植煙土壤酸化原因及改良措施研究進展

艾永峰， 譚智勇， 劉 杰，， 李 強， 趙 輝， 白 彬， 諶瀟雄， 韋振瑞

(1.貴州省煙草公司銅仁市公司， 貴州 銅仁 554300； 2.銅仁學院，貴州 銅仁 554300； 3.湖南農(nóng)業(yè)大學煙草研究院， 湖南 長沙 410128； 4.貴州財經(jīng)大學， 貴州 貴陽 550025)

煙草生長與土壤生態(tài)環(huán)境有密切聯(lián)系，植煙土壤酸化會引發(fā)一系列土壤質(zhì)量和環(huán)境問題，一方面，植煙土壤酸化會加速土壤中養(yǎng)分離子的淋失，土壤結(jié)構(gòu)退化，使煙葉產(chǎn)量及品質(zhì)下降，煙葉安全性降低；另一方面，土壤酸化造成土壤微生態(tài)失衡，由于土壤出現(xiàn)酸化，在不同程度上會影響微生物的種群變化，從而影響整個土壤微生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致煙草土傳病害發(fā)生嚴重[1-2]。為植煙土壤酸化調(diào)控與改良提供參考，筆者對近年來國內(nèi)外植煙土壤酸化原因及其改良措施研究進展綜述如下。

1 土壤酸化的成因

1.1 酸沉降

酸沉降是導(dǎo)致土壤酸化的主要原因之一[3]，可使土壤性能發(fā)生改變，影響土壤中氮、碳等元素的分布特性。酸雨通常包含氫離子、硫酸根離子和硝酸根離子等多種侵蝕離子，且其pH值小于5.6，酸性物質(zhì)來源于火山爆發(fā)、森林火災(zāi)和閃電等天然排放，以及人類大量燃燒煤、石油等燃料[4]。酸雨已成為當今世界備受關(guān)注的重大環(huán)境問題之一，我國是繼北美、歐洲之后世界第三大重酸雨區(qū)域，我國酸雨區(qū)域面積占國土面積的30%，主要集中在華中、西南和華東沿海3個區(qū)域[5]。西南區(qū)域是我國煙草種植的主要產(chǎn)區(qū)，植煙區(qū)域土壤酸雨沉降問題也不容忽視。

1.2 農(nóng)業(yè)栽培措施

1.2.1 種植制度不合理 不合理的種植制度會引起土壤酸化。ZHANG Y T等[6]研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)10年種植煙草會造成土壤酸化和土壤酸緩沖能力下降。煙草是一種忌連作作物[7]，長期連作會造成植煙土壤酸化，也是植煙土壤易板結(jié)和土壤通透性變差的重要原因[8-11]。同時，長期連作會影響煙草田間長勢及農(nóng)藝性狀、降低煙草的產(chǎn)量和品質(zhì)、加重病蟲害的發(fā)生[12-15]。

1.2.2 施肥措施不適宜 1) 大量施用氯化鉀、硫酸鉀、氯化銨、硫酸氨等酸性肥料引起植煙土壤酸化。2) 大量長期施用單一的化學肥料，導(dǎo)致土壤有機質(zhì)含量下降，減弱土壤的緩沖性能，引起植煙土壤酸化。3) 施肥比例失調(diào)，大量施入氮磷鉀等肥料，忽視鎂、鈣等中微量元素肥料的施用，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失調(diào)，使鈣、鎂等元素很容易被氫離子置換，從而引起酸化。GUO J H等[16]研究指出，大量施用化肥加速農(nóng)田土壤酸化進程，過去20年來我國主要農(nóng)田土壤pH均值下降約0.5個單位，相當于土壤酸量(H+)在原有基礎(chǔ)上增加2.2倍，這其中也包括植煙土壤。尤開勛等[17]研究表明，施肥不當是導(dǎo)致宜昌市植煙土壤酸化的主要原因之一。宋曉培[18]研究表明，土壤pH隨著硫酸鉀用量的增多呈逐漸下降趨勢，且降幅逐漸加大。

1.2.3 水分管理措施不科學 不同灌水方法對灌水后植煙土壤水分含量和水分剖面分布以及不同深度土層的水分含量、運動方向影響明顯，進而影響植煙土壤鹽分積累以及酸化程度[19]。李爽等[20]研究表明，大水漫灌灌溉方式會加劇土壤酸化，相比于溝灌和滲灌，滴灌處理表層水溶性鹽分和硝酸鹽積累較少，更利于土壤酸化的抑制。

