土壤是由地表巖石經過千百萬年的風化,在微生物的參與下逐步形成,各地巖石(成土母質)性質不同與自然氣候狀況的差異,導致不同地區的土壤在砂黏及酸鹼性上存在較大差異。雖然無土栽培技術發展迅速,但未來農業發展的主流仍將是傳統土壤栽培。土壤是作物生長乃至保障人類糧食安全的根本,土壤性質的優劣直接影響著作物生長發育及產量、品質的形成。
我國土壤性質的總體變化趨勢是從北到南酸性逐漸增強,土壤黏度逐漸增大,絕大多數作物較適宜生長的土壤特點為:為酸鹼適中、砂黏適宜。但由於天然原因以及不當的灌溉與施肥方式、不當的種植制度等原因,西北鹽鹼土壤、砂質土壤;南方酸性、黏質土壤及東北和中部地區局部的鹽鹼和黏質土壤都成為作物增產和提質的重要阻礙。
適宜於作物生長的土壤需要滿足那些特點?酸鹼性、砂黏性不同的土壤多作物生長各有何影響?不同質地的土壤應該如何改良?
一、確保作物良好生長的優質土壤具備哪些特點
1、酸鹼性適中
經過長期進化和自然選擇,自然界多數植物都適應了酸鹼適中的中性土壤環境,而土壤酸性過大或鹼性過強都會打破土壤養分供應、根系吸收和植物需要三者之間的平衡。比如磷元素最適宜的吸收範圍是中性環境,酸性過大的時候會和過量的鋁元素形成沉澱而根系無法吸收;在鹼性過強的土壤環境下,土壤中的鈣等離子則容易形成碳酸鹽沉澱而失去有效性。
植物正常生長,往往都需要土壤中的根系共生菌協助礦物元素進行分解運輸和吸收,這些共生菌對土壤酸鹼性變化較為敏感,酸鹼性失調會導致植物根系的共生微生物菌落的穩定性遭到破壞,繼而造成根系吸收能力降低。
2、土壤結構良好
土壤結構主要是指土壤透氣、透水與持水、保肥能力之間達到協調。兩者之間是一對矛盾關係,能讓矛盾雙方達到相互協調的土壤結構是「團粒結構」,「團粒結構」的基本特點可以概括如下:
團粒結構由土壤小團聚體相互粘結在一起形成。土壤顆粒之間距離較小的土粒結合在一起形成小團聚體,小團聚體能把內部和外來的養分給束縛住,不容易因雨水下滲等原因造成淋失浪費,因此具有較好的保水保肥能力,但透氣透水能力較差;而這些小團聚體又相互結合在一起形成較大的團聚體,大團聚體內的小團聚體間距離較大,可以讓水分和氣體較為通暢的流動,即具有較好的透水透氣性,但保水保肥能力不足。
但是,小團聚體內部的特性和小團聚體之間的特性,形成保水保肥和透氣透水功能上的優勢互補,使團粒結構兼具了透水透氣和保水保肥之間的協調與平衡。這是植物生長最佳的土壤結構形式。
3、有機質豐富
有機質一方面可以作為肥源為作物的生長提供營養最為全面的營養元素,能改善土壤結構,增加砂性土壤的粘度,增加粘性土壤的疏鬆性;還可以通過分解後形成的土壤膠體,將土壤中的有效態礦物元素存蓄起來,以防止流失或者變為無效態,在植物生長過程中持續平穩的為作物生長提供營養。
同時,有機質還可以對過酸、過鹼、含鹽量過高的土壤提供有效的緩衝,削弱因不當施肥或者灌溉等原因導致的土壤過酸、過鹼和高鹽含量對作物造成的不良影響,還可以削弱重金屬含量過高對作物造成的傷害和對品質造成不良影響,
二、不同質地的土壤各有何特點
1、酸性土壤特點與不良影響
酸性土壤的pH值在6.5以下,(H+)和鋁離子(Al3+)偏高是導致酸度大的最主要原因,酸性環境條件下,土壤中的鐵離子(Fe2+)和錳離子(Mn2+)等也會偏高。
不良影響主要體現在以下幾點:
養分淋失嚴重
