葡萄园土壤酸化治理研究进展

李明山，陈鸿才，王静，崔鹏飞，吴江*

（1. 浙江师范大学化学与生命科学学院，浙江金华 321000；2. 浙江省农业科学院园艺研究所，浙江杭州 310021；3. 浦江农业农村局，浙江浦江 322200）

葡萄作为我国四大园艺作物之一，是乡村振兴和提高农民收入的重要途径。根据国家统计局统计，2018年我国葡萄的种植面积为72.51万 hm2，浙江省的种植面积为3.26万 hm2，排全国第10位。随着我国鲜食葡萄需求量的不断增加，葡萄的种植面积也逐年提高，但随着葡萄园种植年限的延长，园内土壤的pH也不断下降[1]，出现不同程度的酸化现象，从而造成葡萄产量和品质的下降。土壤的酸化除了受作物栽培和施肥影响外，还长期受到酸雨的影响，特别是南方地区，土壤酸化状况更为突出。据研究调查，上个世纪我国的强酸性土壤面积约为1127万 hm2，到本世纪已增加到1507万 hm2[2]。随着农业集约化生产的推进以及氮沉降的加剧，土壤酸化程度正在变得越来越严重。

1 酸性土壤形成过程

土壤酸化是指土壤吸收性复合体接受了一定数量的交换性氢离子和铝离子，使土壤中的盐基离子不断淋失的过程[3]。土壤的pH低于6.5时，称该土壤为酸性土壤。土壤的酸化是土壤对酸的缓冲能力下降的过程，呈动态变化。土壤的酸化主要是受自然和人为活动两个因素的影响。

1.1 自然因素

在南方多雨的情况下，土壤中的盐基离子通过降雨的不断冲刷，最终被地表径流和地下渗透作用带走，造成土壤中的交换性氢离子和铝离子增加，这个过程是极其缓慢的。在东北地区，因为寒湿条件的影响，自然的生态系统中植物的枯枝落叶等有机物的分解速率远小于植物生成有机物的速率，这导致土壤中的盐基离子会不断的被消耗，酸性离子不断增加[4]。并且有机物在微生物没有完全充分的分解下，产生的富里酸和其他有机酸也会造成土壤的酸化[5]。

1.2 人为因素

土壤的自然酸化是非常缓慢的。由于人类对粮食以及工业产品的极大需求，造成土壤的高度利用和化石燃料的大量使用，导致土壤的贫瘠化和酸雨中SO2和N2O的大量产生。酸沉降导致土壤的pH降低，土壤结构被破坏，土壤的微生物群落也造成严重的影响。而且酸雨也会对江流湖泊造成严重的危害，在江流下游的农业也会受到一定程度的损失。农业生产遭到破坏，粮食和农副产品产量下降。

为了寻求单位面积上的作物产量最大化，不合理的使用化肥农药也是造成土壤酸化的因素之一。硫酸铵、氯化铵等酸性肥料，铵根离子经过硝化作用释放出氢离子和硝酸根离子，通过雨水或灌溉硝酸根和盐基离子被淋失，留下大量氢离子和铝离子，使土壤酸化。连续耕作和种植产酸物质的作物，导致土壤离子失衡，酸碱度降低。例如羽扇豆等豆科植物会分泌一种酸性物质，来活化土壤中的磷元素，长期耕种会导致土壤酸化[3]。

2 葡萄园土壤酸化的危害

葡萄的根系发达，对土壤的适应能力较强，然而土壤环境对葡萄的生长和果实品质有很大的影响。在土壤肥力好、土壤孔隙大、容重小的土壤环境中葡萄能较好的生长。葡萄最适宜的土壤pH为6～7.5，pH低于4或高于8.5的土壤不利葡萄树的生长，并且影响果实的品质。

葡萄的生长发育和产量品质与土壤中的钾、钙、镁、钠等盐基离子有密切的关系。土壤的酸化，使土壤中的氢离子和铝离子浓度增加，氢离子可与吸附在土壤颗粒中的钾、钙、镁等盐基阳离子竞争植物根部的离子交换位，大量的盐基阳离子随着径流而流失，导致植物根系不能正常的吸收养分[6]。研究表明，北美森林土壤中缺乏钙元素，主要原因是酸沉降导致了土壤中的铝元素活化，土壤中的铝元素含量与钙元素含量呈显著负相关关系[7]，而导致钙元素不被吸收。钙元素的减少会使葡萄幼叶卷曲、新梢和蔓顶枯死，果实硬度与可溶性糖含量下降和酸度升高[8-9]。在酸化土壤中，土壤胶体对游离的磷酸根、钼酸根和硼酸根的吸附效果增强。使得可供葡萄吸收的游离态磷和微量元素钼和硼含量减少[10]。导致葡萄叶片出现黄色斑点、新梢顶部枯死、结实不良、粒小核圆等现象[11]。

