福建省耕地土壤酸化改良面临的挑战及对策

翁伯琦，吴良泉，林怡，朱齐超，张思文，叶菁，王义祥

(1.福建省农业科学院 农业生态研究所 福州 350003；2.福建农林大学 资源与环境学院 福州 350002；3.中国农业大学 资源与环境学院 北京 100193)

福建省素有“八山一水一分田”之称，人均耕地面积少，且后备土地资源有限，属于土壤资源数量和质量严重制约型地区。保障国家粮食安全的根本在于耕地数量的保存与其质量的保障。耕地是农业生产的基础，如何利用好现有耕地，实现耕地保育与质量提升是福建省农业高质量发展与绿色转型升级的重要前提。国家“十四五”规划和2035年远景目标明确提出，要以保障国家粮食安全与食品安全为底线，坚持最严格的耕地保护制度，深入实施“藏粮于地、藏粮于技”战略，使种地与养地在农业生产中得以有机统一，实现产业生态化与生态产业化高效融合，为农业高质量发展与乡村绿色开发体系建设奠定厚实基础。

土壤酸化是指土壤pH持续下降，造成农田养分严重失调并危害作物生长的过程。当前，农田土壤酸化问题较为严重，突出表现在耕地酸化面积大、酸化演变速度快等特点。在空间分布上，中国土壤整体呈“南酸北碱”的格局，酸性农田广泛分布于南方地区，主要集中在湖南、江西、福建、浙江、广东、广西、海南等地[1]。第二次土壤普查(1980年)结果显示，中国pH<5.5的耕地面积约为1.13×108hm2，而根据 2005—2011年测土配方施肥数据显示，土壤pH<5.5的耕地面积已经达到1.51×108hm2，近年来强酸性耕地面积仍在不断扩大[2]。全国农业技术推广服务中心在2015公布的2005—2014年全国测土配方施肥土壤基础养分数据显示[3-4]，浙江、广东、江西和福建省则以强酸性土壤(pH≤5.5)为主(比例大于50%)，而其中，以福建省平均土壤pH最低，仅为5.36，并且强酸性土壤所占比例高达74.2%，比第二次土壤普查提高了22.2%。由此可见，土壤酸化是福建省耕地质量与农业优质高效的关键限制因素。开展土壤酸化治理，提升农田耕地质量，坚守耕地的数量与质量红线，是实现全方位推进农业高质量发展的主要环节之一，也是乡村产业振兴与农业绿色发展的重要保障，更是建设“机制活、产业优、百姓富、生态美”新福建的迫切需求。

1 国内外耕地酸化治理的成效与经验

土壤酸化本是一个伴随土壤发生和发育的自然过程，在热带、亚热带地区、寒温带等湿润地区广泛存在，近几十年来由于人为活动强度的不断增加，大大加速了土壤的酸化过程[1]。酸沉降和不当的农业措施是加剧土壤酸化的主要原因。仅次于欧洲与北美，中国是世界第三大酸雨沉降区，酸雨污染覆盖面积占国土面积的40%，且全国酸化面积仍在不断扩大[5]。在酸雨的长期作用下，土壤pH逐渐降低，导致土壤中的阳离子大量流失，从而打破了土壤的离子平衡，危害农田和自然生态系统的健康状况[6]。生产实践表明，大面积土壤酸化现象的出现，除了全球气候变化和大气环境污染等原因外，很大程度上还归咎于长期过量和不合理施用化肥。农业生产过程中化肥的过量施用、不科学的施肥管理方式、大量致酸作物的种植及作物的连作等都会加剧土壤的酸化进程与危害程度[7]。土壤酸化的危害具体表现为：土壤中高浓度的H+、Al3+和 Mn2+对植物产生毒害作用，活化土壤重金属(如镉、铬和铊等)会降低土壤钙、镁、钾和磷等养分有效性，与此同时，微生物数量减少、多样性下降，且微生物的生长活动及分布受到抑制，从而影响土壤有机质的分解和土壤中元素的循环。此外，土壤酸化会加重土传病害发生，进而抑制作物根系生长，降低养分利用效率，造成作物产量与品质的下降，威胁食品安全和人类健康。很显然，有效并便捷地防控土壤酸化是目前世界各国都面临的重要命题。

