基于有機硅產品治理鹽堿土壤研究

河南省為農業大省，在農業生產過程當中，土壤酸化問題極為嚴重，不但影響農業生產，而且影響農民增收，對于土壤環境造成破壞。利用有機硅產品對于鹽堿酸化的土壤進行治理，可將有機硅材料和作物生長所需營養物質充分結合，調節土壤pH，起到培肥土壤的目標。同時，有機硅產品的使用還為地力提升、土壤修復提供全新方法與材料，阻止作物生長對于鋁元素的吸收，提高作物的抵抗力，降低病蟲害發生，為農作物增產提供支持。

一、鹽堿土壤現狀和土壤改良劑介紹

1、鹽堿土壤現狀

土壤鹽堿化屬于農業生產面臨的共性問題，全球各地都存在鹽堿化土壤，我國的鹽堿化土壤數量也越來越多，大多在西北、東北等干旱區域。土壤鹽堿化會破壞生態資源，對農業生產造成嚴重影響，威脅環境生態。當前，人口數量不斷增長，城鎮化發展進程已加快，耕地生態面臨的壓力也日益增加。鹽堿地屬于后備耕地重要資源，對于鹽堿地進行治理，能夠彌補我國的耕地資源不足問題，還能確保糧食安全，對于生態建設和農產品的供給都有重要影響。目前，在土壤鹽堿化的治理方面，太多選擇生物、農藝、化學或者水利。從水利角度分析治理方法，就是在地上或者地下建立排水系統，利用“淡壓咸”或者淋洗方式將過程中的鹽分排除，控制土壤鹽漬化嚴重程度。然而，這種解決方法要消耗大量的淡水資源，不但投資量大，而且需要較高的維護成本，對于地下水位的控制也不容易，甚至還會引發突然出現次生鹽漬化問題。

2、土壤改良劑介紹

土壤改良劑相關研究在19世紀就已經開始，研究此類化學物質將土壤結構改良，增加其孔隙度，最終提高鹽堿土的排鹽能力和降漬能力。同時，還需要將鹽基代換，對于土壤的酸堿度全面調節。鹽堿土壤處理劑主要有天然礦石、人工合成物質、動物殘體等，以上物質使用不但成本高，而且用量大、周期長，產生的效果相對較好。部分產品如果長期使用，還會導致土壤板結，潛在風險相對較大，特別固體廢棄物、高分子聚合物等調理劑的使用。如果使用天然礦物作為原料，其分解之后能夠產生對土壤有害的陽離子。當前，使用有機硅物質作為調理劑，對于土壤的鹽堿問題進行治理，原理就是硅元素對于作物生長有促進作用，還能改善作物品質，提高其產量，讓農作物的抗性得到提高。所以，對于鹽堿土壤進行治理，可運用有機硅材料，發揮其應用效益。

二、有機硅產品治理土壤相關試驗研究

1、試驗材料

試驗過程選擇田間小區進行，在2020年安排4項四試驗，選擇作物和試驗處理操作如下：試驗作物選擇水稻、玉米和甜菜，施肥過程做如下處理，第一，處理過程底肥使用有機硅調理劑，每公頃土壤用量600kg，追肥選擇有機硅功能肥料顆粒劑，每公頃150kg；第二，處理過程底肥使用有機硅調理劑，每公頃用肥量900kg，追肥選擇有機硅功能肥，用肥量每公頃225kg；第三，對照組選擇普通的氮磷鉀肥料，底肥和追肥用量每公頃分別為600kg和150kg。

