洪泽湖南岸近30年来土壤酸化趋势分析

李聪+赵伟男+杨用钊+张杰+徐建明+罗玉明+刘廷武

摘要：利用洪泽湖南岸的金湖、盱眙和洪泽3县的9个土壤监测点近30年土壤相关监测数据，分析土壤pH值、土壤全氮含量、有效磷含量、有机质含量及阳离子交换量等指标变化。结果表明，由于过量化肥的施用，30年来洪泽湖南岸地区土壤pH值普遍下降2左右，土壤中全氮含量增加了1倍以上，有效磷含量增加了2倍，个别地区甚至达到3倍以上，农业生产导致的土壤酸化问题十分明显。低pH值导致该地区土壤阳离子流失严重，其阳离子交换量不足原来的50%，已对作物的矿质营养代谢带来危害，应在本地区重视钙肥、钾肥及其他微量元素肥料的投入使用。

关键词：洪泽湖;土壤酸化;氮磷含量;阳离子

中图分类号： S153 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）04-0329-03

收稿日期：2014-04-24

基金项目：江苏省高校自然科学研究面上项目（编号：13KJB210001）;江苏省高等学校大学生创新训练计划（编号：201310323040Y）;江苏省淮安市科技支撑计划（编号：SN13049）。

作者简介：李 聪（1994—），男，江苏徐州人，研究方向为作物营养与环境响应。Tel：（0517）83525990;E-mail：licongbio@163.com。

通信作者：刘廷武，博士，讲师，研究方向为作物生理生化及土壤肥料。E-mail：liutw@hytc.edu.cn。

近几十年来，土壤酸化已经成为一个严重的世界性生态环境问题[1]。有研究发现，我国耕作区高达90%的农田发生不同程度的酸化现象，土壤pH值平均下降约0.5，相当于土壤酸量在原有基础上增加了2.2倍[2]。

土壤酸化的成因，一般认为主要来自2个方面，一是大气中酸性物质的沉降作用;一是高氮肥的过量使用。此前，人们更多地关注酸沉降导致的土壤酸化，全球氮肥大量施用所引发的土壤酸化一直未引起重视。但近期的统计数字表明，氮肥过度使用引起的土壤酸化问题更加严重。肥料施用产生的单位面积酸性物质的量远大于单位面积的酸沉降量，过量使用化肥引起的土壤酸化作用较酸沉降的影响大25倍[3]。20世纪80年代以来，中国化肥用量相当惊人，在占世界7%的耕地上消耗了全球35%的氮肥。我国的粮食产量从1981年的3.25亿t增加到2008年的5.29亿t，增长率为63%，而氮肥的使用量却增加了2倍。盲目使用化肥已成一种掠夺性的开发方式，其结果不仅难以增加农作物产量，反而加速了土壤酸化，已成为限制农业产业发展的重要因子[4]。

2009年江苏省环保厅的调查数据显示，江苏省内大部分地区存在土壤酸化问题，其中以太湖流域最为严重，里下河一带、洪泽湖南侧也呈现了较快的酸化趋势[5]。针对目前的形势，笔者根据近30年来在洪泽湖南岸金湖县、盱眙县、洪泽县3县9个耕作区监测点土壤监测数据，分析了区域内近30年来的酸化趋势及土壤理化性状的变化，为洪泽湖南岸区域内的农业生产及土壤酸化控制等提供必要的基础数据及指导。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源

在洪泽湖南岸区域的金湖县（前锋镇淮村、金北乡马岗、农技中心）、盱眙县（官滩镇合山村、河桥镇河桥村、观音寺龙墩口）、洪泽县（高涧镇浔河村、东双沟镇青云、岔河镇施汤村）3县9个江苏省淮安市土壤肥料技术指导站监测站点1982年、2007年、2011年和2013年监测数据，包括土壤pH值、全氮含量、有机磷含量、有机质含量、速效钾含量等指标，其中1982年各指标数据为全国第2次土壤普查各县数据。

1.2 统计分析

用SPSS软件进行数据处理和统计。

2 结果与分析

2.1 主要监测点土壤pH值变化情况

由图1可知，自1982年以来，各地土壤的pH值均呈现明显的下降趋势，9个监测点平均下降1.5，其中洪泽县高涧镇下降了2，酸化趋势最严重。参照Guo等在全国范围内的土壤酸化分析结果可知，我国耕地pH值平均下降0.5～0.8，可见洪泽湖南岸区域内的酸化程度远大于全国平均值，酸化趋势极明显。王志刚等分析了江苏省范围内1980—2003年土壤pH值变化情况，结果发现，在该区域内pH值明显下降[5]，与本研究的结果一致。比较2011年和2013年的pH值可知，在这2年内除盱眙县的3个监测点土壤pH值小幅下降外，其他6个点pH值较稳定，变化不大。这可能是由于近年来酸化问题日益引起广泛关注，各地均采取了必要措施，控制土壤pH值进一步降低[6]。

2.2 各监测点土壤氮磷含量的变化

长期以来由于农田化肥的过量使用，远远超过作物生长所需，造成土壤中氮素过量积累[7]。比较9个监测点土壤全氮含量（图2）可知，近30年来各监测点土壤全氮含量普遍比1982年增加了1倍以上，其中尤其以1982—2007年变化最明显，盱眙及洪泽2县的6个监测点土壤全氮含量急剧增加。

