中國南方土壤酸化原因及土壤酸性改良技術研究進展

謝會雅，陳舜堯，張 陽，呂書記，王 青，李迪秦，祝 利

（1. 湖南省煙草公司株洲市公司，湖南 株洲 412000；2. 廣東萬山土壤修復技術有限公司，廣東 廣州 514469；3. 湖南農業大學農學院，湖南 長沙 410128；4.湖南省煙草 公司常德市公司，湖南 常德 415000）

土壤酸化是指土壤吸收性復合體接受了一定數量交換性氫離子或鋁離子，使土壤中堿性（鹽基）離子淋失的過程。我國南方降水量大而且集中淋溶作用強烈，使得鈣、鎂、鉀等堿性鹽基大量流失，加上燃煤及工業化活動產生酸雨，農業生產中化學氮肥料的大量使用，均導致土壤酸化的現象越來越嚴重[1]。土壤中酸主要以活性酸和潛性酸2 種形式存在[2-3]。活性酸H+主要來自于生物體呼吸作用和有機物分解等過程中所釋放的CO2溶于水形成H2CO3再電離；其次是有機質嫌氣分解產生有機酸，好氣分解所產生的無機酸及無機肥料中殘留的酸根等。潛性酸是指吸收在土壤膠體上，且能被代換進入土壤溶液中H+和Al3+。它們平時不顯現酸性，只有通過離子交換作用，被其他陽離子交換到土壤溶液中呈游離狀態時，才顯現出酸性[4]。土壤酸化導致了土壤貧瘠、土壤質量下降、重金屬活性增強，土壤保肥供肥能力低，嚴重影響了作物的生長發育，降低了作物的產量與品質，進而影響人類食品安全與健康[5-6]。土壤酸堿度是評價土壤肥力的指標之一。筆者對我國南方地區土壤酸化的現狀、原因、危害以及改良技術進行了綜述，旨在為我國南方地區土壤酸化改良提供參考。

1 我國南方土壤酸化現狀及成因

1.1 我國南方土壤酸化現狀

我國南方地處熱帶與亞熱帶區域，該地區的酸性土，大都處于高溫高濕環境下，風化和淋溶作用強烈，鹽基離子不斷淋失，土壤膠體的負電荷點被H+所占據，使土壤逐漸向酸性發展[3]；加之含氮化肥的過量使用，加速了土壤酸化，影響了土壤理化特性及肥力，最終影響了農作物生產[7]。南方省份土壤酸化主要集中在粵、湘、贛、閩等省份，其中廣東省強酸性和酸性土壤耕地面積，分別占廣東省總耕地面積的3.6%和27.5%[8-9]；湖南省酸性耕地占總耕地面積的72.6%，且酸性耕地面積呈現不斷增加趨勢[10]；2015 年江西省酸性土壤與強酸性土壤的耕地面積占江西省耕地總面積的90.9%，pH 值平均值為5.2[11-12]；2017 年福建省耕地調查顯示，土壤pH 值小于5.5，占74.2%[13]。 同樣，我國南方其他省份土壤酸化形勢也十分嚴 峻[14-15]。

1.2 我國南方土壤酸化的原因

近年來因強降雨導致的洪澇災害頻繁，對地表土壤損害非常嚴重。據調查，2019 年江南華南等地持續出現強降雨過程，局地大暴雨，引發多地出現洪澇災害[16]。如廣西5—9 月暴雨與大暴雨頻發，日降雨量有時可達250 mm[16]。強烈的淋溶作用導致土壤中的鉀、鈣、鎂等堿性離子大量流失，且雨水中攜帶的H+以及雨水與土壤反應產生的H+導致土壤鹽基不飽和，加劇了土壤酸化。

研究表明，工業燃煤及汽車產生的廢氣排放等形成的H2SO4和HNO3，隨降雨形成酸雨進入土壤，破壞了土壤中如CaCO3等緩沖物質，淋洗了土壤中的鹽基離子，導致土壤逐步酸化[17-19]；另外，工業廢水、廢渣和礦渣等可直接或者間接造成土壤和水體污染，導致土壤酸化。

