临安市主要农地土壤酸化特征及其改良技术探讨

阮弋飞，邬奇峰，张　丹，楼　中，谢国雄（临安市农技推广中心，杭州临安3300；杭州市植保土肥总站，杭州3000）



临安市主要农地土壤酸化特征及其改良技术探讨

阮弋飞1，邬奇峰1，张丹2，楼中1，谢国雄2
（1临安市农技推广中心，杭州临安311300；2杭州市植保土肥总站，杭州310020）

摘要：全面了解浙江省临安市农地土壤酸化状况，为防治土壤酸化措施的制定提供依据，本研究结合耕地地力调查，系统地分析了全市不同利用类型农地土壤的酸化趋势与酸化特征。调查结果表明：在自然与人为活动的双重影响下，临安市农地土壤酸化十分明显，pH＜4.5的强酸性土壤和pH 4.5～5.4之间的酸性土壤的比例已分别占23.4%和46.6%，其中以茶树、蚕桑和雷竹产业带土壤的酸为最明显。与1982年调查比较，农地土壤pH普遍呈现下降趋势。分析认为，过量施肥和酸雨是引起该市农地土壤酸化的主要原因。为防控该市农地土壤的进一步酸化，笔者认为除做好合理施肥工作外，应借鉴国内外经验，从推广无机改良技术、有机改良技术、生物修复技术和施用生物质炭等多方面对农地土壤酸化进行控制与改良修复。

关键词：临安市；农地土壤；土地利用；土壤酸化；改良技术

0　引言

酸碱性是土壤许多化学性质的综合反映，它对土壤中微生物的活动、有机质的合成与分解、氮磷和微量元素的转化与有效性及土壤养分保持等都有很大的影响[1-4]。同时，土壤酸碱度又是土壤众多性状中易变、极易受耕作施肥等人为因素影响和易为人为调控的土壤性质。因此，认识土壤酸碱性的形成特性并采取相应的措施，是提高土壤肥力、达到作物高产的重要手段。近20年来，人们非常重视土壤酸化问题[5-7]，并开展了较为广泛的调查研究[8-10]。大量的调查和监测表明[11-14]，以土壤酸化为代表的耕地土壤障碍因子已成为中国粮食主产区高强度农业利用下粮食持续稳定高产的重要限制因素。据Guo等[15]报道，20世纪80年代到2000年，中国南方红壤pH下降0.23～0.30单位；南方水稻土pH下降0.13～0.35单位；华北平原农田pH下降0.27～0.58个单位；东北黑土区pH下降0.32～0.72个单位。其中，种植蔬菜、水果、茶叶等经济作物的土壤酸化比种植水稻、小麦、玉米、棉花等粮食作物的尤为显著。据10个长期定位对比试验8～25年的连续测定[15]，农田土壤pH下降在0.45～2.20个单位之间，土壤酸化主要发生在传统的NPK处理，而对照与休闲处理土壤酸化并不明显。临安市地处浙江省西北部天目山区，地理坐标为东经118°51'—119°52'，北纬29°56'—30°23'，境内以酸性较强的红壤和黄壤为主（二者占全市土壤面积的近80%）。近年来，临安市经济林发展迅速，化肥用量比20世纪80年代有了显著的增加。化肥的高量施用大大加剧了市内土壤酸化问题，使土壤酸度在原有自然酸性土壤的基础上有了新的发展，但至今尚未对全市农地土壤酸化状况作过全面的调查。为此，本研究结合耕地地力调查，系统地开展了全市耕地的酸化调查，分析了不同利用类型农地土壤的酸化趋势与酸化特征；在此基础上，从预防与修复等层面探讨了防控临安市农地土壤酸化的技术措施。