2007—2013年，土壤氮含量变化不大，这与土壤酸化问题被重视后氮肥投入量有所控制有关[8]。金湖县3个监测点土壤全氮含量呈逐年增加的趋势，调查发现前锋镇淮村及农技中心监测点在2007年以前为非耕作区，后期开发为粮食种植区，其土壤中的氮含量还未达到阈值，因此土壤的含氮在近几年显著上升。

与土壤全氮含量类似，30年间土壤有效磷含量也呈现较为明显的增加趋势（图3），多个监测点土壤有效磷含量在2007年达到最大值，比1982年升高了2倍以上，其中在个别地区（金湖县农机中心、盱眙县观音寺龙墩口、洪泽）的增幅甚至达到3～5倍。与氮含量变化类似，有效磷含量在2007年以后增长趋势有所放缓，甚至在几个监测点出现短暂下降，但由于土壤中其他形态磷酸的残留，通过化学转化等方式，短期内土壤有效磷的含量仍处于较高水平[4]。endprint

2.3 各监测点土壤有机质含量的变化

土壤有机质是土壤中各种营养元素重要来源，一般来说土壤有机质含量是土壤肥力的一个重要指标[9]。如图4所示，各监测点土壤有机质含量在30年间增加明显，普遍升高1倍以上。1982—2007年，土壤的有机质含量提升极快，但2007—2011年，增长速度普遍放缓，在盱眙县河桥镇及洪泽县等4个监测点甚至出现有机质含量明显下降的情况。可见，当土壤有机质含量提升到一定阈值后，过度耕作或营养失衡会导致肥力的丧失。

2.4 各监测点土壤可交换性阳离子含量的变化

各监测点的可交换阳离子（CEC）的含量如图5所示，土壤可交换性阳离子含量在30年间明显减少，普遍降低到1982年的40%～51%，这与土壤pH值的变化趋势是高度一致的。可见，土壤酸化导致土壤中的阳离子被置换，并随着地表径流等方式流失到农田生态系统之外[10]。

3 讨论

由于农业生产所造成的土壤酸化一直缺乏足够关注，近年来越来越多的结果表明，盲目施用化肥会使土壤中有机质含量下降，土壤板结等情况时有发生。有研究表明，我国化肥的平均利用率仅35%左右，每年农田中投入的化肥绝大部分残留到土壤中。本研究结果显示，1982年以来，洪泽湖南岸3县9个监测点的全氮含量升高1倍以上，有效磷含量增加2～5 倍。

由于消化、反硝化等作用，氮肥在土壤中产生硝酸盐，尤其是一些氨态氮肥和有机氮肥在转变成硝酸盐时会释放出质子，排放到土壤中引起土壤酸化[11]，此外一些生理酸性肥料如磷酸钙、硫酸铵、氯化铵等在植物吸收NH4+的同时，根系交换出质子，土壤中过多质子的存在导致土壤pH值下降明显[8，12]。本研究结果显示，9个检查点土壤pH值从7.0降到5.0左右，降幅达2，可见在本地区内酸化程度十分严重，必须引起重视。

酸化的土壤一方面通过其较低的pH值引起作物生长不适，另一方面通过质子交换，改变土壤中阳离子的含量及组成。根据本调查结果可知，9个监测点内土壤CEC的含量从30 cmol/kg降至12 cmol/kg，个别监测点甚至降到10 cmol/kg以下，降幅超过50%。可见，酸化土壤导致的阳离子大量流失，进一步影响作物生长的矿质代谢，导致作物营养缺乏、生长不良。已有研究表明，过量施肥的土壤常常导致钙、镁、钾、及其他微量元素的缺乏[2，7，13-15]。在以后的农业生产过程中，肥料使用应更多注重钙肥、钾肥和微量元素肥料的应用。

本研究还发现，无论是土壤pH值，还是土壤氮磷含量，在2007年以后，其变化趋势均趋于缓和，表明经过前一阶段农业生产方式过度粗放，已带来一些恶劣后果，已经引起了政府等相关部门的关注。另一方面，经过20多年的发展，农业生产技术有了普遍提高，政府同时采取了必要的措施，如大量的秸秆在作物收割过程中直接归还土壤[16]、减少化学肥料的用量、取而代之多使用有机肥等方式[6]，对本地区土壤酸化的进一步恶化起到了有效的遏制作用[17]，但同时从土壤CEC的变化中还可以看出，由于pH值已经降到较低水平，在短期内阳离子等营养元素仍处于流失状态，恢复可能需要更长的时间[18]。

4 结论

本研究通过比较洪泽湖南岸金湖、盱眙和洪泽3县9个监测点的土壤数据，分析30年土壤pH值及其他理化性质的变化，主要取得以下几个结论：（1）30年间，各监测点pH值均明显下降，平均下降2，表明该地区内土壤酸化情况严重，应高度重视;（2）土壤氮磷含量在30年间明显增加，其中氮含量增加1倍以上，有效磷含量增加2～5倍，说明在农业生产过程中过量使用氮磷化肥，在土壤中累积明显;（3）土壤中的阳离子含量从1982年开始明显下降，普遍低至原始值的50%以下，已经影响到了作物的吸收利用，在以后的农业生产过程中应当注意钙、镁及其他微量元素肥料的投入。

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