廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)土壤酸化特征分析

摘要：【目的】分析廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)土壤pH現(xiàn)狀和分布特點(diǎn)及土壤pH與交換性鹽基離子含量、土壤交換性鋁含量的關(guān)系，為探明廣西蔗區(qū)土壤酸化機(jī)制及土壤酸化治理提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā?023年春季在廣西15個(gè)甘蔗種植面積較大的縣（區(qū)、市）共采集515個(gè)地塊的0～20 cm土壤樣品，分別采用去離子水、0.01 mol/L CaCl2溶液和1 mol/L KCl溶液測(cè)定土壤pH［分別標(biāo)記為pH（H2O）、pH（CaCl2）和pH（KCl）］，同時(shí)測(cè)定交換性鹽基離子、交換性酸和交換性鋁含量，分析土壤pH與交換性鹽基離子和鹽基飽和度的關(guān)系，以及交換性鋁積累對(duì)土壤pH的響應(yīng)?！窘Y(jié)果】廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)土壤pH（H2O）平均值為4.52，其中pH（H2O）lt;4.5的強(qiáng)酸性土壤占63.9%；pH（CaCl2）和pH（KCl）平均值分別為4.06和3.71，與pH（H2O）相比分別低0.46和0.81。土壤交換性酸平均含量為4.59 cmol/kg，且gt;6.0 cmol/kg的土壤占比32.8%。交換性鋁是交換性酸的主要組分，在交換性酸含量gt;4.0 cmol/kg的土壤中，交換性鋁占比超過80.0%。交換性鋁含量與pH（KCl）的擬合優(yōu)度最高（R2=0.9005），當(dāng)土壤交換性鋁含量為2.0 cmol/kg時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的pH（H2O）、pH（CaCl2）和pH（KCl）的平均值分別為4.67、4.07和3.66。土壤交換性鈣、交換性鎂和交換性鉀的平均含量分別為4.67、0.42和0.49 cmol/kg，土壤交換性鈣含量lt;1.5 cmol/kg的土壤占比31.1%，交換性鎂含量lt;0.25 cmol/kg的土壤占比31.7%，交換性鉀含量以介于0.2～0.6 cmol/kg的土壤占多數(shù)，約為46.8%。土壤鹽基飽和度平均為49.5%，且有15.3%的土壤鹽基飽和度在20%以下。鹽基飽和度、交換性鈣和交換性鎂含量與土壤pH（H2O）、pH（CaCl2）和pH（KCl）均呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01）?！窘Y(jié)論】廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的土壤酸化現(xiàn)象，pH≤4.5的土壤占大多數(shù)。鈣鎂缺乏、鹽基飽和度偏低和鋁毒危害風(fēng)險(xiǎn)較高已成為廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)土壤酸化的主要特征。

關(guān)鍵詞：土壤酸化；土壤pH；交換性酸；交換性鋁；鹽基飽和度；廣西蔗區(qū)

中圖分類號(hào)：S153.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：2095-1191（2024）09-2623-09

Acidification characteristics of soil in the main sugarcane planting areas in Guangxi

ZENG Yan，XIE Ru-lin*，PENG Jia-yu，HUANG Jin-sheng，SHEN Xiao-wei

（Agricultural Resource and Environment Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences/Guangxi KeyLaboratory of Arable Land Conservation，Nanning，Guangxi 530007，China）

Abstract：【Objective】The present situation and distribution characteristics of soil pH in the main sugarcane planting areas of Guangxi and the relationship between soil pH and exchangeable base cations contents and soil exchangeable alu-minum content were analyzed，which provided scientific basis for exploring the mechanism of soil acidification and soil acidification control in sugarcane areas of Guangxi.【Method】In the spring of 2023，a total of 515 soil samples were col-lected from 15 counties（districts or cities）with large sugarcane planting areas in Guangxi.The soil pH was measured using deionized water，0.01 mol/L CaCl2 solution and 1 mol/L KCl solution，denoted as pH（H2O），pH（CaCl2），and pH（KCl）respectively.Additionally，the contents of exchangeable base cations，exchangeable acids，and exchangeable alu-minum were measured.The relationship between soil pH and exchangeable base cations and the relationship between soil pH and base saturation were analyzed，and the response of exchangeable aluminum accumulation to soil pH was also ana-lyzed.【Result】The average soil pH（H2O）in the main sugarcane planting areas of Guangxi was 4.52，and strongly acidic soil with pH（H2O）lt;4.5 accounted for 63.9%.The average values of pH（CaCl2）and pH（KCl）were 4.06 and 3.71 re-spectively，which were 0.46 and 0.81 lower compared to pH（H2O）.The average content of soil exchangeable acid was 4.59 cmol/kg，and soil with exchangeable acidgt;6.0 cmol/kg accounted for 32.8%.In exchangeable acids，exchangeable aluminum was the dominant component.In soils with exchangeable acids contentgt;4.0 cmol/kg，the proportion of ex-changeable aluminum exceeded 80.0%.The equation fitted with pH（KCl）and soil exchangeable aluminum content had the highest goodness fit（R2=0.9005）.When the soil exchangeable aluminum content was 2.0 cmol/kg，the corresponding average values for pH（H2O），pH（CaCl2），and pH（KCl）were 4.67，4.07，and 3.66 respectively.The average contents of exchangeable calcium，exchangeable magnesium and exchangeable potassium in the soil were 4.67，0.42 and 0.49 cmol/kg respectively.Soil with exchangeable calcium contentlt;1.5 cmol/kg accounted for 31.1%，soil with exchangeable magnesium contentlt;0.25 cmol/kg accounted for 31.7%，and soil with exchangeable potassium content ranging from 0.2 to 0.6 cmol/kg was more commonly found，accounted for 46.8%.The average soil base saturation was 49.5%，and soil with base saturation below 20%accounted for 15.3%.Base saturation，and the contents of exchangeable calcium and ex-changeable magnesium were all extremely significantly and positively correlated with soil pH（H2O），pH（CaCl2）and pH（KCl）（Plt;0.01）.【Conclusion】The main sugarcane planting areas in Guangxi is suffering from severe soil acidifica-tion，with most soils having a pH≤4.5.The lack of calcium and magnesium，low base saturation and high risk of alumi-num toxicity have become the main characteristics of soil acidification in the main sugarcane planting areas in Guangxi.

