吉林省东部山区耕地土壤酸化特征研究

殷秀岩，隋明义，谭志强，马 遥，洛俊峰，谢忠凯*

(1.通化禾韵现代农业股份有限公司，通化134001；2.通化市土壤肥料工作站，通化134000)

吉林省东部山区系张广才岭、龙岗山一线以东地区，行政上包括通化市、白山市、延边朝鲜族自治州。地貌类型分山地、丘陵、盆地三个梯度，地势起伏大、山地比重大。耕地土壤类型分为：山地以暗棕壤为主、丘陵台地以白浆土为主、河谷盆地以冲积土和水稻土为主（阶地后缘少量分布泥炭土、沼泽土、草甸土等）。

长期以来，长白山区耕地土壤一直被认为黑土层厚、土壤肥沃，伴随着农民对农作物高产的追求，长期过量使用化肥、很少使用有机肥，加之山地水土流失严重，区域内耕地土壤表现出不同程度的酸化现象，酸化范围及酸化程度有逐年扩大与加重的趋势。个别地块在作物生长季节土壤水浸pH值达到4.0以下，严重影响了作物生长及产量。土壤酸化的加重也不利于大豆、蔬菜、果树、人参等经济作物的种植。

目前对区域内耕地土壤酸化很少有研究报道，本文对区域内酸化耕地土壤及其邻近天然林地土壤为研究对象，研究耕地土壤的酸化特征，旨在为吉林省东部山区耕地土壤培肥改良、合理施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集

土壤样品选择土壤类型为暗棕壤、白浆土、冲积土的耕地土壤，且土壤pH值在5.0以下的耕地土壤，土壤样品主要分布于通化市，兼有白山市和延边朝鲜族自治州的样品，共计29份土壤样品。同时天然林地土壤（土壤类型主要为暗棕壤、白浆土）共计12份土壤样品作为对照。在每个采样区用多点混合法采集0～20cm的表层土壤，样品经过自然风干剔除杂物磨碎，分别过40目筛待测。

1.2 土壤测试方法

土壤样品分析参照《土壤农化分析方法》[1]，土壤pH值分为水浸pH值和盐浸pH值（1NKCl浸提），采用电位法测定（水土比2.5∶1）；有机质采用外加热重铬酸钾氧化—容量法；土壤交换性酸（氢、铝）用氯化钾浸提氢氧化钠中和滴定法测定；用醋酸铵法测定阳离子交换量；以醋酸铵法测定交换性钾、钙、镁，以火焰光度法测定钾含量；以原子吸收光度法测定钙镁的含量；以交换性盐基总量（指交换性钾、钙、镁含量之和）占盐基离子总量的比值计算盐基饱和度。

2 结果与分析

2.1 对区域内耕地土壤酸化的认识

作物在生长季节施用化肥后，土壤盐分增加（电导率增高），随着土壤电导率的增加而使土壤水浸pH值随之降低（含有部分代换酸），可见土壤水浸pH值随着季节和施肥量的大小有较大的变化。只有当土壤的电导率很低（盐分少）时的春秋季节测得的pH值较为稳定，此时测定的土壤水浸pH值代表土壤的活性酸度。

土壤盐浸pH值包括了土壤活性酸及代换酸（潜在酸），是以1mol KCl浸提土壤测定的pH值，测定结果相对稳定，可以较好地反应土壤的酸化程度。土壤的酸化不仅有土壤活性酸，还有代换性酸（潜在酸），土壤水浸pH值只反应活性酸不能反应土壤代换酸。

本文选择的土壤样品水浸pH值全部是小于5.0的，目的是更好的显现与林地土壤的特征差异。从表1可以看出，林地土壤水浸pH值平均是5.4，而耕地土壤是4.6，下降了0.8个单位（下降了14.8%）；对应的盐浸pH值平均是4.7，而耕地土壤是4.0，下降了0.7个单位（下降了14.9%）。说明本文选择的耕地土壤与林地相比酸化相当严重。暂且以水浸pH值5.5为土壤酸化指标 （对应盐浸pH值4.5）（接近自然林地土壤pH值），向下偏离该值越远，土壤酸化越严重。

用土壤盐浸，pH值可以将耕地土壤酸化分为二级：

轻度酸化：4.5～4.0（可以对应水浸pH值5.5～5.0）；

重度酸化：小于4.0（可以对应水浸pH值小于5.0）。

本文选择的耕地土壤样品盐浸pH值都小于4.0，全部为重度酸化土壤。

表1 耕地土壤与林地土壤pH值Table 1 pH of arable soil and forest soil.

