南方地區紅壤酸化及綜合防治技術

徐明崗 文石林 周世偉 孫楠

紅壤是我國長江以南最主要的土壤類型，酸性強，pH值多在5.5以下。本文闡明了紅壤酸化的特征，以及酸化紅壤中土壤pH值、鋁離子濃度對作物生長的毒害閾值和機理，提出了酸性紅壤的綜合防治技術。

引言

紅壤是我國南方地區重要的土壤類型之一，遍及湖南、江西、福建、廣西等13個省（區），總面積約5690萬公頃，占全國土壤總面積的6.5%，pH值多在5.5以下，酸性強，需要改良才能利用。本團隊歷經20年，深入研究了湖南、江西、福建和廣西等省（區）長期不同施肥和種植模式下，紅壤酸化的特征、機理、酸緩沖性能和酸化速率等，結合野外監測和調查，利用盆栽試驗研究了紅壤酸化中土壤pH值、鋁離子濃度對作物生長的毒害閾值和機理，提出了紅壤酸化的綜合防治技術。

一、闡明我國南方紅壤酸化特征

野外取樣分析表明，自第二次土壤普查以來，南方紅壤pH值下降了0.2～1.2個單位，平均下降0.5～0.6個單位。湖南省紅壤旱地土壤pH值變化范圍為4.5～6.1，為偏酸性和酸性土壤，其中，pH≤5.5的酸性土壤占樣本總數的70.2%；福建土壤pH值下降了0.4個單位，廣西和江西分別下降了約0.6個單位。

不僅糧田土壤存在酸化現象，果園和菜園的土壤酸化也很嚴重。廣西紅壤的柑桔、荔枝、龍眼和芒果4種果園151個樣品統計結果顯示，pH值小于4.5的強酸性果園，以及pH值在4.5～5.5之間的酸性果園分別占樣本總數的34%和49%，比1980年分別增加了19%和11%，酸化趨勢越來越嚴重，且具有普遍性，應給予重視。

二、探明紅壤酸化的影響因素

1.施肥不科學，結構不合理，偏施氮肥加速土壤酸化。據統計，紅壤區化肥施用量是1980年的1.7～4.6倍，有機肥施用量減少了近一半，占總施肥量比例不足5%。監測結果表明，長期施用化肥氮肥，20年后土壤pH值從5.7降到4.5左右，尤其是單施氮肥和氮鉀肥配施的土壤，pH值已經降到了4.2。相反，施用有機肥的土壤，pH值則保持穩定或有所增加。

2.不合理的連作制度加速了土壤酸化。研究發現，連作模式比輪作模式土壤酸化現象更明顯，連作模式的土壤pH值比輪作降低0.2個單位。

3.大氣酸沉降和酸雨加劇土壤酸化。湖南省在酸沉降中氮的帶入量以NH4+-N為主，為NOX--N的2.4倍；干濕相比較而言，以干沉降為主，占比62.8%。福建全省23個列入統計的城市中，有20個城市出現酸雨。

三、揭示長期偏施或過量施用化肥對紅壤酸化的作用機理

1.土壤交換性酸、鋁離子和氫離子含量增加。偏施或過量施用化肥（N、NP、NK和NPK）土壤交換性氫離子是不施肥對照（CK）土壤的2倍，交換性鋁比CK處理增加30倍左右，且隨施肥年限的延長而增加；施有機肥（單施有機肥或化肥和有機肥配施）土壤交換性氫離子、鋁離子比CK低，且土壤交換性酸、鋁離子和氫離子含量隨施肥年限延長呈下降趨勢。

2.土壤鹽基總量和鹽基飽和度降低。施用氮肥和氮鉀肥土壤的鹽基總量與19年前相比，分別減少了6.52cmol/kg和6.25cmol/kg，鹽基飽和度分別降低73.42%和70.91%，土壤中的鉀、鈉、鈣、鎂等陽離子減少。

