吉林省東部山區(qū)耕地土壤酸化特征研究

殷秀巖，隋明義，譚志強(qiáng)，馬 遙，洛俊峰，謝忠凱*

(1.通化禾韻現(xiàn)代農(nóng)業(yè)股份有限公司，通化134001；2.通化市土壤肥料工作站，通化134000)

吉林省東部山區(qū)系張廣才嶺、龍崗山一線以東地區(qū)，行政上包括通化市、白山市、延邊朝鮮族自治州。地貌類型分山地、丘陵、盆地三個梯度，地勢起伏大、山地比重大。耕地土壤類型分為：山地以暗棕壤為主、丘陵臺地以白漿土為主、河谷盆地以沖積土和水稻土為主（階地后緣少量分布泥炭土、沼澤土、草甸土等）。

長期以來，長白山區(qū)耕地土壤一直被認(rèn)為黑土層厚、土壤肥沃，伴隨著農(nóng)民對農(nóng)作物高產(chǎn)的追求，長期過量使用化肥、很少使用有機(jī)肥，加之山地水土流失嚴(yán)重，區(qū)域內(nèi)耕地土壤表現(xiàn)出不同程度的酸化現(xiàn)象，酸化范圍及酸化程度有逐年擴(kuò)大與加重的趨勢。個別地塊在作物生長季節(jié)土壤水浸pH值達(dá)到4.0以下，嚴(yán)重影響了作物生長及產(chǎn)量。土壤酸化的加重也不利于大豆、蔬菜、果樹、人參等經(jīng)濟(jì)作物的種植。

目前對區(qū)域內(nèi)耕地土壤酸化很少有研究報道，本文對區(qū)域內(nèi)酸化耕地土壤及其鄰近天然林地土壤為研究對象，研究耕地土壤的酸化特征，旨在為吉林省東部山區(qū)耕地土壤培肥改良、合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

土壤樣品選擇土壤類型為暗棕壤、白漿土、沖積土的耕地土壤，且土壤pH值在5.0以下的耕地土壤，土壤樣品主要分布于通化市，兼有白山市和延邊朝鮮族自治州的樣品，共計29份土壤樣品。同時天然林地土壤（土壤類型主要為暗棕壤、白漿土）共計12份土壤樣品作為對照。在每個采樣區(qū)用多點混合法采集0～20cm的表層土壤，樣品經(jīng)過自然風(fēng)干剔除雜物磨碎，分別過40目篩待測。

1.2 土壤測試方法

土壤樣品分析參照《土壤農(nóng)化分析方法》[1]，土壤pH值分為水浸pH值和鹽浸pH值（1NKCl浸提），采用電位法測定（水土比2.5∶1）；有機(jī)質(zhì)采用外加熱重鉻酸鉀氧化—容量法；土壤交換性酸（氫、鋁）用氯化鉀浸提氫氧化鈉中和滴定法測定；用醋酸銨法測定陽離子交換量；以醋酸銨法測定交換性鉀、鈣、鎂，以火焰光度法測定鉀含量；以原子吸收光度法測定鈣鎂的含量；以交換性鹽基總量（指交換性鉀、鈣、鎂含量之和）占鹽基離子總量的比值計算鹽基飽和度。

2 結(jié)果與分析

2.1 對區(qū)域內(nèi)耕地土壤酸化的認(rèn)識

作物在生長季節(jié)施用化肥后，土壤鹽分增加（電導(dǎo)率增高），隨著土壤電導(dǎo)率的增加而使土壤水浸pH值隨之降低（含有部分代換酸），可見土壤水浸pH值隨著季節(jié)和施肥量的大小有較大的變化。只有當(dāng)土壤的電導(dǎo)率很低（鹽分少）時的春秋季節(jié)測得的pH值較為穩(wěn)定，此時測定的土壤水浸pH值代表土壤的活性酸度。

