【摘要】：據估計,全世界的酸性土壤面積約占潛在耕地面積的40%~50%,而我國耕作土壤約五分之一的面積已老化為酸性土壤,酸性土壤的改良對作物生長、生態(tài)環(huán)境及人體健康等均具有重要意義。土壤酸化是粘土礦物緩慢風化的自然過程,但近年來隨著人類高強度的農業(yè)利用,土壤酸化現象逐漸加劇,而銨態(tài)氮肥的硝化作用是土壤酸化的主要貢獻者之一。一直以來對酸性土壤的改良研究均主要從增加土壤養(yǎng)分或中和酸的角度出發(fā),而不是土壤本質的角度。傳統(tǒng)的施用石灰改良酸性土壤,常常會有反酸現象,并可能導致土壤板結。蒙脫石是堿性或中性土壤的主要粘土礦物組分,在土壤酸化的過程中,蒙脫石被進一步風化掉。本研究從土壤粘土礦物角度出發(fā),分別設計了室內模擬試驗和室外盆栽試驗進行傳統(tǒng)改良劑和粘土礦物改良劑的對比試驗。通過室內模擬實驗,采用硝化動力學擬合及對凈硝化速率的計算,分別研究了蒙脫石(Ca-Mont)和石灰(Ca-OH)對酸性黃壤硝化作用的影響。通過為期一年的室外盆栽試驗,分別將鈣-蒙脫石(Ca-Mont)和碳酸鈣(Ca-CO_3)添加到酸性紫色土壤和紅壤中進行小白菜的多次種植試驗,并測定及對比不同類型改良劑對作物產量及土壤性質的改良效果。室內模擬試驗結果表明:酸性黃壤添加石灰或蒙脫石后,土壤均發(fā)生了顯著的硝化作用,且硝化過程符合一級動力學模型N_(NO3)=N_0+N_p(1-exp(-k_1t))(P0.001)。Ca-OH處理土壤樣品的凈硝化速率(3.43mg·kg~(-1)·d~(-1))顯著大于Ca-Mont處理(2.38 mg·kg~(-1)·d~(-1));Ca-OH處理土壤樣品的潛在硝化速率(Vp)和平均硝化速率(Va)在pH值5.7和6.2時分別為6.42、8.58 mg N·kg~(-1)·d~(-1)和2.71、3.87 mg N·kg~(-1)·d~(-1),均顯著大于鈣基蒙脫石處理(pH值5.7和6.2時分別為3.40、4.56mg N·kg~(-1)·d~(-1)和2.36、3.04 mg N·kg~(-1)·day~(-1))。結果表明采用石灰改良酸性土壤發(fā)生復酸化現象的可能性及程度大于鈣基蒙脫石。室外盆栽試驗結果表明:1)對兩種酸性土壤分別添加鈣-蒙脫石和碳酸鈣兩種不同類型改良劑后,均能提高土壤pH,降低土壤交換性酸(EA)和交換性鋁(EAl)含量。其中,鈣-蒙脫石對酸性土壤pH提高效果不如碳酸鈣,Ca-CO_3組在第一次種植結束后其pH更是升至6以上,紫色土和紅壤中均是。但一年后Ca-CO_3處理組pH下降幅度也更大,紫色土和紅壤中分別下降了0.7、1.3個單位,而Ca-Mont組分別下降了0.3、0.9個單位。兩種酸性土壤中,Ca-CO_3組EA含量均在2.0mmol·kg~(-1)以下,而Ca-Mont組EA含量卻顯著高于Ca-CO_3組,且兩種土壤中變化趨勢不同。在盆栽試驗一年期間,紫色土中Ca-CO_3組在后期EA含量呈上升趨勢而Ca-Mont處理仍呈持續(xù)緩慢降低趨勢,一年后Ca-CO_3組EA增加了53.57%,而Ca-Mont組則降低了25.37%,但紅壤中該效果不明顯,甚至Ca-Mont組EA有增加趨勢,并主要是增加了交換性氫約50%。不種植(Fallow Control組)時,酸性土壤酸度呈緩慢降低趨勢,而在經過種植(Blank Control組)后,酸性土壤的酸度增加(紫色土)或呈增加趨勢(紅壤)。2)酸性土壤中施加鈣-蒙脫石(Ca-Mont)和碳酸鈣(Ca-CO_3)均能不同程度提高作物產量,初次種植時紫色土和紅壤中碳酸鈣處理作物產量分別為110.26 g、37.30 g,鈣-蒙脫石處理分別為66.22 g、33.00 g,兩種酸性土壤中均是碳酸鈣處理作物產量較鈣-蒙脫石處理好,但后三次種植時均是鈣-蒙脫石處理高于碳酸鈣處理,尤其是酸性紅壤中,甚至達2倍關系;干重也有相似變化趨勢。從四次種植情況來看,兩種酸性土壤中Ca-CO_3處理對pH的升高效果顯著高于Ca-Mont,但隨著種植時間延長,Ca-Mont處理組土壤對小白菜生長有效性時間均較Ca-CO_3處理組好。3)施加不同土壤改良劑均提高了酸性紫色土和紅壤中陽離子交換量(CEC)含量及鹽基飽和度(BS%)。兩種酸性土壤中鈣-蒙脫石處理土壤陽離子交換量均在15.4 cmol·kg~(-1)以上,而碳酸鈣處理土壤CEC含量均在6.2 cmol·kg~(-1)~15.4 cmol·kg~(-1),前者顯著高于后者。但其鹽基飽和度卻相反,即碳酸鈣處理土壤(均高于95%)明顯高于鈣-蒙脫石處理(90%~95%),表明碳酸鈣處理土壤對酸化的敏感性更高,兩種酸性土壤中均是。4)與不種植組(Fallow Control)相比,小白菜種植(Blank Control、Ca-Mont、Ca-CO_3)過程提高了土壤的硝化潛勢。鈣-蒙脫石作為一種粘土礦物,在改善土壤結構、提高土壤供肥能力的同時,一年盆栽試驗結束后其硝化潛勢僅為碳酸鈣處理的一半。酸性紫色土和紅壤中碳酸鈣處理硝化勢均較鈣-蒙脫石處理更強,結果均表明Ca-CO_3處理土壤更易酸化,與室內模擬試驗結果一致。綜上,本試驗表明粘土礦物改良劑鈣-蒙脫石較無機化學材料碳酸鈣實踐作用效果更好,而且鈣-蒙脫石處理較石灰處理的返酸能力亦會更弱一些,本研究為酸性土壤改良提供了新的參考。
【圖文】：

土壤pH（酸堿度）與營養(yǎng)元素吸收利用示意圖

氮肥在土壤中吸收轉化示意圖
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S156.6

【參考文獻】

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本文編號：2655621