3.土壤鹽基離子下移并具有垂向變化特征。土壤pH值明顯變小的拐點基本在土壤剖面50cm左右，說明近地表50cm的土壤處于酸化狀態，有毒的可溶性鋁離子大量溶出。

4.土壤營養元素流失和有效性降低。土壤酸化使鹽基飽和度降低，土壤礦物質元素流失嚴重，土壤對磷酸根的固定能力增強，土壤中磷的有效性降低，有效性硼、硅等微量元素含量也有所降低，使土壤更趨貧瘠化。

5.土壤微生物類群、數量和土壤酶活性發生改變，不利于土壤培肥與修復。

6.在長期偏施或過量施用化肥的情況下，土壤的緩沖體系發生變化，由硅酸鹽緩沖體系+交換性陽離子緩沖體系過渡為以風化礦物為主的鋁緩沖體系，土壤的緩沖容量已經進入土壤有機質和土壤陽離子交換量無明顯關系區域，土壤緩沖容量明顯增加，提高了土壤修復難度和成本。紅壤的平均酸化速度變化范圍在0.482～3.788kmolH+/hm2/a之間，與土壤pH值下降趨勢一致，單施氮肥和施氮鉀肥土壤酸化速率最大。

四、探明紅壤酸化對作物生長及產量的影響，確定了南方幾種主要作物受鋁毒害的閾值

1.長期施用化肥作物產量下降，變化趨勢與土壤pH值呈正相關關系。

2.鋁在作物體內積累導致鋁毒害。鋁毒首先影響作物根系，使根細胞的結構和功能受到損害，影響根的正常生長及生理功能；其次鋁在根內大量沉積，阻礙養分吸收且可能抑制一些植物對鉀的吸收；嚴重削弱作物養分運輸能力，阻礙養分順利到達植物需要供養的生長部分。

3.鋁毒害嚴重抑制作物根系生長，使根系總量和根毛減少，大大減弱根系吸收水分的能力，影響水分的向上運輸。

4.確定了幾種作物pH值、鋁毒害閾值。通過盆栽試驗，證明大豆、玉米、小麥pH危害閾值在4.2～4.6之間，鋁毒害閾值則因作物不同而發生變化：當土壤交換性鋁為3.6cmol/kg，水溶性鋁0.92cmol/kg，pH=4.3時，小麥遭受毒害；當土壤交換性鋁為4.66cmol/kg、pH=4.6時，玉米遭受毒害；土壤交換性鋁為3.8cmol/kg，水溶性鋁達到1.03cmol/kg，pH=4.4時，油菜遭受毒害；土壤交換性鋁為4.86cmol/kg，水溶性鋁為1.96cmol/kg，pH=4.3時，大豆遭受毒害。

五、提出紅壤酸化綜合防治技術

1.化學改良技術

化學改良技術主要有白云石粉、石灰、堿性肥料、紅壤改良調理劑等，效果明顯，可使作物增產15%～21%。

1.1施用白云石粉

白云石粉是碳酸鈣和碳酸鎂以等分子比結晶的碳酸鈣鎂鹽，施用白云石粉是改良酸性紅壤的一種重要措施，不僅能改良酸性紅壤，也能避免因施用石灰不均勻或用量過大對作物生長造成傷害。

油菜產量隨白云石粉施用量增加而提高，但施用白云石粉油菜的農學效率隨施用量的增加而下降，從增產效果及農學效率兩方面考慮，白云石粉適宜用量為每公頃750～1125kg（表1）。

從增值幅度和增值率分析，隨著白云石粉施用量的增加，增值和增值率均呈下降趨勢（表2）。

1.2施用石灰

在紅壤旱地施用石灰可提高土壤pH值和產量，施用375～1125kg/hm2的石灰有明顯增產和防治土壤酸化效果（表3），該措施成本低、用量小、效果明顯。

1.3施用紅壤改良調理劑

紅壤的特點是酸、粘、瘦、土壤pH值較低、有效養分缺乏，加入堿性無機物、海泡石粉，富含鈣、鎂及松散物（膨化珍珠）和有效養分等造粒而成的紅壤調理劑，在大田多種作物上的試驗結果表明，能夠提高土壤pH值0.2～0.3個單位，增產幅度24%以上（表4）。

