馮俊義，趙萌萌，譚菁，2，馬浩冉，任杰，黃占斌

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083；2.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，南寧 530001）

煤礦區(qū)廢棄土壤是在煤炭露天開(kāi)采過(guò)程中剝離的表層土壤，由于人為破壞和長(zhǎng)時(shí)間露天堆放等原因，導(dǎo)致其容重大、孔隙度小、保水能力低，且養(yǎng)分貧瘠、生物活性低，不利于植物生長(zhǎng)[1]。目前煤礦區(qū)土壤改良常采用客土、換土和深耕翻土等措施，其缺點(diǎn)是工程量大、成本高、客土資源匱乏和質(zhì)量低下等，且易破壞土壤結(jié)構(gòu)[2]，而添加環(huán)境材料對(duì)土壤進(jìn)行改良，可替代該類傳統(tǒng)改良技術(shù)[3]。

環(huán)境材料是一類最低環(huán)境負(fù)荷、最大使用功能的材料，具有生物降解性、再生性和環(huán)境友好性等優(yōu)點(diǎn)，分為天然、無(wú)機(jī)和有機(jī)高分子材料等類型[4]。在生土熟化中，應(yīng)用環(huán)境材料可提升土壤保水保肥能力、改善結(jié)構(gòu)、促進(jìn)微生物活性、縮短土壤改良周期[5]。近年來(lái)，腐植酸、高分子聚合物和黏合劑等材料在土壤改良中受到較多關(guān)注[6]。

腐植酸（HA）是一種大分子兩性物質(zhì)，富含羧基、羥基、羰基、醌基和甲氧基等官能團(tuán)，在土壤中施用時(shí)可提升土壤養(yǎng)分含量、調(diào)節(jié)pH，并且其絮凝作用可改善土壤結(jié)構(gòu)[7]。常見(jiàn)的種類有生化腐植酸和煤基腐植酸，生化腐植酸pH 為酸性，分子量小、縮合和芳香化程度低，在土壤中可短時(shí)間發(fā)揮作用，而煤基腐植酸特性與生化腐植酸相反[8]。在土壤改良中同時(shí)施用兩種腐植酸可實(shí)施功能互補(bǔ)、協(xié)同作用[9]。吳軍虎等[10]在土壤中添加生化腐植酸約2 月后，水穩(wěn)性團(tuán)聚體（＞0.25 mm）含量較對(duì)照提高了284%，同時(shí)提升了有機(jī)質(zhì)含量。李昉澤等[11]將煤基腐植酸施入土壤，改善了土壤結(jié)構(gòu)且提高堿解氮和有效磷含量，還促進(jìn)了黑麥草生長(zhǎng)。趙萌萌等[12]研究發(fā)現(xiàn)，生化腐植酸和煤基腐植酸以3∶7 比例配施改良生土50 d 后，土壤容重較對(duì)照下降了7.66%，田間持水量和總孔隙度分別增加了43.52%和10.46%。

高分子聚合物是一種有機(jī)化合物，可吸收超過(guò)自身質(zhì)量幾百倍或幾千倍的水，還可通過(guò)改善土壤的理化性質(zhì)來(lái)提高土壤的保水保肥能力[13-14]。研究表明，高分子聚合物能有效改善作物根際水環(huán)境，為植物提供所需水分，提高作物產(chǎn)量[15-16]。同樣，聚合物可改善土壤物理結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，增強(qiáng)土壤通氣性[17-18]。劉慧軍等[19]在土壤中施用聚丙烯酸鉀后，土壤不同粒級(jí)團(tuán)聚體、有機(jī)質(zhì)和各速效養(yǎng)分含量較對(duì)照均有提高。

黑礬是一種常用的生黃土改良劑，其在土壤中可形成Fe（OH）3（膠體），凝膠促進(jìn)團(tuán)聚體形成，從而改變耕作層土壤結(jié)構(gòu)[20]。黑礬也能降低土壤pH，增加磷酸鹽在土壤中的溶解度[21]。研究表明，黑礬和有機(jī)肥配施可增強(qiáng)土壤鐵離子與有機(jī)酸的螯合作用，提高微生物活性，促進(jìn)植物生長(zhǎng)[22]。