1　材料与方法

于2008年底至2010年间，从临安市采集了2555个代表性耕地和经济林地土样。根据《测土配方施肥技术规范》[16]和《全国耕地地力调查与质量评价技术规程》[17]规定，土壤采样点遵循广泛的代表性和典型性、兼顾均匀性的原则布设；根据地形地貌、土壤类型、土地利用、耕作制度、作物产量水平等因素，将全市划分为若干个采样区域，每个采样区域的地形地貌、土地利用、土壤类型基本一致。在各个区域中，根据土壤肥力、种植制度、作物种类、产量水平、耕地面积大小等因素，确定布点数量和点位，并在图上标注采样编号。同时，布点尽可能地与第二次土壤普查布点相吻合。每个采样点代表一个采样单元，平均每个采样单元面积为10 hm2，采样点用GPS定位。每一样品由各采样地块采用“S”法或梅花型法均匀随机采取15～20个分样混合而成。其中，粮油地土样1242个，蔬菜地土样99个，蚕桑地土样210个，茶园土样66个，花木地土样10个，水果园土样114个，雷竹园土样565个，山核桃林地土样249个。

样品经室内通风自然风干后用木棍或塑料棍碾压，并将植物残体、石块等侵入体和新生体剔除干净。压碎的土样过2 mm孔径筛，充分混匀后装入样品瓶中备用。土壤pH按浙江省《耕地质量评定与地力分等定级技术规范》[18]用电位法测定。

2　结果与分析

2.1农地土壤酸碱度总体情况

对全市2555个样点的分析统计表明，临安市土壤pH 3.0～8.6之间，标准差为0.94，变异系数为18%，属于中等变异。大多数土壤pH都在5.5以下，以酸性和强酸性为主；其中，pH＜4.5的样品（强酸性）占监测总样品的23.4%；pH 4.5～5.4之间的（酸性）占46.6%；pH 5.5～6.4之间（微酸性）占20.6%；pH 6.5～7.4之间（中性）的占8.2%；pH＞7.5（碱性）的占1.2%。强酸性土壤在全市各地均有分布，其中以中部地区分布较为集中（图1）。

图1　临安市农地土壤pH分级分布图

由表1可知，不同产业带土壤pH有所差异，强酸性土壤以茶叶、蚕桑和雷竹产业带的比例最高。8个种植产业区土壤以茶园土壤酸性最强，其pH＜4.5的土壤比例达到61.5%；其次是雷竹林地，其pH＜4.5的面积占51.5%；桑地土壤酸化也较重，其pH＜4.5的面积占40.6%；其他产业带土壤pH 4.5～5.5为主。平均pH也以茶叶和雷竹产业带为最低。

2.2典型农地土壤酸碱度的历史演变

与1982年第二次土壤普查数据相比较，临安市土壤pH在近30年内下降非常明显，目前，土壤pH＜5.5的耕地面积已超过70%；而第二次土壤普查时，耕地以pH 5.5～6.5的土壤为主，其面积所占78.32%。不同利用方式的农地酸碱度变化有所差异。

表1　临安市不同产业种植区土壤pH组成状况

2.2.1粮地土壤由表2可知，与第二次土壤普查结果相比，全市粮地土壤酸化现象十分明显。第二次土壤普查时，粮地土壤pH均在4.5以上，而至2008年全市有3.6%的耕地pH低于4.5。1982年临安市粮地pH大多集中在5.5～6.5之间，占调查样点的78.3%，而至今粮地土壤pH多处于4.5～5.5之间，占58.2%，总体上pH出现明显下降。

表2　临安市粮地土壤pH的历史演变

2.2.2雷竹园地土壤临安市雷竹分布于19个乡镇，这些土壤多由耕地改造而成。结果表明，耕地改为雷竹林后土壤酸化现象十分显著。第二次土壤普查时，没有出现pH＜4.5的耕地，而2008年全市有51.4%的雷竹林地pH＜4.5（表3）。1982年时临安市耕地pH大多集中在5.5～6.5之间，而目前pH＜5.5的雷竹林地的比例达84.2%。

表3　临安市雷竹林土壤pH的历史演变

2.2.3桑园地土壤临安市桑园地主要是20世纪90年代初由耕地改造而来，主要分布于市内天目溪、昌化溪两岸。调查结果表明，全市桑园土壤pH＜5.5的耕地面积占70.1%，其中有40.6%土壤pH＜4.5，显示出十分严重的土壤酸化（表4）。相应地，第二次土壤普查时同区域土壤pH绝大多数在5.5以上，其中pH 5.5～6.4区间范围为最多，占81.8%，pH＜5.5的只占2.3%，没有出现pH低于4.5的土壤。土壤严重酸化已导致部分地区桑树病害加剧，现已成为蚕桑产业发展重要障碍之一。