1.2.4 殘茬留田 徐仁扣等[21]研究表明，與殘茬移走相比，殘茬留田會加速土壤酸化。殘茬留田一方面將部分有機陰離子歸還土壤，增加土壤的pH；另一方面將植物所含的有機氮加入土壤中，可能通過有機氮的礦化和硝化降低土壤的pH。植煙土壤的最終pH由以上兩種過程共同作用決定。

1.3 自然環(huán)境

自然因素引起的土壤酸化包括：1) 天然酸的形成引起植煙土壤酸度增加，如動植物呼吸產(chǎn)生碳酸以及動植物殘體分解產(chǎn)生的有機酸等[22]。2) 自然多雨條件下，降水量大大超過蒸發(fā)量，土壤溶液中的鹽基離子在強烈的淋溶作用下隨滲透水下移，使植煙土壤中易溶鹽減少造成土壤酸化。鄧小華等[23]研究表明，水土流失狀況顯著影響植煙土壤pH，水土流失嚴重的植煙土壤容易酸化。3) 李強等[24]研究表明，隨著海拔升高，植煙土壤pH呈下降趨勢。此外，植煙土壤pH在不同地形間存在顯著差異，其中平壩最高，丘陵最低，這可能與不同地形土壤類型等因素的差異有關(guān)，如平壩多為黃壤，山地和丘陵多為紫色土和紅壤。

1.4 其他

土地利用方式改變會影響土壤酸化程度。JACKSON R B等[25]研究表明，為促進生物固碳而大量種樹加速土壤酸化，森林土壤比經(jīng)常翻耕的農(nóng)田土壤更容易發(fā)生酸化。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，免耕措施更易加速土壤酸化[26]。工業(yè)產(chǎn)生的廢氣、廢渣、廢水的任意排放，直接或間接導(dǎo)致植煙土壤酸化。

2 土壤酸化改良措施

2.1 控制酸雨

酸雨的污染源主要是燃料、工業(yè)生產(chǎn)過程釋放的廢氣及汽車尾氣的排放[27]。因此，減少污染源排放是控制酸雨的關(guān)鍵措施，如采用脫硫脫氮技術(shù)，減少燃煤過程中或汽車尾氣排放中二氧化硫和氮氧化物等致酸氣體的排放量。同時，要加大科技投入力度，加快進度開發(fā)和利用可替代燃煤的新能源，如太陽能、風能、核能、地熱能等，減少致酸氣體的排放，達到控制酸雨的目的。

2.2 采用合理的農(nóng)業(yè)栽培措施

2.2.1 合理種植 合理的種植制度對于改良植煙土壤酸化具有一定的作用。植煙地塊輪作、間作、套作等模式能夠改良土壤構(gòu)造，促進煙田生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，調(diào)節(jié)利用植煙土壤肥力，減輕部分病蟲害危害，能夠充分利用有限的生產(chǎn)資源獲得較高的種植效益。楊洋等[28]研究表明，連續(xù)植煙能夠增加土壤中病毒的積累量，土壤中煙根殘體是病毒重要的侵染源之一，而煙草-玉米輪作種植模式能夠明顯減弱病毒病發(fā)生。陽顯斌等[29-30]研究表明，相比烤煙單作，煙蒜套作作可提高土壤pH、有機質(zhì)及速效成分的含量，增強土壤速效養(yǎng)分的供應(yīng)能力。

2.2.2 科學施肥 選擇氮肥時應(yīng)減少酸性或生理酸性肥料的施用，同時，要避免單一肥料施用，防止植煙土壤營養(yǎng)失衡，在施用氮肥的基礎(chǔ)上注意增加鉀肥，補充微量元素[31]。此外，施肥量要適宜，應(yīng)做到科學施肥，防止養(yǎng)分流失，以減少對環(huán)境的污染。

有機肥可以提高植煙土壤對酸化的緩沖能力，施用有機肥料能使土壤中微生物大量繁殖，促進微生物的生命活動，從而使農(nóng)作物可以直接利用微生物進行固氮等生理生化反應(yīng)的代謝產(chǎn)物，緩解土壤的酸化程度[32-33]。同時，有機肥可提高植煙土壤的吸附能力。因此，適當增施有機肥，可以提高土壤緩沖能力，使植煙土壤pH在自然條件下不會因外界條件改變而劇烈變化。

