江西省主要土地利用方式下土壤酸化現(xiàn)狀探究

姜冠杰,何小林,劉 敏,張 嵚,謝 軍,張小玲,黃琳翔,梁 豐*

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院,江西 南昌 330045;2.江西省鄱陽(yáng)湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西 南昌 330045;3.江西省土壤肥料技術(shù)推廣站,江西 南昌 330046;4.江西省豐城市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,江西 豐城 331100;5.江西省銅鼓縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,江西 銅鼓 336200)

土壤酸化是指土壤內(nèi)部產(chǎn)生的和外部輸入的氫離子引起土壤pH值降低和鹽基飽和度減少的過程,包括自然和人為條件導(dǎo)致的土壤pH值下降現(xiàn)象[1]。土壤的自然酸化過程通常都是相對(duì)緩慢的,即鹽基離子淋失,土壤交換性陽(yáng)離子以Al3+和H+為主[2-3]。近年來(lái),人為活動(dòng)改變了土壤自然酸化的范圍和速度,尤其是近代化石燃料燃燒排放出大量的硫氧化物和氮氧化物,它們與水汽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成酸雨沉降,加速了土壤的酸化;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量施用生理酸性化肥,也正在加劇土壤酸化[4-7]。在酸化條件下土壤中的鋁離子和重金屬離子活化度提高,土壤氮、鉀、硼等營(yíng)養(yǎng)元素有效態(tài)含量降低,會(huì)對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)造成巨大的危害,因此土壤酸化問題已成為影響人類健康和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的全球性環(huán)境問題[8-9]。

中國(guó)南方紅壤區(qū)濕潤(rùn)多雨的氣候條件造成該區(qū)域土壤自然酸化,江西省作為紅壤區(qū)的典型省份,土壤酸化問題一直備受關(guān)注[10]。江西省地處長(zhǎng)江中下游交接處的南岸,區(qū)域內(nèi)氣候溫暖,年平均氣溫16.4～19.4 ℃,南北相差3 ℃左右,雨量充沛,年均降水量1300～2000 mm,無(wú)霜期長(zhǎng),屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候。由于區(qū)域內(nèi)降雨多,土壤淋溶強(qiáng)烈,鹽基離子隨水淋失,土壤鹽基飽和度及緩沖性能降低,氫離子飽和度增加,引起土壤酸化[11]。除自然原因外,近年來(lái)人為因素加劇了江西土壤酸化,人為活動(dòng)對(duì)土壤酸化的影響主要包括大氣酸沉降和不當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)措施[12-17]。江西省農(nóng)用地的主要利用方式為耕地、林地和園地[18],以紅壤、水稻土為主,主要種植水稻,其次是甘薯和小麥,同時(shí)還盛產(chǎn)油菜、油茶、茶葉、柑橘等。研究表明,土地利用方式可直接影響土壤的酸化狀況,江西省余江縣不同土地利用方式對(duì)紅壤pH值的影響程度為旱地>菜地>水田[19];在湖南祁陽(yáng)0～40 cm土體內(nèi),林地紅壤的pH值最高,其次是果園和旱地,水田紅壤的pH值最低[20];在人工林中0～40 cm土層紅壤的pH值表現(xiàn)為茶園>濕地松林>板栗園>柑橘園[21]。不同土地利用方式會(huì)顯著影響土壤pH值的變化。因此本文針對(duì)江西省土壤酸化的現(xiàn)狀,綜述了近10年內(nèi)有關(guān)江西省土壤酸化的研究進(jìn)展,總結(jié)歸納了江西省主要土地利用方式下耕地、園地及林地的酸化現(xiàn)狀,并分析探討了土壤酸化的原因,以期為江西紅壤區(qū)土壤酸化治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究在谷歌學(xué)術(shù)、中國(guó)知網(wǎng)上搜集公開發(fā)表的2010～2020年間關(guān)于“土壤酸化”的研究論文。研究論文必須滿足以下條件:土壤酸化研究的地域全部或部分是江西；土地的利用方式主要針對(duì)耕地、園地(茶園和柑橘)和林地。對(duì)滿足條件的研究論文數(shù)據(jù)進(jìn)行提取,得到以下指標(biāo)對(duì)土壤酸化有影響:土壤pH、土壤交換性酸、土壤交換性鋁、酸化速率、鹽基飽和度、陽(yáng)離子交換量、緩沖容量等。對(duì)于文獻(xiàn)中以圖片形式呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)使用Getdata進(jìn)行提取。