Key words：soil acidification；soil pH；exchangeable acid；exchangeable aluminum；base saturation；sugarcane planting areas in Guangxi

Foundation items：Guangxi Natural Science Foundation（2024GXNSFAA010513）；Central Government Guiding Local Science and Technology Development Project（Guike ZY23055013）；Science and Technology Development Project of Guangxi Academy of Agricultural Sciences（Guinongke 2022YM02）

0引言

【研究意義】廣西是我國主要的甘蔗產(chǎn)區(qū)之一，甘蔗種植面積約占全國甘蔗種植面積的60%（廣西壯族自治區(qū)統(tǒng)計(jì)局和國家統(tǒng)計(jì)局廣西調(diào)查總隊(duì)，2022）。廣西蔗地土壤在高氮肥投入和高生物量收獲的雙重驅(qū)動(dòng)下，面臨著嚴(yán)重酸化的風(fēng)險(xiǎn)（Zhu et al.，2018；Hao et al.，2022）。土壤酸化導(dǎo)致土壤生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化、土壤鹽基離子（K+、Ca2+和Mg2+）淋失、磷元素有效性下降、鋁錳和重金屬等元素毒性增加（Li et al.，2018；Raza et al.，2020；凌云等，2023），進(jìn)而導(dǎo)致甘蔗產(chǎn)量和蔗糖含量下降，嚴(yán)重制約廣西甘蔗產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展（譚宏偉等，2014）。因此，探明廣西主要蔗區(qū)的土壤酸化特征，對(duì)生產(chǎn)中制定緩解蔗地土壤酸化的措施具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤酸化以土壤pH下降為主要特征（徐仁扣，2015），與土壤碳酸鹽和鹽基離子減少及土壤交換性鋁積累密切相關(guān)（Xu etal.，2024）。在堿性土壤中，碳酸鹽是阻止土壤pH下降的主要緩沖物質(zhì)（Morgan and Graham，2019；Raza et al.，2020）；在中性和微酸性土壤中，交換性鹽基離子是主要緩沖物質(zhì)（Zhang et al.，2016）；在pHlt;5.0的酸性土壤中，氧化鋁（Al2O3）是主要的緩沖物質(zhì)（Rabel et al.，2018）。廣西甘蔗種植區(qū)主要分布于廣西中部和南部，主要土壤類型為紅壤和赤紅壤，土壤發(fā)育程度高，淋溶作用強(qiáng)烈，土壤多呈酸性（全國土壤普查辦公室，1998）。廣西蔗區(qū)土壤酸化加劇以鹽基離子含量下降和交換性鋁積累為主要特征。據(jù)報(bào)道，1998年廣西主要蔗區(qū)的土壤pH多數(shù)在5.0以上，其中pH在5.0～5.5的土壤占比為40%、pH在5.5～7.0的土壤占比為45%（吳圣進(jìn)等，1998）；2004年廣西興賓蔗區(qū)的土壤pH平均值為5.82，pH介于5.0～6.5的土壤占比為69.3%，pHlt;5.0的土壤占比為13.4%（謝如林等，2004）；2006年廣西南寧和崇左蔗區(qū)土壤pHlt;5.5的地塊占比為58.7%，pHlt;4.5的地塊占比為9.2%（黃紹富和黃杰基，2006）；2014年桂南蔗區(qū)土壤的平均pH為4.94，pHlt;5.5的地塊占比為84.3%，且pHlt;4.5的地塊占比達(dá)26.5%（曾艷等，2014）；2022年廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)土壤pHlt;4.5的強(qiáng)酸性地塊占比高達(dá)40.91%（孟博等，2022）。以上不同時(shí)期的調(diào)查結(jié)果反映出廣西蔗區(qū)土壤酸化趨勢(shì)明顯。【本研究切入點(diǎn)】有關(guān)廣西蔗區(qū)土壤酸化的研究大多集中在調(diào)查土壤pH變化，蔗地土壤酸化下鹽基離子變化的報(bào)道較少，鮮少涉及土壤交換性鋁和鹽基飽和度等反映土壤酸化特征的指標(biāo)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過采集廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)515個(gè)耕層土壤樣品，測(cè)定土壤pH、交換性鹽基離子含量、土壤交換性酸和交換性鋁含量等土壤酸化指標(biāo)，分析廣西主要蔗區(qū)的pH現(xiàn)狀和分布特點(diǎn)，以及土壤pH與交換性鹽基離子含量、土壤交換性鋁含量的關(guān)系，揭示土壤pH、交換性鹽基離子含量特征和廣西蔗地土壤酸化現(xiàn)狀，為探明廣西蔗區(qū)土壤酸化機(jī)制及土壤酸化治理提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1土壤樣品采集

