設(shè)施土壤酸化研究現(xiàn)狀、產(chǎn)生機理及防治措施

谷端銀高俊杰焦娟王秀峰(．泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院， 山東 泰安 27000； 2．山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院， 山東 泰安 2708；3．作物生物學(xué)國家重點實驗室， 山東 泰安 2708)

設(shè)施土壤酸化研究現(xiàn)狀、產(chǎn)生機理及防治措施

谷端銀1高俊杰1焦娟1王秀峰*2，3(1．泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院， 山東 泰安 271000； 2．山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院， 山東 泰安 271018；3．作物生物學(xué)國家重點實驗室， 山東 泰安 271018)

本文綜述了設(shè)施(塑料大棚、日光溫室、玻璃溫室等)土壤酸化的現(xiàn)狀，分析了其產(chǎn)生的原因以及土壤酸化對設(shè)施土壤養(yǎng)分、設(shè)施內(nèi)作物病害發(fā)生等的影響，并提出了具體的防治措施。

設(shè)施;土壤酸化;研究現(xiàn)狀; 產(chǎn)生機理; 防治措施

設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的目標(biāo)是通過改良小氣候環(huán)境，為蔬菜生產(chǎn)提供合適的生長條件，從而增加復(fù)種指數(shù)，使蔬菜早熟、高產(chǎn)，以達到調(diào)節(jié)淡季、均衡上市，提高效益的目的[1]。設(shè)施蔬菜生產(chǎn)由于設(shè)施特殊的建造結(jié)構(gòu)、高度集約化的生產(chǎn)、無雨水淋洗等特點，再加上人為的不合理種植和施肥，設(shè)施土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性均發(fā)生了很大的變化，使得土壤惡化，導(dǎo)致連作障礙。喻景權(quán)等[2]認為造成蔬菜連作障礙的主要因素有三個方面：土壤理化性質(zhì)的劣化；土傳病蟲害；植物的自毒作用。在土壤理化性質(zhì)劣化方面，對于設(shè)施土壤鹽漬化、養(yǎng)分不平衡等研究較多 [3，4，5，6，7]，近年來設(shè)施土壤酸化問題越來越受到研究者的重視[8，9，10，11，12]。由于酸化對土壤生產(chǎn)力的提高及對生產(chǎn)環(huán)境和人體健康存在的直接和潛在的威脅，因此對土壤酸化的研究還是應(yīng)該引起高度重視。

1 設(shè)施土壤酸化的現(xiàn)狀

設(shè)施土壤是指玻璃溫室、塑料大棚和日光溫室等園藝設(shè)施土壤的總稱。設(shè)施土壤在覆蓋結(jié)構(gòu)之下，與大田土壤相比，其內(nèi)部生態(tài)環(huán)境及水熱平衡發(fā)生改變，土壤的理化性質(zhì)也發(fā)生變化。設(shè)施土壤酸化即是其體現(xiàn)之一。Van認為土壤酸化主要指土壤中的H+和Al3+數(shù)量增加，導(dǎo)致陽離子庫的耗竭[13]。研究表明，設(shè)施土壤pH值隨種植年限延長多數(shù)呈降低趨勢，致使土壤酸化。于群英[14]測定了皖北地區(qū)典型設(shè)施土壤的 pH 值和交換性酸，發(fā)現(xiàn)菜地土壤的酸化與土壤類型有關(guān)，潮土菜園土經(jīng)過10 年耕作變成酸性土壤，砂姜黑土菜園土經(jīng)過5年左右耕作變成酸性土壤，土壤 pH 值與種植蔬菜時間呈正相關(guān)。據(jù)李俊良調(diào)查研究[15]，壽光種植13年的大棚土壤pH值有的下降到了4．31。而梁成華[16]對遼寧大棚土壤研究表明當(dāng)?shù)卮笈锿寥纏H值比露地土壤僅降低0．5(大棚土壤pH值6．1，露地土壤pH值6．6)。孟鴻光等[17]對沈陽城郊溫室土壤特性調(diào)查時也發(fā)現(xiàn)在大棚、溫室等不同的設(shè)施利用條件下，土壤pH值呈下降趨勢。吳鳳芝等[18]測得連作黃瓜4年的大棚土壤pH值為6．83，而連作25年的大棚土壤pH值下降至6．75，而露地土壤pH值為6．97，表明隨種植年限增加，土壤pH值逐漸下降，但下降幅度較小。陳為峰[5]在對山東省大棚土壤內(nèi)外pH值測定后，也發(fā)現(xiàn)大棚種植后，棚內(nèi)比棚外pH值均有不同程度的下降，下降幅度在0．12～2．05之間。曾希柏等[9]發(fā)現(xiàn)壽光設(shè)施菜地土壤pH值在12．7a前逐年降低，12．7a后則土壤pH值出現(xiàn)升高趨勢。王玉寶[19]發(fā)現(xiàn)設(shè)施甜櫻桃園土壤pH值隨著種植年限的增長呈下降的趨勢，并且土層越淺下降越明顯。陳洪江等[20]發(fā)現(xiàn)威海設(shè)施菜地土壤pH值＜5．5的酸化比例為69．77%，pH值＜4．5的強酸化比例為18．15%，pH值最低達到3．9，酸化現(xiàn)象較為嚴重。

