植烟土壤酸化及改良技术研究进展

张 东，扈 强，杜咏梅，付宪奎，侯小东，窦玉青，刘新民*

（1.中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；2.广东中烟工业有限责任公司，广州 510610）

土壤酸化是指土壤中盐基离子被淋失而氢离子增加、酸度增高的过程，此过程主要由自然因素和人为因素引起。在自然条件下，此过程是缓慢且不显著的；但近几十年来，人为因素造成的土壤酸化问题日趋严峻，严重危害土壤环境质量和作物的生长发育，造成巨大的经济损失。近年来的研究表明，我国土壤酸化已呈严重趋势。据统计，上世纪80年代之后的20年内，我国酸化土地面积已达到全国耕地面积的40%以上[1]。2010年2月19日世界级杂志《科学》上指出，由于过量施用化肥的原因，从上世纪 80年代早期至今，我国各地土壤的pH平均下降了0.13～0.80个pH单位；李金成等[2]对华南地区土壤酸化现状的研究中发现，华南地区土壤pH较第二次土壤普查时下降了0.2～0.5个pH单位；钟武云等[3]发现湖南地区土壤pH在2006—2010年间从平均的6.4下降到5.9，其中最大的下降了 2.1个单位；文星[4]等进一步研究发现湖南省耕地土壤酸化面积现已占全省面积的72.6%，同时还有进一步酸化的趋势；李霁等[5]对森林土壤定点分析得出，我国中南部地区土壤也已达到极酸水平。江泽普等[6]对广西土壤研究发现，广西地区土壤pH平均只有4.83。

良好的土壤质量是作物生长的前提，酸化土壤会对作物生长发育产生至关重要的影响。比如土壤酸化可以活化土壤中重金属离子[7]，从而最终影响作物品质[8]。徐丽等[9]对长江三角洲土壤酸化地区造成水稻中Gd含量达到国家标准2倍以上而降低食用价值的研究也得出了相似的结论。此外研究还发现，作物长期处于较低土壤pH环境下会降低作物发芽率[10]、增加作物病害的发生率[11]等。

烟草生长同样对植烟土壤pH有严格的要求，一般在 5.5～6.5的土壤较为宜。烟草工作者研究发现，土壤pH过低，则不利于烟草生长发育和烟叶品质的形成[12-14]。近年来，我国产烟地区土壤酸化日趋严重，对产烟区土壤酸化的研究也越来越受社会各界的关注。尤开勋等[15]对湖北省宜昌市烟区土壤进行分析得出，宜昌烟产区酸性土壤面积高达76%以上。根据全国平衡施肥普查结果显示，我国主要植烟土壤中有很大一部分土壤pH低于烟草最适生长 pH，以南方烟产区为主，此类植烟土壤对烟草生长和优质烟叶的生成有不利影响[16]。笔者在此主要评述土壤酸化对烟草生长、烟叶品质的影响及土壤酸化的改良技术。

1 土壤酸化

1.1 土壤酸化的原因

土壤酸化是土壤酸度由低变高、持续不断的自然过程。引起土壤酸化的原因有很多，主要分为自然因素和人为因素两类。自然因素包括：天然酸的形成引起土壤酸度增加，如动植物呼吸产生碳酸以及动植物残体分解产生的有机酸等[17]；自然多雨条件下，降水量大大超过蒸发量，土壤溶液中的盐基离子在强烈的淋溶作用下随渗透水下移，使土壤中易溶盐减少造成土壤酸化[18]。自然因素引起土壤酸度变化的过程及其缓慢，但人为因素却大大的加速了土壤酸化的进程，主要包括:（一）酸雨的沉降。大量酸性气体，如二氧化硫和含氮化合物等的排放导致酸雨沉降增加[19]；(二)不恰当的农业措施。如大量化学肥料特别是生理酸性肥料的施用、施用量和使用方法不当或土壤中的碱性物质因农作物收获而带走等[20-22]，都会不同程度的加速土壤酸化的进程。

