农田土壤调理.ppt

农田土壤调理剂,陈明良 上海化工研究院,二一五年六月,2,我国农田土壤质量现状,土壤调理剂,农田土壤问题原因,1,2,3,农田土壤（耕地）是关系国计民生的重要资源,用世界7%耕地养活世界22%人口！保护耕地势在必行！,农田土壤污染压力较大,全国污灌面积已占灌溉总面积的7.3%,农田土壤污染,化肥单位面积平均施用量434.3kg/hm2，是安全上限的1.93 倍,农药平均每公顷0.067 kg，约50%进入土壤和地下水,每年约有50 万吨农膜残留于土壤中，残膜率达40%,工业三废的无序排放,5,环保部、国土资源部全国土壤污染状况调查公报(2014.04.17)中我国土壤污染基本数据,耕地质量退化现象严重,盐渍化耕地面积高达0.077亿公顷,土壤酸化面积达耕地面积的40%,受风沙干旱影响的耕地0.073亿公顷,易发生水土流失的坡耕地1.239亿公顷,农田土壤有机质含量平均仅约为18克/千克，土壤结构不良现象普遍,我国耕地退化状况,全国因水土流失、盐渍化、沼泽化、土壤肥力衰减和土壤污染及酸化等造成的土壤退化总面积约4.6亿hm2，占全国土地总面积的40%。,不合理的开发利用：,大量不合理的施用肥料、农药的过量喷洒、超负荷放牧、污水灌溉等,不利的自然环境：,临海或高盐地区、地下水位较高、地势低洼、气候干旱等,9,国土资源部全国耕地质量等别调查与评定主要数据成果（2014.12.17）,10,农业部关于全国耕地质量等级情况的公报（2014.12.17）:四等至十等的耕地占比超过72%。,11,12,我国耕地质量整体评价,农田土壤的多元限制因子决定了综合治理的必要性,查明病因因地制宜综合治理,病：病虫害,虚：不合理施肥，综合肥效低贫：肥力低弱：土壤活性低累：没有休耕导致土壤肥力低酸：酸化,污：重金属污染、有机物污染、生物污染,旱：干旱滞：粘滞板：板结，结构不良,化学性限制因子,物理性限制因子,化学性、生物性限制因子,生物性限制因子,农田土壤是有生命的，对于出现的问题主要采用改良的方法。改良目标：,15,我国农田土壤质量现状,土壤调理剂,农田土壤问题分析,1,2,3,酸化盐碱化重金属污染元素失衡有机质流失等,我国农田土壤现在主要问题：,2.1 土壤酸化,中性土壤：pH值在6.57.5微酸性土壤：pH值5.56.5酸性土壤：pH值4.55.5强酸性土壤：pH值小于4.5,土壤酸化是土壤吸收性复合体接受了一定数量交换性氢离子或铝离子，使土壤中碱性(盐基)离子淋失的过程。酸化是土壤风化成土过程的重要方面。,1）降水量大而集中的淋溶作用造成钙、镁、钾等碱性 盐基大量流失是土壤酸化的根本原因。2）传统农业措施的缺失使耕地土壤养分失衡是造成土 壤酸化的主要原因。3）长期大量施用化肥（主要是铵态氮肥）是造成土壤 酸化的重要原因。酸雨也可导致土壤酸化。土壤有机质含量下降，缓冲能力降低，土壤酸化加重。,土壤酸化的原因：,1）抑制根系发育，产生黑根烂根死根无白根土。2）养分利用率低。酸性土壤中大量元素氮磷钾利用率低，严重缺有效磷。中量元素钙镁硫利用率极低。微量元素硼锌钼利用率降低。3）会使土壤中大量的营养元素被淋失，土壤变得贫瘠。4）土质粘重，土壤板结，地力下降。5）使土壤中的铝从稳定态中释放出来，导致铝元素聚集，根系铝中毒，植物枯萎、农作物减产及水生生物死亡等。6）可抑制某些土壤微生物的繁殖，降低酶活性，抑制土壤中的固氮菌、细菌和放线菌，加剧土壤土传病害。7）造成农作物产量及品质下降。,土壤酸化的危害：,养分的转化和有效性,在pH6.5附近，大多数营养元素的有效性都较高。