目前環(huán)境材料主要應(yīng)用在鹽堿地、重金屬污染土壤改良中，而在煤礦區(qū)土壤改良方面應(yīng)用相對(duì)較少。基于煤礦區(qū)土壤容重大、透氣性差、保水能力低、養(yǎng)分貧瘠等問(wèn)題，本研究結(jié)合聚丙烯酸鉀、黑礬、生化腐植酸和煤基腐植酸等材料優(yōu)異特性，探究四種材料單施對(duì)煤礦區(qū)土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分等的改良效果，以期為煤礦區(qū)土壤改良材料的篩選及復(fù)配施用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

土壤：取自寧夏石嘴山市汝箕溝大峰礦排土場(chǎng)（39°04′N(xiāo)，106°07′E）的土壤表層（0～20 cm），自然風(fēng)干，過(guò)5 mm 篩。土壤容重為1.59 g·cm-3，田間持水量為19.07%，總孔隙度為35.97%，pH 為8.00，堿解氮為84.14 mg·kg-1，有效磷為19.01 mg·kg-1，速效鉀為55.60 mg·kg-1。

聚丙烯酸鉀（K-PAM）：粒度40～60目的高分子保水劑，純度≥99%，購(gòu)自山東濟(jì)南華迪工貿(mào)有限公司。黑礬（GV）：淺綠色砂狀晶體，純度＞90%，購(gòu)自天津天地豐源環(huán)境工程有限公司。生化腐植酸（BHA）：粉末狀固體，由稻殼和餐廚垃圾生物發(fā)酵制得，購(gòu)自北京嘉博文生物科技有限公司。煤基腐植酸（CHA）：粉末狀固體，純度＞70%，由褐煤和風(fēng)化煤堿熔融法制得，購(gòu)自山西豐聯(lián)公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素優(yōu)選法，利用土盆培養(yǎng)模擬試驗(yàn)，選用四種環(huán)境材料，每種材料設(shè)3 個(gè)水平，另設(shè)不添加材料為對(duì)照（CK），共13 組處理，每組處理3 次重復(fù)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。將不同用量的材料分別與土壤混合均勻后，每盆裝500 g，在室內(nèi)避光培養(yǎng)60 d，定期澆水保證60%的田間持水量。

表1 四種環(huán)境材料添加量Table 1 Addition of four environmental materials

改良材料對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、保水能力等的影響隨時(shí)間變化差異較大，而其對(duì)化學(xué)性質(zhì)的影響短時(shí)間內(nèi)變化敏感，約在30 d左右趨于穩(wěn)定，結(jié)合生化腐植酸和煤基腐植酸分別在短時(shí)間和長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)發(fā)揮功效，因此于7、25、60 d取樣分析物理指標(biāo)，并分析土樣25 d的化學(xué)指標(biāo)[23]。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

土壤pH 值采用玻璃電極法測(cè)定（NY/T 1121.2—2006）；容重（BD）和田間持水量（FC）采用環(huán)刀法測(cè)定（NY/T 1121.2—2006，NY/T 1121.22—2010）；堿解氮（AN）采用堿性溶液擴(kuò)散法測(cè)定（LY/T 1228—2015）；有效磷（AP）采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定（NY/T 1121.7—2014）；速效鉀（AK）采用乙酸銨萃取-火焰光度法測(cè)定（LY/T 1234—2015）。

1.4 材料表征

通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM，SU8020，日本日立）獲得樣品微觀形貌；使用能量色散光譜儀（EDS，Quantax 75，日本日立）獲得樣品元素組成；通過(guò)傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR，IS10，美國(guó)尼高力）鑒定樣品表面官能團(tuán)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2022 作圖；采用IBM SPSS 26.0 進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性、主成分、聚類分析及Duncan 多重顯著差異檢驗(yàn)；在因子主成分和綜合評(píng)價(jià)分析（由公式1和公式2 計(jì)算得出）中，采用降維的方法，將7 個(gè)指標(biāo)線性轉(zhuǎn)化為單一指標(biāo)進(jìn)行最優(yōu)方案的確定。