2.2.4山核桃林地土壤由于山核桃树喜钙，临安市山核桃林地多分布于石灰岩地区，土壤pH一般较高，但与第二次土壤普查结果相比，经过长期的经营后，近年来该类用地的土壤也出现酸化。目前，全市有5.6%的山核桃林地pH＜4.5（表5），高于1982年的0.4%。1982年临安市山核桃林地土壤pH大多集中在5.5～6.5之间，占56.9%；而目前pH 5.5～6.5之间的土壤仅占34.1%；相应地，酸性较强的pH 4.5～5.5之间的比例从1982年的32.7%增加至目前的53.1%。

表4　临安市桑园土壤pH的历史演变

表5　临安市山核桃林土壤pH的历史演变

3　讨论

土壤酸化是指引起土壤pH降低的自然和人为过程，表现为土壤中游离的H+离子增加，土壤活性酸增强，交换性酸增多。土壤中游离H+快速增加可克服土壤缓冲域对酸的缓冲作用，并与土壤胶体上被吸附的盐基离子发生交换。被交换下来的盐基离子进入土壤溶液后，随着雨水淋溶作用流失。此时，土壤的盐基饱和度下降，氢饱和度升高，使土壤体系中原有的化学平衡遭到破坏。吸附于土壤胶体交换位上的氢离子达到一定浓度后，会继续与土壤固相反应，破坏土壤晶体结构，铝氧八面体在氢离子的作用下解体，铝离子被释放，形成交换性铝。交换性铝容易发生水解，从而使土壤表现出酸度特征。每个铝离子水解时可释放出1～3个氢离子。氢离子可以再次与盐基离子发生交换作用，使土壤进一步酸化。

土壤酸化在自然界普遍存在，许多自然因素，例如土壤动植物的呼吸、雨水淋溶以及某些地球化学过程，都会造成土壤的酸化。临安市广泛分布的红壤属于酸性土壤，它是长期风化的结果，这些土壤pH较低。近年来人类活动大大加速了土壤酸化的进程。一般来说，人类造成土壤酸化的原因主要包括大量施用氮肥等不恰当的农业措施以及由酸性气体增加造成的酸沉降加剧。土壤酸化的一个严重后果是土壤活性铝加速溶出，对植物产生毒害作用。临安是中国酸雨发生中心之一，酸雨污染严重。1985年以来，降水的pH 3.80～4.78，均低于5.6的酸雨标准，平均仅为4.32。并且，降水pH呈现逐年下降的趋势。据临安市2011年环境状况公报，2011年全市工业企业废气排放量181.3560亿m3，二氧化硫排放4752 t，烟尘排放3093.002 t。20世纪80年代以来的SO2降尘以及其导致的酸雨频率的增加，均加剧了土壤酸化的过程。由于临安市土壤本底多为酸性，20世纪70—80年代农户有适施石灰改良土壤酸性的习惯，但近年来已基本不施，这也在一定程度上加剧了土壤酸化。

施肥对土壤酸化的影响可能要大于酸雨的影响[15]。目前，在雷竹林的集约经营中，施肥量已超过7.5 t/hm2，远高于一般农田作物施肥量。据黄芳等[19]研究表明，在不同种植年限下雷竹园地土壤中，随着雷竹种植年限的增加，土壤pH明显下降。位于雷竹主产区太湖源镇雷竹林表土(0～10 cm)在开始雷竹种植时土壤的pH 4.5，种植5年后土壤pH 3.83，12年后继续下降至3.25。据估算，种植雷竹后土壤平均年酸化速率在每年0.2～0.3单位，由于土壤背景的差异土壤酸化过程有所不同。刘国群等[20]研究表明，随雷竹种植年限的增加，土壤交换性铝在交换性酸中所占比例也逐步提高。15年间内土壤交换态Al从对照的3.85 mg/kg增加到了197.6 mg/kg，活性Al含量约为对照水稻田的51倍。随种植时间的增加土壤中交换态Al的显著增加，可能对雷竹产生毒害作用并导致雷竹衰败。

