酸化土壤改良技术研究进展

来源：SCI期刊网 分类：农业论文 时间：2022-02-25 09:28 热度：

摘 要：摘 要: 酸化是土壤退化的重要表现之一，已严重影响到作物生产。综述了土壤酸化的原因、危害以及酸化土壤改良的技术，指出我国酸化土壤改良研究存在的不足，并对研究方向进行了展望。

　　摘 要: 酸化是土壤退化的重要表现之一，已严重影响到作物生产。综述了土壤酸化的原因、危害以及酸化土壤改良的技术，指出我国酸化土壤改良研究存在的不足，并对研究方向进行了展望。

　　关键词: 酸化土壤; 改良技术; 改良剂; 农艺措施

　　土壤酸化是指在自然和人为条件下，土壤酸度变强，即土壤 pH 值降低的现象，其实质是土壤中盐基阳离子淋失，交换性酸增加，从而引起土壤 pH 值下降。土壤酸化导致土壤养分有效性下降、重金属活性增强，造成土壤退化，影响作物正常生长发育，最终使农作物产量与品质下降。土壤酸化作为土壤退化的重要表现之一[1]，目前已成为生态学、农学、土壤学等相关学科的重大研究课题。笔者对我国土壤酸化的现状、成因、危害及改良等进行了综述，旨在为我国酸化土壤改良研究提供一定的参考。

　　1 中国土壤酸化现状

　　从世界范围来看，酸性土壤主要分布于热带、亚热带和温带地区。我国酸性土壤主要分布在福建、浙江、湖南、江西、广东、广西等南方诸省[2]，总面积达 2. 0 × 108 hm2 ，大部分酸性土壤 pH 值低于 5. 5，其中很大部分低于 5. 0，有一部分甚至低于 4. 5[3]。 Kramer 等认为，土壤 pH 值低于 4. 0 就不再适于作物生长[4]。

　　调查表明，广东省坡耕地中，强酸性土壤面积约 2. 5 万 hm2 ，酸性土壤面积 18. 4 万 hm2 ，分别占坡耕地总面积的 3. 6% 和 27. 5%[5]。目前，湖南省耕地酸化面积约 275 万 hm2 ，占耕地总面积的 72. 6% ，近 30 年来，湖南强酸性土壤面积增加明显，且耕地酸化还有进一步加强的趋势[6]。益阳洞庭湖区土壤酸化严重，平均 pH 仅为 5. 4[7]。2005 ～ 2012 年江 西省耕地土壤 pH 平均值为 5. 2，酸性耕地与强酸性耕地面积约 239. 36 万 hm2 ，占江西省耕地总面积的 90. 92%[8]。

　　2 土壤酸化的成因与危害

　　2. 1 土壤酸化的成因

　　土壤酸化成因很多，总的说来可归结为两大成因。一是土壤自身存在的酸化现象。一方面，当降雨量大于地表蒸发量，淋溶过程中，雨水中的 H + 或雨水与土壤反应产生的 H + 中和了土壤中的部分碱性物质; 另一方面，土壤中部分碱性物质在淋溶过程中随着水分流失，导致土壤 pH 值下降。土壤自身的酸化现象是一个非常缓慢的自然过程[9]。二是人为原因。随着现代科技和农业生产的发展，酸沉降、过量使用化学肥料和工业污染等使土壤酸化加剧。大气酸沉降化学组成( 主要是硫和氮的氧化物) 对土壤理化性状、作物生长、水域生态系统平衡产生不利影响。土壤酸沉降加速了养分的淋失，有研究表明，森林植被下土壤养分的淋失是造成森林退化的主要原因[10]。 Ju 等研究表明，重施氮肥使土壤严重酸化，并能明显提高土壤中 Fe、Al 的含量[11]。工业生产中产生的废水、废渣等直接进入农业环境，造成农业环境污染。尤其工业废水酸度超标，直接进入耕作层，造成土壤酸化，影响作物生长[5]。

