谈土壤结构改良剂 [复制链接]

第5版()
专栏：

谈土壤结构改良剂
吴增芳
土壤结构改良剂是用来促进土壤形成团粒结构，提高肥力和固定表土，保护耕层，防止水土冲刷流失，以及防止渠道渗漏的腐殖质制剂，或人工合成聚合物制剂。自从一九三三至一九三四年以来，特别是最近十余年内，由于高分子化合物合成技术的日益发展，才为土壤形成人工团粒提供了新的试剂。这些试剂，基本上就是丙烯酸、偏丙烯酸和丁烯二酸的衍生物，它们总称“克里利姆”。只要给土壤施入一定剂量的结构改良剂，就能使分散无结构的土壤变成有团粒结构的土壤。目前许多国家很重视这方面的研究工作。一九五八年曾在比利时的根特市召开了第一届国际土壤结构改良剂学术会议，各国彼此交流了研究成果，并提出许多新的研究课题。
国外已合成和制备的土壤结构改良剂，计有水解性聚丙烯二钠—铵盐、顺丁烯乙酸—乙烯钙盐缔合聚合物、水解性聚丙烯酰胺、聚丙烯钠盐、聚丙烯?等许多种。苏联还利用上述聚合物与腐殖质作用制成混合制剂。试验证明，它们具有下列作用：
一、增加团粒改善结构。耕作时结合增施结构改良剂，能使分散土粒变成团粒，微团粒变成大团粒。更重要的是，它能大大提高团粒的农学价值，增强团粒的机械巩固性、水稳性、生物稳定性，增加团粒内孔隙度，以及改变团粒机械组成。提高直径大于一毫米的团粒的比率，团粒内的孔隙在播种后不仅不减少，反而有增长；直径大于一毫米的团粒，在对照中只有百分之一；而经处理的，则达百分之五十三至百分之六十三。这样，就能调节土壤的水、肥、气、热状况，活跃土壤微生物的生命活动。
二、保护耕层，防止水土流失。土壤结构改良剂能增强土壤的抗破碎力。据科学家的测定，土壤中施入土重的百分之零点二五的聚丙烯酰胺，土壤的抗破碎力为每平方厘米十点六八公斤，而对照则只有五点一五公斤。这就增强了土壤的抗侵蚀性。据试验测得，在托盘中放上一百克对照土壤，用水冲洗，平均需三点五升水才能冲完，而用改良剂处理过的一百克土壤，则需五点七升水才能将它冲完。苏联科学家曾在大面积的陡坡和缓坡地上进行了试验。他们利用聚丙烯酰胺固定八至十厘米厚的表土，用量为土重的百分之零点零四，然后以平均每秒一点一到二米的流速，每秒平均十升的流量的地表径流冲蚀四小时，结果被冲刷土层尚不到一毫米，而对照斜坡的冲刷层则达三十五毫米。
三、加固渠系防止渗漏。近年来，国外已利用结构改良剂施于地面灌溉渠系的沟底、坡面，使其形成一薄膜层，借以固定表土，保护渠道，防止水利设施的塌决，杜绝渗漏，延长水利工程寿命，经济用水。据测定，渠道沟底和边坡表土施入土重的百分之零点一的聚丙烯酰胺，则形成三毫米厚的薄膜层。有此薄膜层后，经五至十昼夜的、甚至更长时间的连续灌溉，渠道表土并没有被灌溉水冲蚀剥落的现象。
四、减少蒸发，提高灌溉效益。据盆栽试验测定，土壤中施入结构改良剂，每盆的土壤可减少蒸发百分之二十，甚至有的可减少百分之五十。随着土壤蒸发量的减少，作物的需水系数也随之下降。据测定，对照每产一吨籽棉需耗水三千二百公方，而土壤施入结构改良剂者，只需二千三百至二千五百公方，后者比前者减少七百至九百公方水。
五、提高土壤透水性，加速洗盐排碱。土壤施入结构改良剂形成大量人工团粒，提高了土壤的透水性，可加速盐碱土洗盐压碱过程，便于改良盐碱土。据试验测定，对照土壤每小时渗水四十七点四毫升，而施入聚丙烯酰胺的土壤，则能渗水九十五毫升。
关于结构改良剂形成人工团粒的机制，曾有不少人进行了专门的研究。归纳起来，有下列三种理论：
一、“焊锡”论。“焊锡”论是塔尔摩丹根据他设计的胶体A和纤维糊与土粒作用形成团粒的试验而提出的。他认为，这些结构剂施入土壤后，即以密集的分子在土粒间隙形成极薄的活性膜，将土粒包裹起来，从而改变土粒彼此接触的界面，增加了表面能，使土粒通过活性膜互相团聚粘合成团粒。在这里，结构改良剂的作用，只是起“焊锡”作用。这一理论后来为维尔什尼所发展，又名间层理论。
二、“凝聚”论。苏联土壤学家卡庆斯基根据高分子聚合物的特性，提出结构改良剂作用机制的“凝聚”论。他认为这类结构改良剂是一种电解质，含有许多活性官能团，如氨基、羧基、羟基、?基等等。它们施入土壤与土壤溶液作用而解离时，即产生聚合阴离子和聚合阳离子。其中聚合阳离子即与带阴电荷的土壤胶粒相互吸引结合；聚合阴离子则与土壤中的阳离子发生电性相吸，使土壤溶液发生凝聚。由于它的活性官能团特多，所以凝聚作用进行得十分强烈。同时，结构改良剂是链状化合物，像“小桥”一样将土粒和微团聚体联结形成粒径大的、牢固的团粒。这一理论看来似乎比较圆满地解决了高分子聚合物结构改良剂的作用机制，其实也不尽然。有人利用非电解质的聚合物作结构改良剂，施入土壤后并没有发生凝聚作用，但照样形成了团粒。其次，电解质聚合物水解度越大，凝聚作用反而越小。所以，这一理论仍未解决机制问题。
三、“氢键”论。苏联马斯科的研究证明，聚合阳离子和中性聚合物与粘粒之间的作用，是聚合物分子在蒙脱石、高岭石矿物粘粒的层理之间形成矿物质晶格所致。晶格的形成，则是聚合物分子在矿物层理接触点间形成氢键的结果，这在高岭石的红外线光谱中表现十分明显。基于上述研究，他提出氢键理论，认为水稳性团粒的形成，就是借助于结构改良剂分子和粘粒之间形成氢键而实现的，它与结构改良剂的凝聚力、吸附力呈负相关。因此，即使结构剂的凝聚、吸附粘粒的能力很弱，但它能借助分子本身氢离子的解离，产生大量自由官能团，与粘粒表面形成氢键而使粘粒通过结构剂彼此结合形成团粒。看来，氢键理论似较能解决机制问题。
结构改良剂目前虽还没有大面积广泛使用，但无疑是很有前途的。正如苏联著名土壤学家丘林院士所说：“如果已经找到一种人工结构形成的经济而有效的物质，那末，将会在我们的农业技术中引起巨大的变革。这一巨大的变革，将与引起西欧广泛使用化学肥料的变革相比拟。”随着原子——高分子科学技术的发展，土壤结构改良剂的使用必将日益普遍和广泛。