施用石灰類物質改良酸性土壤的原理與方法

趙占周

我國的酸性土壤大都含鋁較多，交換性鋁是造成土壤溶液中氫離子多，表現酸性的主要原因。因此，改良這類土壤的策略之一，就是減少土壤膠體顆粒上吸附的可交換性鋁離子，然后使其進一步生成不溶于水的三水鋁石，同時中和土壤溶液中的氫離子。

含有碳酸鈣、氧化鈣和氫氧化鈣的一大類物質統稱石灰類。施用石灰類物質改良酸性土壤效果好且成本低，歐美國家很多年前就開始研究和應用，我國一些地區也應用多年，但很多人還不了解石灰類物質改良酸性土壤的原理，在施用量和施用方法上也不夠嚴謹。超量施用石灰類物質后，很容易造成鐵、銅、錳、鋅缺乏，磷的有效性降低，硼的吸收被抑制等不良后果。

鑒于以上原因，筆者翻譯了一部分國外資料，并參閱了國內文獻，現將對石灰類物質改良酸性土壤的原理及施用方法等相關內容的理解分享給讀者。

1? ?石灰類物質改良酸性土壤的原理

石灰進入土壤以后的總體反應如圖1所示，具體過程如下：

1）石灰類物質的主要成分碳酸鈣和土壤溶液中的氫離子發生解離反應，也就是通常說的溶解過程，碳酸鈣首先解離為碳酸根離子和鈣離子，一部分碳酸根離子繼續解離為二氧化碳和水，在反應中，實際上有碳酸根離子、鈣離子、二氧化碳和水幾種成分同時存在。用一個簡單的化學式表示：

CaCO3+2H+? ? Ca2++CO2+H2O

2）土壤溶液中的鈣離子把土壤膠體顆粒上吸附的鋁離子交換下來（如圖2所示）。

3）這些鋁離子進入土壤溶液之后和水發生解離反應，兩個3價的鋁離子和6個水分子反應生成兩個不溶于水的三水鋁石，同時生成6個氫離子。

2Al3++6H2O? ?2Al（OH）3+6H+

4）第一步產生的碳酸根離子和第三步產生的氫離子中和，生成二氧化碳和水。

3CO32-+6H+? ? 3CO2+3H2O

2? ?改良酸性土壤常用材料

2.1? ?石灰類物質? ?能夠中和土壤酸性的石灰是一大類物質，包括石灰石、生石灰、熟石灰等，雖然這些石灰類物質主要成分不一樣，但它們的中和原理相似，所以又把施用這類物質用以改良土壤酸性的活動叫石灰化，或叫石灰化土壤。

1）石灰石。包括以含碳酸鈣為主的方解石和含碳酸鈣鎂為主的白云質石灰巖。白云質石灰巖除了含碳酸鈣，還含有碳酸鎂，因為二者都是天然巖石，使用前需要加工成粉狀、粒狀或懸浮液。

2）生石灰。石灰石經高溫燒制形成以含氧化鈣為主的石灰材料。生石灰改良土壤酸性反應最快，因為它與水的反應速率最高，但也容易灼傷操作者的皮膚和眼睛，甚至對肺部也有影響，所以，這類材料大都裝在紙袋里儲運。

3）熟石灰。生石灰遇水生成氫氧化鈣，就是熟石灰，也是常用的房屋建筑材料。它的中和能力和反應速率也很強，也具有腐蝕性。

4）泥灰巖。一種常與泥土混合在一起的潮濕、未固化、柔軟的碳酸鈣沉積物，大都夾雜在石灰巖與黏土巖之間，呈薄層狀。泥灰巖也是生產水泥的原料。它的中和能力比碳酸鈣略低一些，具體取決于黏土的比例。

2.2? ?其他物質? ?除了石灰類物質，能夠改良土壤酸性的天然礦物還有很多，比如硅酸鈣。硅酸鈣有兩個來源，一個是從沿海地區的天然礦床中采集的天然礦物，其中和能力相當于純碳酸鈣的60%～70%。另一個是煉鐵過程中產生的礦渣副產品。在鐵礦石的高爐還原過程中，碳酸鈣失去二氧化碳生成氧化鈣，氧化鈣再和熔融的硅結合成含有鈣、鎂和磷的爐渣。爐渣中和酸性的能力取決于鐵礦石的來源和煉鐵工藝。

另外，眾所周知的草木灰也是中和土壤酸性的材料，但其中和能力往往因為植物種類、生長時期等差別很大。

燃煤電廠的煤灰也可以用來改良酸性土壤，但其中和能力及其重金屬含量等需要提前化驗分析。

3? ?石灰類物料用于酸性土壤改良時的施用量

具體用量需要綜合三方面數據來確定，一是土壤性質及其pH值，二是石灰類材料的中和能力及其細度等加工形式，三是土壤pH值的提升目標。

1）土壤性質不同，石灰施用量往往差別很大。這里的土壤性質主要包括土壤質地、土壤陽離子飽和度及其緩沖能力等。

土壤酸性有3種，一種是土壤溶液的酸性——活性酸，一種是被土壤膠體吸附的鋁離子和氫離子的酸性——交換性酸，一種是富鋁土壤中不可交換性鋁的酸性——殘留性酸。后兩種統稱為潛在性酸。潛在性酸的大小和土壤有機質及土壤中黏粒的含量有直接關系。富含有機質的偏黏土壤，土壤膠體顆粒吸附能力強，土壤陽離子飽和度高，緩沖能力強，需要更多的石灰施用量才能把鋁離子交換到土壤溶液中，然后再將其中和。

