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不同土壤調(diào)理劑對城市搬遷地土壤pH值影響研究

2021-05-16 09:53:12
園林 2021年5期
關(guān)鍵詞:過磷酸鈣磷酸二氫鉀硫酸亞鐵

徐 冰 張 峰 梁 晶

以上海某搬遷地土壤為研究對象,通過室內(nèi)模擬實驗和田間實證實驗相結(jié)合的方式,研究不同土壤調(diào)理劑對搬遷地土壤pH值的影響,并分析評價了施用土壤調(diào)理劑的經(jīng)濟成本。結(jié)果表明:添加硫酸亞鐵、硫酸銨、磷酸二氫鉀等土壤調(diào)理劑能顯著降低搬遷地土壤pH值,且混施較撒施更有助于降低土壤pH值;若以改良1 m3土壤為例,混施4 kg/m3硫酸亞鐵對土壤pH值降低效果較好。研究可為城市搬遷地園林綠化土壤改良提供技術(shù)支撐和指導(dǎo)。

土壤調(diào)理劑;搬遷地;土壤pH值;降低

隨著我國對城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提升,國家林草局高度重視城市林業(yè)領(lǐng)域開展的生態(tài)修復(fù)和國土綠化工作。土壤作為植物生長的載體,其質(zhì)量與植物長勢、景觀效果息息相關(guān),尤其是土壤酸堿度(pH),土壤pH值過高對植物的生長發(fā)育會造成不良影響,即使有豐富的營養(yǎng)物質(zhì),其可吸收程度也很低。

受成陸因素的影響,上海土壤多呈堿性或強堿性,如方海蘭等研究表明上海新建綠地土壤pH值平均值為8.36±0.51[1]。而且,伴隨著城市的進(jìn)一步發(fā)展,園林綠化多建在城市困難立地上(如城市搬遷地等),如上海已批未建綠地中有70%將建設(shè)在困難立地上[2]。通過對上海搬遷地的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),土壤pH均值高達(dá)8.78[3],這是影響城市搬遷地園林綠化植物種植的主要障礙因子之一。

目前雖然對不同調(diào)理劑改良土壤pH值的研究較多[4-6],但對其開展動態(tài)變化研究以及實證研究的較少。因此,本文以上海某搬遷地土壤為研究對象,通過室內(nèi)模擬實驗和田間實證實驗相結(jié)合的方式,研究了不同土壤調(diào)理劑對搬遷地土壤pH值的影響,并分析評價了施用土壤調(diào)理劑的經(jīng)濟成本,以期為城市搬遷地園林綠化土壤改良提供技術(shù)支撐和指導(dǎo),構(gòu)建城市困難立地綠化造林科技創(chuàng)新體系,全面提升城市困難立地綠化造林科技支撐水平。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

試驗中所用的土壤為上海某搬遷地土壤(為灰潮土),多點采集0~20 cm表層土壤混合后帶回實驗室,將土壤剔除植物根系及礫石等雜物后自然風(fēng)干,磨細(xì)過2 mm篩備用。供試土壤的pH為8.60,電導(dǎo)率(EC值)為0.24 mS/cm,有機質(zhì)含量為1 1.4 g/kg。

所用土壤調(diào)理劑分別為硫磺、磷酸二氫鉀、檸檬酸、硫酸亞鐵、硫酸銨、腐殖酸、過磷酸鈣和石膏,基本性質(zhì)見表1。

表1 土壤調(diào)理劑基本性質(zhì)

表2 培養(yǎng)實驗設(shè)置

1.2 實驗方法

1.2.1 室內(nèi)培養(yǎng)

稱取上述備用灰潮土800 g于1 L玻璃培養(yǎng)瓶中,并按表2將不同調(diào)理劑分別加入培養(yǎng)瓶,混合均勻后,將土壤含水率調(diào)至田間持水量的60%~65%,室溫條件下培養(yǎng)75 d;同時設(shè)不添加土壤調(diào)理劑的對照(CK),共25個處理,每個處理設(shè)置3個重復(fù),于培養(yǎng)試驗的1 d、3 d、7 d、10 d、15 d、45 d和75 d進(jìn)行土壤樣品采集,土壤樣品自然風(fēng)干后測定土壤pH值。

1.2.2 田間實證

在室內(nèi)實驗的基礎(chǔ)上,選擇獲取簡單、材料質(zhì)量穩(wěn)定、價格適宜且改良搬遷地土壤pH較好的調(diào)理劑硫酸亞鐵、硫酸銨和磷酸二氫鉀進(jìn)行田間驗證實驗研究。實驗采用表面撒施(撒施)和0~30 cm土壤混拌(混施)2種方式。具體為:每種處理設(shè)置面積1 m2的微區(qū)實驗,硫酸亞鐵和磷酸二氫鉀添加量均為1 200 g/m2,硫酸銨添加量為1 500 g/m2,同時設(shè)不添加土壤調(diào)理劑的土壤為對照(CK),共7個處理,每個處理設(shè)置8個重復(fù)。實驗于2020年10~12月進(jìn)行,共進(jìn)行60 d,每10 d對土壤多點取樣(取樣深度為0~30 cm),混合后自然風(fēng)干磨細(xì)過2 mm篩用于土壤pH的測定。土壤pH采用pH值計進(jìn)行測定(水土比為2.5∶1)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同調(diào)理劑對土壤pH的影響