土壤酸化导致土壤中的氢离子，以及铝、锰、铬等重金属离子浓度增加，它们游离在土壤中，被葡萄吸收，从而导致葡萄无法正常生长[12]。这些重金属元素在葡萄果实中富集而超标，会对健康造成巨大损伤。酸性土壤中铝离子的存在，被认为是限制植物生长发育的主要因子，几个微摩尔级的铝就会对葡萄的根系造成严重的毒害，在对葡萄造成直接伤害的同时，也间接地降低了葡萄对所需营养元素的吸收效率[13]。

土壤酸化还会影响到土壤中的微生物群落。由于一些微生物的生长环境比较敏感，酸性条件下会导致一些微生物群落的生长和活动受到抑制，甚至会导致种群的灭亡[14]，影响到土壤中微生物种群的多样性。土壤有机质的分解和土壤中的碳、氮、磷、硫的循环，也使得土壤对外入侵的抵抗力减弱。研究表明，随着种植年限增加，果园土壤酸化的加剧，土壤中微生物的生长繁殖受到了抑制。尤其是在种植15年以上的果园，土壤细菌和放线菌大量减少，活性降低，而真菌的生长受影响较小。酸化环境成为制约土壤微生物生长的主要因素，菌数与酸度有较密切的关系[15]。

3 葡萄园酸性土壤的改良

土壤酸化严重影响到我国农业生产发展和生态环境。因长期种植葡萄而酸化的土壤会导致葡萄产量降低。目前，通过改良土壤的方法来提高葡萄的产量较为普遍有效。改良剂的选择主要从能中和土壤中的交换性酸，改善酸性土壤的物理结构、化学性质和微生物群落多样性方面进行考虑。为降低葡萄园的经营管理成本，选用改良剂不仅要考虑修复酸性土壤的效果，还要考虑到改良剂的成本，应优先选择廉价、修复效果好和对土壤的二次伤害小的改良剂。

3.1 石灰

石灰可以中和土壤的活性酸和潜性酸，生成氢氧化物沉淀，迅速有效的缓冲酸性土壤的酸度[14]。研究表明，在土壤pH为5.18时，施用石灰1.2 g/kg，pH可提升0.63；在土壤pH为6.02时，当施用石灰2.4 g/kg时，pH可上升1.57。并且石灰也能显著影响土壤中微量元素的有效性，土壤中的有效钙、镁、硫、硅随着石灰使用量的增加而增加[16]。通过监测石灰使用后耕层（10～20 cm）和底土（20～60 cm）的pH和交换性Ca2+、Mg2+的长期变化，结果表明，耕层交换性Ca2+在施用石灰后的一年半时间达到最高值，此后随着时间的推移而急剧减少；而底土的交换性Ca2+随石灰用量的增加和施用石灰后时间的推移而增加。镁在土壤剖面中的移动比钙快，施用石灰后耕层和底土酸度的降低与交换性Ca2+的增加基本同步。并且不论施用石灰与否都存在着复酸化过程，但施用石灰后复酸化作用更强[17]。因此，葡萄园要合理施用石灰，否则会对葡萄造成二次伤害。

3.2 白云石粉

白云石粉[CaMg(CO3)2]是碳酸钙和碳酸镁以等分子比形成的结晶碳酸钙镁化合物[14]。施用白云石粉改良酸性土壤可以避免因施用石灰不均匀或施用量较大对葡萄生长造成的伤害。通过田间试验表明，酸性黄红壤上施用白云石粉显著降低了土壤交互性Al3+含量和提高土壤pH，其降酸作用与白云石粉用量呈正相关。此外，施用白云石粉改善了土壤的养分状况，提高了油菜植株的养分含量和吸收量[18]。研究了盆栽条件下贵州省黔南州酸性黄壤（pH＝5.45）施用白云石粉对土壤化学特性和烤烟生物量的影响。随着白云石粉施用量的增加，酸性土壤pH呈升高趋势，交换性Al3+和交换性Mn2+含量呈下降趋势，有效磷和速效钾含量呈增加趋势。酸性土壤施用白云石粉能够促进烟株生长，但要控制白云石粉施用量，用量过大反而抑制烟株生长，适宜用量为0.66～0.99 g/kg[19]。