2 設(shè)施土壤酸化的可能機制

設(shè)施土壤酸化與大田土壤酸化機制不同。導(dǎo)致大田土壤酸化的原因有自然因素和人為因素。土壤自然酸化非常緩慢，人為活動的影響大于自然因素。而影響土壤酸化的人為因素一是由于大氣環(huán)境污染導(dǎo)致酸雨產(chǎn)生，酸雨地區(qū)的土壤酸化速度增快[21，22]。不當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)措施是導(dǎo)致土壤酸化的另一原因。Cregan PD et al[23]明確了這些措施主要有種植豆科作物和牧草、收獲的動植物產(chǎn)品從土壤中移走堿性物質(zhì)、化肥的大量施用等。沈月[24]對遼寧地區(qū)棕壤酸化研究發(fā)現(xiàn)長期施肥對土壤pH值影響較大，與不施肥相比，連續(xù)施用尿素(270kg N·hm2)27年土壤pH值下降1．31個單位，土壤緩沖容量降低3．87 mmol kg-1pH unit-1。隨著尿素施用量的增多，土壤交換性酸和交換性鋁的含量呈增加趨勢。王嬡華等[12]通過采取人為模擬酸化和鹽基淋失( 自然洗鹽) 過程，研究發(fā)現(xiàn)積鹽酸化與露地酸化本質(zhì)上是相同的，但在等量酸加入時，設(shè)施內(nèi)積鹽土壤耕層酸化更快，酸害更嚴重，且易積鹽。由于設(shè)施栽培的特殊性，導(dǎo)致設(shè)施土壤酸化的原因是十分復(fù)雜的。這些可能的酸化機制主要包括以下幾個方面。

2.1 施肥

2.1.1 大量施入生理酸性肥料

生理酸性肥料如硫酸鉀、硝酸銨、氯化銨、硫酸銨、碳酸氫銨等在施用后，K+、NH4+被作物根系選擇性吸收后，酸性陰離子如SO4

2－、Cl－、NO3－等與土壤溶液中游離H+結(jié)合形成強酸，導(dǎo)致pH值下降，土壤酸化[25]。曾希柏等[9]發(fā)現(xiàn)設(shè)施菜地土壤中SO4

2－含量與土壤pH值存在極顯著負相關(guān)(相關(guān)系數(shù)達0．5508)。朱建華等[26]研究結(jié)果表明，施用復(fù)合肥可不同程度地降低表層土壤的pH值，土壤酸化隨時間的推移加劇。而李海云[27，28]研究設(shè)施陰離子對黃瓜的影響時發(fā)現(xiàn)，施肥量越大，土壤EC值呈上升趨勢，而pH值呈下降趨勢，而這與施肥品種無關(guān)。在同一施肥水平下，以不施肥為對照，各處理分別施用含SO4