在作物生產過程中，不合理的種植制度和過量施用化學氮肥，往往會直接加劇土壤酸化，尤其是化學氮肥的過度施用[1]。研究表明，復種指數過高，常年連作，重茬種植，會導致土壤有機質含量下降，緩沖能力降低，產生土壤酸化[20-24]；此外大水漫灌等不合理的灌溉方式，一定程度加速了土壤酸化。為了過度追求農作物產量，大量施用化肥[25]， 也是導致耕地大面積酸化的因素之一，研究顯示，我國化肥用量是美國的2.6 倍，歐盟的2.5 倍[25]。此外，重氮肥、輕磷鉀肥等不合理的施肥措施以及一些不合理的施肥方法，降低了土壤有機質含量，破壞了土壤膠體，弱化了土壤緩沖能力，加快了鹽基離子淋失，使得農田土壤酸化和營養元素失衡[26-27]。有研究指出，施用氮肥比酸沉降的影響大25 倍[28-29]；在小麥、玉米、水稻田中，70%的酸化是因為過量施氮造成的，而在果蔬田中過量施氮對酸化貢獻率高達90%[30]，特別是在土表濫施氮肥；但是合理施用氮肥，對酸化土壤有改良效果[27]。

2 土壤酸化對農業生產的主要危害

2.1 對土壤的影響

土壤酸化首先是影響土壤養分的有效性。土壤酸化后，土壤肥力下降，土壤中堿性鹽基離子減少，Al3+和H+增加，在有機質不足的情況下，土壤物理性質惡化，黏重板結，通氣不良，導致土壤質量下降。有研究表明，土壤的礦物質溶解、有機質分解以及土壤營養元素的轉換與土壤pH 值有關，土壤中的Ca2+、Mg2+、K+等流失量與土壤pH 值呈顯著正相關關系[27]，土壤養分含量與土壤pH 值呈顯著負相關，土壤酸化后能夠增強土壤中金屬離子的活性[31]，比如鋁[8]、鐵、錳、鉻和鉛[32]，加重土壤重金屬的危害，也導致土壤保肥供肥能力低，影響土壤自身對磷酸的吸附固定，降低磷肥肥效。此外，土壤酸化還會影響土壤酶活性。研究表明，土壤pH 值增加，脲酶、磷酸酶、蛋白酶活性均受到了抑制，土壤酶活性降低[33-34]，最后影響土壤微生物，加劇病菌微生物危害[19,35]。

2.2 對作物生長發育及產質量的影響

大多數大田作物適宜生長的土壤pH 值為 6～8。土壤酸化影響種子的萌發、養分的吸收和生理活動。研究表明，模擬酸雨可抑制早稻種子萌發，降低種子活力，影響早稻幼苗生長，最后導致農作物減 產[36-37]；土壤酸化會影響作物根系的生長，進而影響養分吸收；土壤中可被作物吸收利用的有效態氮含量會隨土壤pH 值下降呈直線下降趨勢。

土壤酸化會影響作物體內酶活性和光合性能的發揮，進而影響作物生理活動及生長發育。研究表明，烤煙葉片的SOD 活性，在土壤pH 值為4.5 時最強，而此時MDA 含量最低[37]；當土壤pH 值小于5.0 或大于7.0 時，水稻葉片光合速率、PS Ⅰ和PS Ⅱ的電子傳遞活性以及類囊體膜室溫熒光發射峰值均有不同程度的降低，其中尤以pH 值4.0 時降低幅度最為顯著[37]。

正常情況下，土壤的pH 值范圍為5.5～7.5，在此范圍內農作物能夠正常生長，過酸或強酸土壤均會影響農作物根系對土壤養分的吸收利用[33]，導致大量減產甚至絕收；同時，土壤酸化加速了土壤中含鋁原生礦物和次生礦物風化而釋放大量鋁離子，形成植物可吸收的含鋁化合物，而植物長期和過量吸收鋁離子將引起作物中毒或死亡，導致農作物大量減產甚至絕收；土壤酸化能顯著降低晚稻產量以及小麥葉面積、株高和地上部分干物質產量[38]；水培試驗研究表明，烤后煙葉化學成分、煙堿、焦油與土壤pH 值有關，pH 值 6.5～7.5 的煙葉品質最好，過高或過低都不利于煙葉品質 的提高[39]。此外，土壤酸化還會影響土壤重金屬活性，導致農作物重金屬積累量增加，影響農產品品質[35]。