土壤樣品于2023年2—4月采自廣西主要甘蔗種植區(qū)，包括扶綏、江州、寧明、上思、龍州、大新、隆安、興賓、柳城、柳江、武宣、象州、宜州、覃塘和賓陽等15個(gè)甘蔗種道面積較大的縣（區(qū)、市），上述地區(qū)的甘蔗種植面積之和占廣西甘蔗種植總面積的70%以上。按網(wǎng)格法布點(diǎn)和等量原則，每個(gè)地塊用不銹鋼鏟采集15個(gè)點(diǎn)的耕層土壤（0～20 cm），充分混合均勻后用四分法取0.5 kg左右為1個(gè)土壤樣品，共采集515個(gè)土壤樣品。樣品采回后在室內(nèi)風(fēng)干，用木槌錘碎，過2mm篩備用。

1.2土壤樣品測(cè)定

采用常規(guī)分析方法測(cè)定土壤pH及交換性鹽基離子、交換性酸和交換性氫含量（魯如坤，2000）。土壤pH用電位法測(cè)定，土∶水=1∶2.5。因在pHlt;5.0的土壤中，用去離子水測(cè)定土壤pH易受土壤中可溶性鹽（硝酸鹽、氯鹽和硫酸鹽）含量的影響，而用0.01 mol/L CaCl2溶液或1.0 mol/L KCl溶液浸泡后測(cè)定土壤pH，可減少或避免因土壤可溶性鹽含量不同對(duì)pH測(cè)定值的干擾（Carter and Gregorich，2006；Kostenko，2015），故本研究分別用去離子水、0.01 mol/L CaCl2溶液和1.0 mol/L KCl溶液浸泡和測(cè)定土壤pH，分別記為pH（H2O）、pH（CaCl2）和pH（KCl）。土壤交換性鹽基離子含量用1 mol/LNH4OAC浸提，交換性鉀含量用火焰光度法測(cè)定，交換性鈣和交換性鎂含量用原子吸收分光光譜法測(cè)定。土壤交換性酸和交換性氫用1 mol/L KCl溶液淋洗，用0.02 mol/L NaOH滴定法測(cè)定，測(cè)定土壤交換性氫時(shí)，先加入3.5%的NaF溶液。交換性酸含量減去交換性氫含量即為交換性鋁含量。鹽基離子總量、有效陽離子交換量和鹽基飽和度按以下公式計(jì)算（譚孟溪等，2018）：

鹽基離子總量（cmol/kg）=交換性鉀含量+交換性鈣含量+交換性鎂含量

有效陽離子交換量（cmol/kg）=鹽基離子總量+交換性酸含量

鹽基飽和度（%）=土壤鹽基離子總量/有效陽離子交換量×100

1.3統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2007進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和相關(guān)分析，并進(jìn)行回歸曲線擬合，用擬合優(yōu)度（R2）對(duì)回歸曲線的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)土壤pH分布特征

由圖1可知，廣西主要蔗區(qū)土壤pH（H2O）平均值為4.52，其中，pH（H2O）lt;4.5的強(qiáng)酸性土壤占比63.9%，pH（H2O）介于4.5～5.5的酸性土壤占比23.3%，pH（H2O）介于5.5～6.5的微酸性土壤占比5.2%，pH（H2O）介于6.5～7.5的中性土壤占比4.5%，pH（H2O）gt;7.5的堿性土壤占比3.1%。在pH（H2O）lt;4.5的強(qiáng)酸性土壤中，pH（H2O）介于4.0～4.5的土壤占比28.2%，pH（H2O）介于3.5～4.0的土壤占比28.9%，pH（H2O）lt;3.5的土壤占比6.8%。

pH是反映溶液中H+活度的指標(biāo)，而H+活度受溶液中H+濃度和總離子強(qiáng)度的影響。理論上，在25℃下，與用去離子水浸提的pH測(cè)定值相比，用0.01 mol/L CaCl2溶液和1 mol/L KCl溶液浸提，因總離子強(qiáng)度增加，pH會(huì)分別降低0.11和0.12（Brown and Ekberg，2016）。但在土壤溶液中，由于添加的Ca2+或K+可置換出土壤膠體吸附的交換性酸，增加溶液中的H+濃度，會(huì)加大土壤pH測(cè)定值下降的幅度（Carter and Gregorich，2006）。如圖1所示，蔗地土壤的pH（CaCl2）和pH（KCl）平均值分別為4.06和3.71，與pH（H2O）平均值相比分別低0.46和0.81。pH（CaCl2）lt;4.0的土壤占比68.7%，pH（KCl）lt;4.0的土壤占比78.4%。pH（CaCl2）和pH（KCl）均出現(xiàn)lt;3.0的地塊，分別占比0.6%和14.2%。

2.2廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)不同測(cè)定方法土壤pH的關(guān)系

3種測(cè)定土壤pH的方法間的相關(guān)性如圖2所示。當(dāng)土壤pH（H2O）gt;5時(shí)，pH（H2O）與pH（CaCl2）和pH（KCl）的相關(guān)性較高，達(dá)極顯著水平（Plt;0.01，下同）。在土壤酸化程度較低的情況下，3種pH測(cè)定方法均能反映土壤的酸化狀態(tài)。當(dāng)土壤pH（H2O）lt;5時(shí)，pH與pH（CaCl2）和pH（KCl）的相關(guān)性下降，但pH（CaCl2）與pH（KCl）的相關(guān)性仍較高。

