风化煤腐植酸对土壤理化性状的影响

王洪凤 吴钦泉 谷端银 陈士更 孟庆羽 陈大印 丁方军,3*

（1 山东农大肥业科技有限公司 泰安 271000 2 山东省腐植酸高效利用工程技术研究中心 泰安 271000 3 山东农业大学资源与环境学院 泰安 271018）

近几十年来，由于不合理的耕作，破坏了土壤原有的良好结构，致使其理化性状向劣化方向发展，土壤肥力降低，造成农作物生长势衰退，农产品数量及质量下降[1]。腐植酸是一种黑色或棕色的胶体物质，是一大类多环稠环有机物质，这类物质对增强土壤肥力和改良土壤结构有良好的作用[2]。因此，腐植酸在肥料行业的应用前景是广阔的。

本研究以泰安市郊的潮土和棕壤土作为对象，通过施用不同量的未活化的风化煤腐植酸和活化的风化煤腐植酸，测定并分析两种风化煤腐植酸对土壤全氮含量、速效磷含量、速效钾含量、阳离子交换量(CEC)和土壤团粒结构变化的影响，旨在为风化煤腐植酸在肥料领域的应用提供科学支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试土壤

泰安市郊潮土和棕壤土，土壤基本理化性状如表1所示。

表1 供试土壤的基本理化性状Tab.1 Main characteristics of testing soil

1.1.2 供试样品

未活化的风化煤腐植酸：新疆风化煤原粉经粉碎机处理后，通过80目筛，总腐植酸含量45%。

活化的风化煤腐植酸：新疆风化煤原粉通过加碱活化，转变成水溶性强的腐植酸盐，总腐植酸含量65%。

1.2 试验处理

根据未活化的风化煤腐植酸和活化的风化煤腐植酸的添加量不同(0 g、2 g、4 g、8 g、16 g)，试验共设18个处理，每个处理3次重复，每个处理采用1 kg土，处理编号及风化煤腐植酸添加量如表2所示。

表2 各处理编号及风化煤腐植酸添加量Tab.2 Number and addition quantity of weathered coal humic acid

1.3 试验方法

先将未活化的风化煤腐植酸与活化的风化煤腐植酸按不同添加量(0 g、2 g、4 g、8 g、16 g)与土样混合均匀，放入试验钵中；9月3日开始试验，将所有试验钵露置于户外，定期喷定量的水，保持土壤湿度达到60%；期间，每隔1个月将土倒出，进行风干处理，时间为1周；采用四分法取样，每次每个样品取200 g土，待检测用，其余土再放入试验钵中；试验期间共进行3次取样，分别为10月3日第1次取样；11月10日第2次取样；12月17日第3次取样。

2 结果与分析

2.1 风化煤腐植酸对土壤中全氮含量的影响

土壤中的全氮含量代表着土壤氮素的总贮量和供氮潜力，是土壤肥力的主要指标之一。1号和2号土壤中分别施入不同量的未活化的风化煤腐植酸和活化的风化煤腐植酸后，土壤中全氮含量变化不明显，见图1和图2。

可以看出，与未添加腐植酸处理相比，施入未活化的风化煤腐植酸后，1号土壤中全氮含量增加0.01～0.41 g/kg，其中少部分处理全氮含量减少。2号土壤施入1个月后，全氮含量增加0.12～0.22 g/kg，施入2个月后，全氮含量减少0.03～0.30 g/kg。整体看来，施入未活化和活化的风化煤腐植酸对土壤全氮含量的影响效果不明显。

2.2 风化煤腐植酸对土壤中速效磷含量的影响

土壤速效磷是土壤有效磷贮库中对作物最为有效的部分，能直接供作物吸收利用，因此是评价土壤供磷能力的重要指标[3]。1号和2号土壤中分别施入不同量的未活化的风化煤腐植酸和活化的风化煤腐植酸后，土壤中有效磷含量变化较大。