1.1 国外经验

在澳大利亚西部农业区，超过70%的表层土壤面临酸化问题，每年因农田土壤酸化造成小麦减产10%以上，经济损失约为16亿澳元(人民币约77亿元)，而施用以石灰为主要成分的复合调理剂，被视为最经济、便捷的方法[8]。当地的长期定位试验表明，每公顷酸性农田施用石灰、绿肥、有机肥等高质量的复合调理剂1～2 t，小麦平均增产8%～12%，油菜平均增产12%～15%。据估算，未来10年内，仅澳大利亚西部农业区复合调理剂与系列石灰用量将超过150万t，才能有效消除农田土壤酸化问题，预计收益将达到9.1亿澳元(人民币约44亿元)。农户可通过澳大利亚农业部建立的相关网站进行政策与技术咨询，并根据农资企业提供的复合石灰产品信息、运输和施用成本和土壤酸化程度，确定最合适的复合调理剂产品[9]。

英国施用石灰及其系列调理剂用以改良酸性土壤问题可追溯至18世纪，政府还对石灰等复合调理剂的施用给予不同类别的补贴。石灰石和白云石粉是英国最主要的酸化土壤改良物质，以石灰为主的调理剂类别选择与批次用量，可按照现场测定数据与专用计算器(Lime Calculator)显示结果予以实施[10]。所谓的石灰计算器是基于长期定位试验开发的经验模型，农户可根据自身情况选择作物体系和土壤质地，输入初始土壤pH值，就能确定改良土壤酸化的石灰等调理剂的优化需求量。英国政府研究制定并优先推荐将农田土壤pH值提高至6.5，草原土壤pH值提高到6.0的专项治理计划，同时规定了农用石灰的系列调理剂制作标准与配比方法。农用石灰制造商必须标注产品中和土壤酸度的能力及其使用方法。

南美国家巴西地处热带，常年高温多雨，土壤酸度较高且肥力较低，约67%的土壤呈强酸性(pH<5.5)。土壤酸化严重制约农业生产，需要常年调节土壤酸度来维持作物产量，其中最经济便捷的方法就是施用以石灰为主要成分的土壤复合调理剂。同时，巴西还提倡免耕技术，通过减少土壤扰动、增加土壤有机质含量，提高作物的抵抗酸化能力[11]。此外，巴西还选育、推广了耐酸的旱地水稻品种，系列耐酸的旱稻品种在极强酸性土壤(pH=4.5)上的产量比中性土壤(pH=6.5)高20%，具有增产增收潜力。

1.2 国内经验

中国多地已开展土壤酸化研究与治理行动，并取得一定成效。有研究显示，通过分析福建省平和县蜜柚体系土壤酸化现状及原因，发现连续过量施肥是导致果园土壤持续酸化的主要原因。过量施肥并不会增加果实产量和利润，反而增加成本，加速土壤酸化。因此，因地制宜地提出平衡施肥并结合有机肥料替代和修剪枝粉碎还田的防控酸化的改良策略是有效的，其持续推广应用，可以达到最好地缓解耕地酸化与保育土壤质量并具有最小的环境成本的目的[12]。此外，平和蜜柚科技小院对酸化严重的柑橘园采取石灰与镁肥配施的调控措施，连续3年的试验结果表明，石灰与镁肥综合施用可实现蜜柚平均增产30.6%，净收益增加30.3%。此外，综合调酸措施也显著提高了果实可食率、可溶性固形物和可溶性糖的含量，有效降低了果肉可滴定酸含量[13]。中国农业科学院在湖南省祁阳市自1990年开展的旱地红壤长期定位试验表明，连续20年每公顷平均施用尿素652.5 kg土壤的pH值比不施氮肥处理平均降低约1个单位，导致作物(小麦)大幅度减产甚至颗粒无收。该红壤区长期定位试验结果还表明，与仅施用化学肥料的田块相比，用猪粪替代40%氮肥处理的土壤的pH值提高了1.7个单位，小麦-玉米体系增产2.4～3.3倍，且施用有机肥处理的产量更加稳定，长期施用有机肥可明显提高土壤的抗酸化能力与增产潜力[14]。

