硫酸在农业中的应用

来自 : 个人图书馆 发布时间：2021-03-25

​硫酸在农业中的应用———作为土壤和水的改良剂J.R.GREGORY(Verdegaal Brothers 公司,美国)〔摘要〕在农业生产中,越来越多地采用硫酸改良高pH 值的石灰质土壤。过去20年来,尿素—硫酸肥料的产量大幅度提高并在美国西部诸州的土壤中广泛施用。将硫酸注入牛奶场湖泊,改变湖水pH 值,可解决圈养牲畜过程产生的若干空气和水质问题。将硫酸施入农用土壤和水中,其主要作用是溶解钙、镁的碳酸盐和碳酸氢盐。这些钙、镁盐然后取代可交换的钠盐,钠盐随后用水浸洗除去。当碳酸盐和碳酸氢盐被分解后,硫酸与更惰性的物质反应,释放出磷、铁等植物养分。简单地降低土壤的pH 值可引起许多元素溶解度的变化,提高它们对植物的效力。在高pH 值的石灰质土壤上施用硫酸,可使植物更加健壮,收成增加。本文介绍硫酸在农业中的各种应用,在过去的25年里,Verdegaal Brothers 公司一直致力于此项研究。〔关键词〕硫酸;农业;土壤;水;改良〔中图分类号〕TQ111.17〔文献标识码〕A〔文献编号〕1002-1507(2001)04-0008-05〔收稿日期〕2001-01-201前言Verdegaal Brothers 公司的总部设在加利福尼亚州金斯县的汉福德。该家族公司拥有一条私人铁路专线———金斯园,位于伯林顿北圣菲铁路主干线附近。该公司有4只473m 3加仑的硫酸〔w (H 2SO 4)为93%〕贮罐,12辆将硫酸运往西部各州用户的槽车。Verdegaal Brothers 公司在新墨西哥州的梅斯基特和罗斯维尔还有两套辅助贮存设施,通过铁路专线为新墨西哥州和得克萨斯州的客户服务。本文论述硫酸在农业中的各种用途。在许多应用方面,Verdegaal Brothers 公司可谓是先驱者。Verdegaal Brothers 公司研制了各种施用硫酸的专用设备,所有服务都是由公司雇员根据客户的具体情况专门提供的。在降低土壤pH 值、改善渗水性以及提高磷和微量元素对石灰质土壤水浇地的效力方面,硫酸可迅速见效〔1〕。必须强调的是,如果硫酸使用不当,不但效果不好,还可能对土壤、水和收成产生副作用。操作人员必须接受安全处理硫酸的培训,穿戴合适的个人防护用品才能进行有关操作。2使用硫酸改良碱性和盐碱性土壤在美国西部的17个州中,大约25%的水浇地受含量过高的盐类,主要是钠盐的影响。这种土壤阻碍或严重制约高经济价值的农作物的生长〔2〕。曾经用硫化合物来改良这类土壤。相对于石膏和硫磺而言,硫酸使用得较少,这可能是由于缺乏技术资料、硫酸的供应及价格有问题,以及处理这种强腐蚀性物质较麻烦等原因。根据Verdegaal Brothers 公司的观察及其它研究报告,硫酸对于石灰质土壤是一种有效的、反应迅速的物质。用硫酸处理碱性土壤,可使其在一个生长季节得以恢复,而用元素硫处理则通常需要几年的时间。采用硫酸改良土壤,关键是土壤必须含有游离碳酸钙(Ca-CO 3)〔3〕。实验室分析报告可将游离碳酸钙含量表示为0~4%,也可表示为1个减号(-)或1~4个加号(+)。施用前进行土壤测试可使你确信:用硫酸对特殊土壤进行改良是一种很好的选择。施用硫酸后,在随即到来的生长季节期间也应进行土壤测试,以确定有无必要追施。硫酸通过以下两步除去钠盐(钠盐随后浸洗除・8・硫酸工业2001年第4期去)〔4〕:硫酸+→碳酸钙石膏+二氧化碳+水;石膏+→碱性土壤钙质土壤+硫酸钠。改良碱性土壤所需的硫酸量变动范围很大,每次处理用量从36.8g/m2到110g/m2不等,主要取决于钠含量、土壤结构、pH值和灌溉水质。有时用量更大,特别是如果不在农作物的生长期施用。3使用硫酸提高养分的效力对于石灰质土壤,缺乏微量元素,例如铁,较轻程度的有镁和锌,是一个固有的问题。在生长季节向叶面喷施微量养分,可使这一问题得到暂时的缓解。叶面喷施需年年重复进行。这种改良措施时效短并且通常不经济,除非用于高经济价值的作物,例如果树和装饰用树。实践证明,在土壤上施用硫酸对于克服缺铁性萎黄病十分有效。