由图3可以看出，1号土壤中施入未活化的风化煤腐植酸和活化的风化煤腐植酸后，速效磷的含量均有不同程度的增加，施入1个月、2个月后增幅不太明显。施入3个月后，土壤中速效磷的含量有明显增加，其中施入16 g/kg未活化的风化煤腐植酸，土壤中速效磷含量增加了36.39 mg/kg，而添加等量活化的风化煤腐植酸，土壤中速效磷含量增加了58.76 mg/kg。

由图4可以看出，2号土壤中速效磷含量有大幅度提高，施入2个月后，施入未活化的风化煤腐植酸的土壤中速效磷含量增加了45.75～75.64 mg/kg，施入活化的风化煤腐植酸的土壤中速效磷增加61.97～85.78 mg/kg；施入3个月后，未活化的风化煤腐植酸的土壤中速效磷含量增加了116.09～118.89 mg/kg，施入活化的风化煤腐植酸的土壤中速效磷含量增加118.40～130.87 mg/kg。

图4 风化煤腐植酸对2号土壤中速效磷含量的影响Fig.4 Effect of weathered coal humic acid on available phosphorus content in No. 2 soil

综上，活化的风化煤腐植酸比未活化的风化煤腐植酸的解磷效果好，可使土壤中速效磷含量增加24.80～130.87 mg/kg。由此可见，活化的风化煤腐植酸中活泼的含氧官能团可与土壤中难溶性磷结合成HA-P复合物，活化和释放土壤中已被固定的磷素，并将其转化为易被作物吸收的有效磷素养分，使其有效性大大增强。

2.3 风化煤腐植酸对土壤中速效钾含量的影响

土壤速效钾是指易被作物吸收利用的钾，其中90%以交换性钾形态吸收在土壤胶体表面，约10%为水溶性钾存在于土壤溶液中。速效钾对植物的钾素营养状况有直接影响，其含量高低是判断土壤钾素丰缺的重要指标。1号和2号土壤中分别施入不同量的未活化的风化煤腐植酸和活化的风化煤腐植酸后，土壤中速效钾含量变化较大。

由图5和图6可以看出，1号和2号土壤中施入未活化的风化煤腐植酸和活化的风化煤腐植酸2个月后，土壤中速效钾的含量均有不同程度的降低，最大减少量为21.82 mg/kg；而施入3个月后，2种土壤中的速效钾含量均有大幅度的增加，增加量为36.26～113.19 mg/kg。其中，活化的风化煤腐植酸解钾性能比风化煤腐植酸原粉效果要好，速效钾含量增加明显，增加量为43.01～113.19 mg/kg。可见，活化的风化煤腐植酸可以更好地活化土壤中矿物态钾和缓效性钾，转化为速效性钾，增加土壤的供钾水平。同时，活化后的风化煤腐植酸具有缓释增效作用，能够延缓钾素的释放，减少养分流失，提高肥效。

2.4 风化煤腐植酸对土壤中CEC的影响

土壤的阳离子交换性能是由土壤胶体表面性质所决定，由有机质的交换基与无机质的交换基所构成，它们在土壤中互相结合，形成了复杂的有机无机胶质复合体，起到保水保肥的作用。1号和2号土壤中分别施入不同量的未活化的风化煤腐植酸和活化的风化煤腐植酸后，土壤中CEC的变化较大。

由图7可以看出，1号土壤中施入未活化的风化煤腐植酸和活化的风化煤腐植酸后，土壤阳离子交换量呈增加趋势，尤其是施入3个月后，土壤CEC的增幅较大，施入未活化风化煤腐植酸的土壤中CEC最高增加了10.84 cmol/kg，施入活化后的风化煤腐植酸的土壤中C E C最高增加了14.59 cmol/kg。

图7 腐植酸对1号土壤中阳离子交换量的影响Fig.7 Effect of weathered coal humic acid on cation exchange capacity in No. 1 soil

由图8可以看出，2号土壤中施入未活化的风化煤腐植酸和活化的风化煤腐植酸后，土壤CEC整体呈增加趋势，但增加不太明显。3个月后，施入未活化风化煤腐植酸的土壤中CEC最高增加了7.59 cmol/kg，而施入活化后的风化煤腐植酸的土壤中CEC最高增加了9.49 cmol/kg。总之，施入不同量的风化煤腐植酸3个月后，施入活化的风化煤腐植酸后，土壤中的CEC与施入风化煤腐植酸原粉相比，均有不同程度的增加。其中，1号土壤比2号土壤的CEC增幅大。