1.2 數(shù)據(jù)整理

本文收集到關(guān)于江西土壤酸化現(xiàn)狀的研究論文46篇,其中耕地17篇、茶園17篇、柑橘7篇、林地5篇。大部分文獻(xiàn)只包括pH的均值、樣本量(無(wú)標(biāo)準(zhǔn)差)、酸化面積,因此對(duì)文中的圖表數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

pH值是土壤酸化的重要指標(biāo)。pH值的高低會(huì)影響土壤酶的活性、土壤養(yǎng)分的有效性、作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收及作物的生長(zhǎng)發(fā)育[22-24]。江西省全省耕地面積為282萬(wàn)hm2,稻米為主要糧食作物,其中,水田227萬(wàn)hm2,占全省耕地面積的80.5%;旱地54.9萬(wàn)hm2,占19.5%[13]。土壤酸化問題已成為江西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要制約因素,因此明確近年來(lái)江西省土壤pH值的變化趨勢(shì),能夠?yàn)榻魇⊥寥浪峄揽卮胧┑闹朴喓图t壤區(qū)土壤酸化問題的研究提供依據(jù)和參考。

2.1 江西省耕地土壤酸化的現(xiàn)狀

2.1.1 江西省耕地土壤pH值現(xiàn)狀及酸化面積 由圖1可知,在2005～2012年江西全省測(cè)土配方施肥期間,江西省全省土壤的平均pH值為5.24(樣本數(shù)為11062),與1979～1983年第二次土壤普查相比,pH平均值下降了0.53[13,15]。以吉水(樣本數(shù)為7320)和蓮花縣(文獻(xiàn)未提供樣本數(shù))為例,2005～2012年土壤的平均pH值分別為4.95、5.60,下降幅度分別為1.24和0.40[25-26]。同時(shí),有文獻(xiàn)表明,2007年余江(樣本數(shù)為236)、2012年進(jìn)賢(樣本數(shù)為47)的土壤pH值分別為4.74和4.76,比第二次土壤普查數(shù)據(jù)分別下降了0.92和1.56[27-28]。除蓮花縣外,其余3個(gè)縣的土壤pH均值遠(yuǎn)低于江西省平均值。

圖1 江西全省及部分縣耕地pH值的變化

江西省耕地土壤不僅平均pH值呈現(xiàn)下降趨勢(shì),其酸化的土壤面積也在增加[15]。在近30年間,江西全省及下轄地級(jí)市贛州、南昌、鷹潭、上饒、吉安、撫州、萍鄉(xiāng)、九江、景德鎮(zhèn)、新余、宜春地區(qū)土壤5級(jí)pH(4.5～5.5)所占面積比例除萍鄉(xiāng)外均呈現(xiàn)出增加趨勢(shì),比第二次土壤普查的相應(yīng)數(shù)據(jù)分別增加了38.9%、77.6%、72.8%、80.2%、61.5%、51.4%、56.6%、31.7%、33.7%、0.45%、40.0%。其中撫州、贛州、吉安、南昌、宜春和鷹潭的酸化土壤面積均占耕地總面積的90%以上。與第二次土壤普查數(shù)據(jù)相比,江西全省耕地酸化面積增加了32萬(wàn)hm2,占比增加了7.48個(gè)百分點(diǎn),其中酸化(pH<6.5)土壤面積占比為98.7%,酸性和強(qiáng)酸性(pH<5.5)土壤面積占比為84.89%(圖2)。這一統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與江西省2005～2014年全國(guó)測(cè)土配方施肥土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)的變化趨勢(shì)相似,即江西省91個(gè)縣(市、區(qū))中有98.9%的土壤平均pH值低于6.0,其中土壤平均pH值低于5.5的占92.3%,有18.7%縣(市、區(qū))的土壤pH值低于5.0[29]。因此,相對(duì)于其它省(市),江西省耕地土壤酸化現(xiàn)象尤為嚴(yán)重[16]。