通过滴灌管道以36.8~73.6g/ m2的量向树木或葡萄藤两侧条形地带上灌注或喷施硫酸,在一个生长季节内就治愈了果树和葡萄的缺铁性萎黄病。施用硫酸须在休眠季节进行。冬季施用后,来年春季在果树和葡萄藤上就可看见明显的效果。大多数灌木和装饰用树以及都市花园和公园内的一些草坪都不是天然物种,无法适应石灰质土壤,普遍都缺乏微量元素。用硫酸处理土壤是一种有效的解决办法。众所周知,磷肥施用于石灰质土壤时很容易被固定,导致施肥无效。就磷对农作物的效力而言,在石灰质土壤中施入少量硫酸与施入商业用量的磷肥相当。硫酸溶解土壤中天然的和被固定的磷酸盐肥料,因此可提高这些肥料对植物的效力。4使用硫酸改良灌溉水质如果灌溉水含有较多的碳酸根(CO2-3)或碳酸氢根(HCO-3),具有较高的pH值,农作物的产量就会受到影响。碳酸氢根(HCO-3)及其同类碳酸根,是劣质灌溉水中最令人讨厌的物质。碳酸根是一种带负电荷的离子,是引起滴灌器滴管和喷灌器喷嘴堵塞的主要原因。它对作物是有害的———在某些情况下,其害处大于氯化物。在土壤中,碳酸氢根束缚住某些养分,使其不为植物所摄取;它还是土壤表面结壳的主要原因。我们建议种植者测试其灌溉水的pH值和碳酸氢根含量。水中碳酸氢根含量低于1mmol/L不会发生任何问题。高于这一标准,碳酸氢根将与钙反应,生成碳酸钙。碳酸钙颗粒从水中析出,堵塞滴灌器滴管和喷灌器喷嘴。滴灌管滴管外出现白色的白垩质沉淀,说明灌溉水中碳酸氢根含量过高〔5〕。水的pH值高于7.5通常与较高的碳酸氢根含量有关。人们已经知道,灌溉水中较高的碳酸氢根含量会导致铁和磷酸盐的缺乏。如果种植者决定通过灌溉系统将钙肥施于作物中,他就必须设法降低水中的碳酸氢根含量,否则一些钙将被束缚而无法为植物所摄取。最好的处理方法是加入某种酸降低灌溉水的pH值。将pH值降低到6.5可中和掉水中大约一半的碳酸氢根。当pH值为4.5时,所有的碳酸氢根将被分解。但是,在这样低的pH值下,灌溉水对灌溉系统是有腐蚀性的,对某些作物也可能有害。因此为了保证农作物的产量,没有必要将pH 值降到这样低的水平。所用的酸包括:磷酸、硫酸和尿素—硫酸。磷酸酸性较硫酸弱,价格也比硫酸高。当从农艺学角度考虑确实需要对地里的作物添加磷时,通常采用磷酸来降低水的pH值。对阿月浑子这类作物就常常施用磷酸。当种植者想同时将氮和硫酸加到灌溉水中时,可选用尿素—硫酸肥料,这样就可采用一种产品在整个灌溉季节逐渐地将氮加到作物中。有时种植者不想在农庄内贮存有害物质,这可能是他采用尿素—硫酸的主要原因。虽然尿素—硫酸肥料较硫酸价格贵,但是与人皮肤接触时危害性较小,故处置较安全。尿素—硫酸肥料具有物殊的腐蚀性,对贮槽、泵和软管所用材料需格外小心。Verdegaal Brothdrs公司开发了一种可靠的灌注系统,可自动精确地加入各种酸,迅速地降低pH 值,改善渗水性,释放出土壤养分。Verdegaal Broth-ers系统的关键是有一种高可靠性的灌注泵,大量・9・J.R.GREGORY硫酸在农业中的应用———作为土壤和水的改良剂的酸可通过一个密闭系统安全地贮存并输送至泵。一旦设定了加入量,酸泵就安全自动地将精确计量的硫酸注入灌溉水中,使水达到恒定的最佳pH值6.5。这种低费用操作可改善渗水性,有效地使水的pH值向最佳区域移动,从而有利于农作物的健康成长,获得高产。一套典型的装置每小时灌注4~19L硫酸,灌注量的变化取决于水的pH值、水井出口流量、碳酸氢根含量和水质〔6〕。Verdegaal Brothers公司的做法是派自己的农田服务技术人员进行注酸。注酸系统对所有农作物是有效的,Verdegaal Brothers公司的技术服务小组可确保其精确无误地运行。由于有了可靠的注酸泵(注酸的关键),操作既简单又安全。硫酸、磷酸或尿素—硫酸被送往灌注现场的一个或多个超厚壁聚乙烯贮罐内,通过一个密闭系统自动地由泵输送并以精确的数量注入,使水达到最佳pH值。随着水pH值的降低,碳酸氢根逐渐减少。调节水的pH值是一个长期的任务,注酸操作需在整个灌溉季节进行。5使用硫酸作为除草剂美国西部的几个州和联邦政府已经批准了一个供应商申请的商标,在收获马铃薯前用硫酸作脱水剂。