式中：i=1，2，3，……，n。

2 結(jié)果與分析

2.1 材料表征

2.1.1 SEM和EDS

四種材料的SEM 形貌和EDS 能譜見(jiàn)圖1，四種材料表面較為光滑平整，比表面積較大，孔隙發(fā)達(dá)，其中CHA、BHA 和K-PAM 為多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，說(shuō)明三者具有較強(qiáng)的吸附能力。

EDS 能譜圖中各元素信號(hào)強(qiáng)度分布均勻，其中CHA、BHA、K-PAM 三種材料C、O、N 等元素含量高，而GV 富含S、O、Fe 等元素，此外K-PAM 還含有少量K元素，可見(jiàn)單施環(huán)境材料可為土壤補(bǔ)充養(yǎng)分。

2.1.2 FT-IR

如圖2 所示，土壤和CHA 具有相似的官能團(tuán)，在3 621 cm-1和3 690 cm-1附近對(duì)應(yīng)—OH 的伸縮振動(dòng)峰，3 423 cm-1對(duì)應(yīng)—NH 伸縮振動(dòng)峰，1 632 cm-1對(duì)應(yīng)芳環(huán)共軛和羰基共軛的伸縮振動(dòng)峰，1 384 cm-1可能對(duì)應(yīng)—OH 面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰[24]，1 031 cm-1可能對(duì)應(yīng)C—O—C的伸縮振動(dòng)峰，且CHA在1 578 cm-1是—CN 和—NH2的伸縮振動(dòng)峰，這說(shuō)明煤基腐植酸是胺化的[25]。對(duì)于BHA，在2 925 cm-1和2 854 cm-1出現(xiàn)的兩個(gè)尖銳的峰對(duì)應(yīng)C—H的伸縮振動(dòng)峰和—CH2的彎曲振動(dòng)峰，1 744 cm-1對(duì)應(yīng)羧酸中的伸縮振動(dòng)峰。GV 在1 097 cm-1對(duì)應(yīng)—OCH 的彎曲振動(dòng)峰，KPAM 在1 454 cm-1出現(xiàn)的較小的吸收峰可能為C—H面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰。這表明這些環(huán)境材料富含各類含氧官能團(tuán)，因此它們可通過(guò)吸附、絡(luò)合、螯合和離子交換等作用改善土壤理化性質(zhì)[9]。

圖2 環(huán)境材料及土壤的FT-IR圖Figure 2 FT-IR of environmental materials and soil

2.2 環(huán)境材料對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

2.2.1 容重和總孔隙度

如圖3、4 所示，CK 組土壤容重和總孔隙度隨時(shí)間增加幾乎沒(méi)變化，而添加不同環(huán)境材料后，容重和總孔隙度較CK 均有明顯改善。對(duì)于容重，所有材料組較CK 呈顯著降低趨勢(shì)，降低最明顯的是K3（5 g·kg-1）處理，K3容重在7 d時(shí)較CK降低了14.02%；BHA和CHA 處理的容重隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低，GV 處理組容重隨時(shí)間變化先降低后上升，而K-PAM 容重隨時(shí)間延長(zhǎng)而上升，可能是由于保水劑吸水性降低所致；除K-PAM 外，其他三種材料容重隨添加量增加呈顯著降低趨勢(shì)，在培養(yǎng)60 d 后K3、G3、B3 和C2 組的容重較CK分別降低了11.30%、8.37%、12.13%、11.51%。

圖3 不同處理的容重Figure 3 Bulk density of different treatments

圖4 不同處理的總孔隙度Figure 4 Total porosity of different treatments

各處理的孔隙度與容重變化情況相反，兩種腐植酸處理的孔隙度隨時(shí)間延長(zhǎng)而提高，GV 處理孔隙度先上升后下降，K-PAM 孔隙度隨時(shí)間增長(zhǎng)而降低；所有處理的孔隙度隨改良材料用量的增加而提高，影響較好的分別為K3、G3、B3 和C2，這四組處理在培養(yǎng)60 d 的孔隙度較CK 分別提高了19.85%、14.71%、23.53%、20.22%。其中，K3 處理在培養(yǎng)7 d 時(shí)孔隙度最高，較CK提高了28.31%。

