缙云县耕地土壤酸化及其预防与治理思考

周杨，姚岳良，施丽珍，陈建霞，章明奎

(1.缙云县农业农村局，浙江 缙云 321400； 2.浙江大学 环境与资源学院，浙江 杭州 310058)

土壤酸碱度是土壤最为重要的基本性状之一，其可通过改变土壤养分的有效性、结构的稳定性、生物的活性及污染、有害物质的积累等方式对土壤肥力及农作物生长产生显著的影响。全球范围内自然成土形成的酸性土壤主要分布在湿润的热带、亚热带和温带地区。然而，随着工业、农业的发展，大气酸性物质沉降发生频率与农田化肥施用量的增加，中国酸性土壤的分布面积与土壤酸度均呈现增加的趋势[1-5]，土壤酸化已成为中国多地粮食持续稳定高产的重要限制因素。据Guo等[5]研究结果，20世纪80年代至2000年，中国南方丘陵红壤pH下降达0.23～0.30单位，华北平原农地pH下降达0.27～0.58单位，东北黑土分布区土壤pH下降高达0.32～0.72单位。缙云县位于浙中南部丘陵山区，地处中亚热带，水热丰富，地带性土壤为红壤，脱硅富铁铝化强烈，自然土壤多呈酸性。近30 a，缙云县农业呈现多元化方向发展，单位面积农田化肥用量成倍增加，大大加剧了耕地土壤的酸化。为了分析全县耕地土壤的酸化状况，作者多次开展县境内农田土壤的采样调查。本文在分析缙云县耕地土壤酸化现状、影响因素的基础上，从预防与综合治理2个层面探讨防控耕地土壤酸化的技术措施。

1 材料与方法

分别于2012年前后和2016年对全县农田土壤进行酸化调查。其中：2012年调查覆盖全县主要农田，包括水田、旱地和园地等，共计取表层土样2 006个；2016年调查主要针对茭白田，共采集50个表层样品和6个剖面的分层土样。采集的样品采用常规方法处理，土壤pH采用电位法测定。

2 结果与分析

2.1 2012年的情况

统计结果表明，由于母质来源与成土环境条件的差异，缙云县耕地土壤酸碱度有较大的变化，pH最低值为3.20，最高值为8.20，相差达5.00个单位。全县耕地土壤的pH值中值为5.10，平均为5.17。分组统计可知，耕地土壤pH主要在4.5～<5.5，占分析样品数的71.7%；土壤pH在5.5～<6.5和6.5～<7.5的样品数比例分别为12.6%和1.6%；土壤pH值在7.5～8.5的样品数比例只有0.4%；而土壤pH值在<4.5的比例为13.7%。总体上，缙云县耕地土壤以酸性和微酸性为主。

缙云县耕地土壤类型包括水稻土、潮土、红壤、黄壤和岩性土。按土壤类型对耕地土壤pH进行统计，水稻土(n=1 588)、潮土(n=14)、红壤(n=312)、黄壤(n=42)和岩性土(n=50)pH分别为3.2～8.2、3.9～5.7、3.5～6.6、3.7～6.0和4.1～8.3，平均分别为5.07±0.56、4.86±0.43、4.76±0.54、4.72±0.59和5.26±0.79。缙云县各土类耕地的pH平均值在5.5以下，呈现明显的酸化。pH最低的为黄壤与红壤，稍高的为岩性土。

缙云境内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，相应的土壤pH分别为3.2～7.5、4.6～8.2和3.5～8.3，平均分别为5.10±0.52、5.50±0.90和4.92±0.58，3类地貌类型土壤pH以低丘大畈及河谷平原的耕地为较高，低丘和高丘区土壤pH低于低丘大畈及河谷平原。

2.2 2016年的情况

缙云县有较长的茭白种植历史，其种植模式包括双季茭白、单茭两茬和单季茭白。统计表明，双季茭白土壤pH为4.61～5.40，均值为5.01，变异系数为5.4%；单季茭白土壤pH为4.84～5.40，均值为5.09，变异系数为3.5%；单茭两茬土壤pH为4.69～5.27，均值5.03，变异系数为3.3%。3种茭白种植模式土壤pH都在4.50～5.50，说明茭白种植模式对农田酸化的影响较小(表1)。

表1 不同种植模式茭白田土壤pH值的等级划分

表2可知，6个剖面的土壤都呈酸性，但土壤pH均呈现向表层降低的趋势，表土酸化明显，底土酸化不明显，说明土壤酸化是外部物质输入的结果，与农业生产活动等有关。

2.3 近30 a的变化

据20世纪80年代初缙云县第二次土壤普查986个代表性水田样点分析结果，土壤pH 4.5～5.5的样点比例占56.6%，5.5～<6.5的样点占41.6%，6.5～<7.5的样点占0.9%，7.5～<8.5的样点占0.9%。2012年前后耕地土壤pH对比第二次土壤普查的结果，缙云县水田土壤pH呈现下降，土壤酸度增加，pH在5.5以下的耕地比例明显增加。

