目前我國中低產田土壤面積約占總土地面積的 2/3，改造中低產田糧食增產潛力巨大。應用土壤改良劑是改造中低產田的有效途徑，它可以促進土壤團粒的形成、改良土壤結構、提高肥力、改善土壤保水保肥性、提高糧食產量。油渣、草炭、風化煤、油頁巖、蛭石等是近年來應用比較廣泛的幾種天然改良劑。油渣是各種油料作物榨完油后的產物，主要有香油渣、棉籽油渣、大豆油渣等。草炭又稱泥炭或泥煤，是未完全分解和已分解的有機殘體\\(主要是植物殘體\\) 長期積累起來的物質，是成煤作用初級階段的產物。草炭資源在我國各省區幾乎都有分布，在大小興安嶺及長白山森林地帶蘊藏最多。風化煤俗稱露頭煤，一般指接近或暴露于地表的褐煤、煙煤、無煙煤，經過空氣、陽光、雨雪、風沙、冰凍等的滲透風化作用而形成的產物。我國有半數以上省區都有可利用的風化煤資源，其中以華北、東北、西北、西南地區儲量較大，僅黑龍江省七臺河地區初步勘探就達億噸以上，山西、新疆等地的風化煤不僅儲量大而且質量好。油頁巖\\(又稱油母頁巖\\) 是一種高灰分的含可燃有機質的沉積巖，中國已探明的油頁巖儲量為315． 67 億 t，主要分布在吉林、遼寧、廣東、山東、內蒙等省區。由于利用不當，我國油頁巖年廢棄量占當年煤炭產量的 10 ～ 15%，約占全國工業固體廢棄物總量的 40%，大量油頁巖長期露天堆放造成環境危害。蛭石是黑云母、金云母等礦物風化或熱液蝕變的產物，我國蛭石礦山主要分布于新疆、河北、內蒙、甘肅等省區，規模最大、最具代表性的是新疆尉犁縣且干布拉克蛭石礦，儲量估計居世界第二，占全國儲量的 90%。
綜上所述，這些資源在我國儲量豐富，應用前景廣闊。在農業上，這五種資源被用作土壤改良劑，其利用取得了一定的進展，但對這五種資源自身的一些特性，如重金屬含量、有機質、氮、磷、鉀含量和吸水、釋水性缺乏研究，以及五種資源之間缺乏對比。故此，文中通過研究油渣、草炭、風化煤、油頁巖、蛭石的有機質、氮磷鉀含量及吸水、釋水性，明確這五種材料的基本性質，并采用多目標決策技術對這些指標進行了綜合評價，為這五種資源在農田土壤改良利用方面的研究提供依據。
1、 試驗設計與研究方法
1． 1 供試材料
試驗用土采自陜西楊凌西北農林科技大學節水灌溉試驗站，為塿土，采集深度為 0 ～30cm。其砂粒、粉粒、黏粒含量分別為 25． 82%、61． 63%、13． 05%，該土壤類型屬于粉砂質土壤。試驗選用的五種天然土壤改良劑主要來源分別是: 油頁巖來自陜西省三原縣向陽頁巖加工廠，690元/t; 蛭石來自河北省石家莊市靈壽縣敏誠蛭石加工廠，500 元/t; 草炭由河北省石家莊市靈壽縣敏誠草炭有限公司提供，1000 元/t; 油渣為楊凌油渣廠生產油菜油后剩余的油菜渣，1900 元/t; 風化煤來自甘肅省平涼市華亭縣華亭煤礦，600 元/t。
以上土壤材料及頁巖、蛭石、草炭、油渣、風化煤等材料均風干后粉碎過 1mm 篩待用\\(圖 1\\) 。
1． 2 試驗設計
試驗共設 6 個處理: 對照\\(CK\\) 、油渣處理\\(YZ\\) 、頁巖處理\\(YY\\) 、蛭石處理\\(ZS\\) 、草炭處理\\(CC\\) 、風化煤處理\\(FHM\\) 。各處理均稱取 100g 裝入環刀，輕輕震蕩，使材料鋪平，采用隨機排列方式擺入塑料盤中\\(圖 2\\) 。向塑料盤中注水，水位與材料高度一致，使材料從底部吸水。各處理均設置 4 次重復。