在2021年選擇9處試驗區，分別種植水稻、蜜瓜、向日葵和蘋果等作物，每種作物有3種處理方式：水稻處理方式為，一是底肥選擇粉狀有機硅調理劑，追肥選擇粒狀有機硅功能肥，用量分別為每公頃750kg和225kg；二是底肥選擇粉狀有機硅調理劑，追肥選擇粒狀有機硅功能肥，用量分別為每公頃1125kg和225kg；三是對照組使用常規氮磷鉀肥料，每公頃用肥量分別為750kg和225kg。向日葵的處理方式分別為：一是底肥選擇粉狀有機硅調理劑，追肥選擇粒狀有機硅功能肥，用量分別為每公頃450kg和75kg，二是底肥選擇粉狀有機硅調理劑，追肥選擇粒狀有機硅功能肥，用量分別為每公頃750kg和75kg；三是對照組使用常規氮磷鉀肥料，底肥和施肥用量分別為是450kg和75kg。蜜瓜的處理方式為，一是底肥選擇粉狀有機硅調理劑，追肥選擇粒狀有機硅功能肥，用量分別為每公頃600kg和375kg，二是底肥選擇粉狀有機硅調理劑，追肥選擇粒狀有機硅功能肥，用量分別為每公頃900kg和375kg，三是對照組選擇常規氮磷鉀肥料，每公頃用量600kg和375kg。蘋果施肥處理方式為，一是底肥選擇粉狀有機硅調理劑，施肥選擇粒狀有機硅功能肥，用量分別為每公頃750kg和750kg，二是底肥選擇粉狀有機硅調理劑，施肥選擇粒狀有機硅功能肥，用量分別為每公頃1125kg和750kg，三是對照組使用常規氮磷鉀肥料，每公頃底肥和追肥用量均為750kg。

測試肥料均為農科院提供，屬于有機硅系列肥料，包含水溶肥、復合肥、土壤調理劑、功能肥等，因為有機硅、氮磷鉀肥料當中富含作物生長所需養分，屬于水溶性、緩釋性復合肥。在有機硅調理劑當中，有機硅成分含量超過3%，有機質含量在15%以上，鈣含量在0.5%以上，黃腐酸含量在1%以上，氮磷鉀物質含量超過45%，而有機硅成分功能肥的氮磷鉀比例為2∶1∶2，含量超過50%。

2、試驗方法

試驗過程設計3個處理方案，處理過程三次重復，利用完全隨機排列，水稻作物小區面積在20～50m2之間，剩余作物種植面積在40～50m2，各小區的寬度在3m以上，果樹種植區面積在50～200m2之間，選擇樹勢相同的作物，種植數量在5棵以上。所有種植區域第一種處理方式使用低用量的有機硅調節劑和功能肥，以下簡稱“低用量”，第2種處理方式使用高用量有機硅調理劑、功能肥，以下簡稱“高用量”，對照組和第1種處理方式的用肥量一致，但是使用常規肥料，簡稱“對照處理”。不同肥料的施肥方法不同，利用有機硅調理劑，作物在種植以前，需要將肥料均勻施加在地表，之后旋耕澆水，保證墑情適宜前提之下展開作物種植。功能肥使用配合澆水操作進行，剩余田間管理方法一致，以高產為目標進行管理。對于實驗內容進行測定，主要是在整地施肥之前、作物收獲以后對于各小區耕層容重進行處理，使用“5點取樣法”取土樣，厚度0～20cm，過篩以后對于土壤pH、含鹽量進行測定。

3、試驗結果

①各種處理方式對于耕層容重產生影響

調理劑的使用能降低土壤pH，高用量、低用量兩種處理方式對比，pH平均值降低0.035，所有測試點無顯著差異，結果表明，有機硅調理劑對于土壤pH產生影響相對較小。有機硅調理劑的使用能夠將土壤的板結狀態破除，選擇10處測試點對于土壤容重進行測量，結果顯示調理劑使用，處理結果要低于本底值，對照組沒有明顯變化。高用量、低用量兩種處理方式下，有4個測試點數據結果沒有明顯差異，6個測試點有顯著差異，容重降低均值0.061g/cm3，平均降低幅度4.68%，代表調理劑使用能夠影響土壤的容重，結果顯著。選擇13處測試點對于水溶性鹽含量進行測定，結果顯示，調理記憶處理結果要低于本底值，對照組沒有明顯變化。對比低用量、高用量等處理方式，有7處測試點要比低用量處理低，效果顯著，均降低量0.081g/kg，均降低幅度0.24％，可見效果無明顯差異；有4個測試點沒有明顯差異，2個測試點高于低用量處理結果，且差異性顯著。結果表明，調理劑用量增加對于土壤水溶性鹽的總含量影響不夠明顯。