表2 不同种植时间茭白田土壤pH值的剖面分布

2.4 土壤酸化的原因

土壤酸化可以归结为土壤中氢离子浓度增加的过程，或者说是土壤酸强度由低变高的过程。土壤酸化既是一个持续不断的自然演变过程，同时该过程也深受各种人为活动的影响。在自然状态下，土壤酸碱性主要受气候、成土母质等成土因子控制，由于自然条件下输入土壤的酸性物质相对较少，pH每下降一个单位常常需要上百年甚至上千、上万年的时间， 因此，自然土壤的酸化过程是一个较为缓慢的过程。但现代农业生产中不合理的施肥或工业污染物的排放可导致大量的酸性物质进入土壤，加速了土壤的酸化[6-8]。近30 a，缙云县耕地土壤pH值的明显下降原因是多方面的：1)自然风化。缙云县地处湿润亚热带，高温、多雨的成土环境加之酸性岩等成土母质可引起土壤盐基物质的强烈淋洗，引起土壤交换性物质的增加，但这种酸化的速率一般较小。2)化肥特别是生理酸性肥料的超量施用。近30 a，缙云县化肥施用量增加明显，由于经济作物种植面积的增大，化肥超量施用非常明显。氮肥特别是铵态氮肥进入土壤后经过一系列的化学转化过程最终造成土壤H+增加，大大促进了土壤酸化[2，9]。3)水田改种旱地。近年来，缙云县大面积的水田改为经济作物后，土壤中酸性缓冲物质明显减少，与此同时，化肥投入量的增加等，加快了土壤中酸性物质的积累。4)作物收获。作物的高产需消耗大量的铵、钾、钙、镁等离子，并随收获物的转移而脱离土壤，这就是所谓的生物脱盐基化作用[10]，生物脱盐基化作用留下的酸根离子可导致土壤酸化。在当前依靠化肥支撑作物产量的生产模式下，农作物产量越高，从土壤中移走的盐基离子越多，土壤酸化越严重。

3 减缓耕地土壤酸化的途径

通过对缙云县耕地土壤酸化原因的分析，认为耕地土壤酸化在一定程度上是可以预防的。对于具有潜在酸化趋势的土壤，通过合理的土壤管理可减缓土壤的酸化进程。

3.1 科学施肥与水分管理

3.2 秸秆还田和高质量有机肥施用

各类作物秸秆还田能改善土壤结构，增加土壤有机质的积累，减少钾、钠等碱性物质的流失，增加土壤对酸性物质的缓冲作用，弱化土壤酸化。因此，酸性土壤增加施用优质有机肥或生物有机肥，不仅能提高土壤生产力，而且还能有效减缓土壤酸化。

3.3 优化种植结构

4 酸化耕地土壤的综合治理

近半个多世纪以来，耕地土壤酸化已成为影响农业持续生产和生态环境恶化的一个重要因素，酸化土壤的治理也成为许多地区土壤质量研究的热点，国内外就酸化土壤的治理已积累了较多的经验和方法。目前，用于酸化土壤治理的改良剂已由传统的石灰性或碱性矿物质(石灰、石膏、磷矿粉等)转变为廉价、易得的碱性工业副产品与有机物质等。

石灰及石灰石粉是治理酸化土壤常用和有效的改良剂。研究表明，石灰可以迅速有效地降低酸化土壤的酸度，还能补充土壤中的有效钙满足植物生长需要，但长期施用石灰会导致土壤复酸化现象[12]。人们也发现，利用矿物及工业废弃物(磷石膏、白云石、磷矿粉、粉煤灰与碱渣等矿物及制浆废液污泥)也可降低土壤酸度[13]，但矿物及工业废弃物中常含有有毒金属元素，在应用时应注意污染风险。

有机物质是传统的土壤改良剂，不仅能提供农作物生长需要的养分，改良土壤结构，增加土壤生物的活性，还可有效增强土壤对酸性物质的缓冲能力。进入土壤的有机物质可与土壤中的单体铝复合，大大降低交换性铝的浓度，减免对农作物的铝毒作用。可用于酸化土壤治理的有机物质包括各种农作物的秸秆、家畜粪肥、绿肥等。此外，近年研究表明，生物质炭与草木灰对酸化土壤改良具有很好的效果，其呈现碱性，可以直接中和土壤酸度，降低铝毒[14]。缙云县植物物料资源丰富(如茭草)，如能利用这些植物物料资源开发生物质炭，一方面可以解决农业生产对改良剂的需求和农村废弃物的处置问题，另一方面还节约了改良酸性土壤的成本。

由于土壤酸化成因复杂，对酸化耕地的治理宜采取综合措施，在施用石灰性改良剂降低土壤酸度的同时，还应增加有机肥和生物肥的施用。目前，国内外在改良酸化土壤时多选择单一化学品(如石灰或白云石)，常用石灰或石灰石粉，因此，还需加强综合改良技术的研究。在日常施肥管理中，重视秸秆还田和有机肥的施用，强化平衡施肥，防止因营养元素平衡失调等增加土壤的酸化。另外，在酸化农区，应开展土壤障碍因子诊断和矫治技术研究，通过生物修复、化学修复、物理修复等多种技术，选择环境友好型土壤调理剂，进行土壤酸化的综合防控。如何开发新型高效、廉价和绿色环保的酸性土壤调理剂是今后需要强化的内容。