縉云縣耕地土壤酸化及其預(yù)防與治理思考

周楊，姚岳良，施麗珍，陳建霞，章明奎

(1.縉云縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 縉云 321400； 2.浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058)

土壤酸堿度是土壤最為重要的基本性狀之一，其可通過改變土壤養(yǎng)分的有效性、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、生物的活性及污染、有害物質(zhì)的積累等方式對土壤肥力及農(nóng)作物生長產(chǎn)生顯著的影響。全球范圍內(nèi)自然成土形成的酸性土壤主要分布在濕潤的熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)。然而，隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，大氣酸性物質(zhì)沉降發(fā)生頻率與農(nóng)田化肥施用量的增加，中國酸性土壤的分布面積與土壤酸度均呈現(xiàn)增加的趨勢[1-5]，土壤酸化已成為中國多地糧食持續(xù)穩(wěn)定高產(chǎn)的重要限制因素。據(jù)Guo等[5]研究結(jié)果，20世紀80年代至2000年，中國南方丘陵紅壤pH下降達0.23～0.30單位，華北平原農(nóng)地pH下降達0.27～0.58單位，東北黑土分布區(qū)土壤pH下降高達0.32～0.72單位。縉云縣位于浙中南部丘陵山區(qū)，地處中亞熱帶，水熱豐富，地帶性土壤為紅壤，脫硅富鐵鋁化強烈，自然土壤多呈酸性。近30 a，縉云縣農(nóng)業(yè)呈現(xiàn)多元化方向發(fā)展，單位面積農(nóng)田化肥用量成倍增加，大大加劇了耕地土壤的酸化。為了分析全縣耕地土壤的酸化狀況，作者多次開展縣境內(nèi)農(nóng)田土壤的采樣調(diào)查。本文在分析縉云縣耕地土壤酸化現(xiàn)狀、影響因素的基礎(chǔ)上，從預(yù)防與綜合治理2個層面探討防控耕地土壤酸化的技術(shù)措施。

1 材料與方法

分別于2012年前后和2016年對全縣農(nóng)田土壤進行酸化調(diào)查。其中：2012年調(diào)查覆蓋全縣主要農(nóng)田，包括水田、旱地和園地等，共計取表層土樣2 006個；2016年調(diào)查主要針對茭白田，共采集50個表層樣品和6個剖面的分層土樣。采集的樣品采用常規(guī)方法處理，土壤pH采用電位法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 2012年的情況

統(tǒng)計結(jié)果表明，由于母質(zhì)來源與成土環(huán)境條件的差異，縉云縣耕地土壤酸堿度有較大的變化，pH最低值為3.20，最高值為8.20，相差達5.00個單位。全縣耕地土壤的pH值中值為5.10，平均為5.17。分組統(tǒng)計可知，耕地土壤pH主要在4.5～<5.5，占分析樣品數(shù)的71.7%；土壤pH在5.5～<6.5和6.5～<7.5的樣品數(shù)比例分別為12.6%和1.6%；土壤pH值在7.5～8.5的樣品數(shù)比例只有0.4%；而土壤pH值在<4.5的比例為13.7%。總體上，縉云縣耕地土壤以酸性和微酸性為主。

縉云縣耕地土壤類型包括水稻土、潮土、紅壤、黃壤和巖性土。按土壤類型對耕地土壤pH進行統(tǒng)計，水稻土(n=1 588)、潮土(n=14)、紅壤(n=312)、黃壤(n=42)和巖性土(n=50)pH分別為3.2～8.2、3.9～5.7、3.5～6.6、3.7～6.0和4.1～8.3，平均分別為5.07±0.56、4.86±0.43、4.76±0.54、4.72±0.59和5.26±0.79。縉云縣各土類耕地的pH平均值在5.5以下，呈現(xiàn)明顯的酸化。pH最低的為黃壤與紅壤，稍高的為巖性土。

縉云境內(nèi)耕地分布的地貌有低丘(n=907)、低丘大畈及河谷平原(n=64)和高丘(n=1 035)等，相應(yīng)的土壤pH分別為3.2～7.5、4.6～8.2和3.5～8.3，平均分別為5.10±0.52、5.50±0.90和4.92±0.58，3類地貌類型土壤pH以低丘大畈及河谷平原的耕地為較高，低丘和高丘區(qū)土壤pH低于低丘大畈及河谷平原。

