防治城市土壤次生盐渍化的改良材料优化研究

防治城市土壤次生盐渍化的改良材料优化研究_2014年论文集

防治城市土壤次生盐渍化的改良材料优化研究

李伟彤　马献发

（东北农业大学资源与环境学院　哈尔滨　150030）

摘　要：城市土壤次生盐渍化严重已成为阻碍城市绿植生长的主要问题，目前所施用的土壤改良剂存在着见效缓慢、效果不明显等问题。本试验为探究更为优化的土壤次生盐渍化改良剂，利用风化煤腐植酸、沸石、玉米秸秆、磷石膏等原料，采用二次回归正交设计对四种原料的配比进行调整，以降低城市土壤盐分含量。结果表明，风化煤腐植酸、沸石、秸秆和磷石膏对降低土壤盐分含量有极显著影响；园林土壤盐分的最佳组合为每2kg土壤施用风化煤腐植酸63.6g、沸石14.4g、秸秆12.2g、磷石膏3.9g。

关键词：土壤次生盐渍化　土壤改良剂　腐植酸　优化配比

Improved Material Optimization for the Prevention and Control of Urban Soil Secondary Salinization

Li Weitong, Ma Xianfa

(College of Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin, 150030)

Abstract: City serious soil salinization has become a main problem of urban green plant growth.At present, the application of soil amendments there is slow, the effect is not obvious and other issues.This experiment to explore a more optimized secondary salinization of soil amendment, using weathering coal humic acid, zeolite, corn stover, phosphogypsum, as the raw material, using the ratio of two orthogonal regression design for four kinds of materials were adjusted, in order to improve the city and soil secondary salinization prevention material utilization ratio.The results indicate that

the weathering coal humic acid, zeolite, straw and phosphogypsum to reduce the soil salt content has a significant impact.The best combination for reduce the garden soil salt is per 2kg soil application of weathered coal humic acid 63.6g, zeolite 14.4g, straw 12.2g, phosphorus gypsum 3.9g.

Key words: soil secondary salinization; soil ameliorant; humic acid; optimization of proportion

近年来，黑龙江省提出“大美龙江”建设，截止到2012年，全省城市绿地面积达7.38万公顷。但我国生态环境面临的形式依然十分严峻，不断发生严重的城市环境污染问题，这些问题中，最容易被忽视的就是城市土壤污染问题。随着城市化建设的发展，人类活动的频繁与多样，城市土壤质量日益恶化。

归纳起来造成城市土壤质量恶化的原因主要有：工业“三废”物质、生活垃圾、交通运输、大气降雨、降尘等。建筑废弃物常混杂在土壤中，水泥、砖块等杂物一般均为强碱性，绝大多数有石灰反应；石油的副产品——塑料制品，一般情况下及难降解；在北方城市中，冬季喷洒的融雪剂、融冰剂以及工业用盐，都随着雨雪渗入土壤中；此外，不合理施用大量化学肥料，造成盐基离子的积聚[1，2]。

基于上述原因，导致城市土壤盐基离子含量大大增高，造成城市土壤次生盐渍化。土壤次生盐渍化不仅降低了土壤中铁、磷等元素的有效性，而且也抑制了土壤中微生物的活动及其对其他养分的分解。城市土壤盐分渗透到植物根区，造成对植物生存的威胁[3～5]。当盐分过高时，在很短时间内可致树木于死地。虽然受害植株土壤盐分可得到水分淋溶，但在自然降雨和人工灌溉数量都有限的情况下，将盐分淋溶到根系分布范围以下的数量是很少的，并且还受城市土壤底层坚实因素制约。

本试验利用风化煤腐植酸、沸石、玉米秸秆、磷石膏等原料，采用二次正交设计对改善土壤次生盐渍化材料的配方进行调整，以寻求降低土壤盐分最有效的组合。

1　材料与方法

1.1.1　试验材料

黑龙江省萝北褐煤(总腐植酸含量62.4%，灰分10.6%)；吉林九台产地的沸石矿，含斜发沸石70%，阳离子交换量150 cmol/kg；玉米秸秆含水量28%；南化公司磷肥厂的磷石膏(含P2O5 1%～1.8%、CaO 30%～31.5%、SO2 40%～43%、MgO 0.1%～1.2%)

1.1.2　试验设计

利用二次正交设计，设置沸石、秸秆、风化煤和磷石膏四个因素。人工配制供试土壤(氯化钠与绿化带土壤按比例配制,使得土壤电导率为2500 μS/cm)，采用盆栽试验，每盆装土2kg(按干土重)。每个处理按照表1施入改良材料，每个处理重复3次。

试验选用风化煤(X1)、沸石(X2)、秸秆(X3)、磷石膏(X4)为影响园林土壤盐分含量(Y)四因素为自变量。采用四因素五水平二次回归旋转组合设计，按照四因素1/2方案设计，即N＝23，其数学模型[4]为

并以1.682，1，0，-l，-1.682分别代表自交量的水平，按方程

自变量进行编码，其中，x1为自变量的编码值，Δx为自变量的真实值，x0为试验中心点自变量的真实值[5]。自变量设计水平的码值见表2。

表1　不同处理改良材料用量

表2　因素水平码值

1.1.3　土壤盐分含量的测定方法

按照水土比5∶1浸提，采用电导仪(DDS-307型)测定。

2　结果与分析

2.1　模型建立

按试验设计不同组分的土壤盐分(用土壤电导率表示)的结果如表3所示。通过多项式回归分析(最小值)，建立二次回归模型, 拟合得到四元二次方程描述腐植酸(X1)、沸石(X2)、秸秆(X3)和磷石膏(X4)对土壤盐分的关系：

