腐植酸复合材料对沙土理化性质和植物生长的影响

腐植酸复合材料对沙土理化性质和植物生长的影响_2014年论文集

腐植酸复合材料对沙土理化性质和植物生长的影响

宗　莉　杨效和　王爱勤

（中国科学院兰州化学物理研究所环境材料与生态化学发展中心　兰州　730000)

摘　要：将腐植酸、凹凸棒石黏土和保水剂以及其他有机质复配成复合材料，在室内开展了5个不同施用量(0、0.25%、0.5%、1%、3%)对沙土理化性质的影响研究。结果表明，复合材料能增强沙土的持水能力，降低土壤的pH值，其施用量为1%时改良效果明显。室外种植试验发现，复合材料可有效提高沙土的生物酶活性、植物成活率和地上生物量。施用量为600kg/hm2时沙土中脲酶和过氧化氢酶的活性分别高于对照70.2%和28.6%。应用于梭梭、沙枣树和葡萄的种植试验后，与对照相比，沙枣树成活率提高了49.2%，梭梭地径和株高分别提高了23%和88%，葡萄叶片数量提高了100%。该结果说明含腐植酸复合材料可提高植物对风沙环境的抗逆性，可应用于沙土的植被恢复。

关键词：复合材料　沙土　理化性能　土壤酶活性

Effect of Composite Materials Containing Humic Acid on Physic-chemical Properties of Sandy Soil and Plant Growth

Zong Li, Yang Xiaohe, Wang Aiqin

(Center of Eco-material and Green Chemistry, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000)

Abstract: The composite material was composed of humic acid, attapulgite clay, super absorbent polymers and other organic materials.The treatments of applying composite material were: 0 (control), 0.25%, 0.5%, 1% and 3% for sandy soil.The results showed that the physic-chemical properties of sandy soil were improved after using composite materials.Application of composite material increased the water-holding capacity of sandy soil, decreased the soil pH, and among all the treatments, adding 1% composite material showed the optimum effect.And the application significantly increased soil enzyme activity in sand soil, improved survival rate of Elaeagnus angustifolia and above ground biomass of H.ammodendron and grapes.Especially catalase and urease improved 70.2% and 28.6%, respectively, by composite material 600kg/hm2 application in the field experiment, survival rate of Elaeagnus angustifolia improved 49.2%, ground diameter and height of H.ammodendron was improved 23% and 88%, number of grapes leaves improved 100%, compared with the control, respectively.The results indicated application of composite material improve resistance of plants to survive harsh conditions, and the feasibility of composite material in improving aeolian sandy soil nutrients and fertility in Alashan area.

Key words: composite material; sandy soil; physic-chemical properties; soil enzyme activity

阿拉善盟地处内蒙古自治区西端，区内沙漠戈壁广布，全区荒漠化面积达22.39万平方公里，占全盟土地面积的82.9%，成为中国生态的严重危急区[1]。自然环境恶化制约了该区域国民经济发展。为此，针对阿拉善盟荒漠区生态环境保护建设引起广泛关注[2]。

荒漠化治理过程中，由于植被成活率较低，在沙漠中如何节水保水，提高沙生植物成活率，已成为荒漠化植被恢复的关键所在。研究表明，腐植酸中富含多种含氧活性官能团，具有弱酸性、吸水性、离子交换性、络合性、缓冲性和促进植物生长等特点，因而对沙土具有良好的改良作用[3]。保水剂由于其优越的吸水性能和缓慢释水性而被成功应用于荒漠区的植被恢复[4]。近年来研究发现，凹凸棒石黏土由于其孔道结构，良好吸附和离子交换性能，已成为改良沙土的有效材料[5]，同时黏土矿物中富含多种微量元素可进一步促进植物生长发育。但是以上这些材料单独使用时效果仍不理想。