2.1.2 江西省水田土壤酸化現(xiàn)狀 江西省的糧食作物以水稻為主,水田面積占江西省耕地面積的80.5%,水田土壤的酸化會(huì)制約江西省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。與第二次全國(guó)土壤普查時(shí)的水田土壤pH值對(duì)比,2007～2018年(主要為測(cè)土配方時(shí)期)間江西省贛州、南昌、鷹潭、上饒、吉安、撫州、萍鄉(xiāng)、九江、景德鎮(zhèn)、新余、宜春、余江縣和進(jìn)賢縣的水田土壤pH值均呈下降趨勢(shì),下降幅度為0.36～1.56[13,15,26，27,30]；2010s江西全省水田pH平均值為5.2,下降了0.6(圖3)；酸化水田面積占99.58%,酸性、強(qiáng)酸性水田面積占86.41%；與第二次土壤普查相比,江西全省水田酸化面積增加了16萬(wàn)hm2,酸化面積占比增加了7.54個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí),江西省6個(gè)國(guó)家耕地質(zhì)量水田監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)表明,與1998年相比，2019年進(jìn)賢、萬(wàn)年、興國(guó)、上高、渝水、宜豐6個(gè)點(diǎn)位的水田土壤pH值降低了0.1～1.0個(gè)單位(圖4)。

圖2 江西全省及各市酸性土壤的占比

2.1.3 江西省旱地土壤酸化現(xiàn)狀 江西省旱地面積遠(yuǎn)小于水田面積,2010s其土壤平均pH值為5.4,旱地酸化面積占比為90.65%,酸性、強(qiáng)酸性旱地面積占比為70.71%。與第二次土壤普查相比,江西全省在測(cè)土配方施肥期旱地土壤pH均值下降了0.4[13,15]。2007年余江縣旱地土壤pH下降了0.83個(gè)單位,江西省旱地土壤酸化面積增加了15萬(wàn)hm2,酸化面積占比增加了7.11個(gè)百分點(diǎn)[27]。同時(shí),上高縣國(guó)家耕地質(zhì)量旱地監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)表明, 2019年的pH值比1998年降低了1.0個(gè)單位。

