土壤酸化及酸性土壤改良技術(shù)研究進(jìn)展

?邱　婷，張　屹，肖姬玲，魏　林，梁志懷?

（1. 湖南大學(xué)研究生院隆平分院，湖南 長沙 410125；2. 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院西瓜甜瓜研究所，湖南 長沙 410125；3. 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，湖南 長沙 410125）

土壤酸化及酸性土壤改良技術(shù)研究進(jìn)展

邱婷1,2，張屹2，肖姬玲2，魏林3，梁志懷2

（1. 湖南大學(xué)研究生院隆平分院，湖南 長沙 410125；2. 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院西瓜甜瓜研究所，湖南 長沙 410125；3. 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，湖南 長沙 410125）

近年來，土壤酸化越來越嚴(yán)重，其作為土壤退化的重要指標(biāo)之一，已嚴(yán)重影響著作物的生長。綜述了自然與人為情況的兩大酸化原因以及酸化對土壤質(zhì)量、作物生長及微生物生命活動等的危害。最后從酸雨沉降的控制、土壤改良劑的使用、生物及農(nóng)業(yè)措施等方面提出對酸性土壤的改良與修復(fù)方法。

土壤酸化；改良修復(fù)；改良劑

隨著經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展，酸化、鹽堿化、元素失衡、流失及污染等土壤退化問題日益突出，嚴(yán)重制約了土地生產(chǎn)力的發(fā)展。作為其重要指標(biāo)之一，土壤酸化加速了土壤酸度的提高、造成大量營養(yǎng)元素有效性的下降，土壤供肥保肥的能力降低，嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量及品質(zhì)[1]。酸性土壤在我國表現(xiàn)出強度高、面積大、分布廣等特性，就目前來看還是以分布在長江以南熱帶、亞熱帶兩大地區(qū)為主。大部分酸性地區(qū)土壤pH值范圍在4.5～5.5之間，屬于強酸段，而酸化更為嚴(yán)重的地區(qū)pH值甚至小于4.5[2]。而且酸化面積及酸化強度仍呈現(xiàn)上升趨勢。為了提升耕地土壤地力，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須采取有效措施對酸性土壤進(jìn)行改良和恢復(fù)。

1　土壤酸化的原因與危害

1.1土壤酸化的原因

1.1.1自然酸化自然環(huán)境下的酸化原因主要包括強烈的風(fēng)化作用、酸性硫酸鹽土、土壤母質(zhì)中堿性陽離子的缺乏和自然降雨。土壤酸化本身是一個持續(xù)性的自然過程，受成土母巖的影響，在雨水淋溶沖刷作用下，使鹽基鈣離子等流失。我國南方地區(qū)降雨量大，降雨引起土壤中堿基化合物（主要為鈣和鎂）大量淋失，土壤交換性氫及鋁含量大量增加，使土壤變酸。此外土壤中的由于微生物活動而分解有機質(zhì)產(chǎn)生的有機酸和CO2，植物根系吸收養(yǎng)分的同時分泌的酸性物質(zhì)以及土壤微生物自身代謝活動產(chǎn)生的有機酸，均可導(dǎo)致土壤的自然酸化。

1.1.2人為酸化人為因素主要包括人類活動引起的酸沉降和不當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)措施?，F(xiàn)已成為加劇土壤酸化的最為主要的2個原因。

我國酸雨污染已覆蓋國土面積的40%，是繼歐洲、北美之后，世界第三大酸雨沉降區(qū)[3]。土壤在酸雨的長期作用下，不僅土壤pH值逐漸降低，而且還導(dǎo)致土壤陽離子如Ca2+、Mg2+的流失，進(jìn)而整個土壤的離子平衡都遭到破壞，對農(nóng)田和自然生態(tài)系統(tǒng)也有較大危害，而且全國酸化面積還在不斷擴大[4]。

不當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)措施主要包括人類在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中過度的施用化肥、錯誤的施肥方式、作物的連作以及致酸作物的種植等，都在一定程度上加速了土壤的酸化。一些生理酸性肥料如氯化銨、硫酸銨在銨根離子氧化后被植物體吸收，導(dǎo)致交換性酸和交換性鋁在土壤中含量增加，土壤酸度增強。趙其國[5]在江西紅壤盆栽試驗中證實了這一點，其實驗結(jié)果表明，在施用硫酸銨、硫酸鉀等肥料后，紅壤pH值都有不同程度的降低。有資料顯示施肥對土壤酸化的影響大于酸雨的影響[6]。孟紅旗等[7]長期田間試驗表明，長期施氮肥的土壤酸化速率較空白對照提高了4.6倍。另外，在連作豆科植物時，土壤酸度的增強主要是由于植物根系在生長過程中會分泌的一些酸性物質(zhì)，而且連作時間越長，酸化越嚴(yán)重。