N、K、S元素在微酸性、中 性、碱性土壤中都较高。P元素在中性土壤中有效性最高，pH7时有效性降低。Ca和Mg在pH6.5-8.5有效性大，在强酸性和强碱性土壤中有效性较低。Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素有效性在酸性和强酸性高。pH5.05.5时，铝和锰的溶解度升高，对许多生物产生毒害作用。,植物适宜的pH范围,2.2 土壤盐碱化,盐碱(渍)土：土壤中含盐量在0.3%以上，或者土壤胶体吸附一定数量的交换性钠，碱化度在15%20%以上，有害于作物正常生长的土类型。,盐碱化：指土壤底层或地下水的盐分随毛管水上升到地表，水分蒸发后，使盐分积累在表层土壤中的过程。,1）内陆地区：地势低平，地下水位较高，半湿润、半干旱和干旱，地下水中的可溶性盐分沿土壤毛细管上升到地表后，水分蒸发了，而盐分则聚积形成了盐碱土。2）滨海：海水浸渍形成。3）设施农业（大棚）土壤：在设施栽培条件下，由于速效性有机肥（如粪尿肥）和化肥用量大，设施棚室内温度高，蒸发量大，雨水淋溶作用少，含盐地下水上升，随着栽培年限的增加，耕层土壤盐分积累严重，引起次生盐渍化。我国盐碱土主要分布在西北、华北和东北平原的低地、湖边或山前冲积扇的下部边缘，以及沿海地带。,盐碱土分布：,盐分对作物的影响,三种理论：一是所谓“渗透抑制论”，认为土壤盐分主要以高渗透压影响植物吸水和体内水分平衡，危害作物生长；二是“矿质营养失调论”，认为由于盐浓度增大，使作物内正常的离子平衡遭到破坏，致使某些元素在植物体内含量过多或过少引起营养失调；三是“离子毒害论”，认为盐分重具有毒性的特殊离子在作物体内过量积累，引起各种中毒症状。,2.3 土壤重金属污染,重金属是指比重等于或大于5.0的金属，如Fe、Mn、Zn、Cd、Hg、Ni、Co等；As是一种准金属，但由于其化学性质和环境行为与重金属多有相似之处，故将其包括在重金属范围内。特别关注Cd、Hg、Cr、Pb、Ni、Zn、Cu等对土壤的污染，这些元素在过量情况下有较大的生物毒性，并可通过食物链对人体健康带来威胁。,污染土壤,农用物资的不合理使用,固体废弃物,污水或带重金属水的灌溉,土壤中重金属污染物的人为来源,大气干湿沉降（粉尘、降水）,土壤中重金属主要来源：,土壤重金属污染特点,1)重金属不能被微生物降解，土壤一旦遭受重金属污染就很难恢复，是环境长期、潜在的污染物；2)因土壤胶体和颗粒物的吸附作用，长期存在于土壤中，浓度多成垂直递减分布；3)与土壤中的配位体(氯离子、硫酸离子、氢氧离子、腐蚀质等)作用，生成络合物或螯合物，导致重金属在土壤中有更大的溶解度和迁移活性；4)土壤重金属可以通过食物链被生物富集，产生生物放大作用；5)重金属的形态不同，其活性与毒性不同，土壤pH、Eh、颗粒物以及有机质含量等条件深刻影响它在土壤中的迁移和转化。,重金属在土壤中的形态,生物有效性依次降低,与土壤结合程度增加,重金属形态比总量更关键,土壤性质与土壤重金属污染关系,在不同土壤条件下，包括土壤的重金属类型、土地利用方式（水田、旱地、果园、林地、草场等），土壤的物理化学性状（土壤的酸碱度、氧化还原条件、吸附作用、络合螯合作用、固定和活化等）的影响，都能引起土壤中重金属元素存在形态的差异，从而影响重金属的转化和作物对重金属的吸收。,土壤的pH：对重金属的溶解度有密切关系，在碱性条件下，进入土壤的重金属多呈难溶态的氢氧化物，也可能以碳酸盐和磷酸盐的形态存在。它们的溶解度都比较小，因此土壤溶液中重金属的离子浓度也较低。例如，铜、镉、锌、铅等重金属氢氧化物的溶解度直接受土壤pH值控制。