2－、Cl－、NO3－的肥料，發(fā)現(xiàn)對pH值的影響是Cl－＞SO4

2－＞NO3－＞CK。鄒長明等[29]比較了長期施用含硫和含氯肥料對土壤酸化的影響差別，發(fā)現(xiàn)施用含硫肥料更易使土壤酸化，pH值變化呈“平衡－突破－平衡” 趨勢。土壤膠體使土壤具有強大的緩沖性能，使土壤的活性酸度(即pH值)與交換性酸度處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)，由此可防止土壤pH值劇烈變化。但當(dāng)H+積累到一定程度后，這種動態(tài)平衡被破壞，于是發(fā)生突變，然后在新的基礎(chǔ)上達到新的平衡。韓江培[30]在研究設(shè)施栽培條件下土壤酸化與土壤鹽漬化耦合發(fā)生機理時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)陰離子為Cl-時，各陽離子對設(shè)施土壤均有一定的致酸作用，作用順序：Ca2+＞NH4+＞Mg2+＞K+＞Na+。隨著各陽離子濃度的增加，土壤pH值下降幅度增加。

2.1.2 過量施入氮肥

過量施入氮肥是致使土壤酸化的重要原因。葛曉光等[31，32，33，34]在14．5年施肥條件下菜田－蔬菜生態(tài)系統(tǒng)變化研究中發(fā)現(xiàn)，耕作土壤隨施氮量的增加土壤pH值呈下降趨勢，有機肥的施用可以減輕無機氮肥對土壤的酸化作用。

而銨態(tài)氮肥的過量施用是加速土壤酸化的主要原因。徐仁扣等[35]證明銨態(tài)氮肥用量達80kg．hm-2時土壤酸化加速。而有調(diào)查分析表明[36]，我國年有機肥(禽類或人糞尿)使用量，一般90～120m3．hm-2，最高用量超過150 m3．hm-2；化肥投入一般在7500 kg．hm-2左右，高者達15000 kg．hm-2，這遠遠超過蔬菜的吸收量。大量銨態(tài)氮肥施入土壤后，銨根離子一部分被植物根系及土壤微生物所吸收，另外部分參與硝化作用[37，38]。植物每吸收一個銨根離子將置換為一個氫離子，土壤溶液中氫離子數(shù)量增加。硝化過程中，NH4+和NO2

-的氧化過程都會釋放出H+[39]，土壤溶液中氫離子數(shù)量增加，導(dǎo)致土壤變酸。設(shè)施土壤表現(xiàn)出pH值隨硝化活性的增強和NO3－積累量的增多而下降[40]。Shen et al[41]同時通過溫室內(nèi)盆栽黃瓜-番茄試驗研究發(fā)現(xiàn)過量施用氮肥導(dǎo)致礦質(zhì)元素N的積累，顯著降低了土壤的pH值，導(dǎo)致產(chǎn)生次生鹽漬化及土壤酸化。Han et al[ 42]又比較研究了壽光和寧波不同初始pH值及溫室不同種植時間下，壽光和寧波設(shè)施土壤表層(0～20cm)和亞表層(20～40cm)均表現(xiàn)出明顯的酸化和鹽漬化現(xiàn)象，同時發(fā)現(xiàn)壽光設(shè)施土壤酸化主要是因為過量施用N肥及K肥導(dǎo)致土壤中的Ca2+和HCO3

-下降所致，土壤pH值與Ca2+和HCO3-比例顯著相關(guān)。

2.1.3 施入未腐熟的有機肥

為增加有機肥施用，菜農(nóng)大量施用豬、牛廄肥和畜禽糞便。肖輝等[43]研究發(fā)現(xiàn)施用腐熟的雞糞、豬糞能提高土壤pH值。但很多菜農(nóng)施用的有機肥未腐熟，這些未腐熟的有機肥在分解過程中可能產(chǎn)生大量的有機酸和二氧化硫，二氧化硫遇水或設(shè)施土壤條件下轉(zhuǎn)化為亞硫酸和硫酸，也會使土壤酸度增大[44，45，46，47]。研究表明有些植物殘體或凋落物在分解過程中可以產(chǎn)生致酸物質(zhì)[48]，這些廢棄的有機物作為有機肥施入也可導(dǎo)致設(shè)施土壤酸化，降低了土壤的可持續(xù)性[49]。