资料显示[14]，近年来，江西省农业厅在全省范围启动优化调理-绿肥套种-施有机肥的专项增产增收行动，通过对酸化农田合理施用石灰等系列改良调理剂与有机肥，调整土壤酸度，改善土体结构和理化性状，钝化重金属，改善农田生态环境，提高作物产量和品质。经过田间验证，每公顷地增施450～750 kg石灰等复合调理剂，在减肥量不超过10%时，可有效提高水稻的结实率及千粒重，稻米后期成熟色相好，外观品质得以提升；单位面积水稻增产8%～11%。广西省金穗农业集团通过与中国农业大学张福锁院士团队合作，明确了传统香蕉生产模式中存在的过量化肥、土壤酸度高等问题，依托广西金穗科技小院，建立了“政-产-学-研”相结合的模式，通过建立香蕉养分需求规律，应用测土配方施肥技术，结合水肥一体化滴灌技术，集团香蕉产业实现了化肥减量30%，酸化速率降低85%；同时明确了以有机肥替代化肥为核心的土壤酸化改良技术，使香蕉体系养分盈余降低72%～81%，经济收益平均提高2.6～2.7倍[15]。

2020年，湖北省围绕土壤酸化防控目标，开展粮食作物、经济作物增产提质增效行动，通过“一调-二改-三增”(施用石灰质物质调酸补钙；改施硫酸钾肥为硫酸钾镁肥、改施普钙为钙镁磷肥；增施有机肥，增施微生物肥料，增施中微量元素肥料)的整体治理技术措施，使得约4 733 hm2的示范区耕地土壤pH平均提高0.12，其中高山蔬菜平均增产13.6%；与习惯施肥相比，化肥用量减少44%。此外，通过施用石灰并结合有机肥和配方优化施肥等农艺措施对酸化冷浸烂泥田开展了土壤改良，示范片面积达约305 hm2，改良后的水稻产量达7 350～7 575 kg·hm-1，平均增产11.4%。湖北省2020年通过试点县酸化土壤治理核心示范区建设，辐射面积超过约3.30×105hm2，有效遏制了全省土壤酸化扩展的趋势。

2 福建省土壤酸化改良面临的挑战

2.1 耕地酸化较为严峻的态势不容忽视

福建省农地土壤平均pH仅为5.36，且pH低于5.5的强酸性耕地占比超过70%，土壤酸化会直接或间接影响作物生产[3]。土壤酸化后会活化土壤中的铝、锰离子，对作物根系造成不利的影响，抑制作物根系的养分吸收能力[16]；其次，土壤酸化会导致土壤肥力下降、养分有效性降低，如加剧钙镁的淋失，磷容易被固定等，影响作物的产量和品质。据统计，福建省缺钙土壤比例达60.7%(交换性钙浓度小于400 mg·kg-1)，高达78.3%的土壤处于缺镁状态(交换性镁含量小于 60 mg·kg-1)。此外，土壤酸化会促使土壤重金属向活性形态转化，导致作物对重金属的吸收增加，从而危害人体健康[17]。耕地酸化已成为福建农业持续增效的重要限制因素。以平和县为例，土壤酸化导致土壤钙、镁元素有效性降低，进而影响蜜柚产业发展[18-19]。据估计，土壤酸化导致该县蜜柚产量降低11.5%，产值损失达到5.8亿元。另有研究表明，若不采取有效防控措施，未来土壤酸化导致的粮食损失可能达到16%以上[20]。强酸性耕地面积广，酸化扩展的趋势严峻，农田土壤酸化已成为制约福建省农业产业高质量发展的瓶颈。