2.2.2 田間持水量

如圖5 所示，對(duì)于田間持水量，CK 處理隨時(shí)間延長(zhǎng)有微弱降低，而其他處理較CK 均有顯著提升（P＜0.05）。添加K-PAM 后，各處理田間持水量在第7 天達(dá)最高值，在25 d 后有下降趨勢(shì)，培養(yǎng)7 d 時(shí)，K1、K2、K3 處理田間持水量分別較CK 增加27.76%、30.17%、54.32%；隨GV 用量增加，土壤田間持水量略有增加，但隨培養(yǎng)時(shí)間的增加，呈下降趨勢(shì)，G1、G2、G3 處理在培養(yǎng)7 d 時(shí)分別較CK 增加20.14%、21.62%、21.26%；添加BHA 后，田間持水量在第7 天開(kāi)始升高，且改善效果隨用量的增加而增強(qiáng)，其中B3 處理在60 d 時(shí)田間持水量為29.47%；相反，田間持水量隨CHA 用量的增加而降低，培養(yǎng)時(shí)間為60 d時(shí)，C1、C2、C3 處理分別較CK 增加33.40%、29.92%、19.56%。

圖5 不同處理的田間持水量Figure 5 Field capacity of different treatments

2.2.3 pH和有效磷

如圖6 所示，對(duì)于土壤酸堿度，添加K-PAM 后，低施用量K1 處理降低了土壤pH 值，而中、高施用量K2 和K3 處理使土壤pH 升高，分別升 高至8.06 和8.04；不同用量的GV 使土壤pH 均降低，且pH 隨施用量的增加而降低，降幅為0.04～0.21，G3（5 g·kg-1）施用25 d 時(shí)，pH 較CK 降低了0.21；BHA 使土壤pH 有不同程度降低，其中B3 處理效果最好；而不同用量CHA使土壤pH 較CK 增加了0.007～0.08，可能是由于CHA自身呈堿性，施入后提高了土壤pH值。

圖6 不同處理的pH和有效磷Figure 6 pH and available phosphorus of different treatments

由圖6 可知，除了G3 處理之外，其他處理均使土壤有效磷有不同程度提高；與CK 相比，K-PAM 使土壤有效磷提高了9.64%～22.80%；而GV 低、中施用量G1 和G2 處理能提高土壤有效磷，但高施用量G3 使有效磷較CK 降低了30.24%；BHA 不同用量對(duì)有效磷的影響大小依次為B2＞B3＞B1，與之相反，有效磷隨CHA 用量增加依次降低。當(dāng)添加8 g·kg-1BHA 作用25 d 時(shí)，有效磷較CK 提高了15.18%，pH 降低了0.38，而添加5 g·kg-1CHA 時(shí)，有效磷較CK 提高了12.38%，pH提高了0.01。

2.2.4 堿解氮和速效鉀

如圖7所示，對(duì)于堿解氮，K-PAM的K2處理對(duì)堿解氮提升效果最佳，但K1、K3影響不大；BHA 和CHA均能提高土壤堿解氮含量，且隨用量增加而升高；相反，土壤堿解氮在施用GV 后呈下降趨勢(shì)，且用量越高降幅越大，整體降低了3.21%～55.76%。

圖7 不同處理的速效鉀和堿解氮Figure 7 Available potassium and available nitrogen of different treatments

對(duì)于速效鉀，K-PAM 對(duì)其含量的提升有顯著影響，K3 提升效果最好，而GV 和BHA 分別使速效鉀含量 降低 了9.77%～22.41% 和1.39%～5.28%，CHA 的C2、C3處理使速效鉀略微上升。