1.2土壤酸化的危害

1.2.1對耕地土壤地力影響土壤酸化使得氫離子濃度迅速增加，它與Ca2+、Mg2+、K+等鹽基性養(yǎng)分陽離子競爭交換位，從而致使這些離子大量淋失。劉春生等[8]通過對褐土進(jìn)行模擬酸雨淋洗試驗，結(jié)果表明：Mg2+、Ca2+、Na+及K+的十年淋失總量與酸雨的氫離子濃度呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)關(guān)系。同時酸度增強后，土壤中某些重金屬元素極其離子態(tài)離子的遷移速率也隨之增大，對整個生態(tài)系統(tǒng)造成巨大的威脅[9]。劉景[10]在湖南祁陽紅壤試驗站18 a的研究表明：不施肥和單施化肥處理的土壤中Cr含量及Cr活化率與土壤pH值呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤酸化使土壤存在著嚴(yán)重的Cr污染風(fēng)險。

1.2.2對植物生長發(fā)育生理的危害植物在生長發(fā)育過程中都需要一定量的微量元素如鐵、銅、錳、鋁、鉬等，但如果其濃度大到一定程度后卻會對植物產(chǎn)生毒害作用。而鋁毒是對植物影響最明顯的一種毒害，主要是對根系的抑制作用，當(dāng)植物在生長過程中受到鋁毒害時，其根尖及側(cè)根部位會變得堅硬而且根長度較短，根生長受到明顯抑制。除此之外，鋁還能通過對膜脂流動性的破壞和影響脂類與膜蛋白相互作用來引起膜質(zhì)過氧化的傷害。另外土壤酸化導(dǎo)致植物在表觀上的影響有：作物生長緩慢、葉片發(fā)黃、作物產(chǎn)量下降，容易發(fā)生病害等方面。據(jù)報道，當(dāng)土壤pH值小于5.5時，土壤中硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌的活躍度變小，進(jìn)而影響作物對土壤中有效氮的利用率，對養(yǎng)分的吸收不足將造成產(chǎn)量的下降[11]。此外，酸度的增強對磷的利用及其有效性也存在一定的影響，主要因為土壤表面可變負(fù)電荷的增加影響磷元素的吸附，進(jìn)而影響磷的有效性。

1.2.3對土壤微生物及植物病原菌生命活動的影響土壤中存在著大量的有益微生物，對作物的生長起著重要的作用。而大多數(shù)有益微生物都只適合生長在pH值為6.5～7.5的中性環(huán)境條件下。隨著土壤pH值的降低，這些微生物的種類和活性都隨之降低，進(jìn)而影響植物在土壤中氮的固定和有機物質(zhì)的礦化，養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化也受到嚴(yán)重的障礙，造成農(nóng)作物產(chǎn)量的低下。王富國等[12]研究表明，在果園種植過程中，隨著時間的延長，土壤酸化程度加重，土壤中微生物的生命活動受到嚴(yán)重抑制。李春越等[13]以英國洛桑研究所長期定位試驗pH值梯度土壤為研究對象，研究不同pH值下，耕地土壤微生物碳磷比（C/P）及磷素有效性的差異。結(jié)果表明pH值與磷素回收率百分?jǐn)?shù)具有很高的相關(guān)性，微生物C/P比隨pH值的增加而增加，而土壤中全N、全P、C/N 和微生物量磷則隨pH值的增加而減少。

而目前，關(guān)于土壤酸化與植物病原菌直接相關(guān)性的報道比較少。引起植物病害大多數(shù)為真菌病害，大棚土壤真菌種類約20個屬，其中鐮刀菌（Fusarium）、腐霉菌（Pythium）、疫霉菌（Phytophthora）、絲核菌（Rhizoctonia）、葡萄孢霉（Botrytis cinerea）、葉點霉（Phyllosticta）、大莖點霉（Macrophoma）、輪枝霉（Diasporangium sp.）這8個屬的大多數(shù)種是最為常見的土傳病原微生物，而鐮刀菌是其中的優(yōu)勢種，占真菌總數(shù)的19.9%[14]。一般情況下，土壤微生物多樣性高時，病原菌就很難滋生，而細(xì)菌/真菌的比值隨著連作種植年限的延長而減小，土壤肥力由“細(xì)菌型”演變成為“真菌型”[15]。其機理是由于一些微生物種群尤其是植物病原真菌在作物連作過程中在土壤里大量富集，導(dǎo)致植物病蟲害發(fā)生嚴(yán)重，無法控制，對農(nóng)作物生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響。陳宗澤等[16]也進(jìn)一步證實，在大豆連作下，連作時間越長，土壤酸度越強，微生物區(qū)系也慢慢的由“細(xì)菌型”向“真菌型”轉(zhuǎn)變，土壤中病原菌的數(shù)量增加，作物病害發(fā)生嚴(yán)重。