②各種處理方式對于作物性狀產生影響

調理劑使用對于水稻生長具有促進作用。和對照組對比，在成熟期測試試驗水稻的株高，低用量處理有4處降低，降低程度無明顯差異；有2處水稻株高顯著增加，增加值1.01%。而高處理區域所有測試點水稻植株都有明顯增加。代表調理劑使用對于水稻株高有促進作用。水稻穗粒數測試，在成熟期選擇5處試驗點，和對照組對比，低用量處理有3點增加效果顯著，高用量處理有4點增加效果顯著。高用量、低用量處理對比，2點增加顯著，1點降低顯著，2點差異不明顯，代表調理劑使用能夠促進水稻粒數增加。從水稻千粒重增加情況分析，在成熟期對于水稻進行考種，將物理組和對照組對比，低處理組有2點處于持平狀態，2點數量減少，2點數量增加，差異性平均值不顯著。高處理區3點增加、2點降低、1點持平均值增加量0.76%。所以，不同處理對比，對于水稻千粒重的影響不大。

對于向日葵、玉米、甜菜、蜜瓜等作物性狀特點進行分析，選擇和水稻分析類似的方式進行。向日葵作物使用調理劑處理以后，莖粗、百粒重、株高、盤徑都有所增加，但是如果將調理劑用量增加，以上生物學性狀增加效果不夠顯著。同樣，玉米種植使用處理劑處理以后，千粒重、穗粒數、徑高有顯著增加，高處理和低處理無明顯差異。甜菜種植使用調理劑，塊根徑、單塊根重以及塊根長都有所增加，代表調理劑使用有助于甜菜生長。蜜瓜使用調理劑進行處理以后，單瓜重量要高于對照組，高處理量增加效果明顯。

③各種處理方式對于作物產量影響

仍然以水稻為例，有機硅調理劑使用以后，和對照組水稻產量對比，低用量和高用量處理水稻均可增產，增產幅度分別為11%和14.28%，代表調理劑使用可以提高作物產量。玉米、向日葵、蜜瓜、甜菜、蘋果等作物調理劑使用同樣有增產作用，玉米低用量和高用量處理增產率分別為4.09%和6.77%，不同處理量對比差異不明顯，但是和對照組產量相比有明顯差異。向日高、低處理量對比，平均增產量為6.21%和11.6%。蜜瓜產量不同處理方式增產幅度在10%和11%。甜菜產量不同助力方式增產率分別為3.5%和7.75%。蘋果處理增產率分別為8.89%和10.85%，差異性不顯著。此外，使用有機硅調理劑以后，蘋果的品質和外觀和對照組進行對比，改善效果明顯。

三、試驗結論

本研究分析了處于試驗環境之下，使用有機硅土壤調理劑發揮有機硅功能，針對不同類型土壤的pH、水溶性鹽、耕層容重等影響，分析不同作物的生物學性能與產量。

1、土壤pH

土壤酸堿度在有機硅產品使用之下，pH下降0.1～1.3。原因是有機硅產品當中有機硅屬于兩性物質，其緩沖性相對較強，可以將土壤pH有效調節。同時，調理劑內部腐植酸呈弱酸性，為大分子物質，具備酸性功能，還能將氫離子釋放出來，和土壤內部堿性物質產生中和反應，從而生成水，可將土壤堿度降低。此外，土壤當中腐殖酸有羧基和醛基這類功能團，可以和內部陽離子反應生成酸鹽，從而形成了腐殖酸和酸鹽轉化系統，對于土壤酸堿度進行調節。

2、水溶性鹽

研究有機硅產品使用之后對于土壤的工程水溶性鹽含量的影響，研究條件之下，耕層水溶性鹽整體降低4%～80%之間。由于土壤板結屬于鹽堿土產生障礙重要條件，板結以后土壤內部毛細管系細，導致地下水，特別是含鹽水上升的速度相對較快，且上升高度大。在使用有機硅類型產品之后，土壤的整體容重會有所降低，這樣土壤疏松度大，其孔隙度也相應增加，耕層內部團粒結構也更為合理，有效將土壤通透性改良，使毛細結構能夠得到改善。由于地下含鹽水分上升受到阻礙，從而控制耕層土壤受到鹽漬情況。與此同時，土壤的毛細管粗，雨水、灌溉水下滲速度更快，能夠促使鹽分下移，從而降低耕層鹽分濃度。使用有機硅調理劑，因其內部含有腐植酸，其所屬膠體，帶有負電，可將土壤對陽離子的吸附量增加，從而提高排鹽效率，降低土壤內部鹽分總量。