2.2.3 合理管理水分 從土壤質(zhì)量變化過程、防治土壤退化和協(xié)調(diào)土壤條件的要求出發(fā)，綜合考慮每一灌溉方法的植煙土壤鹽分積累特點，應(yīng)優(yōu)先選擇滴灌。再輔以科學的管理對策，可消除和防治植煙土壤退化，達到植煙土壤的可持續(xù)利用[34]。

2.3 施用土壤改良劑

施用石灰等堿性物質(zhì)改良植煙土壤酸度是一項傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)措施，一些工業(yè)廢棄物如白云石、磷石膏、磷礦粉和堿渣等可以中和土壤的酸性物質(zhì)，有效緩解土壤酸化。李玉輝等[35]研究表明，施用石灰并結(jié)合種植綠肥還田改良酸性植煙土壤，能使土壤容重、水解性酸、交換性酸、交換性氫、交換性鋁分別降低11.97%、25.00%、18.46%、21.74%和16.67%，土壤孔隙度、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH、陽離子交換量、鹽基飽和度、土壤緩沖容量分別提高42.26%、57.02%、11.86%、16.39%、50.65%、5.97%、8.05%、13.17%和81.90%。石楠[36]研究表明，施用石灰能夠提高植煙土壤pH，在烤煙生長后期對煙株株高、莖圍增大產(chǎn)生促進作用，能有效提高烤煙生長中期葉片葉綠素含量，增強烤煙光合特性，提高葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率；能有效提高中部葉可用性，葉片開片率好，葉質(zhì)重適中。李昱等[37]研究表明，煙田土壤中施入白云石粉，土壤pH明顯提高，煙葉氯含量明顯降低，還原糖含量、鉀/氯值明顯提高，煙葉品質(zhì)及協(xié)調(diào)性得到較大改善。

生物改良劑是改良植煙土壤酸度最為常見的措施。生物炭在改良酸化土壤方面(降低土壤酸度、提高土壤肥力、改良主壤微生物生存環(huán)境等)具有很高的應(yīng)用價值。孟愷琳[38]研究表明，生物炭改良后土壤pH上升0.46個單位，容重平均下降6.14%，田間持水量上升25.05%，土壤中堿解氮增加32%、有效磷增加283%、速效鉀含量增加25%，過氧化氫酶活性平均增加56%，蔗糖酶活性增加30%，脲酶活性增加46%。此外，微生物菌劑改良酸化土壤也有一定效果，郭秀珠等[39]研究表明，應(yīng)用某種微生物肥料改良土壤，可以很好地降低土壤酸性，提高土壤速效肥力。

2.4 其他措施

加大環(huán)保執(zhí)法力度，嚴格控制工業(yè)廢氣、廢渣、廢水的任意排放，減少土壤酸化。同時，煙草部門要加強植煙地土壤質(zhì)量建設(shè)與管理投入，對酸化植煙土壤改良進行政策傾斜，加大投入，加強技術(shù)研究，提出不同土壤類型、酸化原因、不同程度酸化土壤因地分類改良的技術(shù)措施和治理效果評價方法，引導(dǎo)開展酸化土壤改良工作。

3 小結(jié)

我國主要煙葉產(chǎn)區(qū)植煙土壤中pH<4.5(極酸性)的土壤占2.4%，pH處于4.5～5.5(酸性)的土壤占18.6%[40]。土壤酸化會導(dǎo)致煙葉產(chǎn)量及品質(zhì)下降，病蟲害增加，煙葉安全性降低等問題。目前，國內(nèi)外對酸化土壤改良技術(shù)方面的研究與實踐在個別時間段，或一些局部地區(qū)取得了一定效果，但土壤酸化問題依然沒有得到很好解決。酸化土壤改良是一個嚴峻而復(fù)雜的過程，高效且可持續(xù)、生態(tài)環(huán)保的改良劑或改良方法是未來的發(fā)展趨勢，要將化學方法、生物學方法與農(nóng)業(yè)栽培措施等方法相結(jié)合建立綜合調(diào)控技術(shù)，實現(xiàn)對植煙土壤加速酸化的長效控制。