2.1.1 硫磺

從圖1可以看出,施用硫磺后,土壤pH值整體呈現(xiàn)降低趨勢。尤其是培養(yǎng)15 d后,添加4 g硫磺時,土壤pH值降低最明顯,pH從8.60降低至7.09,這主要是由于硫磺施入土壤后在微生物的作用下氧化成SO42-,并釋放氫離子,致使土壤酸化[7]。此外,隨著硫磺添加量的增多,土壤pH值下降明顯。雖然隨著培養(yǎng)時間的增加,土壤pH值有增加的趨勢,但至培養(yǎng)實驗結(jié)束時(75 d),添加硫磺的3個處理,土壤pH值均符合《綠化種植土壤CJ/T340-2016》的限值要求。

1. 不同添加量硫磺對土壤pH值的影響

2.1.2 磷酸二氫鉀

與CK處理相比,添加磷酸二氫鉀的處理土壤pH值降低明顯,但隨著培養(yǎng)時間的增加,土壤pH值有逐漸升高的趨勢(圖2),且土壤pH的降低幅度與磷酸二氫鉀的添加量成正相關(guān)關(guān)系。這主要是由于磷酸二氫鉀施入土壤后,電解作用下會釋放出大量H+,水解作用下會釋放出OH-,且電解作用強于水解作用,H+的釋放量大于OH-,從而導(dǎo)致土壤pH降低[8]。與添加硫磺處理相似,隨著磷酸二氫鉀添加量的增多,土壤pH值下降越明顯,且所有添加磷酸二氫鉀的處理土壤pH均符合標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

2. 不同添加量磷酸二氫鉀對土壤pH值的影響

2.1.3 檸檬酸

由圖3可知,與添加硫磺、磷酸二氫鉀處理不同,添加3種不同量檸檬酸的土壤pH值變化都呈明顯下降后再上升的趨勢。其原因可能是雖然檸檬酸水解后產(chǎn)生較多H+,但因檸檬酸屬酸性易揮發(fā)物質(zhì),隨著培養(yǎng)時間的增加,土壤中檸檬酸含量大大降低,土壤pH則增加[9]。但就不同添加量而言,仍存在隨著檸檬酸添加量增多,土壤pH值下降反而增加的趨勢。

3. 不同添加量檸檬酸對土壤pH值的影響

4. 不同添加量硫酸亞鐵對土壤pH值的影響

2.1.4 硫酸亞鐵

添加硫酸亞鐵至土壤后,土壤pH值變化呈先降低后增加的趨勢。但在培養(yǎng)期間,所有添加硫酸亞鐵的處理土壤pH值均低于現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)限值要求,如添加3 g、6 g和12 g硫酸亞鐵培養(yǎng)75 d后,各處理土壤pH值分別下降了0.67、0.82和1.15,但硫酸亞鐵添加量為3 g和6 g的處理土壤pH值降低幅度差異不顯著。這主要是由于硫酸亞鐵屬于速效肥,施入土壤中的硫酸亞鐵經(jīng)水解氧化后會產(chǎn)生H+和Fe(OH)3,H+可以中和土壤堿性,從而降低土壤的pH值[10]。

2.1.5 硫酸銨

從圖5可以發(fā)現(xiàn),培養(yǎng)15 d后,添加不同量硫酸銨的處理土壤pH值均可由原來的8.6降至7.28~7.43的范圍內(nèi)。與添加其他土壤調(diào)理劑的處理不同,添加硫酸銨后,土壤pH值降低明顯,且在培養(yǎng)過程中保持較平穩(wěn)趨勢,這是因為硫酸銨屬于生理酸性速效肥,其水解后會釋放出H+,能中和土壤堿性,降低土壤pH值[11]。對比3種添加量的硫酸銨處理,培養(yǎng)1 d時,各處理土壤pH值分別降低了1.04、1.05和1.24;培養(yǎng)75 d時,各處理土壤pH值分別降低了1.23、1.40和1.05。通過配對T檢驗,同一處理下,培養(yǎng)1 d和培養(yǎng)75 d的土壤pH值降低幅度差異不顯著。

5. 不同添加量硫酸銨對土壤pH值的影響

2.1.6 腐殖酸

從圖6可知,添加不同量腐殖酸后,土壤pH值的變化趨勢與添加檸檬酸相似[12],隨著時間的增加土壤pH值呈先降低后升高的趨勢。其中,培養(yǎng)第10 d時添加量為2 g的處理,土壤pH值下降最多,降低了0.95,但腐殖酸不同添加量之間沒有明顯差異。經(jīng)過75 d的培養(yǎng)實驗,3種添加量的腐殖酸處理土壤pH值分別為7.95、7.91和8.15,符合標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