由於酸性土壤的風化較為徹底,內部的K+等礦物元素分解釋放較為徹底,再加上酸性土壤多半是在南方多雨地區,在降雨的淋溶下,這些被釋放出來並且難以被土壤顆粒吸附住的礦物元素,很容易在水分下滲的過程中流向土壤深層而根系無法吸收到,導致土壤缺肥貧瘠。
抑制P、Ca、Mg等元素的吸收
在酸性土壤條件下,過量的鋁離子、鐵離子和錳離子,會與土壤中的鈣、鎂等離子發生反應,變為不能被植物吸收利用的的化合物沉澱。以磷為例:磷元素本就容易本土壤吸附住而變為無效態,而游離態磷元素與過量的Fe2+、Mn2+形成鐵磷、錳磷等化和沉澱,則進一步加劇了有效態磷元素的缺乏,造成土壤缺磷。
破壞微生物群落
酸度過大還會對土壤中微生物群落結構造成不良影響,從而減少微生物對對土壤有機物的分解能力,並降低土壤供給氮肥的能力,甚至造成缺氮,並且還會影響到植物細胞對礦物元素的吸收運輸能力。比如:酸性偏高會對具有固氮作用的豆科根瘤菌造成毒害,從而減小根瘤菌群落建成,固氮功能降低。
降低土壤耕性
從耕性上講,酸性土壤結構適合耕作和作物生長的水分含量更為狹窄,往往含水量高溼泥濘沾鞋、含水量低時形成「膠泥」硬如石塊。
2、鹼性土壤特點與不良影響
鹼性土壤的pH值一般在7.5以上,典型特點是OH-大量存在、Na+顯著增多。
不良影響主要體現在以下幾點:
造成植物缺素
過量Na+的存在,會由於離子間的拮抗作用減少對P、K等營養元素的吸收,造成植物生長缺素。
造成生理性缺水
鹼性條件下,土壤中的礦物離子濃度增大,鹽分含量過高,在植物生長過程中,這些溶於水的鹽分會因為濃度過大而讓伸展其中的根系吸水難度而造成水分脅迫,從而造成植物生理性乾旱,致使作物葉片面積小,生長量小,植株矮小等不良生長狀況的產生。
降低土壤耕性
就土壤的耕性上講,鹼性大的土壤,隨涵水量的增減而發生較劇烈的漲縮變化,這導致適合其耕作和植物生長的含水量範圍較為窄,在缺水條件下造成的乾旱決裂,容易扯斷根系而對作物造成較為嚴重的不良影響。
3、砂質土壤特點
優點
土壤基本顆粒較大,顆粒間空隙較大土質疏鬆,透水透氣性較強,土壤中的微生物在有機養分充足的情況下,由於能得到較為充分的氧氣供應能迅速大量繁殖,從而能對有機質進行比較迅速的分解,肥效釋放迅速。
就作物的根系的生長來說,由於透氣性好,新根生發及吸收能力都較強。在土壤耕性上,砂質土壤的宜耕期較長。
缺點
但是由於對水分的存儲能力差,往往更容易造成作物乾旱缺水,砂質土壤由於通氣性較好往往晝夜溫差更大,對作物的生長造成不良影響。
但是由於小空隙較少,土壤對養分的存蓄能力較弱,往往造成的後果是秧苗前期生長較為迅速,而在後期不能得到充足的營養供應而造成脫肥。
施肥指導原則
供肥特點決定了對作物的影響是「發小苗,不發老苗」,對砂質土壤要注意後期追肥,並且施肥要遵循少量多次的原則。
4、黏質土壤特點
優點
與砂質土壤相反,黏質土壤的基本土壤顆粒體積較小,同樣重量的土壤,土壤顆粒數量更多,這造成重量一定的情況下的土壤,其表面積更大,表面積的增大,增強了土粒之間的吸引力、黏合力。這就造成了土粒之間的相互吸附能力更強,即小空隙多大孔隙少,使得保水保肥能力增強,且由於肥效釋放緩慢,繼而保障各個生長階段肥力供應均勻。
缺點
黏質土壤的透氣透水能力減弱,土壤中的的微生物由於難於得到充足的氧氣供應,而生活力和繁殖力下降,對土壤有機物質的分解能力下降,因此對黏質土壤,其肥效釋放的較為緩慢,這導致在生產中往往前期養分供應相對缺乏,而隨著生長期的延長,在後期往往養分能得到較好的保障。
