障碍性土壤改良技术创新与应用实践

Technological Innovation and Application Practice in Defective Soil Improvement

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2025.04.001

沈彦辉 Yanhui SHEN , 高璐阳 Luyang GAO , 张勇 Yong ZHANG , 肖晨星 Chenxing XIAO , 赵旭剑 Xujian ZHAO , 贾瑞峰 Ruifeng JIA , 李婷婷 Tingting LI

养分资源高效利用湖北省工程研究中心/新洋丰农业科技股份有限公司湖北荆门 448000 Hubei Provincial Engineering Research Center of Efficient Utilization of Nutrient Resources/Xinyangfeng Agricultural Technology Co., Ltd., Jingmen, Hubei 448000, China

Author notes:

Correspondence to: 高璐阳(1987—)，男，硕士，高级农艺师，主要从事新型肥料研发及养分资源高效利用研究；gaoluyang81@126.com

摘要：

绿色发展是农业现代化的必由之路，土壤健康是农业可持续发展的基石，也是粮食安全的重要保障。概述了当前我国耕地土壤存在的问题，介绍了盐碱地、酸化土壤、中低产田的改良现状，以及新洋丰农业科技股份有限公司在盐渍化土壤、酸化土壤、中低产田等障碍性土壤改良方面的技术创新与应用效果，提出了今后将在典型障碍性土壤改良绿色新型肥料研发方面开展的工作。

关键词：

障碍性土壤; 土壤改良; 土壤调理剂; 磷石膏改性; 牡蛎壳活化; 微生物+;

Abstract：

Green development is the inevitable path to agricultural modernization. Soil health is the foundation of sustainable agriculture and a crucial guarantee for food security. The current problems existing in China′s cultivated soil and the improvement status of saline-alkali land, acidified soil, and medium-low-yield field are outlined. The technological innovations and application effects achieved by Xinyangfeng Agricultural Technology Co., Ltd. in improving defective soils such as salinized soil, acidified soil, and medium-low-yield field are introduced. Furthermore, the future work plans in the research and development of green new fertilizers for improving typical defective soil are proposed.

Keyword：

defective soil; soil improvement; soil conditioner; phosphogypsum modification; oyster shell activation; microbial+;

1 典型障碍性土壤现状

耕地是保障国家粮食安全和重要农产品有效供给最为重要的物质基础，是我国实现第二个百年奋斗目标和永续健康发展的有力支撑。农业绿色发展是农业现代化的必由之路，土壤健康是农业绿色发展的重要基础和核心内容，直接关系到可持续发展的进程和有关目标的实现^[1]。长期的高负荷耕种及大量的肥料施用，导致全国土壤盐渍化、酸化、土壤微生态环境失衡等类型的土壤面积不断增长，造成耕地质量下降，触碰到我国的耕地红线，已成为制约农业可持续发展和农产品安全的关键问题，也是亟需解决的国家重大问题之一^[1-2]。“十四五”时期是我国农业绿色发展的快速提升期，我国将进入绿色发展驱动的农业高质量发展时期。推进农业绿色发展，不仅是应对资源环境问题迫切需要转变发展方式的要求，更是适应经济社会发展对农业功能和需求变化的必然选择。因此，改变传统农业投入高、资源效率低和环境污染风险大的生产模式，以绿色发展为导向，协同实现提质增产、资源高效、环境安全、经济发展、农民增收等目标，走出一条资源节约、环境友好、食品安全、人类健康的高质量农业发展道路，已成为必然的选择^[1]。

当前我国土壤健康问题严重，土壤保育工作亟待加强。我国现有耕地资源总量仅为1.35亿hm²，土壤资源严重不足，而且因长期的不合理利用和缺乏长期有效的耕地质量保护机制，区域性耕地退化问题越来越严重^{[1, 3]}。目前，耕地质量总体呈现“三大”“三低”态势。“三大”指中低产田比例大、耕地质量退化面积大、污染耕地面积大；“三低”指有机质含量低、补充耕地等级低、基础地力低。据统计，我国酸性土、盐碱土面积占耕地总面积的60%以上，土壤酸化、盐渍化问题逐年加剧，导致耕地质量下降，粮食综合生产能力降低^[4-5]。