2.1.4 江西省耕地酸化原因 江西省耕地在近30年時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)酸化趨勢(shì),土壤pH值下降了0.53個(gè)單位,水田(pH值下降了0.6個(gè)單位)酸化程度重于旱地(pH值下降了0.4個(gè)單位),其中撫州、贛州、吉安、南昌、宜春和鷹潭五市土壤酸化嚴(yán)重,酸化面積占比達(dá)90%以上。江西進(jìn)賢紅壤長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果表明在1985～2016的31年間不同利用方式下紅壤顯著酸化,土壤pH值下降了0.32個(gè)單位,年均下降了0.01個(gè)單位,酸化速度由高到低依次為楊梅園、水稻田、櫟樹林、馬尾松混交林、花生田[31],該研究結(jié)果進(jìn)一步佐證了江西省土壤酸化且水田酸化程度重于旱地的事實(shí)。對(duì)土壤剖面層次的研究表明,不同植被顯著影響0～40 cm土層的酸度,其pH值顯著低于60～100 cm的;農(nóng)田(花生田除外)土壤的pH值隨土層(0～100 cm)深度增加呈顯著增加趨勢(shì),其中水稻田土壤pH值在各類型中最高,介于4.2～6.6[31]。江西省農(nóng)田土壤酸化的原因除成土因素和地域特點(diǎn)造成其自然酸化外,更主要是施肥不當(dāng)和大氣酸沉降造成土壤酸化,同時(shí)植物在生長(zhǎng)過程中帶走土壤鹽基離子也會(huì)造成土壤酸化,在不施肥條件下,植物吸收鹽基離子會(huì)貢獻(xiàn)土壤酸度變化的1/3[17,30]。江西以種植水稻為主,如以雙季稻的產(chǎn)量和施肥量計(jì)算產(chǎn)生的氫離子,則由氮肥引起的氫離子增量占比約為74%[13]；而每年由酸雨中的致酸離子硫酸根與硝酸根引起的土壤氫離子增量大概是施用生理酸性肥料引起土壤氫離子增量的7%[32]。鷹潭、進(jìn)賢和千煙洲紅壤試驗(yàn)區(qū)的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果表明,單施氮肥會(huì)造成土壤pH值顯著降低,單施有機(jī)肥或有機(jī)肥無(wú)機(jī)肥配施可保持土壤pH值基本不變或升高[12,33-34]。酸雨也與施肥密切相關(guān),2003～2012年江西省鷹潭紅壤區(qū)季風(fēng)季節(jié)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮和硫的沉降研究表明,酸雨類型正向硫和氮混合型轉(zhuǎn)化,氮沉降的主要形態(tài)是NH4+-N及DON,分別占總氮的48.5%和20.8%,而兩者主要來(lái)源于氮肥[35]。盡管水田有利于酸堿緩沖調(diào)節(jié),但江西省水田酸化程度大于旱地,可能是因?yàn)榻魇?nèi)水田種植作物以水稻為主,為了保持水稻高產(chǎn),長(zhǎng)期保持較高的化肥施用量,但氮素的利用率不高導(dǎo)致水田土壤的酸化速度加快[36]。江西省土壤酸化的特點(diǎn)與全國(guó)非石灰性農(nóng)田土壤相似,即大氣沉降和作物收獲分別貢獻(xiàn)了6.8%和34.2%的氫離子,而施肥貢獻(xiàn)了55.1%的氫離子,氮肥過量施用及其利用率的降低是土壤加速酸化的直接驅(qū)動(dòng)因素[4,36]。總的來(lái)說(shuō),江西省土壤酸化的主要原因歸結(jié)于不合理施肥,尤其是化學(xué)氮肥的過量施用。

2010s江西全省、余江縣和進(jìn)賢縣的樣本數(shù)分別為10464、153和47。圖3 江西省及各市(縣)水田土壤pH值的變化

2.2 江西省園地土壤酸化狀況

2.2.1 江西省茶園土壤酸化現(xiàn)狀及酸化原因 江西省園地土壤上種植的作物有茶樹、柑橘、臍橙、油茶等,其中茶樹喜酸怕堿,最適生長(zhǎng)pH值范圍為4.5～5.5,當(dāng)土壤pH值為4.5～6.0時(shí)茶樹能正常生長(zhǎng),而當(dāng)土壤pH值低于4時(shí),茶樹生長(zhǎng)會(huì)受到抑制[37,38]。茶樹園土壤營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)為多元性、喜銨性、聚鋁性、低氯性和嫌鈣性[39-41]。作為葉用作物,茶樹對(duì)氮素的需求量大,且優(yōu)先吸收銨態(tài)氮[42]。同時(shí)茶樹適宜生長(zhǎng)于富鋁土壤上,適當(dāng)含量的鋁能促進(jìn)茶樹生長(zhǎng),但當(dāng)土壤pH值過低時(shí)會(huì)抑制茶樹的生長(zhǎng)及其生命代謝活動(dòng),最終影響到茶樹的產(chǎn)量和品質(zhì)[43]。