Y=773.37-315.53X1-277.50X2-184.53X3-240.05X4+522.34X1×X1+174.98X2×X2+24 2.15X3×X3+217.93X4×X4-86.75X1×X2-90.75X1×X3+120.50X1×X4+10-18X2×X3+10-18X2×X4+10-18X3×X4。

回归方程的检验结果显示：相关系数R=0.9634，决定系数R2=0.9281；F值×7.375，P值=0.0039＜0.01，达到极显著水平。这说明此方程可信度好，预测值和实际值吻合较好，此模型进行预报具有较高的可行性。

表3　不同改良材料的结构矩阵及土壤盐分结果

回归系数t-检验结果表明(表4)：b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8在0.01水平上差异显著；在交互项中，b9、b10和b11在0.05水平上差异显著，其他项不显著。由此说明，腐植酸、沸石、秸秆和磷石膏对降低土壤盐分含量有极显著影响，腐植酸与沸石、腐植酸与秸秆、腐植酸与磷石膏等交互作用对土壤盐分降低有显著影响。

表4　方程的回归系数和t检验值

经回归方程优化，剔除不显著项为：

Y=773.37-315.53X1-277.50X2-184.53X3-240.05X4+522.34X12+174.98X 22+242.15X32+217.93X42-86.75X1×X2-90.75X1×X3+120.50X1×X4

2.2　单因子分析

从所建立的回归方程的偏回归系数绝对值的大小可判明因子的重要程度，系数的正负表示因子效应作用的方向。由于设计中各因素处理进行正交编码，回归模型中的统计值已相对独立，反映各因素与试验结果的时候，只需要把其他2个因素固定在零水平上就可得到各因子与土壤盐分含量的关系，得到的偏回归方程为：

Y1=773.37-315.53X1+522.34X12

Y2=773.37-277.50X2+174.98X22

Y3=773.37-184.53X3+242.15X32

Y4=773.37-240.05X4+217.93X42

单因子效应分析见图1。可以看出，随着风化煤腐植酸、沸石、秸秆和磷石膏用量的增加，土壤电导率先表现出迅速下降，而后又缓慢上升，其中影响程度依次排列为风化煤腐植酸＞秸秆＞磷石膏＞沸石。

图1　单因子效应

Fig.1 Single factor effect

2.3　交互作用

由表4可知，在交互项中，b9、b10和b11在0.05水平上差异显著，其他项不显著。项对交互作用进行分析。把另外两个因素固定在零水平，得到X1X2、X1X3和X1X4交互作用方程：

由图2～图4可知，风化煤腐植酸与沸石、磷石膏和秸秆交互作用明显，在一定范围内均可有效降低土壤盐分。

图2　风化煤腐植酸与沸石交互的响应面的曲线及其等高线

Fig.2 The response surface curves interaction of weathered coal humic acid and zeolite and itscontour

图3　风化煤腐植酸与秸秆交互的响应面的曲线及其等高线

Fig.3 The response surface curves interaction of weathered coal humic acid and straw and itscontour

图4　风化煤腐植酸与沸石交互的响应面的曲线及其等高线

Fig.4 The response surface curves interaction of weathered coal humic acid and zeolite and itscontour

2.4　因素组合最佳组合优化

通过DPS软件进行二次多项式求极小值，园林土壤盐分降低的最佳组合见表5。即每盆施用风化煤腐植酸63.6 g、沸石14.4 g、秸秆12.2 g、磷石膏3.9 g。

表5　最低指标时各个因素组合

3　结论

风化煤腐植酸、沸石、秸秆和磷石膏对降低土壤盐分含量有极显著影响，腐植酸与沸石、腐植酸与秸秆、腐植酸与磷石膏等交互作用对土壤盐分降低有显著影响。通过DPS软件进行二次多项式求极小值，得到园林土壤盐分降低的最佳组合即每盆(折合2kg土壤干重)施用风化煤腐植酸63.6g、沸石14.4g、秸秆12.2g、磷石膏3.9g。这将对城市土壤次生盐渍化改良材料的优化起到一定的指导作用。

参考文献

[1]杨瑞卿，汤丽青.城市土壤的特征及其对城市园林绿化的影响[J].江苏林业科技，2006，33(3)：52～54

[2]储纪芳.上海市城市绿地土壤特点与改良对策[J].中国城市林业，2010，8(1)：47～49

[3]张蕊，刘鸿，石娜.城市土壤特点及其改良措施[J].现代农业科技，2010，(6)：302，315

[4]李丽雅，丁蕴铮，侯晓丽.城市土壤特性与绿化树生长势衰弱关系研究[J].东北师大学报(自然科学版)2006，38(3)：125～127

[5]Liu Kun, Li Guang-de, Zhang Zhong-wen.Heavy Metal Pollution and the Ecological Hazard in Urban Soils of Side Roads in Tai’an.Environmental Science & Technology, 2008,(2):125～129

理事长新语:毋忘本怀

农场主时代，是腐植酸怀抱的时代。让腐植酸怀抱肥料、怀抱农药、怀抱地膜……怀抱绿色种植链于环境友好，那是何等的骄傲。

腐植酸于土肥和谐、于植株康健、于膜面亲善……于大地平襄，我们不关联谁关联，我们不施爱谁施爱。总有一天，会让人们像认识水土一样认识腐植酸。待到那时，“让腐植酸与土壤对话”已不是你我的见地，那是地球人家凝聚起来的共识。

天地悠悠，行者无畏。芳草茵茵，毋忘本怀。面向农场主，贴近新时代，我们行将继续，我们永远开怀。