縉云縣典型酸化農田土壤石灰需求量估算淺議

周楊，項佳敏，姚岳良，施麗珍，陳建霞，章明奎

(1.縉云縣農業農村局，浙江 縉云 321400； 2.浙江大學 環境與資源學院，浙江 杭州 310058)

土壤酸化是指土壤中氫離子和鋁離子數量的增加，以及土壤pH值的下降。近年來，我國農田土壤酸化加速，嚴重影響了生態環境和農業生產[1-2]。土壤酸化可加速土壤養分淋失、土壤結構退化，以及鋁離子和其他重金屬離子的釋放，降低土壤酶的活性，污染地表和地下水[3-6]。施用石灰等堿性物質是治理酸化土壤的有效措施[7-8]。但考慮到不同酸化土壤的性狀差別、酸化差異，合理確定石灰施用量是針對性地治理酸化土壤的前提。目前，國內外文獻中用于估算石灰需求量的方法較多，如根據土壤陽離子交換量(CEC)和鹽基飽和度來確定石灰需求量，根據交換性酸或潛性酸含量確定石灰需求量，根據酸堿緩沖曲線計算石灰需求量[9]，采用氯化鈣交換-氫氧化鈣滴定法[10]、單緩沖法、雙緩沖法[11]和培養試驗法等確定石灰需求量。不同方法的估算原理有所差異，估算出的石灰需求量也不盡相同，有時甚至有較大的差異。目前，石灰需求量的估算多針對紅壤等自然酸性土壤進行，而對于因施肥等人為活動導致的酸性土壤進行石灰需求量估算的探討較少。為此，本研究以浙江省縉云縣典型平原耕地酸化土壤為例，比較不同方法在估算石灰需求量上的差異。

1 材料與方法

1.1 材料

在對縉云縣多個土壤樣品的理化性狀進行測定的基礎上，本研究選擇酸化明顯(pH值在4.45～4.85)，有機質、黏粒含量有明顯差異的10個土壤樣品用于試驗，編號分別為樣品1～樣品10。選用的10個樣品涉及5種土壤類型，每種土壤類型均由有機質含量差異較大的2個樣品組成。其中，樣品3～樣品10屬水稻土，為(河谷)平原耕地土壤；樣品1和樣品2屬低丘紅壤，土地利用方式為林地，系自然酸化土壤，用于對比。

1.2 檢測方法

采集的土壤樣品風干后研磨，分別過孔徑2.00、0.25、0.149 mm的尼龍篩，用于分析與試驗。土壤pH值用電位法測定[12]，CEC用醋酸銨交換法測定[12]，有機質含量用重鉻酸鉀氧化法測定[12]，黏粒含量用比重計法測定，交換性酸含量用氯化鉀浸提-中和法測定[12-13]，水解性總酸度用醋酸鈉(pH值8.3)浸提-中和法測定[12]。

1.3 石灰需求量估算

石灰需求量以t·hm-2表示，分別用以下4種方法進行估算，計算時假定每1 hm2面積的表土質量為2 250 t。

氯化鈣交換-氫氧化鈣滴定法(LY/T 1242—1999，以下簡稱滴定法)。用0.2 mol·L-1氯化鈣溶液交換出土壤的交換性酸，懸液中的酸用0.03 mol·L-1氫氧化鈣標準溶液滴定，用酸度計指示終點(pH值分別為5.5、6.5、7.0)。根據氫氧化鈣用量分別計算達到相應土壤pH值時的石灰用量。

土壤酸堿緩沖曲線法(以下簡稱緩沖曲線法)。參照文獻[9]，稱取若干份10 g土壤樣品于100 mL塑料瓶中，加入一定量的去離子水，然后分別加入不同量的已標定的鹽酸或氫氧化鈉溶液，最后使加入的總體積為50 mL。間歇振蕩平衡7 d后，用電極測定土壤pH值，建立酸或堿的添加量與土壤pH值的關系曲線(即酸堿緩沖曲線)，根據建立的曲線估算某一pH值變化范圍的相應堿用量，推算石灰用量。

交換性酸或水解性酸計算法根據所測定的土壤交換性酸或水解性酸量直接計算中和土壤酸需要的石灰用量[11]。

培養試驗法。稱取若干份50 g土壤樣品于100 mL塑料瓶中，加入一定量的去離子水，然后分別加入不同量的碳酸鈣，攪勻后培養25 d，然后用電極測定土壤pH值。建立碳酸鈣添加量與土壤pH值的關系曲線(即緩沖曲線)，根據建立的曲線估算某一pH值變化范圍的相應堿用量，推算石灰用量。