2.3土壤交換性酸、交換性氫和交換性鋁的分布特征

廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)的土壤交換性酸含量范圍為0～14.3 cmol/kg，平均含量為4.59 cmol/kg。由圖3可知，土壤交換性酸含量以4.0～8.0 cmol/kg的土壤占多數(shù)，其中介于4.0～6.0 cmol/kg的土壤占比29.3%，介于6.0～8.0 cmol/kg的土壤占比22.6%。土壤交換性酸含量lt;0.5 cmol/kg的土壤占比18.3%，土壤交換性酸含量gt;8.0 cmol/kg的土壤占比10.2%。土壤交換性酸含量gt;6.0 cmol/kg的土壤占比32.8%。

由圖4可知，交換性鋁是構(gòu)成土壤交換性酸的主要組分，土壤交換性鋁和交換性氫含量均隨著交換性酸含量的增加而增加，呈線性相關(guān)，交換性鋁含量與交換性酸含量的回歸系數(shù)為0.8853，交換性氫含量與交換性酸含量的回歸系數(shù)為0.1358，前者約為后者的6.5倍。當(dāng)交換性酸含量介于2.0～4.0、4.0～6.0、6.0～8.0、8.0～10.0及gt;10.0 cmol/kg時(shí)，交換性鋁含量在交換性酸含量中的占比分別為75.6%、81.3%、84.0%、86.5%和89.8%，交換性氫含量在交換性酸含量中的占比分別為24.4%、18.7%、16.0%、13.5%和10.2%。此外，土壤交換性鋁含量gt;6.0 cmol/kg的土壤占比達(dá)32.8%。隨著蔗地土壤酸化程度的增加，土壤會(huì)積累大量的交換性鋁，而不是交換性氫。

2.4交換性鋁對(duì)土壤pH的響應(yīng)

由圖5可看出，對(duì)比3種土壤pH測(cè)定方法，以pH（KCl）與交換性鋁含量的擬合優(yōu)度最高（R2=0.9005），交換性鋁含量對(duì)pH（KCl）的綜合影響最大；而pH（H2O）與交換性鋁含量的擬合優(yōu)度最低（R2=0.6035）。根據(jù)擬合方程，當(dāng)土壤交換性鋁含量為2.0 cmol/kg時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的pH（H2O）、pH（CaCl2）和pH（KCl）分別為4.67、4.07和3.66。

2.5土壤鹽基離子含量和鹽基飽和度特征

廣西蔗區(qū)土壤交換性鈣含量范圍為0.4～27.8 cmol/kg，平均含量為4.67 cmol/kg；土壤交換性鈣以lt;3.0 cmol/kg的土壤占多數(shù)，其中介于1.5～3.0 cmol/kg的土壤樣品占28.0%，lt;1.5 cmol/kg的土壤樣品占比31.1%（圖6-A）。土壤交換性鎂含量范圍為0.07～2.12 cmol/kg，平均含量為0.42 cmol/kg；土壤交換性鎂以lt;0.50 cmol/kg的土壤占多數(shù)，其中介于0.25～0.50 cmol/kg的土壤樣品占比42.1%，lt;0.25 cmol/kg的土壤樣品占比31.7%（圖6-B）。土壤交換性鉀含量為0.11～1.43 cmol/kg，平均含量為0.49 cmol/kg；土壤交換性鉀以介于0.2～0.6 cmol/kg的土壤占多數(shù)，占比約為46.8%（圖6-C）。

廣西蔗區(qū)土壤鹽基飽和度為11.4%～100.0%，平均為49.5%。由圖7可知，土壤鹽基飽和度介于20%～40%的土壤樣品占比最高，為34.8%。鹽基飽和度≥95%、lt;20%的土壤樣品占比分別為17.5%和15.3%。鹽基飽和度介于60%～95%的土壤樣品占比僅為14.4%。由表1可知，不同鹽基離子在不同鹽基飽和度的土壤中出現(xiàn)分化，交換性鈣在鹽基離子中的占比隨著鹽基飽和度的下降而下降，而交換性鉀和交換性鎂在鹽基離子中的占比隨著鹽基飽和度的下降而升高。在鹽基飽和度lt;20%的土壤中，交換性鉀在鹽基離子中的占比為28.0%，超過交換性鎂的占比，交換性鈣∶交換性鎂∶交換性鉀的比例為2.03∶0.54∶1。而在鹽基飽和度≥95%的土壤中，交換性鉀的占比低于交換性鎂，交換性鈣∶交換性鎂∶交換性鉀的比例為29.42∶1.87∶1。

2.6土壤鹽基離子含量及鹽基飽和度與土壤pH的相關(guān)性

土壤鹽基離子含量及鹽基飽和度與土壤pH的相關(guān)系數(shù)（r）如表2所示。結(jié)果表明，土壤鹽基離子總量、鹽基飽和度、交換性鈣和交換性鎂含量均與土壤pH呈極顯著正相關(guān)。土壤鹽基離子總量減少和鹽基飽和度下降是同步發(fā)生的。在鹽基離子中，土壤交換性鈣和交換性鎂含量與土壤pH呈極顯著正相關(guān)，而交換性鉀含量與土壤pH的相關(guān)性不顯著（Pgt;0.05）。蔗地土壤交換性鈣平均含量約是交換性鎂平均含量的11倍，是蔗地土壤中的優(yōu)勢(shì)鹽基離子，其與土壤pH的相關(guān)性最大。