1.1 我国盐渍化土壤改良现状

我国是全球第三大盐碱地分布区域，具有面积大、分布广、类型多、成因复杂等特点，“瘦”“死”“板”“冷”“渍”的盐渍土壤严重限制了我国农业的可持续发展。据不完全统计，我国盐碱地面积接近15亿亩(1亩=667 m²)，其中可开发利用的盐碱地面积约5.5亿亩，是极为重要的后备耕地资源，也是我国耕地“扩容、提质、增效”的重要来源^[6]。盐渍土壤含盐量高、团粒结构和保水能力差、有机质含量和微生物活性低等问题所导致的作物养分有效性和利用率低，是制约盐碱地开发利用和农业产能提高的主要原因。

当前改良盐碱地主要采用工程改良措施、农艺改良措施、生物改良措施和化学改良措施等^[7-8]。经过多年发展，地下暗管排盐技术已成为工程改良措施中的主要方法，并被广泛应用于实际生产。实践证明，地下暗管排盐技术在提高淋洗和抑制土壤返盐方面的效果显著，但工程改良措施存在投入高、工程量大等弊端。农艺改良措施主要有3种：①耕作改良，包括翻耕^[9]和深松^[10]；②覆盖改良，包括覆盖地膜^[11]、作物秸秆深埋^[12-13]和铺沙压碱^[14]；③施用有机肥^[15-16]等。农艺改良措施方法简单、成本低，但存在返盐的潜在风险。生物改良措施包括植物改良和微生物改良。国外常通过种植盐生植物海蓬子、盐地碱蓬等来保持盐渍土农业生态系统稳定^[17-18]。曾玉彬^[19]、赵振勇等^[20]的研究表明，柽柳、西伯利亚白刺、沙枣、海蓬子、盐地碱蓬等能够在一定程度上降低土壤盐分，改善盐碱土理化性状。逢焕成等^[21]的盆栽试验结果表明，微生物菌剂能够改良盐碱土理化性状和生物学性状。生物改良措施具有显著的生态效益和经济效益，但存在见效慢、周期长等问题。化学改良措施包括施用化学改良剂和高聚物改良剂，如石灰、磷石膏、腐殖酸、聚丙烯酰胺等。化学改良措施见效快，材料配方灵活多样，但效果单一、持久性差，并可能带来二次污染。

1.2 我国酸化土壤改良现状

土壤酸化是土壤退化的主要特征之一。近年来，我国土壤酸化情况愈发严重。据统计，全国酸化土壤面积达30亿亩，约占全国土壤总面积的23%；pH为5.5以下的耕地面积达2.26亿亩^[22]。在我国集约化的农业种植生产系统中，过量施用氮肥和不合理的田间管理措施，是造成土壤酸化的主要原因。我国除南方地区的土壤因自身偏酸性导致酸化现象较严重外，东北地区^[23]及山东省胶东半岛^[24]的土壤也存在明显酸化的趋势。土壤酸化已对我国农业生产、农产品品质和生态环境造成了潜在威胁，实现酸性土壤可持续利用是关乎国家粮食和生态安全的重大战略课题^[25]。目前，农田土壤酸化改良以传统投入品为主，未形成可持续的酸化土壤改良技术。我国对酸性土壤的改良，一是采用酸碱直接中和法^[26-27]；二是施用有机物料^[28-35]，提高土壤有机质含量，缓解土壤酸化；三是减少氮肥投入量和优化氮肥投入类型^[36]。以上方式对改良酸性土壤理化性状虽有一定效果，但弊端也较多，改良效果不稳定且容易反弹，往往治标不治本。

1.3 我国中低产田改良现状

长期重用轻养和粗放式的耕作方式导致我国耕地质量退化严重。《2019年全国耕地质量等级情况公报》^[37]显示，我国现有耕地中有68.76%属于中低产田，其中中产田(四至六等地)面积占46.81%，低产田(七至十等地)面积占21.95%。我国中低产田具有种类较多、分布广泛、构成复杂、土壤类型多样、区域分布差异较大等特征^[38]。因此，改良中低产田，提高中低产田产能，是落实“藏粮于地、藏粮于技”战略和保障国家粮食安全，促进农业绿色可持续发展的重要举措。