2.2 耕地土壤酸化的特征

通过对比自然林地土壤发现，重度酸化的耕地土壤表现出交换性酸（交换性氢铝含量）大幅增加、交换性钙镁含量与盐基饱和度大幅下降，这是区域内重度酸化耕地土壤所表现的主要化学性质特征。

2.2.1 交换性钙镁等盐基离子含量大幅下降

交换性钙镁以其占比高与交换性钾共同构成土壤盐基离子，其含量的高低与土壤酸度强弱相关联。化验结果表明，酸化耕地土壤交换性钙、镁含量分别为（870±263）mg/kg、（236±540）mg/kg，与对照林地相比分别下降47.3%、35.9%。

2.2.2 交换性酸（交换性氢铝含量）大幅增加

土壤交换性酸是指土壤胶体上吸着的氢离子(或铝离子)被盐类溶液中的盐基交换后所表现的酸度。在氢离子(或铝离子)未被交换出来以前，酸性并不会被呈现，所以也称潜在酸度。酸化耕地土壤的交换性酸为（2.4±1.2）cmol/kg 比自然林地土壤的（0.8±0.5）cmol/kg大幅提高了2倍。

2.2.3 盐基饱和度下降

土壤盐基饱和度是土壤供肥、保肥和稳肥的重要指标，盐基饱和度大的土壤对酸的缓冲能力大，对植物生长有利。相反，盐基饱和度小的土壤对酸的缓冲能力小，对植物生长不利。酸化耕地土壤的盐基饱和度为(53.1±14.5)%、比自然林地土壤的(68.4±6.2)%下降了22.4%，详见表2。

表2 耕地土壤与林地土壤化学性质含量Table 2 Chemical content of cultivated soil and forest soil.

2.3 耕地土壤酸化的影响因素分析

从土壤发生学的角度分析，吉林省东部山区耕地土壤酸化的本质是土壤盐基离子的流失与土壤活性酸及代换性酸(氢铝离子)不断增加的过程。以下几个方面加速了土壤酸化的过程：

2.3.1 水土流失严重，加速土壤盐基离子的流失

区域内耕地土壤大部分为山地暗棕壤或丘陵台地白浆土，水土流失随耕地坡度的增加而加重，山区坡度较大的耕地受雨水的冲刷变得粗骨化，保水保肥性能高的土壤粘粒不断流失，这个过程加速了土壤盐基离子的流失，进而加剧了土壤酸化。

2.3.2 有机质含量下降，土壤的保肥能力降低，钙镁钾等盐基离子得不到有效保持

土壤有机质与土壤矿物质形成具有有强大土壤代换能力的有机无机复合体，它是土壤肥力最重要的物质基础。从化验结果看，酸化耕地土壤的有机质为（3.6±1.4）%、 比自然林地土壤的 （6.2±1.1）%下降了41.9%。

田间调查发现，极端pH值（小于4.0）出现的地块多为有机质含量低的砂质土，其主要原因是保水保肥性能高的土壤有机质含量过低，土壤盐基离子大量流失的结果。

2.3.3 大量化肥特别是氮肥的过量施用，加速钙镁钾等盐基离子进入土壤溶液中进而不断流失

施入土壤中的氮素化肥经过土壤硝化作用转变为硝态氮，硝态氮与土壤胶体上的盐基离子结合进入土壤溶液中，盐基离子随水流动，极易流出土体，因而过量施用氮肥加速了土壤酸化。

2.3.4 盐基离子特别是钙镁离子被作物带出农田而得不到补充

作物体内钙镁含量一般在千分之几，每年这些钙镁随作物移除农田生态系统，而当地农民施肥基本不施含钙镁肥料，因而农田生态系统中钙镁始终处于净流出状态，因而土壤盐基饱和度一直处于下降状态，耕地土壤酸化不断加剧。