2）不同石灰類材料的土壤酸性中和能力也不一樣。理論上，純碳酸鈣中和酸性的能力，即碳酸鈣當量CCE為100%，也是檢測其他石灰材料的標準。方解石及白云質石灰巖都是天然礦物，肯定含有其他雜質。一般的，方解石含有≥85%的碳酸鈣，以及少量碳酸鎂和其他礦物，CCE值小于100%。白云質石灰巖同時含有碳酸鈣和碳酸鎂，且碳酸鎂含量至少為15%，因此白云質石灰巖的CCE值大于方解石，比方解石更高，但反應速率慢，所以，它們在田間實際表現上差異不大，主要還是看是否有必要補充鎂。各種石灰材料的碳酸鈣當量值，也就是中和酸性的能力，見表1。

3）石灰類材料的粒度對施用量也有影響。石灰類材料與土壤充分接觸之后才能產生更好的中和反應。這一方面需要合適的混合機械和方法，也同時需要石灰材料具有較小的細度。理論上，細度越小比表面積越大，意味著它們與土壤顆粒接觸和反應更充分，中和效果越好，所需要施用的石灰量也隨之減少。比如，在某種土壤中施用石灰的時候，如果1 hm2需要50目的石灰粉為2 t的話，換成100目的 石灰粉1 t就夠了，但這在成本上可能會有所增加。

生石灰和熟石灰自身的粒度都很小，但石灰石需要進一步磨碎、過篩，或者加工成特定粒度的顆?；驊腋∫骸?/p>

4）根據計劃要種植的植物及其對土壤pH值的要求，在改良酸性土壤之前，需要確定一個適宜的pH值提升目標，根據這一目標以及其他因素來計算需要施用的石灰類材料的量。這首先要清楚植物的適宜pH值，然后從田間取樣進行土壤酸堿度滴定分析。美國開發出幾種適合不同土壤類型的土壤緩沖溶液滴定法，把土壤溶液添加到已知堿度的緩沖液中，緩沖溶液的pH值隨土壤溶液添加量成比例下降，下降的值與土壤酸度及石灰施用量有關系，從而計算出石灰的施用量。

4? ?石灰類材料的施用方法

1）施用時機。大多數情況下，應該在種植前幾個星期或更早施用，以使石灰材料有足夠時間與土壤發生反應，特別是氧化鈣和氫氧化鈣這些具有腐蝕性的物料，如果施用時間接近種植時間，就有可能影響苗木（或種子）的萌發和生長。在確保生長安全的基礎上，粒度較小的石灰類材料可以更快地降低土壤酸度，提升pH值，從而可以在距離種植期更近一些的時間施用。

2）施用頻率。取決于土壤質地、土壤有機質含量、耕作模式、降水情況等，沙質土需要較頻繁地施用，黏質土則需要間隔更長時間。一般的，3～5年施用1次比較合適，具體時間的把控需要參考土壤檢測分析結果。

3）施用深度。雖然許多1年生植物的根系大都集中在15～20 cm深的土層中，但植物根系也可以延伸至更深的土層中吸收水分和養分，這對于干旱時期的植物來說至關重要。石灰類材料中的鈣和鎂等“堿性”元素不容易向下層土壤移動，所以理論上要盡可能地把石灰類材料施入50～60 cm深的土層中，大量試驗也表明，這樣確實能夠更加增產，但也會受到機械和成本限制。

美國人使用一種特殊機械把石灰材料施入土壤的一個窄槽中，然后讓植物根系在那里生長，并穿過它延伸到更深的土層中。

還有人通過促進蚯蚓的繁殖和活動，讓蚯蚓把石灰帶進更深的土層中。

4）施用方法。傳統耕作園的土壤改良，建議分層施用石灰類材料，先撒施一半的石灰，旋耕或深耕，然后再撒施另一半，再旋耕，盡可能使石灰類材料與土壤充分混勻。對于免耕園，其表層土壤中積累了更多的植物殘體，故而其酸性更強，如果下部土層的pH不算低，把石灰施用到表層土壤即可，但這需要更頻繁地施用。如果底部土層的pH值很低，最好? 在進行免耕管理之前就想辦法把石灰施入深土層中。

5? ?小結

從以上可以發現，利用石灰類材料改良酸性土壤并沒有我們想象得那么簡單，這可能也是我國目前需要解決的問題之一。盡管從商業運營角度來說，簡單實施就是低成本高利潤，但鑒于我國酸性土壤的類型很多，企業主動擔負起土壤分析和施用量的確定，以及施用方法上的指導，讓生產者簡便、高效和可持續地享受到科學合理使用石灰類物質改良酸性土壤的好處，也是破解當前農業技術推廣及農資產品運營困境的一個不錯的選擇。