土壤鹽浸pH值包括了土壤活性酸及代換酸（潛在酸），是以1mol KCl浸提土壤測定的pH值，測定結(jié)果相對穩(wěn)定，可以較好地反應(yīng)土壤的酸化程度。土壤的酸化不僅有土壤活性酸，還有代換性酸（潛在酸），土壤水浸pH值只反應(yīng)活性酸不能反應(yīng)土壤代換酸。

本文選擇的土壤樣品水浸pH值全部是小于5.0的，目的是更好的顯現(xiàn)與林地土壤的特征差異。從表1可以看出，林地土壤水浸pH值平均是5.4，而耕地土壤是4.6，下降了0.8個單位（下降了14.8%）；對應(yīng)的鹽浸pH值平均是4.7，而耕地土壤是4.0，下降了0.7個單位（下降了14.9%）。說明本文選擇的耕地土壤與林地相比酸化相當(dāng)嚴(yán)重。暫且以水浸pH值5.5為土壤酸化指標(biāo) （對應(yīng)鹽浸pH值4.5）（接近自然林地土壤pH值），向下偏離該值越遠(yuǎn)，土壤酸化越嚴(yán)重。

用土壤鹽浸，pH值可以將耕地土壤酸化分為二級：

輕度酸化：4.5～4.0（可以對應(yīng)水浸pH值5.5～5.0）；

重度酸化：小于4.0（可以對應(yīng)水浸pH值小于5.0）。

本文選擇的耕地土壤樣品鹽浸pH值都小于4.0，全部為重度酸化土壤。

表1 耕地土壤與林地土壤pH值Table 1 pH of arable soil and forest soil.

2.2 耕地土壤酸化的特征

通過對比自然林地土壤發(fā)現(xiàn)，重度酸化的耕地土壤表現(xiàn)出交換性酸（交換性氫鋁含量）大幅增加、交換性鈣鎂含量與鹽基飽和度大幅下降，這是區(qū)域內(nèi)重度酸化耕地土壤所表現(xiàn)的主要化學(xué)性質(zhì)特征。

2.2.1 交換性鈣鎂等鹽基離子含量大幅下降

交換性鈣鎂以其占比高與交換性鉀共同構(gòu)成土壤鹽基離子，其含量的高低與土壤酸度強(qiáng)弱相關(guān)聯(lián)。化驗結(jié)果表明，酸化耕地土壤交換性鈣、鎂含量分別為（870±263）mg/kg、（236±540）mg/kg，與對照林地相比分別下降47.3%、35.9%。

2.2.2 交換性酸（交換性氫鋁含量）大幅增加

土壤交換性酸是指土壤膠體上吸著的氫離子(或鋁離子)被鹽類溶液中的鹽基交換后所表現(xiàn)的酸度。在氫離子(或鋁離子)未被交換出來以前，酸性并不會被呈現(xiàn)，所以也稱潛在酸度。酸化耕地土壤的交換性酸為（2.4±1.2）cmol/kg 比自然林地土壤的（0.8±0.5）cmol/kg大幅提高了2倍。

2.2.3 鹽基飽和度下降

土壤鹽基飽和度是土壤供肥、保肥和穩(wěn)肥的重要指標(biāo)，鹽基飽和度大的土壤對酸的緩沖能力大，對植物生長有利。相反，鹽基飽和度小的土壤對酸的緩沖能力小，對植物生長不利。酸化耕地土壤的鹽基飽和度為(53.1±14.5)%、比自然林地土壤的(68.4±6.2)%下降了22.4%，詳見表2。

表2 耕地土壤與林地土壤化學(xué)性質(zhì)含量Table 2 Chemical content of cultivated soil and forest soil.