2.2 2016年的情況

縉云縣有較長的茭白種植歷史，其種植模式包括雙季茭白、單茭兩茬和單季茭白。統(tǒng)計表明，雙季茭白土壤pH為4.61～5.40，均值為5.01，變異系數(shù)為5.4%；單季茭白土壤pH為4.84～5.40，均值為5.09，變異系數(shù)為3.5%；單茭兩茬土壤pH為4.69～5.27，均值5.03，變異系數(shù)為3.3%。3種茭白種植模式土壤pH都在4.50～5.50，說明茭白種植模式對農(nóng)田酸化的影響較小(表1)。

表1 不同種植模式茭白田土壤pH值的等級劃分

表2可知，6個剖面的土壤都呈酸性，但土壤pH均呈現(xiàn)向表層降低的趨勢，表土酸化明顯，底土酸化不明顯，說明土壤酸化是外部物質(zhì)輸入的結(jié)果，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動等有關(guān)。

2.3 近30 a的變化

據(jù)20世紀80年代初縉云縣第二次土壤普查986個代表性水田樣點分析結(jié)果，土壤pH 4.5～5.5的樣點比例占56.6%，5.5～<6.5的樣點占41.6%，6.5～<7.5的樣點占0.9%，7.5～<8.5的樣點占0.9%。2012年前后耕地土壤pH對比第二次土壤普查的結(jié)果，縉云縣水田土壤pH呈現(xiàn)下降，土壤酸度增加，pH在5.5以下的耕地比例明顯增加。

表2 不同種植時間茭白田土壤pH值的剖面分布

2.4 土壤酸化的原因

土壤酸化可以歸結(jié)為土壤中氫離子濃度增加的過程，或者說是土壤酸強度由低變高的過程。土壤酸化既是一個持續(xù)不斷的自然演變過程，同時該過程也深受各種人為活動的影響。在自然狀態(tài)下，土壤酸堿性主要受氣候、成土母質(zhì)等成土因子控制，由于自然條件下輸入土壤的酸性物質(zhì)相對較少，pH每下降一個單位常常需要上百年甚至上千、上萬年的時間， 因此，自然土壤的酸化過程是一個較為緩慢的過程。但現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不合理的施肥或工業(yè)污染物的排放可導(dǎo)致大量的酸性物質(zhì)進入土壤，加速了土壤的酸化[6-8]。近30 a，縉云縣耕地土壤pH值的明顯下降原因是多方面的：1)自然風(fēng)化。縉云縣地處濕潤亞熱帶，高溫、多雨的成土環(huán)境加之酸性巖等成土母質(zhì)可引起土壤鹽基物質(zhì)的強烈淋洗，引起土壤交換性物質(zhì)的增加，但這種酸化的速率一般較小。2)化肥特別是生理酸性肥料的超量施用。近30 a，縉云縣化肥施用量增加明顯，由于經(jīng)濟作物種植面積的增大，化肥超量施用非常明顯。氮肥特別是銨態(tài)氮肥進入土壤后經(jīng)過一系列的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程最終造成土壤H+增加，大大促進了土壤酸化[2，9]。3)水田改種旱地。近年來，縉云縣大面積的水田改為經(jīng)濟作物后，土壤中酸性緩沖物質(zhì)明顯減少，與此同時，化肥投入量的增加等，加快了土壤中酸性物質(zhì)的積累。4)作物收獲。作物的高產(chǎn)需消耗大量的銨、鉀、鈣、鎂等離子，并隨收獲物的轉(zhuǎn)移而脫離土壤，這就是所謂的生物脫鹽基化作用[10]，生物脫鹽基化作用留下的酸根離子可導(dǎo)致土壤酸化。在當(dāng)前依靠化肥支撐作物產(chǎn)量的生產(chǎn)模式下，農(nóng)作物產(chǎn)量越高，從土壤中移走的鹽基離子越多，土壤酸化越嚴重。