　　2. 2 土壤酸化的危害

　　2. 2. 1 土壤酸化对土壤的影响

　　土壤酸化导致土壤容重增加，土壤板结，孔隙少，透 气 性 差，不利于土壤中水、气、热、肥 的 调节[12]，进而影响作物根系生长，影响根系对土壤中营养元素的吸收和利用。

　　土壤酸化后，盐基阳离子减少，Al3 + 和 H + 增加。土壤 pH 值影响土壤矿物质溶解、胶体的聚散状态、有机质的分解以及营养元素的转化和释放。用不同 pH 值的模拟酸雨处理褐土，经过 10 年处理，K、Ca、Na、Mg 等 4 种盐基离子的淋失总量与酸雨 pH 呈极显著正相关[13]。刘来等[14]研究表明，大棚连作土壤离子含量与养分随 pH 值下降而升高，且全磷、有机质和硝酸根离子含量与土壤 pH 呈极显著负相关。酸性土壤中通常含有大量的 Al3 + 、 Mn2 + 和 Fe2 + ，它们易与土壤中的磷酸根离子反应，生成难溶的磷酸盐，因此，土壤 pH 过低会加剧 P 的固定，降低土壤中 P 的有效性。苏有健等[15]研究发现，0 ～ 20 cm 土层土壤中活性铝含量与 pH 值呈极显著负相关，且与自然土相比，种茶促进活性铝的积累，且种茶时间越长，土壤酸化越严重。As、Cu、Zn、 Mn 的富集系数与根际土壤 pH 有 明 显 的 相 关性[16]，铅和镉的离子交换态都与土壤 pH 呈显著相关性，土壤酸化使镉的离子交换态比例上升[7]。

　　土壤酸化导致土壤动物数量减少，土壤中酶活性降低。土壤酸化后，土壤中蚯蚓数量减少，线虫数量增加。有研究表明，线虫过多会导致作物根系破坏，不仅导致作物抗倒伏能力差，还使作物无法正常吸收土壤养分，导致作物减产严重[17]。王涵等[18]研究发现，土壤酶活性受 pH 值影响很大，脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和蛋白酶活性均呈现酸化抑制的规律，但过氧化物酶活性变化不明显。土壤 pH 是影响土壤微生物数量的重要因素[19]。研究表明，随着土壤 pH 的升高，土壤中细菌和放线菌的数量呈现出上升趋势，但对真菌数量影响不大[20]。

　　2. 2. 2 土壤酸化对作物的危害

　　大多数作物都适宜在弱酸环境下生长，土壤过酸不利于作物的生长。陶忠玲等[21]在模拟酸雨条件下，对水稻和高粱种子进行发芽试验发现: 水稻种子抗酸雨能力强于高粱种子，水稻种子的酸雨伤害阈值为 pH = 3. 0 ～ 3. 5，高粱种子的酸雨伤害阈值为 pH = 3. 5 ～ 4. 0，pH 值在 2. 0 ～ 2. 5 之间，由于酸雨胁迫严重，水稻和高粱种子都不能正常发芽。曾勇军等[22]进一步研究发现，土壤 pH 下降，水稻前期分蘖受到抑制，生育期延长，始穗期推迟，产量降低; 结实率和千粒重也随 pH 值下降而下降，在浇灌水 pH < 4. 5 且土壤 pH < 5. 0 时，pH 值对晚稻产量的影响 小 于 早 稻，两 者 下 降 幅 度 分 别 为 8. 06% 和 7. 82% ; 在浇灌水 pH < 3. 5 且土壤 pH < 4. 5 时，早晚稻减产更加严重。童贯和等[23]研究表明，随着酸雨 pH 值的下降，小麦幼苗的叶面积、株高和地上部的干物重明显减少，当 pH 值小于 2. 5 时，差异达到极显著水平。