将硫酸喷洒在田垅上,使植物的叶部迅速脱水。直到20世纪80年代,加利福尼亚州才批准使用由水稀释的硫酸控制洋葱和大蒜地里的野草。由于洋葱和大蒜具有蜡状表皮,施用硫酸对它们影响较小。后来加利福尼亚州批准了一项临时的萌发后除草剂的注册,允许使用尿素—硫酸和水进行类似的叶面喷施。这两种作法目前都不再进行了,因为农药的商标注册无论在州一级或联邦一级都需要大量的注册数据。Verdegaal Brothers公司在加利福尼亚州的萨克拉门托山谷对收割后的稻茬进行了试验性和商业性施酸。由于政府部门颁发了越来越严格的空气质量标准,焚烧稻茬已逐渐被禁止。农庄主按36.8g/m2的量施用硫酸,十分成功地分解了稻茬,使得土地较容易打理而便于下一轮耕种。同样,对收割后的大麦茬、燕麦茬及小麦茬也可以施用硫酸。与美国其它地方一样,加利福尼亚州也允许采用硫酸作为土壤和水的改良剂。这种施用与肥料的施用属于同一范畴,在各州的农业部门办事处登记注册。在此本公司必须说明,这种施用不是除草剂的施用,因此不需要农药商标。6使用硫酸作为防结壳剂有些土壤存在这样的问题:表层几厘米厚非常密实,秧苗难以破土而出。如果这些是石灰质土壤,在表面喷施硫酸作为防结壳剂效果十分显著。在紫苜蓿草场上,牧场主通常在播种期施用18.4 g/m2的硫酸。对于蔬菜,在每块地的表面进行条施。过去在种子萌发期,种植者必须用喷灌器保持土壤潮湿。如果在萌发前施用硫酸,则很容易在整个萌发期保持充足的水分。硫酸可以施在休眠的紫苜蓿草场的表面,用量为9.2~18.4g/m2。在碱性土壤上施用效果非常理想,可改善渗水性。在pH值很高、具有中至高游离碳酸钙含量的土壤上,对于新种植的紫苜蓿草场(播种期)、现有的紫苜蓿干草场和现有的紫苜蓿草籽场,施用硫酸是一种很好的选择。紫苜蓿草场的最大施用量为18.4g/m2。现有草场在冬季施用,即,在草场被羊吃光或冬季收割完毕后立即施用硫酸。紫苜蓿草场施用硫酸后要浇水。由于在施酸期间烧掉了一些露在表面的再生植被,第一次收割将要延期。第一年种植的紫苜蓿草场不施用硫酸,因为其根颈尚未成熟,还不足以抵卸硫酸的侵蚀。7圈养牲畜时使用硫酸湖泊缓冲(Lagoon Buffer)是一个调节和保持湖水pH值的系统,它可解决大量的牲畜粪便问题。Verdegaal Brothers系统的关键是有一种可靠的灌注泵,它自动地将精确计量的硫酸送到粪便水中,使pH值调整到6.8~7.0。一旦达到这一中性pH值,系统就会自动地保持在这一水平,从而提高湖水中微生物的活性,同时还可以改善水质,减少湖泊中的固体,清洁流道,提高灌溉水质,疏通冲洗管线。・1・硫酸工业2001年第4期硫酸在溶解磷酸钙和磷酸镁沉积物方面很有效,可用于牛奶场流动站点冲洗管线〔7〕。在2000年秋季,弗雷斯诺的加州大学在Dave Goorahoo博士的指导下,通过灌溉技术中心对牛奶场湖水进行了研究,以评价用硫酸缓冲牛奶场湖水的益处。8硫酸在果园和葡萄园中的应用果园和葡萄园施用的硫酸量为18.4~76.8g/ m2,最典型的为36.7g/m2,多年生作物在休眠期施用。在一定的土壤条件下,硫酸能降低土壤的pH 值,改善渗水性,提高养分的效力,改良碱性土壤,使那些种有已出现缺铁性萎黄病症状的农作物的土壤得以恢复。硫酸可喷施或条喷在土壤表面,也可注入土壤内。建议进行土壤测试,以确定土壤改良的合适程度和施用量。Verdegaal Brothers公司拥有非标设计的施用设备,可条施硫酸或通过果园和葡萄园内的滴灌器注入硫酸。施用硫酸的一个主要目的是处理碳酸钙型即缺铁性萎黄病。其典型的标志是叶片上深绿色的脉络间出现碳酸钙—绿色。当医治碳酸钙型萎黄病时,对地下一小部分根须进行酸化较为有效。由于树或藤蔓的根部延伸至酸化区,故它们可以摄取所需要的铁。只要犁沟未被阻断,饲养根也可延续这一过程。在对杏树进行的一次重复试验中,用硫酸处理的地块上杏仁增大了17%。处理后地块上的树叶转为深绿色,而对比地块上的树叶仍保持碳酸钙—绿色。如果种植者打算种果树和葡萄,应在地下1.5 ~2m深处取土壤样本。如果分析数据表明pH值较高,游离碳酸钙含量较高,可交换钠盐含量较高,就应考虑种植前采取措施。