1． 3 試驗測定項目與研究方法
用稱重法測定材料的吸水量與蒸發量。吸水時，各處理每天早晚 10 時稱重，重量差小于 0． 5g 時材料飽和，停止吸水。將各處理從盤中取出放置 8 個小時，待重力水從底部滲出后，放入人工氣候箱，控制溫度為 35℃，相對濕度為 70%，每天早晚 10 時稱重，直至重量差小于 0． 5g，蒸發結束。按國家行業標準 NY525－ 2012 的要求，采用重鉻酸鉀 － 硫酸氧化外加熱法測定有機質含量，全量蒸餾滴定法測定氮含量、磷釩鉬黃光度法測定磷含量、火焰光度法測定鉀含量。重金屬鎘、汞、鉛、鉻、砷采用硝酸 + 氫氟酸 + 高氯酸全分解方法消煮，原子吸光光度法測定。吸水倍率是指 1g 吸水性材料吸收水的質量。吸水倍率越大其吸水能力越強。
待材料吸水飽和后，稱取其質量，按\\(1\\) 式進行計算:
式中: Q 為吸水倍率; ms為飽和后材料與水的質量，g;mo為材料的質量，g。用材料蒸發一定時間后的水分含量除以材料的吸水量，得到材料蒸發一定時間后的保水率，來反映材料的抗蒸發性。公式:
式中: Bt為蒸發 t 天后材料的保水率; Wt為蒸發 t 天后材料的含水量; Ws為材料的吸水量; mt為蒸發t 天后材料與水的重量，mo為材料的重量; ms為飽和后材料與水的重量。
2、 結果與分析
2． 1 不同材料重金屬含量分析
對油渣、草炭、風化煤、油頁巖、蛭石五種土壤改良劑的鎘、汞、鉛、鉻、砷等重金屬含量進行測定\\(表1\\) 。由表 1 可知，各土壤改良劑的鎘、汞、鉛、鉻、砷等重金屬含量均滿足國標 GB8172 － 87 要求，沒有超標的現象，所以這五種土壤改良劑均可施于土壤，不會造成土壤重金屬污染。
2． 2 綜合評價
采用層次分析法和效用函數法相結合的多目標決策技術對頁巖、蛭石、草炭、油渣、風化煤五種材料進行評價。其具體步驟是:
\\(1\\) 建立選材目標層次。從選材的實際出發，把選材目標 A 分解為準則層 B\\(包括: 養分含量 B1、吸水性 B2、保水性 B3和抗蒸發性 B4\\) ，準則層下為性狀指標層 C，把每個準則又分解為若干性狀指標 Cj，構成選材目標遞階層次結構模型\\(圖 3\\) 。原始數據\\(表 2\\)。
\\(2\\) 確定各性狀指標的權值。選材目標的優劣，與各個性狀有關，根據經驗取養分含量 B1\\(其中有機質含量 C1、氮含量 C2、磷含量 C3、鉀含量C4均為 0． 25\\) 、吸水性 B2、保水性 B3和抗蒸發性 B4權重分別為 0． 25。
\\(3\\) 性狀指標無量綱化。選材試驗中，要求比較的各性狀指標的量綱不盡相同。為此，采用效用函數法化多量綱為無量綱，這樣就能使用統一的測度，對欲比較的材料進行綜合評價。若待評材料系為 m 個，性狀指標為 n 個，其材料 i 第 j 個性狀指標值為 Xij。對第 j 個指標選取最大值Xj和最小值Xj為：
那么，第 i 種材料第 j 個性狀指標的效用函數可表示為: Y = \\(Yij\\) max