K-PAM 添加量5 g·kg-1施用25 d 時(shí)，堿解氮和速效鉀較CK 分別提高29.90%、121.58%；GV 添加量5 g·kg-1施用25 d 時(shí)，堿解氮和速效鉀較CK 降低了56.81%、9.77%。兩種腐植酸對(duì)土壤速效養(yǎng)分均有影響，添加8 g·kg-1BHA 作用25 d 時(shí)，堿解氮和速效鉀較CK 提高了55.83%、13.89%，而添加5 g·kg-1CHA時(shí)，堿解氮和速效鉀較CK提高了28.72%、11.47%。

2.2.5 環(huán)境材料對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響

分別取四種材料對(duì)容重、孔隙度、田間持水量及養(yǎng)分等影響效果較好的K3、G2、B3、C2 處理和CK 處理，對(duì)其培養(yǎng)60 d 后的土壤進(jìn)行SEM 分析，結(jié)果如圖8 所示。CK 組土壤顆粒較小、分布密集、孔隙較少，其表面粗糙、不規(guī)則且不光滑；而四種材料改良后的土壤顆粒較大，顆粒間孔隙增大，有較大的土壤團(tuán)聚體形成?？梢?jiàn)四種環(huán)境材料均可不同程度改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成，使得孔隙度增加，綜合對(duì)比土壤顆粒及孔隙大小，發(fā)現(xiàn)四種材料對(duì)土壤結(jié)構(gòu)影響順序依次為：聚丙烯酸鉀＞生化腐植酸＞煤基腐植酸＞黑礬。

圖8 不同處理培養(yǎng)60 d后土壤SEM圖Figure 8 Soil SEM after 60 days of different treatments

2.3 環(huán)境材料對(duì)土壤理化性質(zhì)影響的綜合評(píng)價(jià)

2.3.1 Pearson相關(guān)性分析

四種環(huán)境材料與土壤性質(zhì)相關(guān)性分析見(jiàn)圖9。KPAM與BD呈負(fù)相關(guān)，與FC正相關(guān)，說(shuō)明K-PAM有助于容重降低，增強(qiáng)土壤保水能力；GV與AN和AP呈顯著強(qiáng)負(fù)相關(guān)（P＜0.05），可見(jiàn)其施用對(duì)土壤AK和AN提升效果明顯；BHA與pH呈顯著強(qiáng)負(fù)相關(guān)，與AN、AP呈正相關(guān)，而CHA 與AN 和pH 呈正相關(guān)，說(shuō)明腐植酸可調(diào)節(jié)土壤酸堿性并為土壤補(bǔ)充部分速效養(yǎng)分。

圖9 環(huán)境材料和土壤理化性質(zhì)Pearson相關(guān)性分析Figure 9 Pearson correlation analysis of environmental materials and soil physical and chemical properties

2.3.2 聚類分析和主成分分析

根據(jù)處理間理化性狀差異情況，對(duì)各處理進(jìn)行聚類分析，結(jié)果如圖10 所示。由響應(yīng)值的觀測(cè)距離大小可知，添加生化和煤基腐植酸對(duì)土壤理化性狀影響大于黑礬和聚丙烯酸鉀，適宜的四種環(huán)境材料用量水平分別為K3、G1、B3、C3。

圖10 聚類分析Figure 10 Cluster analysis

利用SPSS 實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)7 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如圖11 所示。與CK 相比，施用環(huán)境材料處理組均與CK 有明顯差異，說(shuō)明四種環(huán)境材料對(duì)土壤理化性狀均有影響，其中K1、K3 和B3 組理化性狀相似，B2、K2、G2 和G3 處理理化性狀相似；同時(shí)主成分分析也表明，容重與速效鉀、有效磷、堿解氮、田間持水量等呈負(fù)相關(guān)，進(jìn)一步表明良好的土壤結(jié)構(gòu)有助于土壤保水保肥能力提升。

圖11 主成分分析Figure 11 Principal component analysis

2.3.3 土壤改良效果綜合評(píng)價(jià)