我国中低产田形成的主要障碍因素包括耕层变浅、干旱缺水、瘠薄、坡耕地、盐碱、风沙、渍涝、酸化等。中低产田普遍存在障因复杂、产能低且不稳定的问题，单一的改良措施不能从根本上提高中低产田的综合生产能力。因此，我国先后启动并实施了“中低产田改良”“沃土工程”和“高标准农田建设”等计划，并在“沃土提质”“靶向消障”“增碳培肥”和“保水保肥”等中低产田改良专用新产品开发，以及地力快速提升理论和技术研究等方面取得了显著进展^[39]。当前，我国中低产田改良治理的主要手段是采用土壤改良与农业增产的工程措施相结合，同时配套耕作培肥等综合技术措施。将靶向治本和广谱治标相结合，通过靶向消除土壤障碍因素，提高耕地综合生产能力，实现改土培肥、提高地力水平、增产增收，从而达到农业可持续发展的目的。

2 障碍性土壤改良关键核心技术和产品开发

新洋丰农业科技股份有限公司(以下简称新洋丰公司)通过技术、产品和服务创新，持续开展土壤改良实践。经过多年的技术创新，自主开发出以磷石膏改性技术、有机酸活化牡蛎壳长效缓释技术为核心的盐碱地、酸性障碍土壤改良系列产品，以ARC提质固氮耦合技术、微生物-有机-无机协同增效技术为核心的改土培肥生物肥系列产品。土壤改良系列产品已连续3年在80余种作物上进行试验、示范，结果均显示其具备土壤改良的属性，且增产增收效果明显。

2.1 磷石膏改性盐渍化土壤改良技术的创新与应用

近年来，磷石膏无害化处理后用于盐碱地改良的技术得到了广泛应用^[40-41]。新洋丰公司针对现有土壤改良剂存在的作用单一、改良效果不持久、易造成盐碱反复等问题，通过硫酸酸解去杂和晶相转化处理对磷石膏粉进行改性，并与具有长期缓释类成分的改性石膏粉、硫黄粉、腐殖酸、黄腐酸和木质素磺酸钙进行复配，制备出盐碱地专用土壤调理剂。盐碱地专用土壤调理剂制备流程见图 1^[42]。

图 1

盐碱地专用土壤调理剂制备流程

盐碱地专用土壤调理剂具有3个方面的优点：①含有的硫黄粉能快速降低土壤pH，同时土壤中的硫黄细菌能将硫黄转化为硫酸，实现持续调酸；②含有的木质素磺酸钙能结合大量腐殖酸和黄腐酸，促进作物根系生长，提高养分吸收效率；③改性后的磷石膏粉作为缓释载体，能逐渐降低土壤的pH和碱化度，起到缓慢改善土壤盐碱性的效果，同时还能改善土壤菌群的聚集，与硫黄粉协同增效。在山东省德州市武城县、河北省沧州市黄骅市、河南省濮阳市范县等3个不同类型盐碱地开展的小麦试验表明，施用盐碱地专用土壤调理剂的小麦，苗期出苗率比未施用的提高了1倍，平均亩穗数、千粒质量、产量分别提高了11%、35%、37%。

2.2 牡蛎壳活化长效缓释酸化土壤改良技术的创新与应用

牡蛎壳来源广泛，并含有大量的钙等作物生长所需的元素。焙烧后的牡蛎壳具有特殊的孔隙结构，将其制成土壤调理剂施用于土壤中，可有效缓解土壤酸化、钝化重金属活性，达到调酸、补钙和修复土壤的效果。此外，牡蛎壳还可以促进作物对养分的吸收，提高作物产量，改善作物品质。

针对传统土壤调理剂存在的生产成本高、能耗大、产品见效慢、靶向性弱、养分含量低、原料来源不可持续等问题，新洋丰公司开发出以天然牡蛎壳为改性调理材料，通过集成创新超声波辅助快速脱盐技术、低温分段焙烧技术、增效物质与改性调理材料的高效耦合技术，研发出酸化黑土地专用土壤改良调理剂产品和酸性土壤改良调理剂产品，制备流程分别见图 2、图 3^[43-44]。