为此，本文针对阿拉善盟地区的沙土，以腐植酸、凹凸棒石黏土和保水剂以及其他有机质复配成沙区植被用保水保肥性复合材料，开展了复合材料对沙土理化性质和酶活性的影响研究，并应用于梭梭、沙枣树和葡萄的种植试验后，调查了对植物成活率及生长的影响，以期为保水保肥性复合材料的实际应用奠定试验依据。

1　材料与方法

1.1　试验材料

腐植酸，新疆双龙腐植酸有限公司生产；有机-无机复合保水剂，胜利油田长安集团聚合物有限公司生产；凹凸棒石黏土，产自甘肃临泽矿区，使用前粉碎并过200目筛。将以上物质与选定的其他有机质按一定比例充分混合后复配成保水保肥性复合材料。沙土取自于阿拉善盟地区腾格里沙漠东区。

1.2　室内试验方法

采用高25 cm、直径10 cm的PVC塑料管盛土，管子底部用多层纱布封闭。设置0、0.25%、0.5%、1%和3%复合材料5个施用浓度。处理方法是分别将复合材料与沙土按上述浓度直接混匀，装成重量为3.0 kg的土柱，根据重量差减法使沙土湿度保持在正常持水量的75%。8个月后采用常规方法测定土壤结构、理化性质和盐离子含量[6]。

1.3　试验区概况与试验设计

试验地点在阿拉善盟地区腾格里沙漠。试验区均为普通风沙土，表1为不同试验小区沙土的基本理化性质。试验区I：在阿拉善盟巴音浩特镇设3个处理：处理1为对照(不施材料)；处理2材料施用量300 kg/hm2；处理3材料施用量600 kg/hm2。种植植物为梭梭和沙枣树，其后日常管理与常规造林的管理技术相同。3个月后跟踪调查成活率、胸径及株高。试验区II：在阿拉善盟沙产业园区设3个处理，处理3为对照(不施材料)；处理3为普通复合肥(750 kg/hm2)；处理3施用复合材料(600 kg/hm2)。种植植物为葡萄，日常管理为常规管理模式，3个月后调查成活率及叶片数。

表1　试验区沙土的理化性质

1.4　土壤酶活性测定

在梭梭处理3小区内随机取5处0～20 cm沙土，剔除石砾和植物残根等杂物，放入4 ℃冰箱内保存，测定土壤酶活性。脲酶活性采用苯酚-次氯酸钠比色法测定，过氧化氢酶活性采用高锰酸钾容量法测定[7]。

1.5　数据处理

数据处理和方差分析采用Microsoft Excel 2007和SPSS 15.0完成。

2　结果与分析

2.1　复合材料对沙土理化性质的影响

复合材料对沙土理化性质的影响如表2所示。与对照相比，随复合材料用量的增加，沙土的pH值明显降低，持水量、有机质、全氮和全磷的含量明显提高。腐植酸复合材料处理能够提高土壤氮磷钾含量，这与Chen等[8]利用泥炭和风化煤改良沙土的研究发现相同。原因是腐植酸可以改善土壤微环境，增加土壤微生物的活性，提高土壤有机质，从而提高土壤肥力。其中，施用量为1%和3%时差异不显著。该研究结果说明，只要用1%的复合材料就可明显提升沙土的各种理化性能。

表2　复合材料不同施用量对沙土理化性质的影响

注：同列数据后不同小写字母表示 Duncan 检验在 P=0.05 水平上差异显著，下同。

复合材料对沙土团粒结构的影响如表3所示。风沙区沙土被风扬起所需的起动风速与沙土结构有关，沙土粒径越大，起动风速越高，同时适宜的土壤结构有利于水分保持，因此从沙土的团聚体含量可以反映它对风蚀的抵御能力[9]。未施用材料沙土原样中89%以上都是<0.25 mm的细小颗粒，极易被风吹起，风速越高，扬起沙尘越多，施用复合材料后，土壤结构明显改善，当材料使用量为3%时，>0.25 mm稳定性团聚体含量提高至42.7%，沙土结构得到显著改善，这是由于复合材料中的腐植酸和凹凸棒石黏土均可有效改善团粒结构，使大团聚体数目增加。