1.2 土壤酸化的机理

土壤酸化过程，本质就是氢离子增加、盐基离子较少、以及铝离子水解的过程。氢离子主要来源于水的解离、碳酸的解离、有机酸的解离等过程，此外酸性沉降及生理酸性肥料的施用也是氢离子较为重要的来源过程。随着土壤中氢离子的增多，破坏了原有的盐基平衡，氢离子替代原土壤中的盐基离子，被置换下的盐基离子随着渗透水下降而移动减少。多雨条件下的淋溶作用也会引起盐基离子的降低。氢离子的附着不利于土壤胶体中铝氧八面体的稳定，过多氢离子存在的情况下会破坏铝氧八面体，造成活性铝离子的释放。游离的铝离子根据其水解程度会产生1～3个氢离子，进一步加剧土壤酸化的程度。

1.3 土壤酸化的危害

土壤酸化使土壤中盐基离子减少，造成土壤贫瘠，引起土壤肥力下降。土壤酸度提高还会降低于土壤中微生物和有关酶类活性[23-24]，从而不利于植物的生长发育；土壤酸化使土壤中H+增加，净电荷减少，造成钙、镁、钾等养分离子的吸附量显著减少，使植物在生长过程中易产生缺素症等症状[25]；且随着土壤pH的降低，矿物结构和有机络合态的锰、铝等均被激活，从而使土壤中铝离子和锰离子的大量溶出，而作物的根系吸收锰和铝的主要分布区，且很少向地面部分转移，这就会造成根尖显著膨大，没有侧根和根毛，很多为死根，出现作物中毒现象[10]，造成作物的死亡（特别是果树类作物）；土壤中重金属离子的溶出造成作物吸收大量可溶性重金属离子，降低农产品品质甚至会影响动物及人的健康[5,26]；此外，酸化土壤还可以增加作物病害的发生率[27-28]，最终影响作物产量。

2 土壤酸化对烟草产量的影响

2.1 土壤酸化对烟草生长的影响

土壤酸化对作物根系的正常生长发育影响较为显著。对于烟草而言，主要影响其根系的生长。研究中发现，烟草不同生育时期的根体积、干质量、根系吸收面积在根际pH从7.5下降到4.5的条件下都呈降低趋势[12]，此表明土壤pH低不利于烟株根系的生长发育。杨宇虹[29]等人的研究结果同样证明了上述观点，根际pH在7.5～5.4范围内，烟株根系生长良好。 当根际土壤pH降低到5.4时，＜3mm的细根系重量有所减少，并与土壤pH之间表现出显著的相关性。综上述研究，说明土壤pH对烟株生长有较为重要的影响，较低的土壤pH不利于烟株的正常生长发育，土壤酸化对烟株的生长会产生不利影响，不利于其根系生长发育，进而对烟株的生长表现出抑制的现象。

2.2 土壤酸化对产量的影响

烟田土壤酸化条件下，土壤中矿质元素含量会降低[25]，土壤微生物活性受抑制[23-24]，此不利于烟株生长，进而造成烟草减产；酸化条件有利于土壤中有机质的分解转化为有效态的氮，但这些有效态氮可进一步转化为硝态氮，在多雨地区很容易造成氮素淋失。硝酸还原酶（NR）是烟株中NO-3还原的限速酶，与烟株氮素的吸收密切相关。有研究发现，土壤 pH 对NR活性有明显的影响，土壤酸化降低了烟叶中 NR活性[30]，不利于烟株对氮素的吸收利用，从而不利于烟草产量的形成；pH也是影响土壤中磷的有效性的重要因素，过高或过低都会加剧对磷的固定，pH 在5.5～7.5，磷的有效性最高，而土壤酸化条件下，磷的有效性降低[31]，也不利于烟草经济产量的形成；研究还发现，烟田酸化会加剧烟草病害的发生率[28]，进而造成烟草减产。