3、土壤耕層容重

在研究條件之下，有機硅調理劑的使用，土壤容重整體降低3%～28%之間，原因為有機硅產品內部富含多種高分子化合物，由于O-H基團、Si-O基團數量較多，O-H基團當中活潑H處于特定條件之下可產生縮合反應，將硅網結構和線性聚合物主鏈相互連接，從而生成高分子化合物，具有網狀結構，這樣有機硅分子上方即可形成多個不同吸附點位，利用點位產生的包絡作用，將土壤顆粒動力學穩定性破壞。同時，活性基團還可將土壤內部的細小顆粒吸附在微粒表面，之后有機硅化合物長鏈也會快速吸附凝聚的微粒，使土壤能夠凝結成團聚體，從而改良耕層土壤物理性狀，使土壤容重降低。調理劑內部富含腐植酸膠體，可與土壤內部鈣離子發生反應，產生絮狀黏膠，讓土粒膠結，從而將土壤的水穩團粒結構但不斷增加，降低其容重。

4、作物產量

研究有機硅調理劑使用對于作物產量方面的影響，處于本試驗條件之下，有機硅調理劑和硅肥共同使用能夠將水稻產量提高，大約在3%～30%之間；將其用于玉米生產，含量也可提升4%～6%之間；用于甜菜生產，蔬菜產量提高在3%～7%之間；蜜瓜和向日葵種植，使用以上有機硅產品作物產量提高2%～11%、4%～14%之間。具體作用機制為，調理劑的使用可將鹽堿地土壤的理化性狀改善，降低土壤容重、鹽分和pH，并協調土壤的水、肥、氣、熱環境，加速微生物的新陳代謝，為作物的根系生長營造良好環境。同時，調理劑內部含有腐植酸、硅等成分有助于植物更新的生長，所以能夠提高作物產量。和常規的施肥方式相互對比，水稻種植使用有機硅產品穗粒數可以增加7%～8%，水稻的千粒重能夠增加0.1%～0.7%。種植玉米使用有機硅產品千粒重增加0.6%～2.5%，玉米植株高度增加1%～3%，玉米莖粗增加2%～6%，玉米穗粒數增加2%～6%使用有機硅產品種植向日葵，果實百粒重增加0.05%～3.8%，高度增加百分之0.6%～4%，盤莖增加2.9%～5.5%，徑粗增加12%。研究人員指出，使用硅肥種植果樹，能夠促進果樹對于營養物質的吸收，不斷提高果樹產量。利用有機硅產品可以對作物的生理性狀和生化性狀加以調節，不斷提高作物的耐鹽堿性，緩解其水分的脅迫性，改善作物抗逆性。受到鹽堿脅迫，外源硅的使用可以將植物葉綠素的含量改善，進而提高其抗氧活性，控制活性氧在作物體內積累量過多，有助于植物滲透或者調節物質合成，利于植物體對于礦物營養物質的吸收，平衡營養元素，達到植物的耐鹽堿目的。如果水分處理的條件相同，硅素物質使用量增加，玉米的株高和葉表面積均有所增加，同時，玉米內部丙二醛含量、脯氨酸含量也會有一定程度減少，結果表明硅素的利用能夠將玉米對水分的脅迫逆境緩解。硅元素可以通過生理途徑、物理途徑或者生化途徑對于作物產生影響，能夠增強水稻對于干旱、高溫、重金屬和鹽漬等成分非生物脅迫性，還能增強病蟲生物抵抗力。

綜上分析，利用有機硅類產品能夠將土壤的理化癥狀改善，降低土壤容重、pH，對于作物生長十分有利，還能將作物的生物學性狀改善，最終提高農作物產量。所以，在農業生產過程當中可以科學利用有機硅對于酸化土壤進行治理，為農業的高質量發展提供支持。