2 結果與分析

2.1 不同土壤樣品的酸緩沖容量差異

酸堿滴定法是研究土壤酸緩沖性能的常用方法，利用土壤的酸堿滴定曲線可以表征不同土壤對酸緩沖性能的差異。Aitken等[14]對采自澳大利亞的100多個酸性土壤樣品進行酸堿滴定發現，在pH值4.0～7.0內，土壤pH值基本上與加入的酸堿量呈線性關系，其斜率可反映這段pH值范圍內土壤的緩沖性能。考慮到一般耕地土壤酸化過程中pH值變化的主要范圍在4.5～6.5，本文計算了10個土壤樣品在pH值4.5～6.5間每變化1個pH值單位的酸緩沖容量，即單位pH值變化的酸緩沖容量(表1)。對比可知，10個土壤樣品單位pH值變化的酸緩沖容量有較大差異，最高的是最低的2倍以上。除泥質田外，平原耕地土壤單位pH值變化的酸緩沖容量明顯低于低丘紅壤(砂黏質紅泥)，且以泥砂田的單位pH值變化的酸緩沖容量最低。這表明，平原耕地土壤酸緩沖容量較低，容易發生酸化。相關分析表明，單位pH值變化的酸緩沖容量與土壤黏粒含量呈正相關(相關系數0.916 0，n=10)。推測研究區平原耕地(泥質田除外)土壤酸緩沖容量較低可能與這些土壤缺乏膠體(黏粒)有關；泥質田土壤的黏粒含量較高，因此，其單位pH值變化的酸緩沖容量也較高。此外，對比同一土壤類型而有機質含量不同的2個樣本可知，有機質含量高的土壤樣品，其單位pH值變化的酸緩沖容量也較高，表明土壤有機質的積累有助于土壤酸緩沖容量的提升。

2.2 不同土壤樣品的石灰需求量差異

分別采用滴定法、緩沖曲線法、培養試驗法估算提升土壤pH值至相應水平(5.5、6.5、7.0)的石灰需求量，并采用交換性酸計算法和水解性酸計算法估算中和土壤酸所需的石灰需求量，結果如表2所示。可以看出，盡管用不同方法估算出的石灰需求量有較大差異，但不同土壤樣品之間石灰需求量的變化趨勢基本一致，除用交換性酸計算法計算的8號樣品石灰需求量偏低外，其他方法估算的石灰需求量均隨土壤酸緩沖容量的增加而增加，以砂黏質紅泥(紅壤)較高，泥砂田較低。這一結果表明，平原地區耕地土壤酸化改良的石灰需求量一般低于低丘紅壤。這可能與相同pH值條件下低丘紅壤的交換性酸含量高于平原耕地土壤有關。此外，土壤有機質含量較高的土壤，調整土壤pH時需要的石灰用量相對較高。

表1 供試土壤樣品的基本性狀

表2 基于不同方法估算的各土壤樣品的石灰需求量 單位：t·hm-2

對比分析結果可知，不同方法計算的石灰需求量有一定的差異。無論是要將土壤pH值校治至5.5、6.5，還是7.0，基于緩沖曲線法估算的石灰需求量始終最低。相關分析表明，滴定法與培養試驗法估算結果的相關系數在0.967 0～0.995 4，而緩沖曲線法與培養試驗法估算結果的相關系數在0.787 3～0.936 5。滴定法的估算結果與培養試驗法更為接近，相關性更高。導致滴定法與緩沖曲線法估算結果差異的原因可能是：滴定法試驗時采用氫氧化鈣作為堿性物質，與土壤改良時實際應用的石灰石粉的性狀接近；而緩沖曲線法試驗時所用的酸、堿試劑均為強酸和強堿，它們與土壤作用完全，達到某一設定的pH值變化所需的酸或堿用量比土壤改良時所用的石灰石粉(碳酸鈣)量要少。

從表2結果還可以看出，當用交換性酸直接計算石灰需求量時，其值要低于用水解性酸直接計算的結果，后者比前者高36.21%～148.90%，平均高83.22%。這可能與交換性酸測定交換出主要為礦物膠體上釋放的酸，對有機物質中交換性氫的交換不夠完全有關。對于有機質含量較高的土壤，分別基于水解性酸與交換性酸計算的石灰需求量的差異(平均相差103.78%)要比有機質含量較低的土壤(平均相差62.67%)更為明顯。

與調整pH值至7.0時用培養試驗法計算的石灰需求量相比，基于水解性酸計算得到的石灰需求量要高出6.97%～26.90%，而基于交換性酸計算得到的石灰需求量要低出17.59%～56.93%，即基于交換性酸估算的石灰需求量偏低，而基于水解性酸估算的石灰需求量偏高，總體上以基于水解性酸估算的石灰需求量較為接近培養試驗法的結果。

3 小結

本研究以縉云縣典型酸化農田土壤樣品為材料，分別采用滴定法、緩沖曲線法、交換性酸計算法和水解性酸計算法估算校治酸化土壤的石灰需求量，并與培養試驗法的估算結果進行比較，認為滴定法估算的石灰需求量較符合實際。縉云縣平原耕地土壤的酸緩沖容量明顯低于低丘紅壤，相應地，對其進行降酸處理所需要的石灰量也低于相似酸度的紅壤。校治酸性土壤的石灰需求量隨土壤黏粒含量和有機質含量的增加而增加。