由表1中江西省茶園土壤pH監(jiān)測(cè)結(jié)果可知,江西典型茶園土壤的pH值在3.00～6.95,均值為4.58,其中pH<4.5的茶園土壤面積占55.8%[44-46]。Yan， et al.[46]的調(diào)查結(jié)果表明pH<4.5的酸化茶園土壤面積高達(dá)92%,江西茶園土壤pH值普遍偏低,酸化嚴(yán)重。對(duì)浮梁縣、婺源縣、遂川縣、修水縣茶園的調(diào)查結(jié)果顯示pH<4.0的酸化土壤面積占72.6%,某些茶園土壤的pH值甚至低至2.93[47],此類極酸性土壤已經(jīng)不適合茶樹生長(zhǎng)。南昌縣茶園500個(gè)土壤樣品的調(diào)查結(jié)果表明，其pH值均低于5.5,其中pH<4.5的土壤占96%,酸化情況更為嚴(yán)重[48]。江西省內(nèi)主要茶葉產(chǎn)區(qū)土壤酸度(pH 4.5～5.5)適于茶樹生長(zhǎng)的區(qū)域?yàn)樾亲涌h、遂川、上猶、婺源、浮梁、崇義、寧都、廬山、上饒,占50%；茶園土壤重度酸化(pH<4.5)區(qū)域?yàn)樾匏~鼓、南昌、靖安、井岡山、蘆溪、資溪、進(jìn)賢、定南9個(gè)縣,占50%,其中平均pH值低于4.5的有銅鼓、靖安、井岡山、南昌、蘆溪、進(jìn)賢6個(gè)縣,分別為4.48、4.47、4.42、4.42、4.35、4.19。從不同土壤類型(圖5)看,植茶后土壤pH表現(xiàn)為紅黃壤4.34、紅壤4.52、黃壤4.70、山地黃棕壤5.35、水稻土5.10、紫色土5.75[45]。在植茶30年后,山地黃棕壤、水稻土、黃壤、紅壤茶園的土壤pH值分別下降了1.67、1.43、0.65、0.30個(gè)單位,土壤pH值隨建園時(shí)間的增加而遞減(圖6)[44]。

圖4 1998和2019年國(guó)家耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)水田土壤pH值的變化

植茶使茶園土壤呈酸化趨勢(shì),且茶園土壤pH值隨著植茶年限和海拔高度增加而加劇下降,這一規(guī)律不僅發(fā)生在江西茶園,福建、貴州、江蘇等地的茶園也出現(xiàn)了相似的規(guī)律[44,47,48-53]。在過去的20～30年間,我國(guó)茶園土壤發(fā)生了嚴(yán)重酸化,pH值降幅在0.47～1.43,降幅既大于果園和蔬菜土壤(0.40～1.08)，又大于種植糧食作物的土壤(0.30～0.89),江西僅有8%的茶園土壤適于茶樹生長(zhǎng)[46]。南昌市黃馬鄉(xiāng)茶園兩層土壤的pH值均隨植茶年限的增加呈下降趨勢(shì),且表層(0～20 cm)土壤的pH值低于下層(20～40 cm)土壤的,但隨著種茶年限的增加，上層和下層的pH差異縮小[49]。福建、貴州和江蘇等地茶園土壤酸化的研究結(jié)果表明：交換性鋁含量與pH值呈顯著的線性負(fù)相關(guān)；隨著植茶年限的增加,土壤交換性鋁含量呈現(xiàn)線性增加趨勢(shì),導(dǎo)致交換性鹽基離子鈣、鎂等養(yǎng)分元素含量下降,導(dǎo)致土壤酸化及肥力下降[39,51-53]。南方丘陵紅壤茶園長(zhǎng)期受到酸沉降的脅迫,隨著酸雨強(qiáng)度的增加,土壤酸化也會(huì)加重,導(dǎo)致土壤生物活性下降,N、P轉(zhuǎn)化率及其有效性降低,且根際土壤受酸雨的影響強(qiáng)度大于非根際土壤,影響茶園養(yǎng)分循環(huán)[54]。在植茶后,不同類型土壤pH值的降低程度不同,山地黃棕壤下降最快,降低了1.67個(gè)單位；紅壤酸化的速度最慢,下降了0.30個(gè)單位[45]。