2.2 根系分泌物

植物不僅可以通過礦質(zhì)元素的生物循環(huán)、吸收、轉(zhuǎn)運、凋落、回歸等因素影響土壤酸度，還可以通過根系的選擇吸收分泌物直接影響土壤環(huán)境[50]。已有文獻從不同側(cè)面涉及植物對土壤的酸化作用機理，例如段雷等從不同植被對養(yǎng)分的吸收探討植物對土壤的酸化作用[51]。

植株分泌的大量有機酸會導(dǎo)致土壤礦物分解加速和陽離子的溶出，土壤膠體溶液中陽離子的淋失加速，導(dǎo)致土壤酸化[52]。現(xiàn)已鑒定出植物根系分泌物的低分子量有機酸主要包括草酸、檸檬酸、琥珀酸、蘋果酸等[53]。植物分泌有機酸的種類和數(shù)量因植物品種、生長期及部位等而存在不同[54]。

2.3 灌水方式

設(shè)施蔬菜種植需要大量的水分，因此設(shè)施蔬菜灌水次數(shù)相對露地增多。隨著灌溉水分的在設(shè)施土壤中多次下灌，部分陰離子如NO3

－下移并有可能淋溶出根區(qū)，而H+則留在表層土壤中[35]，也可能是導(dǎo)致設(shè)施土壤酸化的原因之一。

2.4 微生物比例失調(diào)

由于設(shè)施種植作物單一，形成了特殊的環(huán)境，使一些硝化菌、氨化菌等有益微生物受到抑制[45]。日本勝又廣太郎等[55]認為，設(shè)施內(nèi)由于連作引起微生物組成變壞，主要是細菌和真菌比例問題，細菌增多會引起土壤酸化。Shen et al[41]試驗結(jié)果顯示，在同一個種植季，隨著氮肥的增多，微生物功能多樣性顯著降低。2.5 與碳循環(huán)有關(guān)的土壤和植物過程

設(shè)施栽培種植復(fù)種指數(shù)較高，蔬菜茬次密集，設(shè)施栽培作物的收獲從土地上不斷移走是碳循環(huán)導(dǎo)致土壤酸化的主要方面。在設(shè)施作物的生長過程中，植株體內(nèi)會積累有機陰離子(堿)[56]。設(shè)施蔬菜的產(chǎn)出量高，從土壤中帶走了過多的堿基元素，當(dāng)蔬菜收獲時，使得土壤向酸化方向發(fā)展。

3 設(shè)施土壤酸化的影響

3.1 對土壤營養(yǎng)成分的影響

土壤酸化會加重鋁和錳的毒害[57，58]，而容易缺乏Mg、Ca、Zn、Mo等元素。土壤酸化可增加Ca2＋、Mg2＋的淋溶，進一步使土壤酸化加劇[59]，對設(shè)施生產(chǎn)造成不利影響。曾路生[60]對壽光設(shè)施土壤研究發(fā)現(xiàn)，有效態(tài)重金屬含量與土壤pH值變化表現(xiàn)出顯著或極顯著的負相關(guān)性。

3.2 對園藝植物病害發(fā)生的影響

酸性土壤滋生真菌，根際病害加重，且控制困難。村上圭一等[61]發(fā)現(xiàn)土壤類型和土壤pH值對十字花科植物根腫病有一定影響，同一類型的土壤，pH值則影響病原菌密度和發(fā)病程度。徐林華等[62]開展了設(shè)施土壤酸化與根腫病的防治研究。一般認為，土壤酸化使得茄果類蔬菜的青枯病、黃萎病增多[63]。而廖詠梅等[64]發(fā)現(xiàn)抑病作用與土壤pH值大小的關(guān)系不很明顯。馬鈴薯瘡痂病與pH值有較明顯的關(guān)系，通過調(diào)節(jié)pH值，可以控制該病害的發(fā)生[65]。在酸性缺鈣土壤上，大白菜發(fā)生心腐病、番茄臍腐病，黃瓜霜霉病等。同時，由于土壤結(jié)構(gòu)被破壞，土壤板結(jié)，理化性質(zhì)變壞，使蔬菜抵御旱澇能力減弱，也易使其發(fā)生各種病害。