　　土壤酸化影响作物对土壤中养分的吸收。徐晓燕等[24]研究发现在 pH4. 5 ～ 7. 5 之间，pH 值升高，烟株根系体积、干重、根系活跃吸收面积、根系总吸收面积上升，这一研究结论与郭培国等[25]的研究一致。郭培国等的研究还指出，土壤 pH 值在 5. 5 ～ 8. 0 之间时，烤后烟叶中 Ca、Mg、K 及总灰分含量随 pH 值的升高而升高，而 Cu、Mn、Zn、蛋白质、总氮等呈下降趋势。当土壤 pH 小于 7. 0 时，生长后期，烤烟根系活力、根系呼吸速率和 ATP 含量较低，烟株易早衰; 因此，土壤 pH 值低于 7. 0 条件下，需重视烟株后期早衰对烟叶品质的影响; 土壤 pH 值在 7. 0 ～ 8. 0 时，需注意促进烤烟前期的快长。

　　土壤酸化影响作物的产量和品质。李 庆 军等[26]研究表明，苹果果实单果重、可溶性固形物、可溶性糖、果品色泽和果实风味 5 项果实品质评价指标与土壤酸度的相关系数分别为 0. 9711、0. 9548、 0. 9629、0. 9842 和 0. 9494，呈显著相关，土壤 pH 值越低，5 项指标表现值越低。可见，土壤酸化使果实品质明显降低。徐晓燕等[24]通过水培试验也发现， pH 值在 6. 5 ～ 7. 5 范围内种植烤烟，烟碱含量适宜，化学成分比较协调，烟叶品质好，而 pH 过高和过低都不利于烟叶品质的提高。

　　3 酸化土壤改良技术

　　前人对酸化土壤的改良研究，主要集中在两个方面: 一是施用土壤改良剂，二是采取农艺措施。

　　3. 1 施用土壤改良剂

　　3. 1. 1 石灰

　　施用石灰是缓解土壤酸害，促进作物吸收养分，提高作物产量及品质的重要措施之一。关于石灰改良酸化土壤的研究很多，施用石灰可以提高土壤 pH 值和改善土壤有效养分状况。敖俊华等[27]的土壤培养试验表明，石灰用量与供试酸性土壤 pH、钙、镁、硅等的有效含量呈显著正相关。储祥云等[28]的研究也发现，在酸性土壤中施用石灰，能够提高有效磷的含量，而在土壤含磷高的情况下，施用石灰提高的作物产量主要源自于土壤补 Ca。于宁等[29]还发现，施用石灰后，酸化烟田的土壤转化酶、过氧化氢酶、脲酶等活性都显著上升，表明施用石灰明显改善了土壤的酸化状况，对土壤酶活性的恢复起到了促进作用。

　　唐莉娜等[30]发现，在烟稻轮作中，酸性土壤( pH 5. 0) 中施石灰0. 2 ～ 0. 4 g / kg 能明显促进当季烤烟生长。周道金等[31]的研究表明，施用石灰，能够促进烟株的地上部生长，降低烟株发病率，提高单位面积产量，同时，经过石灰处理后，烟株上下部烟叶的含糖量有下降的趋势。周相玉等[32]进一步研究发现，石灰用量与土壤 pH 值成正相关，并能显著降低活性 Cd 的浓度。根据孟赐福等[33] 的研究，红壤旱地施用 3. 75 ～ 15. 00 t / hm2 石灰石粉可提高油菜 N、P、K 的利用率，增加油菜籽粒产量 0. 17 ～ 0. 32 t / hm2 。

　　3. 1. 2 生物质炭

　　生物质炭是作物秸秆等有机物在缺氧条件下，在低于 700℃ 下裂解的固体产物。经高温裂解后，生物质芳香化程度加深，孔隙率和比表面积增大，且在表面产生一定数量的碱性基团[34]。施用生物质炭能降低土壤容重[35]，增加土壤阳离子交换量，提高作物对氮素的吸收利用。因此，生物质炭也成为了改善土壤酸化状况，提高土壤盐基饱和度，改善土壤理 化 状 况[36，37]，增 加土壤保肥能力的重要物质[38]。

　　赵牧秋等[39]利用 4 种生物质炭原材料在 300 ～ 600℃温度处理不同时间制备生物质炭发现，不同制炭条件下制备的生物质炭均呈碱性，且热解时间越长，原材料颗粒越小，热解温度越高，生物质炭碱性基团含量呈增加趋势。添加生物质炭显著提高了酸性土壤 pH 值，且酸性土壤改良能力随生物质炭碱性基团的增加而提高。

