生态环境 2008, 17(3): 1282-1289 Ecology and Environment E-mail: editor@基金项目：国家“十一五”科技支撑计划（2006BAD10B05）；中国科学院知识创新工程方向项目（KSCX2-YW-N-51-02；KZCX3-SW-435） 作者简介：陈义群（1974－），女（土家族），博士，主要从事有机废弃物资源化利用研究。
E-mail: cyqjoyce@ *通讯作者，E-mail: yhdong@ 收稿日期：2007-12-25土壤改良剂的研究与应用进展陈义群1, 2, 3, 4，董元华1, 3, 4*1. 土壤与农业可持续发展国家重点实验室//中国科学院南京土壤研究所，江苏 南京 210008；2. 河海大学环境科学与工程学院，江苏 南京 210098；3. 中国科学院南京土壤研究所-香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室，江苏 南京 210008；4. 中国科学院研究生院，北京 100049摘要：土壤退化问题日益严重，土壤改良剂的研究与应用对防治土壤退化具有重要意义。
文章综合国内外的研究与应用进展，把土壤改良剂分为天然改良剂、合成改良剂、天然-合成共聚物改良剂、生物改良剂四大类，概述了不同类型改良剂在土壤改良中的应用效果和存在的问题。
以天然材料（特别是工农业废弃物）为原料研制新型多功能土壤改良剂是目前土壤改良剂研究的热点。
过去的研究主要是针对土壤板结或缺水，以后应加强针对土壤生物退化方面的改良研究和控制各种改良剂负面影响的研究。
关键词：土壤退化；土壤改良剂；固体废弃物；微生物中图分类号：S156.2 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2008）03-1282-08随着经济与社会的不断发展，土壤退化问题日益突出，主要表现为土壤紧实与硬化、侵蚀、盐碱化、酸化、元素失衡、化学污染、有机质流失和动植物区系的退化等[1]，严重限制了土地生产力的发展。
根据2000年世界粮农组织（FAO ）世界土壤资源报告全球严重土地退化面积约为3500万km 2，占总土地面积的26%，其中由于农业生产活动造成的严重土地退化面积占总土地面积的9%。
农业生产活动造成土壤退化是引起土地退化的重要原因。
应用土壤改良剂是修复退化土壤的重要措施之一。
土壤改良剂能有效地改善土壤理化性状和土壤养分状况，并对土壤微生物产生积极影响，从而提高退化土壤的生产力[2]。
因此，其研究与应用对防治土壤退化具有重要的理论和现实意义。
土壤改良剂的研究始于19世纪末，研究较多的有沸石、粉煤灰、污泥、绿肥、聚丙烯酰胺等单一改良剂，但其存在改良效果不全面或有不同程度的负面影响等问题[3-5]。
近年来，为进一步提高土壤改良剂的改良效果，降低其负面影响，越来越多的研究者将不同改良剂配合施用，但是配合施用的方法仍是值得探讨的问题。
此外新型多功能改良剂的研制和应用也是目前的研究热点。
本文将综合国内外研究进展对土壤改良剂进行分类并总结分析其应用效果和存在的问题，以期为进一步研究和应用土壤改良剂提供参考。
1 土壤改良剂的分类按原料来源可将土壤改良剂分为天然改良剂、合成改良剂、天然-合成共聚物改良剂和生物改良剂。
其具体分类如图1所示。
2 土壤改良剂在土壤改良中的应用2.1 天然改良剂 2.1.1 天然矿物多种天然矿物具有改良土壤的作用（见表1）。
天然矿物对土壤改良的效果主要表现在以下几个方面。
①改善土壤结构。