圖5 江西省不同類型茶園土壤的pH值

種植茶樹導(dǎo)致土壤持續(xù)酸化已是眾所周知的事實(shí),江西省茶園土壤嚴(yán)重酸化主要是由施用化學(xué)氮肥造成的。調(diào)查表明,江西茶園施肥特點(diǎn)為：偏重施用化肥,占比超過80%,大量施用尿素和45%通用復(fù)合肥,而有機(jī)肥的施用比例不足20%;氮、磷、鉀養(yǎng)分比例失衡,中微量元素肥料幾乎不施[45]。施用合成氮肥導(dǎo)致我國(guó)茶園土壤pH值平均降低了0.20,使土壤總無(wú)機(jī)氮含量升高了172%,從而加劇了我國(guó)茶園土壤酸化和養(yǎng)分的流失,增加了活性氮的流失[55]。Yan， et al.[46]的研究表明,與茶園附近的林地土壤相比,施加化學(xué)氮肥會(huì)造成植茶土壤嚴(yán)重酸化,而有機(jī)茶園土壤的pH值則沒有顯著降低。從化肥的施用量來(lái)看,低量和適量的氮肥施用對(duì)表層土壤pH值沒有顯著影響,但施用高量的氮肥會(huì)造成土壤顯著酸化，同時(shí)還伴隨著鹽基離子減少[56]。從氮肥的施用種類來(lái)看,施用尿素會(huì)增加氨氧化細(xì)菌的數(shù)量，從而加快硝化作用，造成茶園土壤酸化加劇；而施用硫酸銨可抑制氨氧化細(xì)菌，從而減緩硝化作用，阻止土壤進(jìn)一步酸化[57]。與耕地土壤相同,江西茶園土壤也會(huì)受到酸雨的影響。同時(shí)茶樹本身也會(huì)加速土壤酸化,茶樹自身的凋落物和剪枝還園會(huì)造成鋁再次進(jìn)入土壤,其根系及根際微生物的呼吸作用會(huì)分泌大量的有機(jī)酸和多酚類物質(zhì)，從而促進(jìn)鋁的活化,導(dǎo)致土壤進(jìn)一步酸化[39]。也有研究表明茶樹的喜銨和富鋁特性及其對(duì)銨和鋁離子的大量吸收導(dǎo)致根系釋放大量質(zhì)子，這可能對(duì)土壤酸化有重要的貢獻(xiàn)[40-42]。

表1 江西省茶園土壤的pH值

圖6 江西省不同類型茶園土壤pH值在30年間的下降變化

2.2.2 江西省柑橘園土壤酸化現(xiàn)狀及原因 江西省贛南地區(qū)得天獨(dú)厚的自然資源條件極有利于柑橘的生長(zhǎng),為優(yōu)質(zhì)臍橙的生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[58]。江西贛南是我國(guó)最大的臍橙主產(chǎn)區(qū),該區(qū)域年降雨量高,土壤的淋溶作用較強(qiáng),導(dǎo)致贛南臍橙園土壤有效養(yǎng)分較為缺乏；近年來(lái),柑橘產(chǎn)區(qū)也出現(xiàn)了嚴(yán)重的土壤酸化現(xiàn)象[59-62]。柑橘生長(zhǎng)的最適土壤pH值是5.5～6.5,pH值過高或過低都會(huì)導(dǎo)致土壤中微生物的活性降低,影響土壤肥力[63]。

文獻(xiàn)研究表明：柑橘園普遍存在土壤酸化現(xiàn)象,對(duì)比背景土樣,pH值下降了0.48個(gè)單位,其中強(qiáng)酸性(pH<4.5)土壤面積增加了15.7%,以紫色土柑橘園酸化最快;隨種植年限增加,下層土壤(20～60 cm)酸化更為嚴(yán)重。對(duì)江西贛南主要臍橙產(chǎn)區(qū)18個(gè)縣(市)447個(gè)代表性果園的1405個(gè)土壤樣本和229個(gè)背景樣本(土壤類型包括紅壤、黃壤、紫色土和水稻土)的pH值調(diào)查結(jié)果顯示：pH值的變化范圍為3.41～7.65,均值為4.66,比背景樣值下降了0.48個(gè)單位,平均最高和最低值分別為石城縣的5.34和南康縣的4.40(表2)。對(duì)整個(gè)贛南地區(qū)而言,臍橙園酸性(pH<5.0)和強(qiáng)酸性土壤面積占82.7%,而pH<4.5的強(qiáng)酸性土壤面積占45.7%；對(duì)比背景土樣，酸性和強(qiáng)酸性土壤面積增加了16.8%,強(qiáng)酸性土壤面積增加了15.7%,說(shuō)明種植臍橙后土壤酸化面積增加。從不同土壤類型來(lái)看,紅壤和黃壤的pH值較低,樣品和背景之間pH值差異很小;而紫色土的pH值最高,比背景土樣的pH值下降了1.36個(gè)單位,酸化最快[64]。對(duì)撫州市南豐縣6個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))柑橘園126個(gè)土壤樣本pH值的調(diào)查結(jié)果也表明：偏酸至強(qiáng)酸性(pH<4.8)土壤占73.81%；酸性適宜土壤(pH 4.8～5.4)占22.22%,而最適(pH 5.5～6.5)土壤僅占3.97%[65]。另有研究表明，土壤pH值隨著柑橘種植年限的增加而逐漸降低,且下層土壤(20～60 cm)pH值的下降最為顯著[66]。除臍橙外,其他經(jīng)濟(jì)林集約經(jīng)營(yíng)也會(huì)導(dǎo)致土壤的嚴(yán)重酸化[67-68],且酸化程度隨種植年限的延長(zhǎng)而加重。研究表明柑橘土壤pH值與交換性酸、交換性鋁及交換性氫含量呈極顯著負(fù)相關(guān),土壤pH值主要取決于土壤潛性酸中的交換性酸含量,特別是其中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的交換性鋁含量[69]。