2　酸性土壤改良與修復(fù)

2.1控制酸雨

酸雨是工業(yè)高速發(fā)展的副產(chǎn)物，現(xiàn)已成為土壤酸化的最為重要原因之一。要想控制好酸雨，降低土壤酸化速率，必須從源頭上控制二氧化硫的排放以及進(jìn)一步完善改進(jìn)脫硫技術(shù) 。目前，美國、日本等國家相繼研發(fā)出高效的控制酸雨的生物防治方法，其原理是利用氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫桿菌等微生物菌株的吸硫作用，可除去70%的無機硫，還可減少60%的粉塵。這是一種綠色無污染極具有發(fā)展前景的治理方法，也越來越受到世界各國的重視。

2.2使用土壤改良劑

2.2.1石灰改良劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，施用石灰來改良土壤是最傳統(tǒng)的措施，不僅可以中和土壤中氫離子濃度，改善土壤結(jié)構(gòu)，還可以降低土壤中重金屬對作物的毒害作用，提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量。王敬華等[17]在江西紅壤上的實驗表明，施用200 kg/667m2石灰石粉，能有效降低土壤表層2～3個單位的酸度值，但是土壤底層pH值變化不明顯。石灰中富含鈣、鎂等元素，施用后能迅速提高土壤中交換性Ca和Mg的含量。由于鈣離子的強絮凝化作用以及土壤中一些無定形態(tài)的鋁、鐵形成的氫氧化物，能很好的減小土壤顆粒之間的作用力，改善土壤結(jié)構(gòu)。另外，由于土壤中大量的交換性Al在石灰堿性環(huán)境下形成了羥基Al聚合物，降低了對植物的鋁毒害作用。李青苗等[18]以生石灰處理川芎主產(chǎn)區(qū)酸性地塊，結(jié)果表明生石灰可顯著改善川芎生長發(fā)育狀況，同時還能有效抑制川芎藥材中鎘的積累。

2.2.2礦物和工業(yè)廢棄物除了傳統(tǒng)施用石灰的方法外，一些礦物和工業(yè)廢棄物如白云石、粉煤灰、磷石膏、磷礦粉、堿渣和工業(yè)廢棄物等，均能起到改良酸性土壤的作用。施用白云石后的土壤中交換性鋁、錳含量明顯降低，并且隨著白云石粉用量的增加，土壤有效磷和速效鉀含量呈增加趨勢。在煙草種植中，適量白云石粉能夠促進(jìn)煙株生長，但是過度使用，反而會抑制煙株生長[19]。

粉煤灰具有密度小、孔隙大等特點，可以改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)作物的新陳代謝。還因其含有CaO、MgO等堿性物質(zhì)，中和土壤氫離子濃度，提高作物的硝酸還原酶活性，使有機質(zhì)的硝化作用增強，進(jìn)而促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)。在肖厚軍[20]盆栽實驗中，磷石膏作為強酸性土壤改良劑能促進(jìn)高粱生長，改善調(diào)節(jié)高粱體內(nèi)氮、磷、鉀、鈣養(yǎng)分的平衡以及施磷石膏的土壤有效氮、磷、鉀、鈣較對照極顯著增加，對獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)非常重要，起到了強酸性土壤改良和培肥并舉的雙重作用。堿渣是制堿過程中產(chǎn)生的大量廢棄物，溶水后得到堿性溶液，可以中和微酸性及酸性的土壤，以使土壤性質(zhì)得到改善。魏嵐等[21]通過盆栽種植辣椒試驗發(fā)現(xiàn)，施用堿渣能降低土壤酸度，提高土壤有機質(zhì)的含量，降低土壤中活性鋁對辣椒的毒害，使辣椒的產(chǎn)量品質(zhì)得到很好的提高。此外，污水處理廠產(chǎn)生的污泥、煉鋁工廠產(chǎn)生的赤泥、工業(yè)燃煤煙氣廠的脫硫副產(chǎn)物等均能用于酸性土壤的改良上。