土壤氧化还原电位（Eh）：主要影响土壤中的各重金属价态变化，以致影响到重金属在土体中的富集量和毒性。,吸附作用：土壤中含有丰富的无机和有机胶体，土壤胶体能吸附重金属的数量，主要取决于土壤胶体的代换能力和重金属离子在土壤溶液中的浓度与酸碱度。络合螯合作用：土壤中腐殖质具有很强的螯合能力，具有与金属离子牢固螯合的配位体，如氨基、亚氨基、酮基、羟基及硫醚等基团。土壤中螯合物的稳定性受金属离子性质的影响。固定和活化：土壤中微生物的种类和数量都是相当大的，它在重金属的归宿中也起着不可忽视的作用，有些微生物还通过生物转化作用或生理代谢活动使金属由高毒状态变为低毒状态。,减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮素供应；可引起植物生理功能紊乱、营养失调；降低了作物的品质；影响土壤中的微生物活动；通过食物链被生物富集，产生生物放大作用。,重金属污染的危害,33,我国农田土壤质量现状,土壤调理剂,农田土壤问题分析,1,2,3,作用：1）改良土壤结构，破除板结，增加其透气性 2）调节土壤酸碱度 3）降低土壤盐碱危害 4）补充土壤营养 5）提高肥料利用率，促进作物高产优质 6）改善土壤水分状况 7）抑制有害病菌 8）修复污染土壤,概念：加入土壤中用于改善土壤的物理、化学和/或生物性状的物料。,按功能分：1）土壤胶结剂：团聚分散土粒、改善土壤结构；2）土壤调酸剂：调节土壤酸碱度；3）土壤安定剂：固定表土、防止水土流失；4）土壤增温剂：增加土壤温度；5）土壤保水剂：持土壤水分等。,分类：,按原料分：1）天然矿物质：石灰或石灰石粉、白云石、膨润土、磷石膏、磷矿粉、沸石、硅酸钙粉、橄榄石粉、硫粉、硼矿粉和锌矿粉、泥炭；钾长石、贝壳等；2）农业废弃物：畜禽粪便、作物秸秆等；3）有机肥料：猪厩肥、豆科绿肥等；4）城市和生活废弃物：有机废弃物(食物残渣、生物固体、建筑垃圾和生活炉渣及其他生活垃 圾等；5）工业副产品：碱性煤渣、高炉渣、粉煤灰、煤矸石、黄磷矿渣粉、豆渣(SM)、污水污泥等；6）生物质：杂草、人工种植的生物质类植物(高油玉米、高粱等)等；7）人工聚合物：高分子合成物质、生物制剂等。,分类：,非金属矿物如石灰石、白云岩、膨润土、石膏、泥炭、沸石、蛭石、硅藻土、皂石、海泡石、含钾岩等是最常用的土壤调理剂，除本身含有改善土壤所必需的钙、镁、氮、磷、钾及各种微量元素外，还具有特殊的物理化学性质，如阳离子交换性质、吸附性、酸碱性等特点，用于改善土壤的物化性能，改良土壤的结构与性能，改善土壤的通透性等，成效显著，使土壤能更好地适合作物生长。,石灰岩主要成分为碳酸钙，富含碱性组分CaO、MgO，因此可用来改良酸性土壤，提高土壤肥力，改变土壤板结。在酸性土壤中施用石灰或者石灰石粉是改良酸性土壤的传统和有效的方法。使用石灰可以中和土壤的活性酸和潜性酸，生成氢氧化物沉淀，消除铝毒，迅速有效的降低酸性土壤的酸度，还能增加土壤中交换性钙的含量。,白云石CaMg(CO3)2是以碳酸钙和碳酸镁主要成分的结晶碳酸钙镁。施用白云石改良酸性土壤可以避免施用石灰因不均匀或施用量较大对作物生长造成的伤害，在有效提高土壤pH值的时候同时维持养分平衡。白云石可以改良土壤酸性，且随着白云石粉用量的增加，土壤pH 值和土壤的阳离子交换能力也增加；可以改善土壤物理性质，而且通过提高土壤的pH 值，避免铝和锰对植物的可能毒害，改善其他营养元素的供应，促进植物根系的发育。同时，白云石粉可以防止钙镁比例失调而诱发植物缺镁。