江西柑橘園土壤酸化的主要原因與茶園相似：柑橘的自身代謝作用造成土壤酸化;柑橘園的翻耕條件差,也易造成酸性物質(zhì)積累;柑橘產(chǎn)區(qū)高溫多雨,土壤鹽基飽和度較低,對(duì)酸緩沖容量的貢獻(xiàn)小;地處酸雨區(qū),柑橘園土壤長(zhǎng)期受到酸雨的影響;果農(nóng)長(zhǎng)期重施化肥，輕施有機(jī)肥,且施用的化肥以尿素為主,尿素在土壤中轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，造成土壤pH值持續(xù)下降[64]。

表2 江西省柑橘園土壤的pH值

2.3 江西省林地土壤酸化現(xiàn)狀

江西省林地土壤酸化研究可以追溯到潘根興[70]對(duì)1954年和1989年廬山土壤樣品的研究,結(jié)果表明近35年來(lái)廬山土壤(山地草甸土、山地棕壤、山地黃壤和山地黃棕壤)發(fā)生了酸化,pH值下降幅度為0.1～0.5個(gè)單位,土壤交換酸、Al3+、SO42-、NO3-含量以及溶液中鋁游離度均增加,酸化現(xiàn)象與酸雨密切相關(guān)。針對(duì)全國(guó)林地土壤酸化的研究表明,中國(guó)東部區(qū)域(包括江西省)1980s(樣本數(shù)為367)和2000s(樣本數(shù)為954)林地土壤pH均值分別為5.60和5.35, 2000s比1980s顯著降低了0.25個(gè)單位。從土壤類型來(lái)看,中國(guó)東部區(qū)域主要為淋溶土,對(duì)比1980s(樣本數(shù)為346)和2000s(樣本數(shù)為780),其pH值分別為5.77和5.44,后者比前者顯著降低了0.33個(gè)單位,下降幅度低于全國(guó)平均水平0.36[6]。林地土壤的pH值與鋁形態(tài)密切相關(guān),對(duì)廬山植物園針葉林(土壤pH 4.40～5.07)和闊葉林(土壤pH 4.58～5.00)剖面土壤鋁形態(tài)的研究表明：酸沉降影響下的土壤酸化促進(jìn)了森林土壤中鋁的移動(dòng),3種形態(tài)鋁(酸溶性鋁、單核鋁和多核鋁)含量均隨剖面深度增加而減少；針葉林植被下土壤鋁含量高于闊葉林下的,而非根圈土與根圈土鋁含量差異不大；溶解鋁的形態(tài)與含量存在明顯的季節(jié)性變異[71]。土壤的溶解鋁積累與土壤酸化強(qiáng)度有密切關(guān)系,溶解有機(jī)碳趨向于形成弱毒性的單核鋁[72]。對(duì)亞熱帶林地土壤酸化的研究表明,在過去的60年間,土壤剖面pH值均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),深層土壤pH值的下降幅度小于表層土壤的,而土壤pH值降低和鹽基離子減少受到區(qū)域內(nèi)氮和硫沉降、氣候變暖、水的可利用性降低的影響[73]。中國(guó)林地土壤酸化的原因主要?dú)w結(jié)于大氣沉降和林木收獲帶走鹽基離子,兩者分別約貢獻(xiàn)84%和16%的酸性物質(zhì)[6]。