临安市山核桃树主要种植在中-上寒武系的震旦系的泥质、碳质和白云质灰岩及钙质页岩等发育的土壤，喜欢石灰岩发育的土壤。这类岩石发育土壤呈微碱性，一般pH 7.0以上。但由于为了获得高产，近年来山核桃林施肥水平明显增高，导致了土壤的逐年酸化。pH的下降可能增加了土壤溶液中的钙的淋溶，导致交换性钙量的减少，而钙的淋溶又可能导致土壤pH的继续下降，使微碱性的土壤逐渐成为酸性土壤。山核桃林土壤酸化已引起一系列土壤问题，根据市内昌化山核桃土壤调查，发现山核桃产量下降的原因之一是施肥引起土壤酸碱度的改变。

4　酸化农地的改良技术

以上结果表明，临安市农地酸化已十分明显，威胁到农业的可持续发展，采取积极、有效的措施从根本上防止农地土壤酸化已经是临安市农地土壤管理刻不容缓的重要问题。为防控本市农地土壤的进一步酸化，除做好合理施肥工作外，应借鉴国内外经验，对农地土壤酸化进行控制与改良修复，其途径主要有如下几个方面。

4.1无机改良技术

无机改良技术是指施用无机物质改良酸性土壤。根据临安市土壤的特点，适用的无机改良剂主要有生石灰、熟石灰、石灰石粉、白云石粉、石膏、磷矿粉、磷石膏和粉煤灰等。由于，临安市及周边地区具较为丰富的石灰资源，石灰类改良剂应是可考虑的首先改良剂[21]。酸性土壤常用无机改良剂可分为化肥类改良剂、矿物类改良剂、工业副产品类改良剂和无机复合型改良剂4大类[22]。化肥类改良剂主要包括各种无机肥料，其中，本市常用的钙镁磷肥对酸性土壤具有一定的改良作用，其不仅含有磷，而且含有钙、镁等元素，施用钙镁磷肥供给作物营养同时可以降低土壤酸性，易于被农民接受。除石灰石粉外，矿物类改良剂中的磷矿粉也可有效地可中和土壤活性酸和潜性酸，其只需将天然磷矿石直接磨成粉状，其改良酸性土壤主要是因为所含的氧化钙和硅不但能中和土壤酸度，还可直接增加土壤中的钙含量，提高Ca/Al比，降低铝毒[23]。磷矿粉可在酸性土壤上直接施用，也可与农家肥堆沤后施用。近年来，一些工业副产品也被应用到酸化土壤改良中，如碱渣、磷石膏、硫石膏、粉煤灰和钢渣等，这些改良剂对酸性土壤改良起到一定的作用[24]。临安市的研究表明，雷竹林土壤施用石灰氮土壤消毒剂对土壤酸度也的改良效果，施石灰氮后雷竹林土壤pH比对照区明显的升高，从试验前土壤pH 3.9上升至5.8，可缓解了土壤的酸化现象。

4.2有机改良技术

农作物秸秆等农业有机废弃物也是改良酸性土壤的重要物质[25-26]。秸秆还田可阻止土壤酸化和促进作物持续增产。农作物秸秆中含有一定量的碱性物质，可中和土壤酸度，提高土壤pH。有机物料施入酸性土壤后，释放的碱性物质中和土壤酸度的同时，也降低土壤交换性铝，提高土壤交换性盐基阳离子含量[22]。秸秆还田能提高土壤酸碱缓冲性能、降低土壤pH，认为可能与秸秆本身的含氮量及阴阳离子组成有关[13]。

4.3生物修复技术

生物修复主要利用土壤动物、植物和微生物对酸化土壤的修复作用和植物根系分泌物缓解酸性土壤铝毒对酸性土壤进行修复改良。据研究，一些耐酸微生物与水生植物的根共生，在根系周围形成保护层，可降低氢和铝对根系的毒害，微生物保护根系分泌氨分子，也可中和根际环境的酸度[27]。此外，利用作物吸收硝态氮和根系释放氢氧根可在一定程度上阻控和修复土壤酸化[28]。例如，对已发生严重酸化的土壤，施用硝态氮肥配合种植西红柿、玉米和小麦等喜硝植物，也可以提高土壤pH，达到修复酸化土壤的目的。