图 2

酸化黑土地专用土壤改良调理剂制备流程

图 3

酸性土壤改良调理剂制备流程

2种土壤调理剂具有以下功效：①牡蛎壳的微聚孔结构可双向调节土壤的pH，并能吸附土壤中的重金属；②牡蛎壳中含有的有效钙、甲壳素、氨基酸等成分，能为土壤提供营养物质；③牡蛎壳核层含有的海藻酸、生化黄腐酸、木质素等增效助剂，可提高氮肥利用率和土壤有机质含量；④利用低温分段焙烧技术和超微研磨工艺对牡蛎壳进行改性，改性后的牡蛎壳粉能有效阻隔肥料与土壤的快速接触，实现养分的缓慢释放；⑤经有机酸活化后的磷尾矿与焙烧后的牡蛎壳形成钙-磷复合材料，既能为土壤提供养分，还可以避免生成磷酸铁和磷酸铝，提高磷肥的利用率。室温静水试验结果显示，与传统的土壤调理剂相比，2种调理剂的7 d磷、钾释放率分别降低46%、54%；盆栽试验结果表明，施用该土壤调理剂的土壤pH提高0.8~1.5，土壤中镉、铅含量分别降低18%~25%、15%~20%。

2.3 基于“微生物+”功能型肥料改土培肥地力提升技术的创新与应用

针对中低产田理化性状差、团聚体少、微生物可利用有机碳含量低，且传统生物肥活菌率低、定殖能力差等问题，新洋丰公司开发出了基于“微生物+”的功能型肥料^[45]。该产品将无机肥料、有机肥料和生物肥料进行了有机结合，在确保高效供给作物营养的同时兼顾土壤改良。新洋丰公司以该产品为核心，开发出了具有“有机调土、生根养根、均衡营养、益菌抑菌”特征的中低产田改良技术，并在沿黄沙性土壤的改良上开展了应用推广。产品的主要技术特征：①利用活化技术对钙镁磷肥进行活化，同时利用改性技术对聚丙烯酰胺等高分子材料进行改性，使其在钙镁磷肥表面形成酸性水膜，有效促进磷素的释放；②利用矿物改性技术对介孔二氧化硅进行改性，集成创新保护隔离菌肥耦合技术、微生物菌剂和肥料比例调控负载式“微生物+”功能型肥料生产技术，基于“微生物+”功能型肥料制备流程见图 4。大田试验结果表明，与单独施用菌渣有机肥相比，施用“微生物+”功能型肥料后，花生主茎高增加了24.1%~33.1%，双仁果数增加了119.4%~159.7%，饱果数增加了15.6%~31.7%，根瘤菌数增加了268.2%~281.8%。

图 4

基于“微生物+”功能型肥料制备流程

3 总结与展望

新洋丰公司积极践行“藏粮于地、藏粮于技”的国家战略，立足保障粮食安全和农业绿色可持续发展的内在需求，针对当前土壤改良现状及农业绿色发展趋势，以“高效、专用、环保、功能化”为核心方向，通过技术创新和产业模式迭代升级，不断突破土壤适应性改良和产能提升等技术难题，创新土壤障碍消减、有机质快速提升、土壤团聚体培育和肥沃耕层构建等关键技术，有效推动“土壤改良、减肥增效、提质增效”目标的实现。未来，新洋丰公司拟在典型障碍性土壤改良绿色新型肥料研发方面开展以下工作：

(1) 盐碱地土壤改良绿色新型肥料研发。重点开展长效固碳型保水剂、高效炭基环保固碳增效剂和功能型炭基植物抗盐产品的研制及其复配耦合研究，研发兼具保水、固碳和抗盐改良效果的多功能复合产品；集成创新“蓄水保墒-固碳增汇-植物抗盐”三位一体耦合的盐渍土生态修复技术。

(2) 酸性土壤改良绿色新型肥料研发。重点开展腐殖酸增羧枝接活化技术、腐殖酸和硝化抑制剂增效技术、腐殖酸和尿素熔融增效技术、抑制剂喷涂与聚合物包膜连用技术、有机氮肥高效造粒技术的研究，开发系列腐殖酸氮肥、稳定性氮肥和有机氮肥产品；集成创新酸化土壤改良的“保氮、减源、替代”综合改良技术。

(3) 改土培肥绿色新型肥料研发。重点开展功能菌株诱变驯化技术、菌肥耦合技术、微矿粉与外源功能微生物协同调控技术，开发系列“微生物+”功能型肥料产品；集成创新中低产田土壤培肥与有机质提升技术。

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