在这种情况下,我们建议种植者用一台单柄深耕松土机沿果树或藤蔓行间松土,深度至少为1.5m。本公司随即施用硫酸。硫酸流入敞开的或交错的犁沟上部,种植者随后进行预灌溉。水可有效地驱逐硫酸沿着交错的犁沟向下流动,对地下1m或更深处位于果树或藤蔓正下方的土壤进行处理———这儿正是最需要硫酸的地方。施过硫酸后用水灌溉非常重要,否则许多新载树木将因置于未稀释的硫酸中而死去。9尿素—硫酸肥料Verdegaal Brothers公司的另一项专长是生产尿素—硫酸肥料,该公司拥有生产这种液体肥料的美国专利。Verdrgaal Brothers公司在美国西部的6个州和墨西哥及加拿大销售这种液体肥料。尿素—硫酸肥料的显著特点是它实际上消除了硫酸对人体组织的侵蚀作用,而酸化效果仅略有降低。尿素—硫酸与皮肤长期接触只引起轻度的瘙痒,与伤口接触,引起刺痛。但是,该产品可溶解织物,损坏皮革,所以建议采用橡胶防护设施,特别是脚和眼睛的防护。所推荐的用于尿素—硫酸肥料的材料为:316不锈钢、PVC和氟塑料。切记:决不能使用尼龙、镀锌管、铝管或铸铁来处置这类肥料。表1列出了尿素—硫酸肥料的3种配方。根据用户的需要,这些产品可方便地与磷酸和硫酸锌混合,形成各种配方。表1尿素—硫酸肥料的配方商标w(N),%w(S),%w(H2SO4),% US-28US-15US-1028151091618274955作为硫酸在农业中多种用途的开创者,Verde-gaal Brothers公司深感自豪。〔参考文献〕〔1〕Stromberg L K,Tisdale S L.Treating irrigated arid-land soils with acid-forming sulphur compounds〔M〕.Technical Bul-letin No.24.The Sulphur Institute,Washington,D C,1979,Mar.・11・J.R.GREGORY硫酸在农业中的应用———作为土壤和水的改良剂=============================================〔2〕Stroehlein J L.Potenitially beneficial uses of sulpuric acid in agriculture〔M〕.First Annual Report Submitted to the Ari-zona Mining Association,Department of Soils,Water and En-gineering.The University of Arizona,1973,Jul.〔3〕Gregory J R.Soil,water amendments can pay dividends〔M〕.Western Farm Press.1999,23.〔4〕Western Fertilizer Handbook,Eighth edition〔M〕.Interstate Publishers,Inc,1995,225.〔5〕Shwankl L.Bicarbonate bad guy in Western soil,water〔M〕.California-Arizona Farm Press,1998,Jun.〔6〕Cline H.Rapid reclamation turns marginal land into vine-yards and orchards〔M〕.California-Arizona Farm Press,1997,Aug.〔7〕Gregory J R.Acidification of dairy free stall flush lines〔J〕.Agribusiness Dairyman,1999,18(6):16-17.〔8〕Cline H.Treching-in sulphuric acid gives dramatic results in 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