4.4生物质炭的应用

近年来生物质炭在酸性土壤修复中的应用成为酸化土壤修复改良的热点研究问题[29-31]。生物质炭是在厌氧或完全绝氧条件下将生物质进行加热生成的含碳丰富的固体物质。生物质炭一般呈碱性并含有丰富的盐基阳离子[31]，生物质炭中的碳酸盐可以直接中和土壤酸度，有机阴离子与质子发生缔合反应消耗质子，从而提高土壤pH，还可提高土壤的盐基饱和度和土壤pH缓冲容量，提高土壤对养分离子的吸持能力改良酸性土壤。临安市有笋壳、山核桃蒲壳等丰富的农业有机废弃物可用于制备生物质炭，利于临安市酸化农地的改良。

此外，为有效防治雷竹园土壤酸化，在施肥管理环节，应增施有机肥，改良土壤结构，提高土壤缓冲能力；同时改进施肥结构，防止营养元素平衡失调。同时，结合国内外的经验，通过试验，筛选出适于雷竹园土壤酸化治理的环境友好型土壤改良剂。根据山核桃树喜钙的特点，山核桃林土壤酸化的治理可优先考虑施用生石灰，在此基础上，增施有机肥，增加土壤对酸化的缓冲能力。

参考文献

[1]Xu Z J,Liu G S,Yu J D.Soil acidification and nitrogen cycle disturbed by man-made factors[J].Geology-geochemistry,2002,30 (2):74-78.

[2]van Breemen N,Mulder J,Driscoll C T.Acidification and alkalinization of soils[J].Plant and Soil,1983,75:283-308.

[3]Barak P,Jobe B O,Krueger A R,et al.Effects of long-term soil acidification due to nitrogen fertolizer inputs in Wisconsin[J].Plant and Soil,1997,197(1):61-69.

[4]de Vries W,Breeuwsma A.The relation between soil acidification and element cycling[J].Water,Air&Soil Pollution,1987,35(3-4):293-310.

[5]易杰祥,吕亮雪,刘国道.土壤酸化和酸性土壤改良研究[J].华南热带农业大学学报,2006,12(1):23-28.

[6]薛南冬,廖柏寒,刘鹏,等.酸沉降影响下湖南两个典型小流域土壤酸化研究[J].湖南农业大学学报:自然科学版,2005,31(1):82-86.

[7]李继红.我国土壤酸化的成因与防控研究[J].农业灾害研究,2012,2 (6):42-45.

[8]杨世琦,张爱平,杨正礼,等.黄土高原果园土壤pH变化分析[J].中国农业生态学报,2010,18(6):1385-1387.

[9]郭治兴,王静,柴敏,等.近30年来广东省土壤pH值的时空变化[J].应用生态学报,2011,22(2):425-430.

[10]李继红.我国土壤酸化的成因与防控研究[J].农业灾害研究,2012,2 (6):42-45.

[11]王辉,董元华,安琼,等.高度集约化利用下蔬菜地土壤酸化及次生盐渍化研究——以南京市南郊为例[J].土壤,2005,37(5):530-533.

[12]王志刚,赵永存,廖启林,等.近20年来江苏省土壤pH值时空变化及其驱动[J].生态学报,28(2):720-727.

[13]张永春,汪吉东,沈明星,等.长期不同施肥对太湖地区典型土壤酸化的影响[J].土壤学报,2010,47(3):465-472.

[14]曹丹,张倩,肖峻,等.江苏省典型茶园土壤酸化速率定位研究[J].茶叶科学,2009,29(6):443-448.

[15]Guo J H,Liu X J,Zhang Y,et al.Significant acidification in major Chinese croplands[J].Science,2010,327:1008-1010.

[16]NY/T 1118—2006,测土配方施肥技术规范[S].

[17]NY/T 1634—2008,耕地地力调查与质量评价技术规程[S].

[18]DB33/T 895—2013,耕地质量评定与地力分等定级技术规范[S].

[19]黄芳.集约经营雷竹林土壤氮素、磷时空变化的研究[D].杭州:浙江林学院,2008.