1.4施用堿性肥料

鈣鎂磷肥是一種弱堿性肥料，施用鈣鎂磷肥不僅可以給作物營養，還能降低土壤酸性，效果明顯，成本適中，農民易接受。2002—2003年在紅壤旱地大豆-花生中試驗，在pH值為4.76的紅壤旱地，氮、鉀肥用量相同（花生、大豆施N量分別為150kg/hm2和90kg/hm2；施K2O量分別為180kg/hm2和120kg/hm2）的條件下，施用不同用量的鈣鎂磷肥可以提高土壤的pH值0.2個單位左右，增加花生、大豆的產量約10%，而施用過磷酸鈣則會導致土壤酸化，且增產效果也較鈣鎂磷肥差（表5）。

2.生物防治技術—種植耐酸牧草

種植禾本科和豆科牧草被公認是改良土壤和保護土壤的主要途徑。研究表明（表6、表7），不同種植模式，經過3～5年，土壤有機質、陽離子代換量及氮、磷、鉀等有效養分得以提高，土壤pH值一般升高0.3～0.5個單位。

3.施用有機肥和秸稈還田

3.1施用有機肥

土壤酸化最大的特點是土壤中交換性鋁含量的增加導致作物受鋁的危害，而紅壤的有機質則是影響土壤交換性鋁活度的重要因素。為了闡明紅壤有機質含量與土壤活性鋁的關系，對長期不同施肥土壤進行室內模擬實驗，結果表明，不同肥料品種對土壤有機質累積不同，加入等量的鋁后，土壤對鋁的吸附能力不同，再次浸提出來的活性鋁含量也不相同（表8）。

以上結果表明，施用有機肥可以降低代換性鋁的含量，減輕鋁的毒害，是改良紅壤酸性的重要措施。因此，增施有機肥可以明顯阻止土壤酸化，增加土壤的有機質含量，提高土壤肥力（表9）。與單施化肥比較，化肥和有機肥配合施用或單施有機肥，土壤pH值升高了0.2～0.3個單位，土壤中有機質、全氮、磷、鉀，以及速效氮、磷、鉀含量明顯升高，這說明增施有機肥對土壤酸度和化學性狀具有顯著的改良作用。

對有機肥料用量與土壤酸度改良關系的研究發現，施用有機肥料不但能增加玉米生物產量，還能提高土壤pH值和養分，特別對提高土壤有機質和有效磷效果更顯著（表10）。

3.2秸稈還田

紅壤利用改良中，采用秸稈還田對土壤熟化的作用等進行了取土測試，結果表明，長期施用秸稈，同樣能降低土壤鋁毒害，提高土壤pH值0.3個單位左右（表11）。

從表11可以看出，秸稈還田處理土壤pH值高于施肥處理（NPK），而交換性鋁和水溶性鋁含量低于NPK處理。從不同剖面深度表現看出，對照（CK）、化肥處理（NPK）交換性鋁和水溶性鋁含量從上到下呈減少趨勢，而秸稈則與其相反。這說明，秸稈對土壤表層酸化的改良效果明顯。

對酸化的紅壤旱地開展了秸稈用量改良酸度試驗，結果表明，在酸化土壤上，施用秸稈（秸稈加入量按土壤的0.5%、1%、1.5%），能夠提高土壤的pH值，表現開始土壤的pH值上升幅度大，隨時間延長而下降，360天后，土壤的pH值上升0.2個單位以上（表12）。

此外，還有研究表明，甘蔗葉直接還田也能提高土壤pH值0.3個單位左右，還能使甘蔗產量提高4560～11262kg/hm2，增產幅度為2%～13.6%，平均增產8.9%。

以上結果表明，紅壤利用改良中，長期施用有機肥和秸稈還田，可使土壤有機質增加，從而起到降低土壤鋁毒和改善土壤酸度的作用，以耕層0～20cm最明顯，并且可以向下延伸到20～50cm土層，有效改良和防治紅壤酸化。

責編/劉榮