在土壤的耕性上,由於這類土壤粘性較高,適宜耕作的時間與土壤含水量直接相關,含水量低時,土壤往往硬如石塊,土壤還水量高時又往往粘鞋難以行走,因此,中耕等農事活動要選擇溼度適宜的土壤環境才能保證效率。
施肥指導原則
供肥特點決定了對作物的影響是「發老苗。不發小苗」,對這類土壤在生產中要重施底肥,前期施肥可偏重,防止前期供肥不足,後期適量減少。
三、不同性質的土壤如何改良
不管是酸性、鹼性或者砂質或黏質土壤,增施有機肥都能起到改善土壤性質的作用,有機質分解後形成的膠體可吸附住過多的H+或OH-離子,從而降低土壤中過多H+或OH-對作物生長造成的不良影響;另一方面,這些膠體可以減弱黏質土壤顆粒相互間的粘結能力,使之變得較為疏鬆透氣;也可以將相對疏鬆的砂質土壤的顆粒之間相互的粘結能力增強,從而增加其對養分和水分的存蓄能力。
1、酸性土壤
施用生石灰
最直接的方式是在翻地前施入石灰(生石灰氧化鈣遇水後變為氫氧化鈣,為典型的鹼性物質),施用的量以每年每畝地50斤左右為宜,直至將酸鹼度調至接近中性為止,需要強調的是,在有機質含量地的情況下,施入石灰會讓土質變硬,耕性變差,而且與因施用含有硫酸根的肥料等原因而產生的硫酸根產生化學發硬,形成硫酸鈣,硫酸鈣即石膏的主要成分,因此為了防止調酸造成耕性降低,需要配施一定量的腐熟有機肥。
施用鹼性肥料
草木灰呈鹼性,每畝地可參照每年50斤的標準施用;其它常用化肥裡面呈現鹼性的還包括碳酸氫銨、鈣鎂磷肥以及硝酸鹽類化肥(作物尤其是蔬菜,對硝態氮費有偏好,一個硝酸根可以從植物根系裡面等價交換出一個OH-從而中和土壤的酸性)。
2、鹼性土壤
施用硫磺粉
硫磺粉在藍莓栽培中被廣泛用於土壤改良,其調節土壤鹼性的主要原理是硫原子在土壤中廣泛存在的硫化細菌的作用下,最終形成硫酸,從而可以有效中和土壤中過多的OH-。
施入酸性有機物
比較好的選擇是草炭土和松針,兩者都都呈酸性(南方有些地區的草炭土pH值可以達到3.5),不僅調和酸鹼度,而且還可以改善土壤結構,也可以使用水稻育苗用的土壤調酸肥料。
3、沙性土壤
黏摻沙
將粘性較強的淤泥、河泥、塘泥摻入其中,提高其粘度,這種方式費工費力,成本較高,在採用前要經過充分的成本審核論證;
深翻
將深層土壤中較為粘重的土壤與表層砂質土壤混合,增加土壤粘性,這種方式是個砂質土層較淺的地塊,成本相對較低可操作運行較強;
4、黏性土壤
沙摻黏
將河沙等摻混近年制土壤,然後通過翻耕混勻,同樣這種方法較為費工費力,需要經過謹慎的成本核算之後再決定是否划算;
其它措施
其次可以施入草灘、蛭石、珍珠巖、等來增加大孔隙比例;再次對深層土壤呈現沙型的土壤可以採取深翻的形式增加孔隙度降低粘重性,同樣這種方法效率較高。
結語
對改良各種不良土壤,施用腐熟有機肥是一種普適性的有效方法,而當前,我國的作物秸稈在禁燒的背景下,一直面臨如何處理的難題,在解決了成本的前提下,秸稈還田在改良土壤上擁有巨大推廣應用空間。
除了改良土壤性質本身,還可以因地制宜調整栽培作物種類來適應土壤特點,比如茶樹、杜鵑花、藍莓都較為喜歡酸性土壤,其中,藍莓對適宜生長的pH值範圍為4.5-5.5,屬於典型的喜酸植物。而耐鹽鹼能力比較強的經濟作物有枸杞、沙棗(兩者耐受pH值8.5左右)等。耐鹽鹼能力較強的還有田菁、蘆葦、鹼蓬等植物(能耐受pH值8-9的鹼度),但是鹼蓬等植物經濟相對較低,由於這類強鹼性土壤適宜生長的植物較少,立足點應該是盡力擴大植物生長面積與生長量,保護和改善環境為主,而不適合做經濟開發利用。