2.2.3微生物肥料微生物肥料（microbial fertilizer）是一種特定的菌劑，里面含有較多的活性微生物，活性微生物的生命活動能夠促進(jìn)土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，提高植物對養(yǎng)分的吸收，改善作物營養(yǎng)，起到調(diào)控作物生長以及防治作物病蟲害，從而使作物達(dá)到增產(chǎn)的目的[22]。目前，市面上主要有兩大類的微生物菌肥，一種是微生物菌劑類，另一種是微生物肥料類。其中微生物菌劑類包括固氮菌、解磷菌、解鉀菌、根瘤菌和光合細(xì)菌等單一菌劑以及兩種或兩種以上的菌種組成的復(fù)合菌劑等。微生物菌肥類產(chǎn)品包含生物有機肥和復(fù)合微生物菌肥兩種[23]。

涂永成[24]在干旱礦區(qū)復(fù)合微生物菌肥土壤改良實驗結(jié)果中表明，添加復(fù)合微生物菌劑和有機堆肥均能很好的提高土壤含水率，降低土壤容重，增大土壤孔隙度，改善土壤酸堿性，維持合理的可溶性鹽含量，并能較大程度的提高土壤中的速效養(yǎng)分含量和增加土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌等有益微生物的種類和數(shù)量。2.2.4有機物料除了土壤改良劑外，一些有機物料如：農(nóng)作物的莖桿、家畜的糞肥、綠肥及草木灰等，也都被用于酸性土壤的改良中。這種有機物質(zhì)中因其含有大量的營養(yǎng)成分，能夠提高土壤的肥力，增加土壤微生物的種類及活性，改變其種群分布密度，降低土壤交換性鋁的含量，起到降低對作物的毒害作用。

毛佳等[25]通過實驗比較三種植物秸稈紫云英、刺槐和豌豆對酸性土壤的改良效果，結(jié)果表明，這三種秸稈都可以提高土壤的pH值，增加土壤中交換性鹽基陽離子含量以及減少交換性鋁含量。與姜軍等[26]的研究結(jié)果一致，同時后者還發(fā)現(xiàn)，水稻秸稈和大豆葉不僅能降低土壤的酸度和交換性鋁的含量，而且還能減少活性鋁的含量，降低鋁毒作用。詹紹軍等[27]采用土壤培養(yǎng)實驗探討了不同有機物料對土壤pH值和鎘有效性的影響。結(jié)果表明，家畜的糞肥，如豬糞和雞糞都能在一定程度上提高土壤的pH值，還能有效降低土壤Cd含量，而且二者均隨糞肥用量增加而增加。而綠肥在改良土壤方面的作用跟植物秸稈類似，能有效降低土壤中交換酸和Al3+含量，提高CEC。同時綠肥還可以影響土壤酶活性和土壤養(yǎng)分因子，通過綠肥的施入，不僅能夠增強土壤酶活性，而且能夠提升土壤養(yǎng)分因子含量，進(jìn)而影響土壤的綜合肥力水平[28]。草木灰本身就是一種堿性肥料，能中和土壤中的氫離子，在酸性土壤上施用，可以降低土壤酸度以及土壤中活性鐵鋁的含量，還可以促進(jìn)磷元素的釋放，以及為作物的生長發(fā)育和微生物的活動提供良好的環(huán)境條件[29]。

2.2.5生物質(zhì)碳生物炭類屬于黑炭，其不僅可以中和土壤酸度，降低鋁對作物的毒害作用。還因其含有豐富的營養(yǎng)元素，可以提高土壤中有效養(yǎng)分的含量，促進(jìn)作物根部的吸收，增加土壤中有機碳的含量，提高作物的產(chǎn)量。張瑞清等[30]室內(nèi)培養(yǎng)實驗表明在兩種生物質(zhì)原料果木炭和稻殼炭不同濃度處理后，土壤pH值得到顯著提高，交換性酸（氫、鋁）降低的含量也均與對照差異顯著。袁金華等[31]利用培養(yǎng)試驗分析加入稻殼制備的生物質(zhì)炭對酸性紅壤和黃棕壤的改良效果，得出加入生物質(zhì)炭后，兩種不同性質(zhì)的土壤的、陽離子交換量和鹽基飽和度均較對照處理有不同程度增加，提高了土壤養(yǎng)分利用效率。Major等[32]研究了生物炭長期施入對玉米產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明第一年施入生物炭對玉米產(chǎn)量影響不顯著，后三年的玉米產(chǎn)量均顯著高于不施生物炭土壤，且隨著生物炭用量的增加增產(chǎn)作用更加明顯。