3.3 對園藝植物產(chǎn)品品質(zhì)的影響

土壤酸化較嚴重時，土壤活性鋁、錳等元素因活化而在土壤中含量增加，可降低蔬菜根系細胞分裂及呼吸作用，甚至引起植株中毒等，使設(shè)施蔬菜產(chǎn)品品質(zhì)降低。土壤酸化時較多的氫離子也對蔬菜吸收其它陽離子產(chǎn)生一定的拮抗作用[63]，影響蔬菜品質(zhì)。

4 設(shè)施土壤酸化的防治措施

設(shè)施土壤酸化影響土壤養(yǎng)分的平衡，使蔬菜生長受到抑制，產(chǎn)量、品質(zhì)降低，影響收益；嚴重時，還可引起各種病害，威脅到設(shè)施蔬菜的生產(chǎn)與發(fā)展，應(yīng)引起重視并加以調(diào)控。

4.1 合理施肥

根據(jù)設(shè)施土壤特性和設(shè)施栽培作物的需肥特點合理施用肥料，預(yù)防土壤酸化。

4.1.1 合理施用大量元素肥料，增施中微量元素肥料

設(shè)施種植因產(chǎn)量高和復(fù)種指數(shù)高，施肥量遠遠高于露地。在用肥方面存在不合理的現(xiàn)象，即氮肥施用過量，而磷鉀不足，中微量元素肥料更少。因此，根據(jù)設(shè)施用肥的特點，不同生長期應(yīng)選用不同配比的肥料，生長期以氮磷肥為主，品質(zhì)形成期以磷鉀肥為主，進行配方施肥。同時，適時增施中微量元素肥料。

4.1.2 施用腐熟的有機肥和生理堿性肥料

施用腐熟的有機肥科有效增加土壤有機質(zhì)含量，改善土壤質(zhì)地，提高土壤緩沖性能[58]，防止土壤板結(jié)。合理施用生理堿性肥料和中性肥料，如尿素、鈣鎂磷肥等；不宜過量施用硫酸銨、氯化銨、普鈣等酸性肥料。

4.1.3 施用生物肥料

生物肥料含有大量的有益微生物菌群，對土壤理化性質(zhì)及生物群落有良好作用，同時使用微生物肥料可減少化肥用量，有利于無公害蔬菜的生產(chǎn)，避免土壤酸化發(fā)生。

4.2 施用土壤酸性調(diào)理劑或改良劑

土壤調(diào)理劑能調(diào)節(jié)土壤酸堿度、緩解土壤板結(jié)、改善土壤環(huán)境[66]。施用氰氨化鈣可調(diào)節(jié)土壤酸性。氰氨化鈣(CaCN2)俗名石灰氮或碳氮化鈣[67]，可作為土壤酸性調(diào)理劑和土壤消毒劑使用，日本將氰氨化鈣作為土壤消毒劑使用已有多年歷史[68]。因為石灰氮施入土壤中后水解出Ca(OH)2，具有中和土壤酸性的作用，而中間產(chǎn)物氰氨和雙氰氨具有殺蟲、滅菌、供氮的作用。金震宇等[69]應(yīng)用花生殼、碳化稻殼等改良劑設(shè)施土壤，有效緩解了設(shè)施土壤酸化。

4.3 合理輪作與灌溉

輪作是避免土傳病害發(fā)生的良好農(nóng)業(yè)措施，采取不同園藝植物輪作可有效避免土壤惡化。冬季溫室作物大量施肥，到夏季揭膜后大量降雨使得土壤中的養(yǎng)分可能隨雨水向土下流失，對土壤造成惡化，Shi W M et al[70]建議在揭膜前盡量通過種植作物將土壤中的養(yǎng)分盡量吸收，不僅可以提高經(jīng)濟效益，也可有效提高土壤的可持續(xù)性。同樣，設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中大量的灌水使得土壤中的堿性離子可能隨水向土下流失，也易造成土壤酸化，在施肥方式避免大水漫灌，而應(yīng)逐步采用滴灌、噴灌等方式，提高水肥一體化水平，提高肥料利用率。所以采用合理的輪作措施和灌溉方式，也能有效防止土壤酸化。

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谷端銀 (1979- ),女, 農(nóng)藝師,博士,研究方向為設(shè)施蔬菜與無土栽培。

山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（SDAIT-05-09）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（CARS-25）資助。