余涛[13]等研究发现，土壤中有效硼含量与土壤pH 之间存在着正相关关系，当土壤pH由4.5上升至8.5时，有效硼占全硼含量百分率由0.2上升至1.2%，而酸性土壤对硼的吸附力减弱，在高温多雨条件下，表现出较强的淋溶损失。而林跃平等[14]进一步研究表明，试验条件下，硼等微量元素对烟草生长过程中株高、茎围、叶数、最大叶片长宽乘积、叶片厚度等，有着不同程度的影响。因此，烟田酸化会降低土壤中硼含量并最终影响到烟草的产量。

3 土壤酸化对烟草品质的影响

烟叶中主要化学成分的含量及比值，在很大程度上影响着烟草内在质量的优劣，烟草内在质量主要包括烟叶内各种化学成分的数量和协调性、烟叶燃烧时的香气、吃味、劲头、刺激性等[32]。烟叶中烟碱是影响卷烟劲头的主要因素，去除过高烟碱可提高烟草品质；香味成分与烟草感官质量呈正相关；烟叶总糖、还原糖含量与烟草品质成正比；蛋白质、总氮含量与烟草品质成反比[33]。

早在20世纪80年代，学者就对土壤pH与烟叶质量的关系进行了研究。结果表明，土壤pH与烟叶外观质量、内在化学成分和评吸质量之间均存在着不同程度的关系[34]。根据郭培国等[35]研究，土壤pH在6.5～7.5范围内变化时，烤后烟叶的还原糖含量适中，保持相对稳定，而超出此范围，还原糖含量则明显升高；烤后烟叶中蛋白质含量在超出最适生长pH范围时，随土壤pH的变化而下降；烤后烟叶的总氮含量基本上是随 pH的变化而下降。寇洪萍[36]的研究结论与其较为一致：在 pH 7.5～4.5的范围内，随土壤pH的下降，烟叶的烟碱含量增加。徐晓燕等[37]的水培研究则发现营养液土壤pH在5.5～7.5的范围内，有利于烟叶香气物质的形成，烟叶的香气吃味较好。周俊[38]研究也表明pH过低的土壤，烟叶中的烟碱含量有增加的趋势,糖碱比则趋于不协调。烟田酸化造成土壤pH下降，引起烟草内部化学成分含量及比例不协调，从而不利于烟草品质的形成。

此外，土壤酸化条件下，土壤溶液呈酸性，提高了土壤溶液中重金属离子的活化性，加剧了烟株对金属离子的吸收，造成烟叶中重金属离子的含量较高。而烤烟吸收过多铝离子将导致叶内细胞出现毒害，形成“黑色烟草”[39]。高水平的铁、锰含量也被认为是导致“黑色烟草”和“灰色烟叶”的主要原因[40]。

4 改良技术

对烟田酸化土壤的改良，主要从2个方面开展进行：一是改变施肥方式[41]；二是酸化土壤改良，提高其pH。将土壤pH控制在适宜烟株生长的最适范围，为优质烟叶提供良好的土壤环境。

4.1 改变施肥方式

4.1.1 合理施肥 据调查统计，1978—2007年近30年中，我国化肥施用量增长了 1400%以上[42]，氮肥的过量施用已成为造成我国农田土壤酸化的主要原因之一[42]。因此，农田选择氮肥时应减少酸性或生理酸性肥料的施用，选择对土壤酸化影响小的尿素、碳酸氢铵类肥料[43]。另外，要避免单一肥料施用，防止土壤营养失衡。应在施用氮肥的基础上注意增加钾肥，补充微量元素[44]。此外，施肥时也不是量越多越好，应做到科学施肥，以减少对环境的污染。

4.1.2 施用有机肥 有机肥可以提高土壤对酸化的缓冲能力[1]，在分解过程中能同时形成腐殖质，为土壤微生物提供良好的生活条件，土壤微生物分泌的生物酶可以破开土壤胶体吸附的氢离子，减少酸性物质形成；有机肥还可提高土壤的吸附能力。因此，适当增施有机肥，可以提高土壤缓冲能力，使土壤pH在自然条件下不会因外界条件改变而剧烈变化。