有的天然矿物如膨润土具有一定的膨胀、分散性、粘着性等，施入土壤可增加团聚体数量，增大土壤孔隙度，降低土壤容重[6]。
②提高土壤的保水能力。
沸石具有贮水能力，施入土壤后可提高耕层土壤的含水量1%~2%，在干旱条件下使耕层土壤田间持水量增加5%~15%[7]。
李吉进等[8]用膨润土改良砂土，可使土壤含水量增加。
③提高土壤保肥能力和增加土壤肥力。
沸石具有很强的吸附能力和很高的阳离子交换量，可促进土壤中养分的释放。
关连珠等[9]研究发现沸石可吸附NH 4+和P ，所吸附的NH 4+和P 大部分是可解吸的。
沸石也可活化土壤难溶性P [10]；沸石还能改善土壤供钾状况[9，11]。
另外膨润土、蛭石等也具有保肥作用，能给土壤带来植物生长所需的常量和微量元素（Ca 、Mg 、K 、Fe 等）。
④改良盐碱地，缓冲土壤pH 值。
土壤中的Na +、Cl -都可以进入沸石内部被沸石吸附，使土壤中的盐分减少，碱化度降低，并对土壤pH 值起到缓冲作用[12]。
膨润土、石膏也能降低土壤的全盐量[6]。
易杰祥等[13]研究表明膨润土改良砖红壤后使土壤酸度降低。
另外石灰石、蛭陈义群等：土壤改良剂的研究与应用进展 1283石、石膏等也能调节土壤酸碱度。
⑤吸附重金属。
沸石、膨润土和蛭石能吸附土壤中的重金属如Pb、Ni、Cu、Zn、As、Sb、Cd等，降低其生物有效性[14,15]。
沸石、膨润土可有效固定放射性物质Cs[16,17]。
但是天然矿物在实际应用中存在一些理论和技术问题，如施用量、施用方式和施用时间，天然矿物的储量对其大面积推广应用的限制等。
此外天然矿物对养分的释放特性及影响因素也有待于进一步研究。
2.1.2 无机固体废弃物用于土壤改良的无机固体废弃物主要有粉煤灰，其改良效果主要表现在以下几个方面。
①改善土壤物理性质。
粉煤灰可降低土壤容重，增加孔隙度，调节三相比，提高地温[18]。
如果用于改良砂质土壤可增加土壤的持水能力，同时水力传导性增加，有利于防止结皮[19]。
②增加土壤肥力，提高作物产量。
粉煤灰中有效B的含量高达5718 mg·kg-1，可补充土壤中硼元素供应，提高油菜和棉花等需硼作物的产量和品质[18]。
粉煤灰可与酸性土壤中的酸性组分反应，释放S、B、Mo等营养元素，还可增加土壤中Mg2+、Ca2+等金属离子的有效性，抑制Al3+和Mn2+的毒害作用[20,21]。
在石灰性土壤中施加粉煤灰也能增加S的有效性，从而提高作物产量[22]。
碱性粉煤灰与猪粪混合可使无机磷的移动性增强[23]。
③改善土壤微生物和酶活性。
粉煤灰配合有机物质（如污水污泥）可通过吸附作用降低有毒金属含量，同时通过降低C/N比，提供有机化合物，改善酶活性和N、P循环来增加微生物的多样性和提高微生物活性[24,25]；含沥青的粉煤灰改良土壤可增加真菌包括菌根菌和革兰氏阴性细菌的数量[26]；粉煤灰施入土壤还可作为固N菌和磷细菌的载体[27]；碱性粉煤灰和石灰混合还有杀死病原菌的作用[28]。
④改良重金属污染土壤，粉煤灰或改性粉煤灰可使土壤pH值升高，降低重金属污染土壤中重金属Cd、Pb、Zn、Co、Cu、Ni等的迁移能力，抑制作物对重金属吸收[29]。
但是无机固体废弃物改良土壤也有一些负面效应。
①粉煤灰中磷的有效性低，对加入的磷具有较强的吸附固定作用，该固定作用随粉煤灰含水量增加而显著增大[30]。
②粉煤灰中较高的B的有效性不利于其它作物的生长，从而限制了粉煤灰在农作物栽培上的应用，但可通过粉煤灰风化来降低B 的有效性，另外土壤中合适的粉煤灰加入比例也可以避免硼和重金属的毒害[31]。
③风化粉煤灰的使用能增加作物对Se的积累[32]。