2.3 耕地土壤酸化的影響因素分析

從土壤發(fā)生學(xué)的角度分析，吉林省東部山區(qū)耕地土壤酸化的本質(zhì)是土壤鹽基離子的流失與土壤活性酸及代換性酸(氫鋁離子)不斷增加的過程。以下幾個方面加速了土壤酸化的過程：

2.3.1 水土流失嚴(yán)重，加速土壤鹽基離子的流失

區(qū)域內(nèi)耕地土壤大部分為山地暗棕壤或丘陵臺地白漿土，水土流失隨耕地坡度的增加而加重，山區(qū)坡度較大的耕地受雨水的沖刷變得粗骨化，保水保肥性能高的土壤粘粒不斷流失，這個過程加速了土壤鹽基離子的流失，進(jìn)而加劇了土壤酸化。

2.3.2 有機(jī)質(zhì)含量下降，土壤的保肥能力降低，鈣鎂鉀等鹽基離子得不到有效保持

土壤有機(jī)質(zhì)與土壤礦物質(zhì)形成具有有強(qiáng)大土壤代換能力的有機(jī)無機(jī)復(fù)合體，它是土壤肥力最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。從化驗結(jié)果看，酸化耕地土壤的有機(jī)質(zhì)為（3.6±1.4）%、 比自然林地土壤的 （6.2±1.1）%下降了41.9%。

田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，極端pH值（小于4.0）出現(xiàn)的地塊多為有機(jī)質(zhì)含量低的砂質(zhì)土，其主要原因是保水保肥性能高的土壤有機(jī)質(zhì)含量過低，土壤鹽基離子大量流失的結(jié)果。

2.3.3 大量化肥特別是氮肥的過量施用，加速鈣鎂鉀等鹽基離子進(jìn)入土壤溶液中進(jìn)而不斷流失

施入土壤中的氮素化肥經(jīng)過土壤硝化作用轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮，硝態(tài)氮與土壤膠體上的鹽基離子結(jié)合進(jìn)入土壤溶液中，鹽基離子隨水流動，極易流出土體，因而過量施用氮肥加速了土壤酸化。

2.3.4 鹽基離子特別是鈣鎂離子被作物帶出農(nóng)田而得不到補(bǔ)充

作物體內(nèi)鈣鎂含量一般在千分之幾，每年這些鈣鎂隨作物移除農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，而當(dāng)?shù)剞r(nóng)民施肥基本不施含鈣鎂肥料，因而農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中鈣鎂始終處于凈流出狀態(tài)，因而土壤鹽基飽和度一直處于下降狀態(tài)，耕地土壤酸化不斷加劇。

3 討論

3.1 吉林省東部山區(qū)耕地土壤酸化面積在擴(kuò)大、酸化程度加重

根據(jù)全國第二次土壤普查耕地土壤化驗結(jié)果看，當(dāng)時區(qū)域內(nèi)很少見到水浸pH值小于4.5的耕地土壤，而近些年在開展測土施肥土壤化驗中經(jīng)常出現(xiàn)水浸pH值小于4.5的耕地土樣，甚至達(dá)到4.0以下，如果以水浸pH值5.0為重度酸化指標(biāo)，近年來通化市測土施肥土壤樣品檢測結(jié)果中有至少20%的土樣達(dá)到重度酸化的標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)重度酸化的土壤多為有機(jī)質(zhì)含量低的砂質(zhì)土。雖然區(qū)域內(nèi)的絕大多數(shù)耕地土壤水浸pH值在5.0～5.5之間，屬于輕度酸化的土壤，但是如何有效減緩區(qū)域內(nèi)耕地土壤酸化，刻不容緩。

3.2 耕地土壤酸化影響區(qū)域種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整

資料顯示，大豆適宜生長的土壤pH值是6.5左右，低于6.0的土壤不利于大豆根瘤菌生長，影響大豆產(chǎn)量，人參適宜生長在pH值5.5左右的土壤，低于5.0的土壤不利于人參根系生長。水浸pH值低于5.0的土壤，對大多數(shù)植物生長都是不利的，而且肥料利用率低下。實踐表明，重度酸化的土壤已經(jīng)嚴(yán)重限制了許多經(jīng)濟(jì)作物的栽培，如人參等中藥材、果樹、蔬菜、大豆等種植必須先施白灰調(diào)整。有些土壤pH值低到4.0以下時，已經(jīng)嚴(yán)重影響耐酸較強(qiáng)的玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量的提高，亟待培肥改良土壤，提高其基礎(chǔ)地力（不施肥產(chǎn)量）。