3.3 牡蛎壳粉

牡蛎壳粉的主要成分为氧化钙，且具调酸补钙等特点。研究表明，通过在黄泥土种植的花生上分别施用牡蛎壳土壤调理剂2250 kg/hm2和1500 kg/hm2加常规施肥处理，与不施用牡蛎壳土壤调理剂加常规施肥处理对比，施用不同量牡蛎壳土壤调理剂后花生产量分别增加16.8%和10.1%，花生的各项农艺性状也得到提高。施用不同量牡蛎壳土壤调理剂后土壤的有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钙含量均有明显提高，土壤pH分别提高了0.8和0.5[20]。因此，牡蛎壳粉对酸性土壤的改良具有显著效果，并且牡蛎壳的获得较为方便，可以变废为宝[21]。牡蛎壳粉作为酸性土壤改良剂被应用在荔枝园、花生地和水稻田等[20,22-23]。目前，未见葡萄园施用牡蛎壳粉的报道。

3.4 生物炭

生物炭是通过将农作物残渣在高温厌氧的条件下制备而成，具有比表面积大、多孔隙、呈碱性等物理特征。应用到酸性土壤中可以改善土壤的物理、化学和生物性质。熊荟菁等[24]利用秸秆生物炭对葡萄园土壤进行改良，土壤理化性质均有显著性提高，氮、磷、钾和有机质含量逐年增加，第3年葡萄产量提高20.07%，糖酸比提高了25.04%。通过茶园酸性土壤的研究表明，以100～300 g/kg的用量向茶园土壤中施加生物炭能使土壤pH升高0.05～0.22，有机碳含量提高1.6%～7.9%，阳离子交换量（CEC）下降8～48 cmol/kg。生物炭明显降低茶园土壤中有效态重金属Pb、Cd和Cu的含量，其中有效Pb降低38.5%～79.1%，有效Cd降低26.8%～74.6%，有效Cu降低12.5%～17.2%[25]。但土壤中微量有效Fe、Zn也显著下降。葡萄园也需要微量元素来满足葡萄的正常生长发育，缺失这些元素，会影响改良效果。使用生物炭的同时可以将其他营养元素加入，弥补生物炭不能为葡萄提供丰富的微量元素的不足。

3.5 草木灰

草木灰是指将植物残体通过燃烧的方式获得的物质，具有较强的碱性中和能力。由于植物的种类繁多，草木灰会因为原材料的不同，所含有的元素以及修复酸性土壤的效果有较大差异。郑福丽等[26]对6种酸性土壤改良剂进行试验，除草木灰外，其他6种改良剂在适宜的用量都可以使土壤pH提升1～2个单位，草木灰对果园酸化土壤改良基本不起作用。研究表明，木灰中含有大量的钾、钙等营养元素和微量元素，但低于石灰所含有的钙镁含量。木灰的各化学成分含量随着燃烧温度和储放时间的不同而有所变化[27]。葡萄对钾的需要量较高，充足的钾素供应可提高葡萄的含糖量，促进浆果的着色[28]。葡萄需钙量比其他元素多，钙促进氮在葡萄体内的转化，加速叶绿素的形成有积极作用[29]。因此，草木灰与其他肥料混合应用于酸性土壤中，将可能改善土壤肥力与葡萄的生长发育。

3.6 腐殖酸

腐植酸类物质主要是动植物残骸在微生物分解和一系列复杂的化学作用下而形成和积累起来的一类成分复杂的天然有机物质[30]。在酸性土壤中添加腐殖酸后植物的生长得到改善，与对照相比植物鲜重提高了86%，而且植物体内的铝含量减少了16.06%，说明改良剂腐殖酸可以促进酸性红壤中作物的生长，且其改良效果为生石灰＞生物炭＞腐殖酸[31]。腐殖酸能增强作物的抗逆性和生长发育状况，提高对肥料的利用效率，还改善土壤结构和土壤中微生物数量种类[6]。项国栋等[32]研究表明，对葡萄园施用腐殖酸肥料，葡萄产量提高11.03%～24.41%，葡萄的可溶性糖、可溶性固形物、VC含量增加，重金属Cd、Pd含量降低。

4 展望

目前，市场上酸性土壤改良剂种类丰富，但受地区环境的影响，各改良剂对葡萄园酸性土壤的改良效果差异较大。需要对改良剂的用量及施用方法建立统一标准，方便酸性土壤改良剂的推广普及。当前酸性土壤改良剂多来源于葡萄园生态系统之外，适当考虑在葡萄园系统内寻找改良剂原材料，例如每年冬季都对葡萄树进行修剪，将修剪下来的枝条制成生物炭和草木灰改良剂单独使用或与其他改良剂混合使用，实现葡萄园系统中的循环利用，正引起研究者和生产者的关注[33-35]。目前，对不同砧木抗旱性[36-37]、抗寒性[38-39]和耐盐碱性[40-42]研究较多，对耐酸性方面报道较少。深入研究利用不同砧木对酸性环境的抗性，筛选出可以在酸性土壤正常生长发育的品种，提高葡萄产量和品质。探究具有抗酸性的砧木以及土壤的适当的酸性改良剂，对酸性地区大面积推广种植葡萄具有重要的意义。