3 減緩耕地土壤酸化的途徑

通過對縉云縣耕地土壤酸化原因的分析，認為耕地土壤酸化在一定程度上是可以預(yù)防的。對于具有潛在酸化趨勢的土壤，通過合理的土壤管理可減緩?fù)寥赖乃峄M程。

3.1 科學(xué)施肥與水分管理

3.2 秸稈還田和高質(zhì)量有機肥施用

各類作物秸稈還田能改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機質(zhì)的積累，減少鉀、鈉等堿性物質(zhì)的流失，增加土壤對酸性物質(zhì)的緩沖作用，弱化土壤酸化。因此，酸性土壤增加施用優(yōu)質(zhì)有機肥或生物有機肥，不僅能提高土壤生產(chǎn)力，而且還能有效減緩?fù)寥浪峄?/p>

3.3 優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)

4 酸化耕地土壤的綜合治理

近半個多世紀以來，耕地土壤酸化已成為影響農(nóng)業(yè)持續(xù)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境惡化的一個重要因素，酸化土壤的治理也成為許多地區(qū)土壤質(zhì)量研究的熱點，國內(nèi)外就酸化土壤的治理已積累了較多的經(jīng)驗和方法。目前，用于酸化土壤治理的改良劑已由傳統(tǒng)的石灰性或堿性礦物質(zhì)(石灰、石膏、磷礦粉等)轉(zhuǎn)變?yōu)榱畠r、易得的堿性工業(yè)副產(chǎn)品與有機物質(zhì)等。

石灰及石灰石粉是治理酸化土壤常用和有效的改良劑。研究表明，石灰可以迅速有效地降低酸化土壤的酸度，還能補充土壤中的有效鈣滿足植物生長需要，但長期施用石灰會導(dǎo)致土壤復(fù)酸化現(xiàn)象[12]。人們也發(fā)現(xiàn)，利用礦物及工業(yè)廢棄物(磷石膏、白云石、磷礦粉、粉煤灰與堿渣等礦物及制漿廢液污泥)也可降低土壤酸度[13]，但礦物及工業(yè)廢棄物中常含有有毒金屬元素，在應(yīng)用時應(yīng)注意污染風(fēng)險。

有機物質(zhì)是傳統(tǒng)的土壤改良劑，不僅能提供農(nóng)作物生長需要的養(yǎng)分，改良土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤生物的活性，還可有效增強土壤對酸性物質(zhì)的緩沖能力。進入土壤的有機物質(zhì)可與土壤中的單體鋁復(fù)合，大大降低交換性鋁的濃度，減免對農(nóng)作物的鋁毒作用。可用于酸化土壤治理的有機物質(zhì)包括各種農(nóng)作物的秸稈、家畜糞肥、綠肥等。此外，近年研究表明，生物質(zhì)炭與草木灰對酸化土壤改良具有很好的效果，其呈現(xiàn)堿性，可以直接中和土壤酸度，降低鋁毒[14]。縉云縣植物物料資源豐富(如茭草)，如能利用這些植物物料資源開發(fā)生物質(zhì)炭，一方面可以解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對改良劑的需求和農(nóng)村廢棄物的處置問題，另一方面還節(jié)約了改良酸性土壤的成本。

由于土壤酸化成因復(fù)雜，對酸化耕地的治理宜采取綜合措施，在施用石灰性改良劑降低土壤酸度的同時，還應(yīng)增加有機肥和生物肥的施用。目前，國內(nèi)外在改良酸化土壤時多選擇單一化學(xué)品(如石灰或白云石)，常用石灰或石灰石粉，因此，還需加強綜合改良技術(shù)的研究。在日常施肥管理中，重視秸稈還田和有機肥的施用，強化平衡施肥，防止因營養(yǎng)元素平衡失調(diào)等增加土壤的酸化。另外，在酸化農(nóng)區(qū)，應(yīng)開展土壤障礙因子診斷和矯治技術(shù)研究，通過生物修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、物理修復(fù)等多種技術(shù)，選擇環(huán)境友好型土壤調(diào)理劑，進行土壤酸化的綜合防控。如何開發(fā)新型高效、廉價和綠色環(huán)保的酸性土壤調(diào)理劑是今后需要強化的內(nèi)容。