[20]刘国群,庄舜尧,李国栋,等.不同种植年限下雷竹林土壤中铝的形态变化[J].土壤,2008,40(6):1013-1016.

[21]孟赐福,傅庆林,水建国,等.浙江中部红壤施用石灰对土壤交换性钙、镁及土壤酸度的影响[J].植物营养与肥料学报,1999,5(2):129-136.

[22]徐仁扣.酸化红壤的修复原理与技术[M].北京:科学出版社,2013.

[23]王代长,胡红青,李学垣.酸性土壤上磷矿粉释磷机理与农学效应[J].中国农学通报,2006,22(9):242-245.

[24]李九玉,王宁,徐仁扣.工业副产品对红壤酸度改良研究[J].土壤, 2009,41(6):932-939.

[25]Wang N,Li J Y,Xu R K.Use of various agricultural by-products to study the pH effects in an acid tea garden soil[J].Soil Use and Management,2009,25:128-132.

[26]龙光强,蒋瑀霁,孙波.长期施用猪粪对红壤酸度的改良效应[J].土壤,2012,44(5):727-734.

[27]Baker G H,Barrett V J,Carter P J,et al.Abundance of earthworms in soils used for cereal production in southeastern Australia and their role in reducing soil acidity//Date R A,et al.Plant Soil InteractionatLowpH[M].KluwerAcademicPublishers, Netherlands:213-218.

[28]万青,徐仁扣,黎星辉.酸性条件下氮素形态对西红柿根系羟基释放的影响[J].土壤,1999,43(4):554-557.

[29]谢少华,宗良纲,禇慧,等.不同类型生物质材料对酸化茶园土壤的改良效果[J].茶叶科学,2013,33(3):279-288.

[30]袁金华,徐仁扣.生物质炭对酸性土壤改良作用的研究进展[J].土壤,2012,44(40):541-547.

[31]Yuan J H,Xu R K,Zhang H.The forms of Alkalis in the biochar producedfromcropresiduesatdifferenttemperatures[J]. Bioresource Technology,2011,102:3488-3497.

Farmland Soil Acidification in Linan City and Its Improvement Technology

Ruan Yifei1,Wu Qifeng1,Zhang Dan2,Lou Zhong1,Xie Guoxiong2
(1Agricultural Technology Promotion Center in Linan City,Lin'an 311300,Zhejiang,China;2Hangzhou Plant Protection and Soil-fertilizer Station,Hangzhou 310020,Zhejiang,China)

Abstract:In order to understand the farmland soil acidification situation in Lin'an City of Zhejiang Province, and provide basis for soil acidification control,the trend and characteristics of soil acidification of different types of farmland in Lin'an were systematically analyzed based on the soil fertility survey.The results showed that the double effect of both natural and human activities had caused obvious farmland acidification in Lin'an. The proportion of strongly acidic soil(pH＜4.5)and acidic soil(pH 4.5-5.4)was 23.4%and 46.6%, respectively.The soil used for tea,mulberry and bamboo production showed the most obvious acidification,the farmland in Lin'an was severely acidified compared with the data obtained in 1982.Excessive fertilization and acid rain were major causes of farmland soil acidification.In order to prevent further acidification,in addition to rational application of fertilizers,it was necessary to learn experiences from both home and abroad,and take methods,such as inorganic improvement technology,organic improvement technology,bioremediation technology and biochar application,for farmland soil acidification control and improvement.

Key words:Lin'an City;Farmland Soil;Land Use;Soil Acidification;Improvement Technology

收稿日期：2015-10-02，修回日期：2015-12-03。

通讯作者：谢国雄，男，1964年出生，浙江杭州人，推广研究员，本科，研究方向为土壤肥料技术研究与推广。

作者简介：第一阮弋飞，男，1972年出生，浙江省临安市，农艺师，大专，研究方向为土壤肥料。

通信地址：311300浙江省临安市长桥路65号，Tel：0571-63727014，E-mail：596174270qq.com。 310020杭州市植保土肥总站杭海路434-1，Tel：0571-86991208，E-mail：xgx1000@163.com。

基金项目：测土配方施肥补贴项目（浙农计发[2008]16号）。

中图分类号：X22

文献标志码：A论文编号：cjas15100001