3.3 酸化土壤培肥改良的措施

3.3.1 根茬與秸稈還田

通過秸稈還田，能有效增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，是一項能夠提高土壤肥力、改善土壤物理性質(zhì)和提高微生物活性的農(nóng)業(yè)管理措施[2]，能夠促進(jìn)土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加土壤中水、肥、氣、熱的協(xié)調(diào)能力，提高土壤保水、保肥、供肥的能力，改善土壤理化性狀，有效改良酸化土壤，增加耕地土壤基礎(chǔ)地力。

3.3.2 增施有機(jī)肥

土壤有機(jī)質(zhì)每年都在分解消耗，需要增施有機(jī)肥不斷更新，才能提高土壤的保肥能力和緩沖性能。土壤有機(jī)質(zhì)中的有機(jī)膠體，帶有大量負(fù)電荷，具有強(qiáng)大的吸附能力，能吸附大量的陽離子和水分，其陽離子交換量和吸水率比黏粒要大幾倍、甚至幾十倍，所以它能提高土壤保肥蓄水的能力，同時也能提高土壤對酸堿的緩沖性。在酸性土壤中，有機(jī)質(zhì)通過與單體鋁的復(fù)合，降低土壤交換鋁的含量，從而減輕鋁毒的危害。

3.3.3 增施石灰等堿性材料

國內(nèi)外田間試驗證明，石灰對土壤的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過中和土壤酸性，對重度酸化的耕地土壤，石灰是作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)（提高不施肥的基礎(chǔ)地力），它提高肥料利用率，減少土壤中有毒物質(zhì)（活性鋁等），改善土壤物理性質(zhì)（增加團(tuán)粒結(jié)構(gòu)）和增強(qiáng)土壤微生物活性，為作物增加鈣鎂營養(yǎng)元素等。石灰是酸性土壤的重要土壤改良劑，最好與有機(jī)肥配合使用，更能發(fā)揮其改土培肥的作用。石灰質(zhì)堿性材料還包括：草木灰、硅鈣肥、牡蠣殼粉等，可因地制宜加以利用。

石灰的使用上要注意提前使用，最好在播種前3～6個月使用，與土壤充分均勻混合，石灰與土壤充分反應(yīng)后才能發(fā)揮效果。使用量要根據(jù)土壤酸性大小，每畝用量每次在100～300斤左右，砂質(zhì)土用量要少(因陽離子代換量小，土壤緩沖性能小)。

3.3.4 實施保護(hù)性耕作，減少水土流失

保護(hù)性耕作技術(shù)是對農(nóng)田實行免耕、少耕，盡可能減少土壤耕作，并用作物秸稈、殘茬覆蓋地表，減少土壤風(fēng)蝕、水蝕，提高土壤肥力和抗旱能力的一項先進(jìn)農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)。與傳統(tǒng)翻耕相比，保護(hù)性耕作促進(jìn)了土壤大團(tuán)聚體的形成，提升了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性；提高了表層土壤有機(jī)碳含量，有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[3]。

3.3.5 實施測土平衡施肥，減少化肥使用量

過量使用氮肥會加速鈣鎂等鹽基離子流失從而加劇土壤酸化，測土配方施肥，可以做到經(jīng)濟(jì)合理施肥，既滿足作物生長需要，又要防止肥料對土壤的不利影響，不僅可以節(jié)約肥料使用量，還可以做到大量元素與中微量元素合理搭配、使作物營養(yǎng)更全面，提高肥效，減少肥料浪費造成的環(huán)境污染，對農(nóng)業(yè)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。