④一些短期的室内培养实验发现砂土中加未风化的粉煤灰会抑制微生物的呼吸、酶的活性和土壤N的循环[24,33]。
⑤粉煤灰含有5%~30%的有毒元素，特别是 Cd、Cu、Pb可以滤出，可能造成土壤、水体与生物污染，特别是风化粉煤灰可溶性盐含量高更易造成地下水污染。
另外粉煤灰中还发现了放射性元素U、图1 土壤改良剂的分类系统图Fig.1 Classification of soil amendments表1 常用天然矿物的土壤改良作用Table 1 Function of some natural minerals as soil amendments改良作用天然矿物改善土壤结构调节酸碱度保水保肥增肥作用吸附重金属改良盐碱土石灰石√√√膨润土√√√√√√√沸石√√√√√√√石膏√√√√蛭石√√√√√√√珍珠岩√√√注：√表示具有改良作用；空白表示没有改良作用。
1284 生态环境第17卷第3期（2008年5月）Ra等的存在[34]。
2.1.3 有机固体废弃物应用于土壤改良中的有机固体废弃物主要有：造纸污泥、城市污水污泥、城市生活垃圾、作物秸秆、豆科绿肥和畜禽粪便等，其对土壤改良的作用主要表现在以下几个方面。
①改善土壤物理性质。
造纸污泥、城市污水污泥、城市生活垃圾、作物秸秆、豆科绿肥和畜禽粪便改良土壤都能促进团粒结构的形成，降低土壤容重，增强土壤持水能力[35-37]。
②提高土壤肥力。
有机固体废弃物含有丰富的有机质，可增加土壤有机质的含量[38-40]；Warman[39，41]等的研究表明有机固体废弃物改良土壤可增加有效N、P的含量，Ce′sar Guerrero等[42]研究发现用堆腐过的猪粪改良土壤净氮矿化率低，可避免过量无机氮的释放；另外还能增加各种中微量元素如Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等的含量[43]。
小麦秸秆、油菜秸秆施入土壤还能明显增加土壤速效K和缓效K的含量[44]。
③改善土壤生化特性。
豆科绿肥改良土壤能提供丰富的有机质，刺激土壤微生物的生长和活动，使微生物量和细菌数量增加，脱氢酶活性增加[37]。
Sara Elfstrand等[45]研究了不同绿肥形式对土壤微生物量、微生物群落组成和土壤酶活性的影响，结果发现土壤中直接加入红三叶草植株体能有效地提高和维持较高微生物量和酶活性（蛋白酶、磷酸酶、芳基硫酸酯酶）。
张晓海等[46]研究发现禾本科秸秆改良土壤可增加长期施化肥的烟地土壤中微生物数量。
④降低重金属的生物活性。
造纸污泥与土壤相互作用能形成新的吸附位点，使土壤对Cd和Sb的吸附量增加,降低其生物有效性[46]。
苏德纯等[31]研究表明施用经粉煤灰钝化后的污水污泥能降低土壤重金属的有效性。
绿肥改良土壤还能降低土壤中可提取性Al的浓度[48]。
有机固体废弃物作为土壤改良剂主要存在的问题：①污水污泥碳氮比过高；②污水污泥可使土壤中可提取的Zn、Cu、Mo等的含量增加，对植物产量有一定的抑制作用[49]；③污水污泥和土壤混合能促进硝酸盐的淋溶，存在地下水污染的风险，尤其在秋季或冬季过多施用污泥会引起地下水和地表水的N、P污染，如果长期施用豆科绿肥，土壤中积累过量的P和N，也可通过下渗和径流造成水体污染[50，51]；④污水污泥和城市垃圾中含有一些有害成分，如各种病原茵、寄生虫卵，以及Cu、Zn、Ni、Mo、Cd、Pb等重金属和多氯联苯、二口恶英等难降解的有毒有机物质，可溶性盐含量也较高，对植物和微生物有毒害作用[43，52]，因此污泥在进行土地利用前需经过无害化的预处理。