3討論

土壤pH嚴(yán)重偏低是廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)土壤酸化表現(xiàn)出的主要特征之一。本研究中，廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)土壤的pH（H2O）平均值為4.52，比本課題組約10年前的調(diào)查結(jié)果低0.42（曾艷等，2014），比約20年前的調(diào)查結(jié)果低1.30（謝如林等，2004），土壤酸化趨勢(shì)明顯。pH（H2O）lt;4.5的強(qiáng)酸性土壤占比為63.9%?，F(xiàn)有土壤酸堿性分級(jí)指標(biāo)體系將土壤pH（H2O）lt;4.5的土壤統(tǒng)一劃分為強(qiáng)酸性土壤（全國土壤普查辦公室，2008），但廣西蔗區(qū)土壤已有接近三分之二為強(qiáng)酸性土壤，現(xiàn)有分級(jí)已不能充分展現(xiàn)廣西蔗區(qū)土壤pH的實(shí)際分布狀況，亟需對(duì)蔗區(qū)的強(qiáng)酸性土壤進(jìn)行更細(xì)致的劃分。

土壤交換性酸是指土壤膠體所吸附的交換性氫和交換性鋁含量，反映土壤潛性酸量（趙琳等，2022）。土壤交換性鋁積累是廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)土壤酸化的重要特征之一。土壤交換性鋁是土壤中活性鋁的主要來源，交換性鋁的積累會(huì)導(dǎo)致土壤溶液中鋁濃度增加（邵宗臣等，1998；Mora et al.，2006；龍光霞等，2011），因此土壤交換性鋁是評(píng)估土壤酸化毒性的重要指標(biāo)。有文獻(xiàn)報(bào)道，當(dāng)鋁離子濃度大于百萬分之八時(shí)，會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用（沈仁芳，2008），甘蔗幼苗會(huì)出現(xiàn)明顯的中毒現(xiàn)象，甘蔗根系生長會(huì)受到抑制（Lianget al.，2021）。本研究中，土壤交換性鋁含量gt;6.0 cmol/kg的土壤占比達(dá)26.4%，極大增加了鋁毒害的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

交換性鋁含量的測(cè)定較繁瑣（邵宗臣等，1998；白穎艷等，2018），為了利用簡單的土壤pH測(cè)定進(jìn)行評(píng)估，本研究對(duì)3種pH測(cè)定方法進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，土壤pH與交換性鋁含量的響應(yīng)關(guān)系可用指數(shù)函數(shù)方程進(jìn)行擬合（譚孟溪等，2018），交換性鋁含量與pH（KCl）的擬合優(yōu)度最高（R2=0.9005），大幅高于與pH（H2O）的擬合優(yōu)度（R2=0.6035），也明顯高于與pH（CaCl2）的擬合優(yōu)度（R2=0.8126）。究其原因，用去離子水浸泡和測(cè)定土壤pH，主要依靠土壤本身含有的硝酸鹽、氯鹽和硫酸鹽等易溶性鹽中的陽離子交換出土壤的交換性鋁，由于施肥量、施肥時(shí)期和選用肥料品種的不同，土壤中這些易溶性鹽的含量具有很大不確定性，其交換出的土壤交換性鋁含量也有較多不確定性，不一定能準(zhǔn)確反映交換性鋁對(duì)pH的影響（Carter and Gregorich，2006）；用0.01 mol/L CaCl2溶液浸泡和測(cè)定土壤pH時(shí)，雖加大了氯鹽濃度，但由于CaCl2的濃度較低，不能充分置換出土壤交換性鋁；而用1 mol/L KCl溶液浸泡和測(cè)試土壤pH時(shí)，由于氯鹽濃度很高，可充分置換出土壤中的交換性鋁，更能反映土壤交換性鋁含量對(duì)土壤pH的響應(yīng)（Zhao et al.，2008；Tong and Xu，2012；Wang et al.，2015）。因此pH（KCl）可用作評(píng)估蔗區(qū)土壤鋁毒風(fēng)險(xiǎn)的潛在指標(biāo)。

土壤交換性鈣和交換性鎂含量及鹽基飽和度下降也是廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)土壤酸化的重要特征之一。交換性鹽基離子組成是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，鹽基離子中K+、Ca2+、Mg2+是作物生長的必需營養(yǎng)元素，其含量和飽和度反映該離子的生物有效性（郭春雷等，2018）。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH與土壤交換性鈣和交換性鎂含量及鹽基飽和度之間均存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，土壤鹽基離子總量減少和鹽基飽和度下降是同步發(fā)生的，互為因果，因此鹽基離子總量減少是引起土壤pH下降的主要原因，這與前人的文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果一致（毛紅安等，2005；劉彬等，2023）。其中交換性鈣是土壤主要的鹽基離子，與土壤pH的相關(guān)性較高，表明土壤交換性鈣含量下降是引起蔗地土壤酸化的主要原因。本次調(diào)查顯示有31.1%的土壤交換性鈣含量低于1.5 cmol/kg，有31.7%的土壤交換性鎂含量低于0.25 cmol/kg，參照廣西土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（曾艷等，2014；孟博等，2022），這些土壤的交換性鈣和交換性鎂含量已處于極度缺乏水平，這反映出的不僅是土壤酸化問題，鈣和鎂是植物必須的營養(yǎng)元素，鈣和鎂供應(yīng)不足有可能已成為甘蔗生長的營養(yǎng)障礙因子。此外，交換性鉀含量與土壤pH無顯著相關(guān)性，可能主要是受人為施肥的影響，目前廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)普遍施用鉀肥，交換性鉀的損失可從施用的鉀肥中得到補(bǔ)充。