2.2 有效防控土壤酸化的科技支撑不足

土壤酸化改良行动亟需从技术、产品及装备提供配套的科技支撑。目前土壤酸化改良仍主要依靠施用石灰等碱性物料等粗放措施，对高效便捷防控技术与综合解决方案的重视程度不够，缺乏标准化的技术规程，导致改良效果参差不齐，制约了大面积集成推广应用。土壤酸化也衍生出土壤养分失衡、生物功能下降和土壤结构变差等一系列问题，而一直以来多功能靶向产品与本地化产品资源开发应用不足，需要充分挖掘本地农牧渔业废弃资源，因势利导有针对性地研发多功能高效型酸化改良与优化土壤质量的新产品，力求有效降低成本并实现废弃物的资源化循环利用。有数据显示，2020年福建省养殖贝壳、畜禽粪尿废弃资源量分别为1.96×106t、2.19×107t[21]，开发潜力大，通过科学有效的制备，可研发成为改良土壤酸化的系列调节剂与专用有机复合肥料产品，能实现改善土壤钙、镁缺乏的状况以及土壤结构等多重效果。此外，福建省属于多山丘陵地区，酸化改良的配套装备缺乏，物料的运输和施用成本过高，限制了有机肥、石灰类改良剂的便捷应用，亟需研发新型轻量酸化改良产品及其配套施用装备，既提高改良成效，又节约劳动力成本。

2.3 土壤酸化防治技术推广滞后

农业经营者对柑橘、茶叶等作物喜酸的传统观念根深蒂固，对土壤酸化危害缺乏全面的认识，这在很大程度上制约了土壤酸化的防控与治理。不同作物对酸适应能力有所差异，还需进一步优化用地布局，科学调整种植结构，如在酸化严峻区域可以推广茶和马铃薯等喜酸作物，直接利用酸化的土壤，以减少土壤酸化带来的损失，从而增加农民收入等。另外，区域范围内土地利用和田间管理方式差异大，又受限于区域耕地质量监测体系不完善等因素，农业经营主体对酸化现状识别不清。技术层面上，应对土壤酸化综合与高效的防控技术集成创新不足，关键技术推广应用面积较小，区域性治理推广体系尚未完全构建。

2.4 土壤酸化综合防治体系有待加强

土壤酸化的阻控和治理是一项艰巨的治理工程，技术落地与推广均需要各级政府进行合理的引导和政策的扶持。近年来福建省政府与农业农村厅等相关部门高度重视，将土壤酸化防控与改良治理列入多项政府行动，包括千亿斤粮食项目、高标准农田建设、退化耕地治理、耕地安全利用等重大工程，但由于治理经费过于分散而难以发挥集中应用的聚合效应。就整体层面而言，土壤酸化防治的资金集中度和聚合性难以支撑连片持续与综合治理，尤其是缺乏专一性重大项目支撑，区域覆盖不足和项目重叠的现象并存，由于存在资助补贴力度不均、资金利用难以集中且使用效率较低等诸多问题，导致耕地酸化问题没有得到连续性治理与根本性改观。福建省可借鉴国内外成功经验，在酸化较严重的区域可通过政府出资，农户出地的模式，设立土壤酸化治理示范基地，并借助示范基地的平台，邀请有关土肥专家现场为农民提供技术培训、指导和服务，及时解决土壤酸化治理中的具体问题。

3 防控耕地酸化与改良土壤的对策

3.1 制定酸化防控与耕地质量提升专项规划

为将防控耕地酸化与改良土壤落到实处，本研究建议可由福建省农业农村厅牵头，组建全省耕地土壤酸化治理与耕地质量保育专家指导委员会，建立省-市-县三级土壤酸化综合治理与耕地质量提升的工作机构；科学制定福建省土壤酸化防控与耕地质量提升专项规划，包括研究并出台《耕地酸化防治与耕地质量提升五年行动计划》、分区分类专项治理技术方案；进一步完善耕地酸化监测制度、重点风险区域的考核制度、土壤酸化综合防治的奖惩制度等；深入探索并建议制定《福建省土壤退化防治工作条例》等法规条例，同时定期发布福建省耕地质量与治理成效公报；明确相关管理部门与生产经营单位的职责，切实保障耕地地力提升、土壤质量保育，坚守耕地质量红线，实现耕地质量持续提升，为乡村产业振兴与农业绿色发展提供有效支撑。细化到防控耕地土壤酸化专项规划，则要注重把握8个重要环节(图1)，即普查建档、监测评估、科技攻关、产品研发、示范推广、多元投入、政策引导、依法管理。力求防控结合、保育耕地，保障土壤健康，力求做到高优生产和绿色发展。