3 結(jié)論

與第二次土壤普查相比,江西省耕地土壤pH值下降了0.53個(gè)單位,酸化面積占比為98.7%,酸性強(qiáng)酸性土壤面積占比為84.89%,強(qiáng)酸性土壤面積占比為0.67%;全省酸化水田面積占比為99.58%,酸性強(qiáng)酸性水田面積占比為86.41%,強(qiáng)酸性土壤面積占比為0.67%,pH均值下降了0.6;全省旱地酸化面積占比為90.65%,酸性強(qiáng)酸性旱地面積占比為70.71%,強(qiáng)酸性土壤面積占比為0.68%,pH均值下降了0.4個(gè)單位。水田土壤pH值的下降幅度大于旱地。

江西典型茶園土壤的pH范圍為3.00～6.95,均值為4.58,pH<4.5的酸化茶園土壤面積占55.8%,而南昌縣茶園高達(dá)96%。隨著植茶年限增加，土壤pH值呈下降趨勢(shì);表層(0～20 cm)土壤的pH值低于下層(20～40 cm),但隨著植茶年限增加，兩層之間的pH值差異縮小。

贛南臍橙園土壤pH值范圍為3.41～7.65,均值為4.66,比背景土樣的pH值下降了0.48個(gè)單位；臍橙園酸性和強(qiáng)酸性土壤面積占82.7%,強(qiáng)酸性土壤面積占45.7%,比背景樣分別增加了16.8、15.7個(gè)百分點(diǎn)；種植柑橘后土壤酸化面積增加。柑橘園土壤pH值隨著種植年限的增加而逐漸降低,下層(20～60 cm)土壤pH值的下降最為顯著。

江西省典型林地(廬山)呈酸化趨勢(shì),林地酸化主要?dú)w結(jié)于大氣氮、硫沉降和林木收獲帶走鹽基離子,同時(shí)需要更多關(guān)注土壤中鋁的形態(tài)和毒性對(duì)酸化的影響。江西省內(nèi)耕地和園地的酸化主要是由不合理施用化學(xué)氮肥造成的。

4 展望

江西省主要土地利用方式下土壤酸化嚴(yán)重,但有關(guān)土壤酸化的研究主要集中在耕地和園地(茶園),對(duì)林地和柑橘園土壤酸化的研究較少，且對(duì)不同利用方式土壤的酸化研究主要集中在表層,對(duì)下層土壤酸化的研究相對(duì)薄弱,但現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)均表明下層土壤酸化嚴(yán)重且不容忽視,因此對(duì)耕地和茶園地土壤酸化的研究應(yīng)該至少關(guān)注到0～40 cm土層,而對(duì)柑橘園土壤酸化的研究應(yīng)該關(guān)注0～60 cm土層。

不同母質(zhì)及不同類型土壤的酸化程度存在一定的差異,因此在同一種土地利用方式下,應(yīng)更注重不同土壤類型或不同母質(zhì)發(fā)育的土壤在酸化程度上的差異,以便為合理改良酸化土壤提供更加可靠的理論依據(jù)。

目前,在酸化研究中最常用的指標(biāo)為pH值,而表征土壤酸度的指標(biāo)還有交換性鋁、交換性氫離子及酸堿緩沖容量等指標(biāo),這些指標(biāo)包括描述酸度的數(shù)量及強(qiáng)度指標(biāo),能夠更加全面和真實(shí)地反映土壤酸化的狀況。因此在今后的研究中要應(yīng)用不同的酸化指標(biāo)來(lái)表征土壤酸化的程度。同時(shí),土壤的酸化與鋁密切相關(guān),目前有關(guān)鋁對(duì)土壤酸化影響的研究主要集中在茶園土、柑橘園土，對(duì)林地也有少量涉及,因此今后應(yīng)該更多地關(guān)注鋁對(duì)農(nóng)田土壤酸化的影響。