综上，风化煤腐植酸是一种很好的离子交换剂，具有较强的阳离子交换性能，可以改善土壤性质，保水保肥，尤其是加碱活化后的风化煤腐植酸施入土壤后，土壤CEC大幅提高。

图8 腐植酸对2号土壤中阳离子交换量的影响Fig.8 Effect of weathered coal humic acid on cation exchange capacity in No. 2 soil

2.5 风化煤腐植酸对土壤水稳定性团聚体的影响

土壤团粒结构可以保存自然降水的80%在土壤耕层，调节土壤水分与空气的矛盾，协调土壤养分的消耗和积累，稳定土温，改善土壤耕性，利于作物根系伸展[4]。其中水稳性团聚体对土壤肥力的作用较为明显。1号和2号土壤中分别施入不同量的未活化的风化煤腐植酸和活化的风化煤腐植酸后，土壤中水稳性团聚体数量明显增加。

由图9可以看出，1号土壤中施入风化煤腐植酸1个月后，土壤水稳性团聚体增加了1.33%～4.95%；施入2个月后，土壤水稳性团聚体增加了3.65%～6.85%；施入3个月后，土壤水稳性团聚体增加了4.22%～12.15%。其中，活化的风化煤腐植酸促进土壤水稳性团聚体效果更好，施入未活化的风化煤腐植酸的土壤中水稳性团聚体增加了4.22%～16.33%，而施入活化的风化煤腐植酸的土壤中水稳性团聚体增加了8.01%～18.84%。

由图10可以看出，2号土壤中施入风化煤腐植酸1个月后，土壤水稳性团聚体增加2.94%～11.27%；施入2个月后，土壤水稳性团聚体增加了4.80%～11.72%；施入3个月后，土壤水稳性团聚体增加了13.39%～18.84%。整体看来，未活化的风化煤腐植酸和活化的风化煤腐植酸均能增加土壤中0.25～3.00 mm的水稳性团聚体总量，但活化的风化煤腐植酸的增加幅度较大。

综上，活化的风化煤腐植酸可以更好地促使分散的土壤颗粒团聚，形成团粒，增加土壤中水稳性团粒的含量和稳定性，改善通气透水性。

3 结论与讨论

腐植酸是含有多种含氧活性官能团的高分子有机胶体，在改良土壤结构、培肥地力等方面起着重要作用[5]。本试验结果表明，单施未活化的和活化的风化煤腐植酸对土壤中全氮含量无明显效果，但可活化和释放土壤中难溶性磷、矿物态钾、缓效性钾，使其转化成速效磷和速效钾，便于作物吸收和利用。其中，活化的风化煤腐植酸效果更好，可使土壤中速效磷增加24.80～130.87 mg/kg，速效钾的含量增加43.01～113.19 mg/kg，使土壤中CEC增加8.87～9.49 cmol/kg、土壤水稳性团聚体总量增加8.01%～18.84%，有益于土壤有机质的转化、累积和土壤肥力的提高，为植物生长提供必需的生态环境。

[ 1 ]李立华，赵垦田，邵贵顺.土壤团粒结构管理[J]. 吉林林业科技，2006，35(5)：11～12，25

[ 2 ]文娜，杨波涛.腐植酸肥料对土壤的改良作用及其测定方法[J]. 新疆化工，2007，(4)：18～19，15

[ 3 ]王曰鑫，栗丽.腐植酸对化学肥料的增效作用研究[J].腐植酸，2007，(2)：22～27

[ 4 ]侯高礼.土壤团粒结构及其促进形成[J]. 西北园艺，2013，(1)：52～53

[ 5 ]王宏韬，马献发，张继舟.腐植酸在土壤与肥料中的应用[J]. 黑龙江科学，2010，1(1)：59～62