伴隨著蔗地土壤酸化出現(xiàn)的鈣鎂養(yǎng)分缺乏和鋁毒危害是廣西甘蔗生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展需面對(duì)和解決的重要問題。一方面，氮肥過量施用會(huì)增加硝態(tài)氮的淋溶并造成土壤Ca2+和Mg2+大量流失（Isobe et al.，2018；Chen et al.，2023；Wang et al.，2023），因此，在甘蔗生產(chǎn)上需更加科學(xué)合理地施用氮肥，提高氮肥利用效率，減少硝態(tài)氮的淋溶；另一方面，隨著磷酸二銨和磷酸一銨等高濃度磷復(fù)肥在廣西蔗區(qū)的推廣使用，鈣鎂磷肥等低磷含量的磷肥逐漸減少，磷肥向土壤補(bǔ)充的Ca2+和Mg2+也逐漸減少，導(dǎo)致因淋溶和甘蔗收獲使土壤損失的Ca2+和Mg2+不能得到有效補(bǔ)充（Zhu et al.，2018），因此在甘蔗生產(chǎn)上需鼓勵(lì)施用富含鈣和鎂的磷肥。對(duì)于一些極強(qiáng)酸性的土壤，土壤交換性鋁含量較高，有必要加強(qiáng)有關(guān)土壤交換性鋁含量對(duì)甘蔗生長毒害機(jī)理的研究，明確土壤交換性鋁積累對(duì)甘蔗產(chǎn)量和糖分的影響，為蔗地土壤酸化治理提供科學(xué)依據(jù)。

4結(jié)論

廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的土壤酸化現(xiàn)象，pH≤4.5的土壤占大多數(shù)，土壤交換性鈣和土壤交換性鎂含量下降是引起土壤酸化的主要原因。土壤交換性鋁含量隨pH的下降呈指數(shù)級(jí)增加，可與pH（KCl）進(jìn)行高優(yōu)度擬合。鈣鎂缺乏、鹽基飽和度偏低和鋁毒危害風(fēng)險(xiǎn)較高已成為廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)土壤酸化的主要特征。

參考文獻(xiàn)（References）：

白穎艷，李小慶，李忠意.2018.鐵鋁氧化物對(duì)BaCl2-TEA法測(cè)定土壤交換性酸的影響［J］.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，31（9）：1851-1855.［Bai Y Y，Li X Q，Li Z Y.2018.Effect of Fe/Al oxides on measurement of soil exchangeable acidity by BaCl2-TEA extraction method［J］.Southwest China Jour-nal of Agricultural Sciences，31（9）：1851-1855.］doi：10.16213/j.cnki.scjas.2018.9.015.

廣西壯族自治區(qū)統(tǒng)計(jì)局，國家統(tǒng)計(jì)局廣西調(diào)查總隊(duì).2022.廣西統(tǒng)計(jì)年鑒2022［M］.北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社.［Guangxi Zhuang Autonomous Region Bureau of Statistics，Guangxi Survey Team of National Bureau of Statistics.2022.Guangxi statistical yearbook 2022［M］.Beijing：China Sta-tistics Press.］

郭春雷，李娜，彭靖，高天一，馬凌云，韓曉日.2018.秸稈直接還田及炭化還田對(duì)土壤酸度和交換性能的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，24（5）：1205-1213.［Guo C L，Li N，Peng J，Gao T Y，Ma L Y，Han X R.2018.Direct retur-ning of maize straw or as biochar to the field triggers change in acidity and exchangeable capacity in soil［J］.Journal of Plant Nutrition and Fertilizers，24（5）：1205-1213.］doi：10.11674/zwyf.17482.

黃紹富，黃杰基.2006.蔗區(qū)土壤肥力現(xiàn)狀與甘蔗測(cè)土配方施肥［J］.廣西蔗糖，（4）：10-12.［Huang S F，Huang J J.2006.Status of soil fertility in sugarcane area and formula fertilization［J］.Guangxi Sugarcaneamp;Canesugar，（4）：10-12.］doi：10.3969/j.issn.1007-4732.2006.04.003.

凌云，劉漢燚，張小婷，魏世強(qiáng).2023.西南地區(qū)典型土壤酸化特征及其與重金屬形態(tài)活性的耦合關(guān)系［J］.環(huán)境科學(xué)，44（1）：376-386.［Ling Y，Liu H Y，Zhang X T，Wei S Q.2023.Characteristics of typical soil acidification and effects of heavy metal speciation and availability in South-west China［J］.Environmental Science，44（1）：376-386.］doi：10.13227/j.hjkx.202202070.

劉彬，慈恩，劉俊延，胡瑾，陳洋洋.2023.酸性紫色土鹽基飽和度和pH值的關(guān)聯(lián)分析及分類學(xué)意義［J］.西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），45（4）：65-72.［Liu B，Ci E，Liu J Y，Hu J，Chen YY.2023.Correlation analysis between base satu-ration and pH of acidic purple soils and its taxonomic significance［J］.Journal of Southwest University（Natural Science Edition），45（4）：65-72.］doi：10.13718/j.cnki.xdzk.2023.04.006.

龍光霞，黃渝嵐，何紅，唐新蓮，趙國梅，蔣立序，黎曉峰.2011.甘蔗幼苗失綠的土壤營養(yǎng)特性初探［J］.南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，42（8）：931-934.［Long G X，Huang Y L，He H，Tang X L，Zhao G M，Jiang L X，Li X F.2011.Characteri-zing nutrient status of soils causing chlorosis in sugarcane seedlings［J］.Journal of Southern Agriculture，42（8）：931-934.］doi：10.3969/j.issn.2095-1191.2011.08.025.