3 土壤酸化的主要治理技術措施

3.1 農藝技術措施

南方耕地土壤普遍通過施用熟石灰來改良酸性土壤或防止土壤酸化，提高土壤pH 值，改善土壤養分狀況，但長期施用熟石灰，會導致土壤“復酸化”、板結，使土壤中Ca2+、Mg2+、K+等礦質營養元素比例失調，或者造成土壤局部堿化[40-42]。

近年來，隨著環境治理壓力的增加，施用土壤調理劑成為治理土壤酸化的一項重要措施。

治理土壤酸化的土壤調理劑，其主要成分為碳酸鹽和硅酸鹽，它含有豐富的Ca、Mg、Si、K、Fe 等礦質營養元素。相關研究報道，施地佳[43]、宜施壯[44]、 特貝鈣[45]等土壤調理劑，能夠改良土壤理化性質、改善土壤水分狀況、提高土壤通透性、調節土壤pH 值，降低土壤中潛性酸含量。土壤調理劑與土壤中酸離子反應比較溫和，一般不會造成土壤局部偏堿性及土壤板結。此外，土壤調理劑對土壤中微生物活性影響 較小。

施用生物炭和復合肥料，也是近年來改良酸性土壤常見的方法。研究表明，生物質炭能降低土壤交換性酸（氫、鋁）總量，且施用量越大降低的幅度越 大[46-48]。由于稻殼炭含有一定量的堿性物質和鹽基陽離子，土壤中添加稻殼炭可以增加土壤交換性鹽基數量和鹽基飽和度，降低土壤酸度[49]。在弱酸性土壤中施用復合肥料，配施草木灰和磷礦粉等，也能改良酸化土壤，且成本低[50]。

科學用肥是治理土壤酸化的重要措施。研究表明，測土配方施肥可以提高肥料利用率，減少化肥施用量，有利于減緩土壤酸化的速度[51-52]；施用有機肥及有機無機肥配合施用，同樣可以減緩土壤酸化，提高土壤通透性，改善土壤團粒結構，促進作物生長發育，提高產量和品質[53-54]。秸稈還田和種植綠肥也能提高土壤有機質含量，降低土壤容重，形成豐富的土壤耕層結構，減緩土壤酸化。

同時，增施微生物菌劑也有利于酸性土壤的改良。土壤酸化過程中，微生物種群會遭受不同程度破壞，有害微生物種群數量增多，有益微生物種群數量減少。研究表明，施用一定量的微生物菌劑，能夠有效降解土壤中的農藥、化肥和一些其他有害物質的殘留，提高土壤有機質含量以及土壤養分利用率與轉化率，疏松土層，增強土壤肥力[55]；微生物分泌的酶類、糖類、溶菌體，可減緩土壤的酸化[55]。

3.2 合理的耕作方式

合理的耕作方式能夠顯著改善土壤團粒結構、提高土壤通透性和保水率，減緩土壤酸化，例如采用壟播和深耕土層的措施，能夠提高土壤中的微生物活性，改善土壤團粒結構，提高土壤肥力，一定程度上降低土壤酸化的速度[55-56]。

此外，生態種養也是減緩土壤酸化的生產模式之一。生態種養模式是以農作物與水產、家禽進行立體生產的農田系統物質循環過程，主要有稻田和旱地2種類型[57]。研究表明，稻蝦生態種養模式全使土壤中的全氮含量和pH 值隨種養年限增加而緩慢增加[58]；稻田種養模式可減少化肥和農藥的投入，減緩土壤酸化，實現物質循環利用與持續高效生產。旱田種養模式下，多元化運用間、混、套作以及再生和復種等模式，可有效緩解作物連作導致的土壤酸化[48]。

4 小結與展望

一直以來，由于我國南方耕地利用強度高、肥料管理制度不健全、工業污染嚴重和化肥農藥的大量施用，土壤酸化問題越來越嚴重，對農業生產和生態環境都造成了嚴重的危害。因此，通過科學合理的耕作制度、適宜的農藝技術以及生態種養等措施對酸性土壤進行改良，使我國耕地土壤pH 值維持在一個適宜的水平，對我國農業生產的可持續發展具有重要意義。隨著科學技術及經濟的發展以及人類社會對環境保護認識的提高，利用生物技術來治理土壤酸化，將是今后土壤酸化治理的主要發展方向。