2.3生物改良

生物改良主要是利用土壤動物、植物和微生物對酸化土壤的修復(fù)作用和植物根系分泌物緩解酸性土壤鋁毒，進(jìn)而起到改良酸性土壤的作用。胡衡生等[33]實驗表明，格拉姆柱花草能大幅度提高土壤有機質(zhì)速效N、P、K含量，肥力增強，酸度降低，質(zhì)地疏松，蓄水保水能力有所增加，對土壤有顯著的改良作用。顧順明[34]在芒果園中養(yǎng)殖蚯蚓過程中發(fā)現(xiàn)，土壤中有機物料被蚯蚓食用后，產(chǎn)生的糞便能有效降低土壤酸度，促進(jìn)根系對養(yǎng)分的吸收。但由于這種動植物及微生物的生命活動能力有限，改良土壤過程比較緩慢，通常需要幾年時間，因此，生物防治技術(shù)在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用受到一定的限制。

2.4農(nóng)業(yè)措施

在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，改善不當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)措施對酸性土壤的改良也起著重要作用。首先，我國是化肥施用大國，而氮肥的利用率低下是造成土壤酸化主要因素之一。減少氮肥的使用是降低土壤中氮素殘留，防止土壤酸化的重要措施之一。還可以通過優(yōu)化耕作模式，利用水旱輪作和間作套種等方式來緩解土壤酸化。其次，可以種植耐酸性作物，如土豆、紅薯、青椒、甘藍(lán)、茶葉、板栗和紫花苜蓿等，直接降低土壤酸化對植物造成的傷害。由于每一種酸性土壤改良技術(shù)都有優(yōu)點和不足之處，因此只有將幾種改良技術(shù)綜合起來才能充分發(fā)揮出改良作用。

3　結(jié)　語

酸性及弱酸性土壤主要分布在我國長江以南地區(qū)，而目前酸沉降并沒有得到很好有效的控制，對土壤酸化的加速作用還在持續(xù)。國內(nèi)外對土壤酸化及其改良雖然已經(jīng)開展了廣泛的研究，也取得了一些重要進(jìn)展，但是仍然存在一些問題與困難，在土壤酸化改良過程中一些關(guān)鍵技術(shù)的作用機理仍較為缺乏。目前，施用土壤改良劑是采用的最多的土壤改良方法，而長期施用勢必會對土壤起一定的副作用。因此探明土壤酸化與改良技術(shù)的機理，研發(fā)出高效果、低成本且無毒害的酸性土壤改良劑是今后的一個重要研究方向。另外，對酸性土壤的改良是一個長期而漫長的過程，需要用發(fā)展的眼光看待，用綜合的技術(shù)方案解決。值得關(guān)注的是對潛在酸化趨勢土壤的酸化控制，研發(fā)新方法，采取新措施，減緩?fù)寥浪峄倪M(jìn)程，減輕土壤酸化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的危害。將化學(xué)方法、生物學(xué)方法與農(nóng)業(yè)措施相結(jié)合建立綜合調(diào)控技術(shù)，可實現(xiàn)對土壤加速酸化的長效控制。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）

Research?Progress?in?Soil?Acidification?and?Acid?Soil?Improvement?Technology

QIU Ting1，2，ZHANG Yi2，XIAO Ji-ling2，WEI Lin3，LIANG Zhi-huai2
（1. Graduate School of Hunan University,LongpingBranch,Changsha, 410125, PRC; 2. Hunan Watermelon and Muskmelon Institute, Changsha, 410125, PRC; 3. Hunan Plant Protection Institute, Changsha, 410125, PRC）

In recent years， soil acidification has become more and more serious， and it is one of the important indicators of soil degradation， which has seriously affected the growth of crops. In this paper， the two main acidification causes of natural and man-made conditions and the harm of acidification on soil quality， crop growth and microbial life activity were reviewed.In the end， the methods of improvement and restoration of acid soil were put forward from the control of acid rain deposition， the use of soil amendments， biological and agricultural measures.

soil acidification; improvement and restoration; improved agent

S156

A

1006-060X（2016）10-0114-04

2016-07-07

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201503110-03）

邱 婷（1993-），女，湖北黃岡市人，碩士研究生，主要從事土傳病害綜合防治研究。

梁志懷