,膨润土的主要化学成分为SiO2、Al2O3、H2O 及少量的MgO、CaO、Fe2O3、FeO、Na2O、K2O 和TiO2等，主矿物是蒙脱石，具有层状结构的含水铝硅酸盐矿物。它富含动植物所需的常量和微量元素（K、P、Na、Mg、Cu、Mn、Fe、Zn 等），具有极强的阳离子吸着作用，是优良的保肥材料。具有较强的保水能力以及良好的粘结性，对协调土壤的水、肥、气、热有良好的效果。同时其具有很强的离子交换能力，可使各种肥料以易吸收形式赋存于土壤中，实现养分和微量元素在土壤溶液与作物间的平衡交换。还可以改善酸性土壤，它能明显地提高土壤的p H 值。还能吸附毒性物质，阻止毒素进入作物。膨润土具有良好的抗渗性、抗冻性、压缩性、固结性、对沙土的稳定性、密实性、保水性，在沙土中加入膨润土，可以防止沙土中的水、肥流失，固结沙粒，有利于固沙植被生长，改善沙化土地的生态环境。,石膏（包括磷石膏，脱硫石膏）的主要化学成分是CaSO4，石膏在改良土壤过程中主要起以下作用：（1）用石膏生产的肥料，施于土壤可起保氮、固氮作用，降低土壤碱性，可为缺钙地区提供钙、硫营养。（2）促进有机质分解，特别是硫可促进微生物对土壤中含氮物质的分解，加速氨化作用的进行。（3）对盐碱地有明显的改善效果，向碱性土壤中施加石膏粉时，石膏中的部分钙取代土壤中的钠，从而使土壤达到改良效果，同时也可以提高土壤的渗透性，在我国北方用石膏改良碱土。,土壤调理剂发展现状：,1）土壤调理剂是一个传统产品；2）近几年产业发展活跃，新原料、新工艺、新产品不断推出；3）乱（产品多，宣传上炒作概念、夸大功效，误导消费者）；4）污染物潜在风险较大，产品存在带来二次污染的可能；5）质量控制体系不完善、评价技术体系不完整、评价机制不到位，标准跟不上发展；6）产品技术水平不高、工艺质量不稳定；7）产品推广水平有待提高、价格高；8）市场上对土壤调理剂认知还处于模糊阶段。,土壤调理剂产品须经农业部登记，登记必须前期做过大量工作，试验应至少进行2年。每种土壤（类型）或区域中应进行不少于2种作物的效果验证试验。,NY/T 2271-2012土壤调理剂效果试验和评价技术要求,1）耕地数量不足和质量不高是限制我国农业增产的最大障碍。土壤调理就是提高耕地质量的重要手段之一，我国耕地现状为土壤调理剂的发展提供了市场，随着国家对耕地质量安全、粮食安全和农产品质量重视力度加大，发展前景也越来越好。土壤调理剂有很大的发展空间；（97年的复混肥，15年的土壤调理剂）2）效果好、价格低、生态环境效应好是产品的发展方向；3）工农业废弃物无害化处理后作为生产土壤调理剂的原料是一趋势。需遵守无害有效就近施用的原则；4）针对性强的区域土壤调理剂将是未来土壤调理剂的研发重点；5）多功能的复合土壤调理剂会成为今后发展的一个方向；6）对肥料生产企业来说，肥料与土壤调理剂如何结合推广使用值得考虑。,土壤调理剂发展趋势：,1）土壤调理、修复也需要一个相对漫长的过程，而不像复混肥料一样使用以后很快增产增收，作用一般需要多年才能完全显现；2）强化源头控制，重金属、有害物质含量必须达到国家有关标准要求，不得选择可能污染农田的原料作土壤调理剂产品。希望行业能建立禁止使用的原料目录，切断潜在污染源；3）要充分利用廉价的天然资源，应就近开发，就近施用；4）以发现土壤出现问题进行使用为原则。当土壤有酸害、碱害、盐害、药害、肥害或土壤内部物质不协调的生产症状出现时，就可以使用土壤调理剂；5）土壤调理剂使用中，一定要注意使用的时间、用量及使用方法；6）企业开发新产品时需同时考虑产品的安全性、有效性及相关方法标准7）要强化跟踪评价，效果和危害需进行长期定量化监测。,土壤调理剂发展注意事项：,谢谢！,