6. 不同添加量腐殖酸對土壤pH值的影響

2.1.7 過磷酸鈣

已有研究表明,過磷酸鈣對土壤堿性的治理效果良好[13],通過圖7可以得知,過磷酸鈣添加量不同,其對土壤pH值的影響呈先下降后上升再趨于穩(wěn)定的趨勢。這是因為過磷酸鈣屬于速效肥,初期對土壤影響顯著,7~75 d土壤改良效果較為穩(wěn)定。過磷酸鈣添加量對土壤pH值降低幅度的影響較小,不同處理間差異不顯著(p>0.05)。

7. 不同添加量過磷酸鈣對土壤pH值的影響

2.1.8 石膏

如圖8所示,添加石膏后,土壤pH值總體呈先增加后趨于穩(wěn)定的趨勢。在培養(yǎng)75 d后,3種添加量的石膏處理土壤pH值分別為7.60、7.53和7.50,較CK分別降低了1.0、1.07和1.1。這主要是由于石膏加入土壤后,其溶解產(chǎn)生的Ca2+置換土壤膠體中的Na+,從而降低土壤的pH值[8,14],但石膏不同添加量對土壤pH值的降低效果差異不顯著。

8. 不同添加量石膏對土壤pH值的影響

2.2 田間驗證實驗

雖然8種不同土壤調(diào)理劑均能在一定程度上降低土壤pH值(表3),但硫磺屬于易制爆產(chǎn)品,過磷酸鈣和石膏的添加量較大需要投入成本較高。磷酸二氫鉀、硫酸亞鐵和硫酸銨3種不同添加量實驗顯示,即使添加量最小的處理,其對土壤pH降低效果也較好,因此本研究選取磷酸二氫鉀、硫酸亞鐵和硫酸銨進(jìn)一步開展撒施和混施2種施用方式的田間驗證實驗研究,磷酸二氫鉀、硫酸亞鐵和硫酸銨的施用量分別為3 g、3 g和4 g。

表3 培養(yǎng)75 d后不同土壤調(diào)理劑對pH值降低幅度的影響

實驗結(jié)果表明,撒施3種調(diào)理劑60 d后,硫酸亞鐵對土壤pH值的降低效果最明顯,pH值為5.01±0.72,其次為磷酸二氫鉀,pH值為6.22±0.54,硫酸銨效果最差為7.14±0.35(圖9);而混施3種調(diào)理劑60 d后,硫酸亞鐵和硫酸銨均較對土壤pH的降低效果明顯,pH值分別為6.04±0.72和6.10±0.68,磷酸二氫鉀對土壤pH值的降低效果較差,pH值為7.30±0.35(圖10)。

9. 撒施不同土壤調(diào)理劑60 d后對土壤pH值的影響

10. 混施不同土壤調(diào)理劑60 d后對土壤pH值的影響

2.3 不同調(diào)理劑成本分析

室內(nèi)培養(yǎng)實驗和田間驗證實驗結(jié)果均表明,硫酸亞鐵、硫酸銨和磷酸二氫鉀均對降低土壤pH值具有較好的效果。以混施方式改良1 m3土壤為例(表4),添加4 kg硫酸亞鐵,降低土壤pH值0.41~2.28,成本為6.4 元/m3;加5 kg硫酸銨降低土壤pH值為0.45~2,成本為7.5 元/m3;加4 kg磷酸二氫鉀降低土壤pH值0.21~0.69,成本為39.2 元/m3。綜合而言,硫酸亞鐵為較好的土壤改良劑。

表4 不同添加量土壤調(diào)理劑降低土壤pH值的成本分析

3 小結(jié)

本研究表明添加硫磺、磷酸二氫鉀、硫酸亞鐵、硫酸銨等土壤調(diào)理劑均能降低土壤pH值。但添加檸檬酸、腐殖酸、過磷酸鈣和石膏處理土壤的pH值呈現(xiàn)出短期內(nèi)下降后期升高的趨勢;硫磺、硫酸亞鐵、硫酸銨和磷酸二氫鉀處理土壤的pH值變化較平穩(wěn);硫酸銨對pH值降低效果最好。選取硫酸亞鐵、硫酸銨和磷酸二氫鉀進(jìn)行的2種不同施用方式田間驗證實得知,硫酸亞鐵與土壤混施后對土壤pH值降低效果更好。因此,結(jié)合園林綠化土壤改良實際需求,混施4 kg/m3硫酸亞鐵對降低土壤pH值效果最好,且成本較其他調(diào)理劑更優(yōu)于城市困難立地綠化造林,符合我國城市林業(yè)發(fā)展趨勢,能夠為上海和長三角,乃至全國提供具有先進(jìn)性、操作性的有用經(jīng)驗,有效推進(jìn)城市困難立地綠化林業(yè)科技工作快速發(fā)展。

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