主成分分析解決了變量之間共變性問(wèn)題，但未能定量分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此對(duì)土壤改良效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表2。表中因子分析是將原始變量數(shù)據(jù)通過(guò)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行重新組合，找出影響變量的共同因子，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)以使其具有可讀性，結(jié)合原始計(jì)算結(jié)果和圖11 分析可知，轉(zhuǎn)化后的因子1 代表孔隙度、田間持水量和速效鉀，因子2 代表堿解氮、有效磷，因子3 代表pH 和容重，主成分根據(jù)因子計(jì)算得來(lái)，其代表變量和因子一一對(duì)應(yīng)[23]。從表2 中12 個(gè)處理的綜合得分可知，四種材料適宜用量處理分別是K3、G2、B3、C2 處理，所有處理中K3改良效果最優(yōu)。

表2 四種材料對(duì)礦區(qū)渣土改良綜合效果評(píng)價(jià)Table 2 Evaluation of improvement effect of four materials on tailings in mining area

3 討論

3.1 環(huán)境材料對(duì)容重、孔隙度的影響

容重和孔隙度是反映土壤透氣性能和結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，單施四種環(huán)境材料對(duì)土壤容重和孔隙度均有一定的改善作用。比較得出，短時(shí)間內(nèi)K-PAM 能明顯改善土壤結(jié)構(gòu)，而GV、腐植酸與之相反，這是因?yàn)椋阂环矫鍷-PAM 在土壤水分的激發(fā)作用下，吸水膨脹，降低土壤緊實(shí)度，增加土壤孔隙度[26]；另一方面其含有的羧基、羥基等與水通過(guò)氫鍵作用生成膠結(jié)物質(zhì)，對(duì)土壤黏粒發(fā)生吸附和團(tuán)聚作用，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，進(jìn)而降低土壤容重[27]，但隨時(shí)間增加，其對(duì)容重和孔隙度改善效果降低，這可能是因?yàn)槠湓诜磸?fù)吸水、釋水過(guò)程中自身結(jié)構(gòu)遭到破壞。

GV施入土壤后，其中的Fe2+轉(zhuǎn)化形成Fe（OH）3膠體，使疏松土粒膠結(jié)形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，從而使土壤容重下降，孔隙度增大[20]。

腐植酸具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，絮凝作用強(qiáng)，施入土壤后，通過(guò)絮凝作用把松散顆粒團(tuán)聚起來(lái)，形成水穩(wěn)性好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，從而調(diào)節(jié)土壤容重和總孔隙度，改善土壤結(jié)構(gòu)。本研究中短時(shí)間內(nèi)BHA 比CHA 效果好。BHA 分子量小、絮凝限值高，并且含豐富的菌絲可將土壤微黏粒網(wǎng)織在一起，溶于水可形成膠結(jié)物質(zhì)[9]，短時(shí)間內(nèi)促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體的形成，降低容重，增加孔隙度[10]；而CHA 的性質(zhì)特點(diǎn)與BHA 相反，其縮聚程度高，有更多含氧官能團(tuán)和芳環(huán)結(jié)構(gòu)，需要在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)才能通過(guò)吸附、絮凝等方式改善土壤結(jié)構(gòu)[8]。

3.2 環(huán)境材料對(duì)田間持水量的影響

四種材料對(duì)土壤保水能力均有顯著影響（P＜0.05），腐植酸含醇羥基、酚羥基、羧基、羰基等親水性基團(tuán)，K-PAM 含羧基、羥基等活性親水基團(tuán)，在土壤中可與水分子形成氫鍵，吸附大量水分，產(chǎn)生水凝膠，提高土壤保水能力[28]。然而隨時(shí)間延長(zhǎng)，K-PAM 對(duì)田間持水量影響減弱，可能是由于其反復(fù)吸水和釋水過(guò)程破壞了自身結(jié)構(gòu)，吸水能力降低，導(dǎo)致其作用劣化并發(fā)生逆轉(zhuǎn)變化[29]。而GV 提高土壤含水率的原因可能是其形成的膠體團(tuán)粒增加了土壤通氣性和水分滲透性。