　　张文玲等[40]研究发现，生物质炭可有效吸附铵盐、硝酸盐、磷及其他水溶性盐离子。周桂玉等[41]研究还表明，施加生物质炭不仅能够增加土壤 Ca、Mg、有效 P 和 K 的含量，还能提高土壤中的有机碳、胡敏酸和富里酸含量，且胡敏酸的色调系数呈现 ΔlgK 降低趋势，将有利于土壤中有机碳的长期保存[42]。

　　3. 1. 3 土壤调理剂

　　土壤调理剂指加入土壤中用于改善土壤的物理、化学和/或生物性状的物料，用于改良土壤结构、降低土壤盐碱危害、调节土壤酸碱度、改善土壤水分状况或修复污染土壤等。土壤调理剂种类很多，其中白云石和碱渣是两种重要的酸性土壤调理剂。

　　白云石是一种碳酸盐矿物，含有大量的钙镁元素。研究表明，白云石粉处理旱地棕红壤越长，土壤潜性酸下降越明显; 白云石加入土壤中 90 d 后，土壤潜性酸含量基本稳定，且不同量白云石与有机肥配施能有效降低土壤中潜性酸含量[43]。

　　碱渣是制碱厂的废弃物，偏碱性，pH 约 9 ～ 12，主要成分是钙盐和 Mg( OH) 2 等，富含 Ca、Mg、Si、K 等作物生长有益元素[44，45]。魏岚等[46]通过盆栽试验发现，施用 10 g /15 kg 的碱渣处理，能使土壤 pH 提高 1. 72，并能有效降低土壤中交换性铝的含量，土壤中交换性钙、镁、速效氮、有效磷和速效钾均不 同程度提高。

　　3. 2 农艺措施

　　3. 2. 1 施用碱性肥料

　　酸性土壤中，Ca、Mg、Si 元素缺乏，P 容易被 Fe、 Al 固定，利用率低，从而导致作物产量低。因此，碱性肥料的施用，能够补充酸性土壤中碱性元素的不足，同时改善土壤酸化现状，提高土壤肥力，增加作物产量。

　　草木灰是植物体燃烧后残留的灰分，含有很多碱性成分和植物生长所需的营养元素。作为传统土壤肥料来源，草木灰来源广，生产容易，在农业生产上一直以来都应用广泛。但生产草木灰时，秸秆燃烧引起的环境问题越来越为人们所重视，因而草木灰的应用也日趋减少。

　　刘健松等[47]以 P2O575 kg / hm2 为标准，将硅钙肥、钙镁磷肥和过磷酸钙肥 3 种碱性肥料以不同方式配合施用种植水稻，结果表明在酸性水稻土上施用硅钙肥、钙镁磷肥能增加水稻的实粒数、提高结实率和千粒重，其中，以硅钙肥与钙镁磷肥配合施用效果更好。陈建军等[48]的研究也得出了相同的结论。

　　3. 2. 2 均衡施肥，增施有机肥

　　有研究表明，某些植物物料对酸性土壤有一定的改良作用。毛佳等[49]通过室内培养研究了紫云英、刺槐和豌豆秸秆对酸性土壤的改良效果，结果表明 3 种植物秸秆均可不同程度地提高土壤 pH 值，同时增加土壤阳离子交换量，减少土壤中交换性铝的含量。这一结果与姜军等[50]的研究结果一致。后者的研究还发现，添加土壤干重 1% 的水稻秸秆或大豆叶( 柄) ，不仅能提高土壤 pH 值，降低交换性 Al 含量，同时可在一定程度上减少土壤中活性 Al 含量。

　　榨糖后产生的固体有机废物滤泥，含有大量的营养元素和有机物质，可用于改良土壤。林斯强[51]研究发现，施用滤泥能中和红壤中的活性酸，明显提高土壤中的有机质、全氮等，促进大麦分蘖，增加有效分蘖数，提高大麦产量。邢世和等[52]通过粉煤灰和滤泥不同配比改良酸性红壤的试验，发现施用不同质量配比的该混合物均能提高土壤 N、P、K 含量，种植的大麦生物产量、经济产量和根系重量都显著提高，且随着粉煤灰比例增加，土壤 pH 值升高，而各处理中，以 20% 粉煤灰和 80% 滤泥配比处理的经济产量最高。

