用其根系对硝态氮的吸收和释放的羟基中和土壤酸度，提高酸性土壤的pH，建立酸化土壤的植物修复方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对我国南方热带和亚热带地区土壤酸化影响作物生长，导致作物减产的问题，通过种植喜硝植物，利用喜硝植物对硝态氮的吸收和根系释放的羟基中和酸性土壤的酸度，提高土壤pH，以提高作物产量，提高土壤的生产能力。

技术方案：喜硝植物在修复酸化土壤中的应用。所述喜硝植物为西红柿、玉米和小麦。

喜硝植物对酸化土壤的植物修复方法，步骤为：将喜硝植物种植于酸性土壤上，以基肥和追肥方式施用硝态氮肥。所述硝态氮肥为硝酸钙或硝酸钾。

有益效果：当以硝态氮作为氮肥时，喜硝植物大量吸收施入土壤中的硝态氮，其根系释放大量羟基(碱)，这些羟基中和根际土壤的酸度，提高土壤pH，使酸性土壤得到改良。研究表明，喜硝植物对硝态氮的吸收量和羟基释放量均随体系pH的降低而增加，因此，酸性条件更有利于植物释放羟基，这刚好满足对酸性土壤改良和修复的需求。这是一种纯农艺方法，不会引入任何有害物质，因此是一种改良酸性土壤的绿色技术。该方法还能改良表下层土壤酸度。一般无机改良剂如石灰仅能中和0-10cm表层土壤的酸度，对10cm以下的表下层和底层土壤的酸度无能为力。但植物根系可以到达10cm以下区域，而且硝态氮也可随降雨向下迁移，因此该技术特别适合改良表下层(10-30cm)土壤的酸度，促进植物根系的生长。

附图说明

图1 西红柿在初始pH为4.0，硝态氮/铵态氮比分别为15:1和5:1的培养液中培养7天后溶液pH的增加值；

图2西红柿在初始pH为5.0，硝态氮/铵态氮比分别为15:1和5:1的培养液中培养7天后溶液pH的增加值；

图3西红柿在初始pH为4.0，硝态氮/铵态氮比分别为15:1和5:1的培养液中培养7天根系释放的羟基的数量；

图 4西红柿在初始pH为5.0，硝态氮/铵态氮比分别为15:1和5:1的培养液中培养7天根系释放的羟基的数量；

图5西红柿在初始pH为4.0，硝态氮/铵态氮比分别为15:1和5:1的培养液中培养7天根系对硝态氮的吸收量；

图6玉米在初始pH为4.0，硝态氮/铵态氮比分别为15:1和5:1的培养液中培养7天后溶液pH的增加值；

图7玉米在初始pH为4.0，硝态氮/铵态氮比分别为15:1和5:1的培养液中培养7天后根系释放的羟基数量；

图8玉米在初始pH为4.0，硝态氮/铵态氮比分别为15:1和5:1的培养液中培养7天根系吸收的硝态氮数量；

图9盆栽条件下种植玉米对安徽红壤pH的影响；

图10盆栽条件下种植玉米对土壤硝态氮和铵态氮含量的影响。

具体实施方式

实施例1

西红柿根系释放的羟基及其对介质pH的提高作用。

把西红柿种子洗净后放入铺有已浸湿脱脂棉的玻璃培养皿中，置于25 ℃恒温培养箱中保湿催芽。待种子露白后，将其播入盛有沙土混合基质的育苗箱中，置于日光温室中培养。当植株生长至10 cm高时，将幼苗小心移出（避免根部损伤），用自来水清洗根部，再用去离子水清洗多次。挑选长势均一的苗，每三株为一盆，放入装有1/3营养液的1 L塑料桶中培养，根部避光。当幼苗根部长出新的小白根时将其移入硝态氮与铵态氮比例不同的全营养液中培养，考察西红柿根系释放的羟基数量及其对介质pH的影响。

本试验设置4.0和5.0两个初始pH水平，每一初始pH条件下分别设置2种NO₃^-/NH₄⁺比，即15:1和5:1，总氮浓度为16 mmol/L，所有处理相同。一个不长西红柿苗的营养液为对照。将幼苗放入初始pH为4.0(或5.0)的营养液中，培养7天后取出西红柿苗，测定培养液pH，取部分培养液测定羟基释放量，另取部分培养液测定NO₃^--N的含量。图1示西红柿在初始pH4.0的培养液中培养7后溶液pH显著增加，硝态氮/铵态氮比为15:1的培养液pH增量高于硝态氮/铵态氮比为5:1的培养液。图2中初始pH为5.0的体系也有相似的趋势，但相同硝态氮/铵态氮比条件下，pH4.0培养液pH增加更多。图3和图4分别为西红柿在初始pH分别为4.0和5.0培养液中培养7天后根系羟基(碱)的释放量，硝态氮/铵态氮比为15:1的体系中羟基释放量高于硝态氮/铵态氮比为5:1体系；相同硝态氮/铵态氮比的培养中，初始pH4.0体系中释放的羟基数量高于初始pH5.0体系中的。不同培养液体系中羟基释放量的多少与培养液pH的变化和根系对硝态氮的吸收量的多少一致(图5)。说明较低的pH和较高的硝态氮/铵态氮比的培养液中西红柿能吸收更多的硝态氮，根系释放更多的羟基，植物对酸度的改良效果也更好。西红柿的这一特点正好与土壤酸度的改良需要相一致。

实施例2

玉米根系释放的羟基及其对介质pH的提高作用。

实验方法与实施例1相同。图6示玉米在初始pH4.0的培养液中培养7后溶液pH显著增加，硝态氮/铵态氮比为15:1的培养液pH增量高于硝态氮/铵态氮比为5:1的培养液。图7为玉米在初始pH为4.0的培养液中培养7天后根系羟基(碱)的释放量，硝态氮/铵态氮比为15:1的体系中羟基释放量高于硝态氮/铵态氮比为5:1体系，与培养液pH的变化和根系对硝态氮的吸收量的多少一致(图8)。较高的硝态氮/铵态氮比的培养液中玉米能吸收更多的硝态氮，根系释放更多的羟基，植物对酸度的改良效果也更好。玉米的这一特点与西红柿相似，正好与土壤酸度的改良需要相一致。

实施例3

玉米对安徽红壤的改良效果——盆栽实验在日光温室中进行，将采回的农田土壤在70%田间持水量条件下培养2个月，使土壤中残留的大部分铵态氮转化为硝态氮。然后，每盆装土5.5 kg，播种玉米5粒，进行日常管理，以不种玉米的处理作为对照。18天后将每盆定植为3株，2个月后将玉米收获。采集土壤样品，测定土壤pH、铵态氮和硝态氮含量。图9结果表明，种植玉米处理土壤pH显著高于不种玉米的对照处理。图10结果说明不种玉米的对照处理中土壤无机氮主要以硝态氮形态存在，含量为40.6 mg/kg，铵态氮含量很少，仅为3.6mg/kg；但种植玉米后土壤硝态氮和铵态氮均降至很低水平，分别为7.4和4.3 mg/kg。这说明在种植玉米期间，土壤中的硝态氮大部分被玉米吸收，玉米吸收硝态氮和根系释放羟基是土壤pH升高的主要原因。说明这一植物修复方法可以用于实际的酸性土壤修复中。本实施例中，仅利用了土壤残留的氮，没有添加外源硝态氮。如果通过添加硝态氮提高土壤氮含量，玉米对酸性土壤的修复效果将更明显。