魯如坤.2000.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社.［Lu R K.2000.Analytical methods for soil and agro-chemistry［M］.Beijing：China Agricultural Science and Technology Press.］

毛紅安，謝德體，楊劍虹.2005.重慶市江津柑橘果園土壤pH與鹽基飽和度的關(guān)系探討［J］.土壤通報(bào)，36（6）：877-879.［Mao H A，Xie D T，Yang J H.2005.Relationship of pH and cation saturation of orange orchards oil in Chong-qing Jiangjin［J］.Chinese Journal of Soil Science，36（6）：877-879.］doi：10.19336/j.cnki.trtb.2005.06.013.

孟博，周一帆，戰(zhàn)健，楊林生，鄧燕.2022.廣西蔗區(qū)土壤肥力和葉片養(yǎng)分狀況調(diào)查研究［J］.中國土壤與肥料，（2）：181-188.［Meng B，Zhou Y F，Zhan J，Yang L S，Deng Y.2022.Investigation on soil and sugarcane leaf nutrient sta-tus in Guangxi［J］.Soil and Fertilizer Sciences in China，（2）：181-188.］doi：10.11838/sfsc.1673-6257.20656.

全國土壤普查辦公室.1998.中國土壤［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社.［National Soil Census Office.1998.Soil in China［M］.Beijing：China Agricultural Press.］

邵宗臣，何群，王維君.1998.紅壤中鋁的形態(tài)［J］.土壤學(xué)報(bào)，35（1）：38-48.［Shao Z C，He Q，Wang W J.1998.Forms of aluminum in red soils［J］.Acta Pedologica Sinica，35（1）：38-48.］

沈仁芳.2008.鋁在土壤—植物中的行為及植物的適應(yīng)機(jī)制［M］.北京：科學(xué)出版社.［Shen R F.2008.Behavior of aluminum in soil-plant and the adaptive mechanism of plants［M］.Beijing：Science Press.］

譚宏偉，周柳強(qiáng)，謝如林，黃美福，楊尚東，黃金生.2014.紅壤區(qū)不同施肥處理對(duì)蔗區(qū)土壤酸化及甘蔗產(chǎn)量的影響［J］.熱帶作物學(xué)報(bào)，35（7）：1290-1295.［Tan H W，Zhou L Q，Xie R L，Huang M F，Yang S D，Huang J S.2014.Effect of different fertilizers on soil acidification and sugarcane yield in red soil region［J］.Chinese Journal of Tropical Crops，35（7）：1290-1295.］doi：10.3969/j.issn.1000-2561.2014.07.007.

譚孟溪，劉莉，王朋順，程永毅，謝德體，李忠意.2018.微地形作用下紫色母巖發(fā)育土壤的酸化特征［J］.土壤學(xué)報(bào)，55（6）：1141-1149.［Tan M X，Liu L，Wang P S，Cheng YY，Xie D T，Li Z Y.2018.Effect of microtopography on the acidification characteristics of soils developed from purple parent rock［J］.Acta Pedologica Sinica，55（6）：1141-1149.］doi：10.11766/trxb201804110614.

吳圣進(jìn)，藍(lán)福生，羅潔，黃寧珍，李鋒，許成瓊，黃濤.1998.廣西主要蔗區(qū)土壤和植株養(yǎng)分狀況的調(diào)查研究［J］.廣西植物，18（3）：291-297.［Wu S J，Lan F S，Luo J，Huang N Z，Li F，Xu C Q，Huang T.1998.Study on the nutrition situa-tion of soil and sugarcane in the main sugarcane produc-tive areas of Guangxi［J］.Guihaia，18（3）：291-297.］

謝如林，譚宏偉，周柳強(qiáng)，黃美福.2004.廣西興賓蔗區(qū)土壤養(yǎng)分狀況分析［J］.中國糖料，（1）：22-25.［Xie R L，Tan H W，Zhou L Q，Huang M F.2004.Analysis of soil nutrient status in Xingbin sugarcane area of Guangxi［J］.Sugar Crops of China，（1）：22-25.］doi：10.3969/j.issn.1007-2624.2004.01.008.

徐仁扣.2015.土壤酸化及其調(diào)控研究進(jìn)展［J］.土壤，47（2）：238-244.［Xu R K.2015.Research progresses in soil acidi-fication and its control［J］.Soils，47（2）：238-244.］doi：10.13758/j.cnki.tr.2015.02.007.

曾艷，黃金生，周柳強(qiáng)，謝如林，劉永賢，譚裕模，譚宏偉.2014.廣西桂南蔗區(qū)土壤養(yǎng)分狀況調(diào)查分析［J］.南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，45（12）：2198-2202.［Zeng Y，Huang J S，Zhou L Q，Xie R L，Liu Y X，Tan Y M，Tan H W.2014.Investiga-tion of soil nutrient status in sugarcane-growing area ofsouth Guangxi［J］.Journal of Southern Agriculture，45（12）：2198-2202.］doi：10.3969/j：issn.2095-1191.2014.12.2198.

趙琳，劉桂珍，錢笑杰，郭豪，方熊，王飛，李清華，易志剛.2022.炭基肥添加對(duì)蜜柚果園酸性土壤pH和交換性能的影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，36（3）：244-251.［Zhao L，Liu G Z，Qian X J，Guo H，F(xiàn)ang X，Wang F，Li Q H，Yi Z G.2022.Effects of biochar-based fertilizer on pH and ex-change capacity of acidic soil in pomelo orchard［J］.Jour-nal of Soil and Water Conservation，36（3）：244-251.］doi：10.13870/j.cnki.stbcxb.2022.03.035.