\\(4\\) 建立多目標材料優選函數。性狀指標的權值計算和無量綱化，可為建立選擇函數作準備，最終是要給出材料評價的相對量化值。已知性狀指標對于總目標的權值向量為 W = \\(W1，W2…，Wn\\) ，效用函數為:
Y = \\(Yij\\) m × n，根據多目標決策的線性加權法，則材料綜合選擇函數可表達為:
Ai值總在［0，1］范圍內，Ai值越大的種類，綜合性狀指標越好。
\\(5\\) 分析。材料的各性狀指標的無量綱化結果\\(表 3\\) ，表 3 根據\\(6\\) 式得表 4。由表 4 知，材料的養分含量選擇函數值排序前三位的依次是油渣 ＞ 風化煤 ＞ 蛭石，吸水性、保水性、抗蒸發性選擇函數值排序前三位的依次是蛭石 ＞ 油渣 ＞ 風化煤。而綜合值排名前三位的依次是油渣 ＞ 蛭石 ＞ 風化煤，其中油渣的養分含量及抗蒸發性最優，蛭石的吸水及保水性最優。
3、 討論
土壤重金屬污染具有污染物在土壤中移動性差、滯留時間長、不能被微生物降解的特點，并可經水、植物等介質最終影響人類健康。土壤重金屬的來源主要有大氣沉降、污水、固體廢棄物和農用物資。對頁巖、蛭石、草炭、油渣、風化煤五種土壤改良劑的重金屬含量進行測定，根據國標 GB8172 －87 要求進行分析，結果顯示，五種土壤改良劑的重金屬含量均滿足國標 GB8172 －87 要求，可以施用于土壤，不會對土壤造成重金屬污染。
有機質既是植物礦質營養和有機營養的源泉，又是土壤中異養型微生物的能源物質，同時也是形成土壤結構的重要因素。氮、磷、鉀是植物生長所必須的大量元素。五種土壤改良劑的養分含量均比土壤高，其中風化煤的有機質含量最高，油渣的氮磷含量最高，蛭石的鉀含量最高。風化煤中含有大量再生腐殖酸\\(HA\\) 和多種含氧活性官能團，能夠改良土壤，提高土壤肥力。油渣是葵花籽榨完油的產物，氮和磷的含量相對較高。吸水性、保水性及抗蒸發性是衡量土壤改良劑水分特性的重要指標。五種土壤改良劑中蛭石的吸水性及保水性最好，油渣的抗蒸發性最好。這是由于蛭石經過高溫焙燒，體積膨脹了數十倍，且具有層間結構，吸附力增強。
采用多目標決策技術，從養分含量、吸水性、保水性及抗蒸發性方面對五種土壤改良劑進行綜合評價，選擇函數值排名為: 油渣 ＞ 蛭石 ＞ 風化煤 ＞ 草炭 ＞ 頁巖 ＞ 土壤。因此，建議選擇油渣、蛭石、風化煤來應用于土壤，進一步研究其對土壤肥力及土壤水分的影響。而且針對單項材料改良土壤不全面的問題，可以嘗試用不同材料配合施用來解決，但施用配比及施用量、施用方式還需進一步研究。
4、 結論
油渣、草炭、風化煤、油頁巖、蛭石五種土壤改良劑的重金屬含量均滿足國標 GB8172 －87 要求，可以施于土壤而不會對土壤造成重金屬污染; 采用多目標決策技術對其養分含量、吸水性、保水性及抗蒸發性進行綜合評價的結果顯示，選擇函數值排名前三位的是: 油渣 ＞ 蛭石 ＞ 風化煤，其中油渣的養分含量及抗蒸發性最優，蛭石的吸水性、保水性最好。
基于上述分析探討，需開展油渣、蛭石、風化煤等土壤改良劑單獨施用以及混合施用后的土壤和作物效應研究，明確其對土壤水分、養分及作物生長的影響，提出不同土壤改良劑大田作物應用的最佳施用量。
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