表3　复合材料不同施用量对沙土团粒结构的影响

2.2 复合材料对沙土酶活性的影响

沙土酶活性通过催化沙土中的生化反应发挥重要作用，也是沙土肥力的一项重要指标[10]。脲酶直接参与尿素形态转化，能促进有机质分子中肽键的水解，其活性通常与微生物数量、有机质、全氮和速效氮相关。配施复合材料能明显提高脲酶活性，随着材料施用量增加脲酶活性得到提高，但在10～20 cm沙土层材料施用量没有显著性差异(图1)，0～10 cm沙土脲酶活性高于10～20 cm沙土层。沙土中真菌、细菌和植物根都能够分泌过氧化氢酶，用于解除生物呼吸或生物化学氧化反应产生过氧化氢的毒害。过氧化氢酶是参与沙土中物质和能量转化的一种重要氧化还原酶，在一定程度上可以表征沙土生物氧化过程的强弱[11]。图2显示，0～10 cm沙土层内过氧化氢酶活性显著高于10～20 cm，配施复合材料能明显提高脲酶活性，但不同用量间差异不显著。复合材料对沙土不同酶活性的影响存在差异，对脲酶影响较为显著，这是由于脲酶活性通常与微生物数量、土壤有机质、全氮和速效氮相关。Ignacio等[11]研究表明土壤有机质含量对土壤酶活性有直接影响，其原因土壤有机质是土壤微生物和植物的生活基础和生命活动产物。隋跃宇和邱现奎等[12，13]研究表明，过氧化氢酶与土壤养分成正相关。复合材料施用也显著提高了过氧化氢酶活性，但不同用量间差异不显著。

图1　不同处理对沙土脲酶活性的影响

Fig.1   Effects of different treatments on activity of soil
urease
注：不同小写字母表示 Duncan 检验在 P=0.05 水平上差异显著，下同。

图2　不同处理对沙土过氧化氢酶活性的影响

Fig.2 Effects of different treatments on activity of soil catalase

2.3　复合材料对植物生长的影响

由于复合材料提供灌木生长所需养分，同时复合材料中的保水剂可避免水分过度蒸发，从而提高植物成活率。施用材料后显著提高了沙枣树的成活率，施用300 kg/hm2和600 kg/hm2材料比对照分别提高了29.2%和34.7%(图3)。梭梭和葡萄成活率都有所提高，但差异不显著。不同物种间成活率有一定差别，这可能与物种对水肥需求不同有关。复合材料的施用能显著提高梭梭地上部分生物量(图4和图5)，不同材料用量下梭梭株高均达到显著水平，分别比对照提高了49.2%和88%，而地径在600 kg/hm2用量下达到0.37 cm，比对照提高了23%，300 kg/hm2用量地径有所提高，但与对照相比差异不显著。叶片数量增多有利于葡萄进行光合作用，可为后期生长积累所需养分。施用复合材料和复合肥的葡萄叶片数量明显高于对照(图6和图7)，施用复合材料的略高于施用复合肥的叶片数，但差异不显著。

图3　不同处理对植物成活率的影响

Fig.3 Effects of different treatments on rate of survival

图4　不同处理对梭梭株高和地径的影响

Fig.4 Effects of different treatments  on height and ground diameter of H.ammodendron

图5　梭梭种植实例照片

Fig.5 Photos of planting H.ammodendron
注：A为对照区；B施用材料600 kg/hm2。

图6　不同处理对葡萄叶片数的影响

Fig.6 Effects of different treatments on number of grape leaves

图7　葡萄种植实例照片

Fig.7 Photos of planting Grape
注：A为 对照区；B施用材料600kg/hm2。

3　结论

腐植酸、凹凸棒石黏土、保水剂及其他有机质进行复配，可以有效改善沙土的理化性质，提高植物的成活率和生物量，具有保水、降低pH值、增加养分等作用，可作为沙土的改良剂。1%材料用量可有效改善沙土理化性能。

参考文献

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