图1 耕地土壤酸化科学防控系统工程示意

3.2 设立土壤酸化防控技术的重大攻关专项

组建全省性的科技创新联合团队攻关土壤酸化防控，建议由福建省科技厅牵头，联合农业农村厅设立耕地土壤酸化科技攻关重大专项，开展全省农业主产区土壤调查评估并梳理技术难点，深入开展技术创新、产品研发与难点攻关；重点阐明诱发机制、内在关系、空间差异、激活机制、影响要素等理论基础并突破关键应用技术。同时可积极争取国家科技部、农业农村部重点研发等项目资金，支持农业高校、科研院所、新型创新主体、技术需求企业等联合开展土壤酸化综合治理技术攻关与集成推广。依托专项整合已有数据库，结合产业布局，明确土壤酸化重点风险区域，制定分区分类的耕地酸化治理方案，并充分挖掘当地有效资源，研发高效型轻剂量调节剂、小体积的新型防控土壤酸化的高效产品、配套装备及制定改良技术规程，集成土壤酸化综合防控的典型模式，强化耕地酸化防治的创新驱动与科技支撑。

3.3 建立区域性土壤酸化集成治理推广网络

依托防控与治理专项在土壤酸化重点区域建立集中连片式核心示范区，因地制宜集成建设县域土壤酸化防治示范基地，有效整合品种优化、土壤调理、高效产品、耕作制度、机械配套、秸秆还田、畜禽粪便资源化利用，绿肥种植等农机农艺措施，构建适用于典型作物体系的技术模式，制定土壤酸化改良技术标准与规程，组织田间观摩，推进示范应用。核心示范区与推广网络建设，要严格按照“有主推技术模式、有实施防控主体、有责任领导到位、有技术指导专家、有宣传普及标识”的要求，确保各项技术措施落实到位，充分发挥示范引领作用，带动整体实施与持续防控。

3.4 完善土壤改良与地力提升政策保障体系

完善防控土壤酸化等改良产品的补贴政策制度。将土壤调理剂与化肥税收政策实施差异化调整，享受资源综合利用产品企业相关优惠政策，恢复销售增值税税率减免政策，适当降低土壤调理产品市场售价。完善配套改良机械的购置补贴和使用补贴制度，鼓励第三方农业服务主体或者农业企业参与。建立酸化改良与农业支持补贴挂钩制度，完善监管与考核制度，重点落实并推进优质农产品生产主体(如有机产品和绿色产品经营者)、农业规模经营主体，有效实施中轻度重金属污染区域的土壤酸化改良计划，持续培育高质量土壤，完善“藏粮于地、藏粮于技”的创新创业体系建设。

3.5 加强科技知识普及并建设社会服务体系

针对当前农业经营者(农民群众)对土壤酸化认识不高，普遍存在重耕轻养等问题，充分利用电视、网络及新(自)媒体等渠道加强对土壤酸化成因及危害的宣传，普及土壤酸化改良与耕地质量保育知识及其重要意义，强化大众参与意识，营造土壤酸化改良的良好社会氛围；加强农业高校、科研单位、农业推广等部门的技术服务体系建设，依托基层推广机构、科技小院、龙头企业、示范基地、示范园区开展田间观摩，带动土壤酸化改良与有效防控，加强科技知识培训，以县为单元，建立专业治理公司或者专业骨干队伍，以家庭农场或生产企业主动防控为主，同时探索第三方治理的机制，联动匹配，递进推动，力求在3～5年内，取得耕地土壤酸化防控的明显成效。因势利导创立富有福建特色且便捷有效的耕地酸化综合治理与耕地质量保育体系，树立福建样板，创造福建经验，力求走在全国前列，为福建乃至全国乡村产业振兴与农业绿色发展贡献力量。