3 讨论

3.1 吉林省东部山区耕地土壤酸化面积在扩大、酸化程度加重

根据全国第二次土壤普查耕地土壤化验结果看，当时区域内很少见到水浸pH值小于4.5的耕地土壤，而近些年在开展测土施肥土壤化验中经常出现水浸pH值小于4.5的耕地土样，甚至达到4.0以下，如果以水浸pH值5.0为重度酸化指标，近年来通化市测土施肥土壤样品检测结果中有至少20%的土样达到重度酸化的标准，调查发现重度酸化的土壤多为有机质含量低的砂质土。虽然区域内的绝大多数耕地土壤水浸pH值在5.0～5.5之间，属于轻度酸化的土壤，但是如何有效减缓区域内耕地土壤酸化，刻不容缓。

3.2 耕地土壤酸化影响区域种植业结构的调整

资料显示，大豆适宜生长的土壤pH值是6.5左右，低于6.0的土壤不利于大豆根瘤菌生长，影响大豆产量，人参适宜生长在pH值5.5左右的土壤，低于5.0的土壤不利于人参根系生长。水浸pH值低于5.0的土壤，对大多数植物生长都是不利的，而且肥料利用率低下。实践表明，重度酸化的土壤已经严重限制了许多经济作物的栽培，如人参等中药材、果树、蔬菜、大豆等种植必须先施白灰调整。有些土壤pH值低到4.0以下时，已经严重影响耐酸较强的玉米生长发育和产量的提高，亟待培肥改良土壤，提高其基础地力（不施肥产量）。

3.3 酸化土壤培肥改良的措施

3.3.1 根茬与秸秆还田

通过秸秆还田，能有效增加土壤有机质含量，是一项能够提高土壤肥力、改善土壤物理性质和提高微生物活性的农业管理措施[2]，能够促进土壤形成团粒结构，增加土壤中水、肥、气、热的协调能力，提高土壤保水、保肥、供肥的能力，改善土壤理化性状，有效改良酸化土壤，增加耕地土壤基础地力。

3.3.2 增施有机肥

土壤有机质每年都在分解消耗，需要增施有机肥不断更新，才能提高土壤的保肥能力和缓冲性能。土壤有机质中的有机胶体，带有大量负电荷，具有强大的吸附能力，能吸附大量的阳离子和水分，其阳离子交换量和吸水率比黏粒要大几倍、甚至几十倍，所以它能提高土壤保肥蓄水的能力，同时也能提高土壤对酸碱的缓冲性。在酸性土壤中，有机质通过与单体铝的复合，降低土壤交换铝的含量，从而减轻铝毒的危害。

3.3.3 增施石灰等碱性材料

国内外田间试验证明，石灰对土壤的作用远远超过中和土壤酸性，对重度酸化的耕地土壤，石灰是作物产量的基础（提高不施肥的基础地力），它提高肥料利用率，减少土壤中有毒物质（活性铝等），改善土壤物理性质（增加团粒结构）和增强土壤微生物活性，为作物增加钙镁营养元素等。石灰是酸性土壤的重要土壤改良剂，最好与有机肥配合使用，更能发挥其改土培肥的作用。石灰质碱性材料还包括：草木灰、硅钙肥、牡蛎壳粉等，可因地制宜加以利用。

石灰的使用上要注意提前使用，最好在播种前3～6个月使用，与土壤充分均匀混合，石灰与土壤充分反应后才能发挥效果。使用量要根据土壤酸性大小，每亩用量每次在100～300斤左右，砂质土用量要少(因阳离子代换量小，土壤缓冲性能小)。

3.3.4 实施保护性耕作，减少水土流失

保护性耕作技术是对农田实行免耕、少耕，尽可能减少土壤耕作，并用作物秸秆、残茬覆盖地表，减少土壤风蚀、水蚀，提高土壤肥力和抗旱能力的一项先进农业耕作技术。与传统翻耕相比，保护性耕作促进了土壤大团聚体的形成，提升了土壤团聚体稳定性；提高了表层土壤有机碳含量，有助于农业生产的可持续发展[3]。

3.3.5 实施测土平衡施肥，减少化肥使用量

过量使用氮肥会加速钙镁等盐基离子流失从而加剧土壤酸化，测土配方施肥，可以做到经济合理施肥，既满足作物生长需要，又要防止肥料对土壤的不利影响，不仅可以节约肥料使用量，还可以做到大量元素与中微量元素合理搭配、使作物营养更全面，提高肥效，减少肥料浪费造成的环境污染，对农业和环境的可持续发展具有重要意义。