Brown P L，Ekberg C.2016.Hydrolysis of metal ions［M］.Weinheim：Wiley-VCH.

Carter M R，Gregorich E G.2006.Soil sampling and methodsof analysis［M］.Second edition.Boca Raton：CRC Press.Chen C，Xiao W Y，Chen H Y H.2023.Mapping global soilacidification under N deposition［J］.Global Change Bio-logy，29（16）：4652-4661.doi：10.1111/gcb.16813.

Hao T X，Liu X J，Zhu Q C，Zeng M F，Chen X J，Yang L S，Shen J B，Shi X J，Zhang F S，de Vries W.2022.Quanti-fying drivers of soil acidification in three Chinese cropping systems［J］.Soilamp;Tillage Research，215：105230.doi：10.1016/j.still.2021.105230.

Isobe K，Ikutani J，F(xiàn)ang Y T，Yoh M，Mo J M，Suwa Y，Yoshida M，Senoo K，Otsuka S，Koba K.2018.Highly abundant acidophilic ammonia-oxidizing archaea causes high rates of nitrification and nitrate leaching in nitrogen-saturated forest soils［J］.Soil Biology and Biochemistry，122：220-227.doi：10.1016/j.soilbio.2018.04.021.

Kostenko I V.2015.Composition of exchangeable bases and acidity in soils of the Crimean Mountains［J］.Eurasian Soil Science，48（8）：812-822.doi：10.1134/S1064229315080025.

Li Y，Sun J，Tian D S，Wang J S，Ha D L，Qu Y X，Jing G W，Niu S L.2018.Soil acid cations induced reduction in soilrespiration under nitrogen enrichment and soil acidification［J］.Science of the Total Environment，615：1535-1546.doi：10.1016/j.scitotenv.2017.09.131.

Liang J W，Yu X Q，Cao Y F，Zhang J G，Yan N，Xue L，Cai X J，Shen G M.2021.Effect of quicklime on microbial com-munity in strong acidic soil［J］.Journal of Soil Science and Plant Nutrition，21（3）：1771-1781.doi：10.1007/s42729-021-00478-0.

Mora M L，Alfaro M A，Jarvis S C，Demanet R，Cartes P.2006.Soil aluminium availability in Andisols of southern Chile and its effect on forage production and animal metabolism［J］.Soil Use and Management，22（1）：95-101.doi：10.1111/j.1475-2743.2006.00011.x.

Morgan K T，Graham J H.2019.Nutrient status and root den-sity of huanglongbing-affected trees：Consequences of irri-gation water bicarbonate and soil pH mitigation with aci-dification［J］.Agronomy，9（11）：746-762.doi：10.3390/agronomy9110746.

Rabel D O，Motta A C V，Barbosa J Z，Melo V F，Prior S A.2018.Depth distribution of exchangeable aluminum in acid soils：A study from subtropical Brazil［J］.Acta Scien-tiarum Agronomy，40（1）：e39320.doi：10.4025/actascia-gron.v40i 1.39320.

Raza S，Miao N，Wang P Z，Ju X T，Chen Z J，Zhou J B，Kuzya-kov Y.2020.Dramatic loss of inorganic carbon by nitrogen-induced soil acidification in Chinese croplands［J］.Globle Change Biology，26（6）：3738-3751.doi：10.1111/gcb.15101.

Tong D L，Xu R K.2012.Effects of urea and（NH4）2SO4 on nitrification and acidification of Ultisols from Southern China［J］.Journal of Environmental Sciences，24（4）：682-689.doi：10.1016/s 1001-0742（11）60832-2.

Wang X，Tang C，Mahony S，Baldock J A，Butterly C R.2015.Factors affecting the measurement of soil pH buffer capa-city：Approaches to optimize the methods［J］.European Journal of Soil Science，66（1）：53-64.doi：10.1111/ejss.12195.

Wang Z，Tao T T，Wang H，Chen J，Small G E，Johnson D，Chen J H，Zhang Y J，Zhu Q C，Zhang S M，Song Y T，Kattge J，Guo P，Sun X.2023.Forms of nitrogen inputs regulate the intensity of soil acidification［J］.Global Chan-ge Biology，29（14）：4044-4055.doi：10.1111/gcb.16746.

Xu D H，Ros G H，Zhu Q C，Xu M G，Wen S L，Cai Z J，Zhang F S，de Vries W.2024.Major drivers of soil acidification over 30 years differ in paddy and uplandsoils in China［J］.Science of The Total Environment，916：170189.doi：10.1016/j.scitotenv.2024.170189.

Zhang Y T，He X H，Liang H，Zhao J，Zhang Y Q，Xu C，Shi X J.2016.Long-term tobacco plantation induces soil acidifi-cation and soil base cation loss［J］.Environmental Science and Pollution Research，23（6）：5442-5450.doi：10.1007/s11356-015-5673-2.

Zhao W，Cai Z C，Xu Z H.2008.Does ammonium-based N addition influence nitrification and acidification in humid subtropical soils of China？［J］.Plant and Soil，297（1-2）：213-221.doi：10.1007/s 11104-007-9334-1.

Zhu Q C，Liu X J，Hao T X，Zeng M F，Shen J B，Zhang F S，de Vries W.2018.Modeling soil acidification in typical Chinese cropping systems［J］.Science of The Total Envi-ronment，613-614：1339-1348.doi：10.1016/j.scitotenv.2017.06.257.

（責(zé)任編輯 王暉）