4.2 改良酸化土壤

4.2.1 传统改良剂 传统改良剂除了生石灰（或石灰粉）以外，也包括近年来广泛使用的矿物及工业副产物。酸性土壤中施用石灰可以提高土壤 pH，增加养分有效性，改变土壤理化性质。董昭皆等[45]的实验表明，对土壤酸化十分严重的地块，每667m2施用石灰100～150 kg，可以快速提高pH。施用石灰同样有利于烟叶质量的提高,适量施用石灰可使烟叶总氮/烟碱值、总糖/烟碱值降低，烟叶成分较为协调，评吸质量也有所提高[46]。沸石、白云石、粉煤灰等改良剂在土壤酸化中也得到广泛应用。如沸石可以提高土壤对铵离子、磷酸根离子和钾离子等的吸附能力；烟田土壤中施入白云石粉，土壤pH明显提高，烟叶氯含量明显降低，还原糖含量、钾/氯值明显提高，烟叶品质及协调性得到了较大的改善[47]。由于生石灰、白云石等与土壤反应较为缓慢，因此烟田施用前要筛匀筛细，移栽前 1—2个月条施、翻耕。

4.2.2 新型改良剂 近年来，石灰炭，轻烧粉作为新型改良剂逐渐引起人们的重视。郑福丽等[48]研究发现，在闲地土壤和酸化较为严重的土壤上，施用石灰炭与轻烧灰混合各半，且用量为 1‰时效果最好。此外，越来越多的高技术产品也开始应用到酸化土壤改良上。如：纳米羟基磷可以吸附土壤溶液中铜离子和锌离子[49]。此外，微生物技术也可以对酸化土壤进行改良，郭秀珠等[50]应用某种微生物肥料改良土壤，发现它可以很好地降低土壤酸性，提高土壤速效肥力。

4.2.3 农艺措施 适宜的农艺措施，也可以有效的对酸化土壤进行一定程度的改良。张国见等[51]通过调查拉萨不同种植类型（种粮、露天种菜、温室种菜）对土壤酸化的影响时发现，减少灌溉用水量可以有效缓解土壤酸化进程；李志勇[52]等研究发现，可以利用香樟混交来改良酸沉降区马尾林的酸化土壤；对酸化烟田而言，可以采用免耕覆盖秸秆栽培技术或地膜覆盖技术来延缓土壤酸化。

5 展 望

据统计，我国主要植烟土壤中有超过20%的土壤pH低于5.5，其主要分布在南方主产区[16]。近年来，对于植烟土壤酸化改良技术方面的研究越来越多，对酸化土壤的控制也取得了不同程度的效果。与国外研究相比，国内比较注重模拟酸雨沉降对土壤pH影响过程或室内试验的研究，但缺乏长期室外试验定位研究，导致国内对酸雨沉降和农业措施对土壤酸化的影响程度无法准确的进行定量的分析和描述。

目前国内对酸化土壤改良技术方面的研究，主要集中在利用化学改良剂对酸化土壤进行调节方面。随着研究的不断深入，此类改良技术的弊端也日渐明朗，例如：酸性土壤中施用石灰，短期内土壤pH会有明显提高，但长时间施用则会出现复酸化现象，加剧土壤酸化；长期施用石灰还会造成土壤肥力下降，形成“石灰板结田”[53]。此外，矿物、工业副产物本身就带有重金属离子，虽然量很少，但长期施用仍然会存在着污染环境的风险。

有鉴于此，在对酸化烟田进行改良时，应从以下几方面入手：（1）使用化学改良剂时要配合其他碱性肥料，如草木灰、火烧土等[54]。（2）提倡烟田增施优质有机肥和生物肥。此类肥料可以为土壤微生物提供良好的生长环境，利用土壤微生物对酸化土壤颗粒进行改良，使改良更加稳定有效。（3）注重研发新型改良技术。例如研发集物理、化学、生物联合的综合改良技术；此外，烟草工作者可以选育耐酸性较强的新型烟草品种等。总之，加强对酸化植烟土壤改良，有针对性的进行预防控制，对我国烟草行业的发展有重要意义。

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