　　酸性土壤上，应尽量选择土壤酸化作用弱的铵态氮肥，避免使用生理酸性肥料。有机肥有利于改善土壤团粒结构，提高土壤缓冲能力。龙光强等[53]在旱地上通过先施用石灰快速提高土壤 pH，然后再增施有机肥，可稳定并逐步提高土壤 pH 值。

　　3. 2. 3 种植耐酸作物

　　不同作物在土壤中偏重吸收的离子存在差异，因此，种植不适当的作物可能造成农作物减产、土壤结构破坏，甚至土壤退化。徐仁扣等[54]研究指出，豆科植物生物固氮增加了土壤中有机氮含量，而土壤中有机氮硝化和矿化，以及 NO - 3 的淋溶可导致土壤酸化，他还指出将豆科作物残茬留田还可能加速土壤酸化。

　　袁珍贵等[55]通过不同酸度大田对比试验，将 23 个供试水稻品种划分为酸性敏感型、酸性中间型和酸性迟钝型，其中酸性迟钝型在酸性土壤中产量表现较正常微酸性稻田土壤中水稻产量不降反增，对于南方酸性稻田品种的选择具有指导作用。

　　3. 2. 4 合理的水肥管理

　　大量使用铵态氮肥和 NO - 3 的淋失是造成土壤酸化的重要原因。适时适量施肥浇水，不仅可以减少氮肥损失，提高氮肥利用率，减缓土壤酸化，还能避免因过量施肥造成的氮肥残留和淋失，且带状施用氮肥造成的土壤酸化作用较散施小。

　　3. 2. 5 其他措施

　　秸秆还田。作物收获时带走了土壤中的一些碱性物质，作物秸秆还田能补充土壤中的碱性物质，同时增加土壤有机质，改善土壤团粒结构。

　　间套作。有研究表明，果园套种牧草能显著提高土壤有机质含量，提高土壤 pH 值，增加土壤孔隙度，降低土壤容重，同时增加土壤蓄水抗旱能力[56，57]。

　　4 展望

　　一直以来，对土壤酸化的原理、机制的研究很多，但缺乏长期定位试验，对于土壤酸化的详细过程及过程中土壤理化性质的变化及其对作物生长发育、产量品质的影响等，缺少系统研究。因此，在典型酸化区，开展长期定位试验，实时监测酸化土壤改良状况、作物生长情况等将成为今后土壤酸化研究的重要方向。

　　酸性土壤改良技术一直以来都集中在土壤改良剂研究上，但也有研究显示，不当的农艺措施，如作物品种选择与搭配、田间水肥管理、不适宜的复种方式等，也会造成土壤酸化。但我国农业科研工作者在这些方面的研究整体来说不多，还不够全面。对于耕作制度和复种方式等的研究也将成为土壤酸化研究的新的突破点。

　　石灰作为公认的酸性土壤改良剂，能够在短期内迅速提高土壤 pH 值，但长期施用石灰，将造成土壤“复酸化”。目前，生物质炭已然成为了酸化土壤改良的新宠，但生物物料经高温裂解后自身芳香化程度加深，其中部分多环芳烃在土壤中无法分解，长期施用生物质炭将导致该类物质在土壤中积累，可能造成土壤的次生污染。因此，生物质炭在酸化土壤改良上的应用还需要深入研究。

　　近年来，将工业废物用作酸性土壤改良的研究有所增加，但工业废物中均含有部分有害重金属。要想将其真正应用于大田土壤改良，不仅有待于工业废物后处理工艺的进一步发展，还需要科研工作者们随时做好农业生产风险评估，防止农用土壤的次生危害。土壤改良剂的用量，以及土壤改良剂残留的研究也应该引起重视。——论文作者：杨 晶，易镇邪* ，屠乃美

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文章名称：酸化土壤改良技术研究进展

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