3.3 環(huán)境材料對(duì)pH和有效磷的影響

綜合來(lái)看，GV 和BHA 對(duì)pH 優(yōu)化效果顯著（P＜0.05），pH 隨二者添加量增加呈降低趨勢(shì)，原因是GV呈酸性，加之其形成Fe（OH）3膠體的過(guò)程中釋放了H+，可中和土壤堿性物質(zhì)[30]，這與高志香等[31]的研究一致；BHA 的羧基、酚羥基等釋放H+，中和土壤堿性物質(zhì)。而CHA 和K-PAM 則使土壤pH 上升，這是因?yàn)榘被夯菜岷蚄-PAM 自身呈堿性，施用時(shí)可導(dǎo)致土壤pH略微升高。

除GV 外，其他三種材料能提高土壤有效磷含量，其中K-PAM 的羧基、羥基等活性基團(tuán)具有很強(qiáng)的絮凝性，通過(guò)促進(jìn)大團(tuán)聚體形成增加其對(duì)土壤磷的固持作用。添加BHA 后，土壤中有效磷含量高于CHA，在弱堿性環(huán)境中，鈣磷以難溶沉淀物形式存在，BHA中大量的酸性官能團(tuán)能較好地將難溶性Ca3（PO4）2轉(zhuǎn)化為微溶的Ca2HPO4和易溶的CaH2PO4，從而釋放更多量的磷元素[32]，而氨化的CHA 呈堿性，可使土壤pH升高，抑制了土壤有效磷的轉(zhuǎn)化。然而隨GV 施用量的增加，土壤有效磷下降，可能是因?yàn)槲⒀鯛顟B(tài)下Fe2+被氧化為Fe3+，其與土壤中磷酸根生成了非溶解性的磷酸化合物[22]。

3.4 環(huán)境材料對(duì)速效鉀和堿解氮的影響

土壤堿解氮和速效鉀是能夠被作物直接吸收的有效營(yíng)養(yǎng)成分。對(duì)于速效鉀，K-PAM 對(duì)其含量有顯著的提升作用，而其他材料作用不明顯；對(duì)于堿解氮，與CK 相比，除添加GV 的處理堿解氮隨施用量增加而降低，其他三種材料均使土壤堿解氮含量有所增高。GV 中Fe2+可以使土壤中的硝態(tài)氮還原為銨態(tài)氮，在堿性土壤中，銨態(tài)氮易揮發(fā)損失，使堿解氮含量下降；而K-PAM 的絮凝作用，可增強(qiáng)土壤養(yǎng)分的保持能力，減少了土壤氮、磷元素的損失，且其自身可補(bǔ)充土壤鉀含量，提高土壤速效鉀含量[33]。

腐植酸自身可提供土壤養(yǎng)分，腐植酸中的羧基、羰基、醇羥基、酚羥基等具有較強(qiáng)吸附和交換能力，可促進(jìn)速效鉀養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，并且能吸附氮肥分解的NH+4生成腐植酸銨鹽，減少氮素?fù)]發(fā)損失[34]。另外，其含有的酚羥基和醌基等可抑制土壤脲酶等活性，從而減緩氮素分解速率，提高氮肥利用率[11]。

4 結(jié)論

（1）四種環(huán)境材料對(duì)土壤物理性質(zhì)的改善效果不同，比較而言，聚丙烯酸鉀在短時(shí)間內(nèi)可降低土壤容重，提高總孔隙度和田間持水量，而黑礬、生化腐植酸和煤基腐植酸對(duì)土壤的長(zhǎng)期改良效果好。

（2）黑礬、生化腐植酸和低濃度聚丙烯酸鉀可降低土壤pH，而煤基腐植酸和中高濃度聚丙烯酸鉀能提高土壤pH；除黑礬外，其他三種材料對(duì)提高土壤堿解氮、有效磷、速效鉀等均有顯著效果，其中聚丙烯酸鉀對(duì)速效鉀含量提升效果最顯著。

（3）聚丙烯酸鉀、黑礬、生化腐植酸和煤基腐植酸添加量分別為5、1、8 g·kg-1和5 g·kg-1時(shí)，土壤理化性狀與對(duì)照組相比有顯著改善效果。