中国南方土壤酸化原因及土壤酸性改良技术研究进展

谢会雅，陈舜尧，张 阳，吕书记，王 青，李迪秦，祝 利

（1. 湖南省烟草公司株洲市公司，湖南 株洲 412000；2. 广东万山土壤修复技术有限公司，广东 广州 514469；3. 湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128；4.湖南省烟草 公司常德市公司，湖南 常德 415000）

土壤酸化是指土壤吸收性复合体接受了一定数量交换性氢离子或铝离子，使土壤中碱性（盐基）离子淋失的过程。我国南方降水量大而且集中淋溶作用强烈，使得钙、镁、钾等碱性盐基大量流失，加上燃煤及工业化活动产生酸雨，农业生产中化学氮肥料的大量使用，均导致土壤酸化的现象越来越严重[1]。土壤中酸主要以活性酸和潜性酸2 种形式存在[2-3]。活性酸H+主要来自于生物体呼吸作用和有机物分解等过程中所释放的CO2溶于水形成H2CO3再电离；其次是有机质嫌气分解产生有机酸，好气分解所产生的无机酸及无机肥料中残留的酸根等。潜性酸是指吸收在土壤胶体上，且能被代换进入土壤溶液中H+和Al3+。它们平时不显现酸性，只有通过离子交换作用，被其他阳离子交换到土壤溶液中呈游离状态时，才显现出酸性[4]。土壤酸化导致了土壤贫瘠、土壤质量下降、重金属活性增强，土壤保肥供肥能力低，严重影响了作物的生长发育，降低了作物的产量与品质，进而影响人类食品安全与健康[5-6]。土壤酸碱度是评价土壤肥力的指标之一。笔者对我国南方地区土壤酸化的现状、原因、危害以及改良技术进行了综述，旨在为我国南方地区土壤酸化改良提供参考。

1 我国南方土壤酸化现状及成因

1.1 我国南方土壤酸化现状

我国南方地处热带与亚热带区域，该地区的酸性土，大都处于高温高湿环境下，风化和淋溶作用强烈，盐基离子不断淋失，土壤胶体的负电荷点被H+所占据，使土壤逐渐向酸性发展[3]；加之含氮化肥的过量使用，加速了土壤酸化，影响了土壤理化特性及肥力，最终影响了农作物生产[7]。南方省份土壤酸化主要集中在粤、湘、赣、闽等省份，其中广东省强酸性和酸性土壤耕地面积，分别占广东省总耕地面积的3.6%和27.5%[8-9]；湖南省酸性耕地占总耕地面积的72.6%，且酸性耕地面积呈现不断增加趋势[10]；2015 年江西省酸性土壤与强酸性土壤的耕地面积占江西省耕地总面积的90.9%，pH 值平均值为5.2[11-12]；2017 年福建省耕地调查显示，土壤pH 值小于5.5，占74.2%[13]。 同样，我国南方其他省份土壤酸化形势也十分严 峻[14-15]。

1.2 我国南方土壤酸化的原因

近年来因强降雨导致的洪涝灾害频繁，对地表土壤损害非常严重。据调查，2019 年江南华南等地持续出现强降雨过程，局地大暴雨，引发多地出现洪涝灾害[16]。如广西5—9 月暴雨与大暴雨频发，日降雨量有时可达250 mm[16]。强烈的淋溶作用导致土壤中的钾、钙、镁等碱性离子大量流失，且雨水中携带的H+以及雨水与土壤反应产生的H+导致土壤盐基不饱和，加剧了土壤酸化。

研究表明，工业燃煤及汽车产生的废气排放等形成的H2SO4和HNO3，随降雨形成酸雨进入土壤，破坏了土壤中如CaCO3等缓冲物质，淋洗了土壤中的盐基离子，导致土壤逐步酸化[17-19]；另外，工业废水、废渣和矿渣等可直接或者间接造成土壤和水体污染，导致土壤酸化。

在作物生产过程中，不合理的种植制度和过量施用化学氮肥，往往会直接加剧土壤酸化，尤其是化学氮肥的过度施用[1]。研究表明，复种指数过高，常年连作，重茬种植，会导致土壤有机质含量下降，缓冲能力降低，产生土壤酸化[20-24]；此外大水漫灌等不合理的灌溉方式，一定程度加速了土壤酸化。为了过度追求农作物产量，大量施用化肥[25]， 也是导致耕地大面积酸化的因素之一，研究显示，我国化肥用量是美国的2.6 倍，欧盟的2.5 倍[25]。此外，重氮肥、轻磷钾肥等不合理的施肥措施以及一些不合理的施肥方法，降低了土壤有机质含量，破坏了土壤胶体，弱化了土壤缓冲能力，加快了盐基离子淋失，使得农田土壤酸化和营养元素失衡[26-27]。有研究指出，施用氮肥比酸沉降的影响大25 倍[28-29]；在小麦、玉米、水稻田中，70%的酸化是因为过量施氮造成的，而在果蔬田中过量施氮对酸化贡献率高达90%[30]，特别是在土表滥施氮肥；但是合理施用氮肥，对酸化土壤有改良效果[27]。

2 土壤酸化对农业生产的主要危害

2.1 对土壤的影响

土壤酸化首先是影响土壤养分的有效性。土壤酸化后，土壤肥力下降，土壤中碱性盐基离子减少，Al3+和H+增加，在有机质不足的情况下，土壤物理性质恶化，黏重板结，通气不良，导致土壤质量下降。有研究表明，土壤的矿物质溶解、有机质分解以及土壤营养元素的转换与土壤pH 值有关，土壤中的Ca2+、Mg2+、K+等流失量与土壤pH 值呈显著正相关关系[27]，土壤养分含量与土壤pH 值呈显著负相关，土壤酸化后能够增强土壤中金属离子的活性[31]，比如铝[8]、铁、锰、铬和铅[32]，加重土壤重金属的危害，也导致土壤保肥供肥能力低，影响土壤自身对磷酸的吸附固定，降低磷肥肥效。此外，土壤酸化还会影响土壤酶活性。研究表明，土壤pH 值增加，脲酶、磷酸酶、蛋白酶活性均受到了抑制，土壤酶活性降低[33-34]，最后影响土壤微生物，加剧病菌微生物危害[19,35]。

2.2 对作物生长发育及产质量的影响

大多数大田作物适宜生长的土壤pH 值为 6～8。土壤酸化影响种子的萌发、养分的吸收和生理活动。研究表明，模拟酸雨可抑制早稻种子萌发，降低种子活力，影响早稻幼苗生长，最后导致农作物减 产[36-37]；土壤酸化会影响作物根系的生长，进而影响养分吸收；土壤中可被作物吸收利用的有效态氮含量会随土壤pH 值下降呈直线下降趋势。

土壤酸化会影响作物体内酶活性和光合性能的发挥，进而影响作物生理活动及生长发育。研究表明，烤烟叶片的SOD 活性，在土壤pH 值为4.5 时最强，而此时MDA 含量最低[37]；当土壤pH 值小于5.0 或大于7.0 时，水稻叶片光合速率、PS Ⅰ和PS Ⅱ的电子传递活性以及类囊体膜室温荧光发射峰值均有不同程度的降低，其中尤以pH 值4.0 时降低幅度最为显著[37]。

正常情况下，土壤的pH 值范围为5.5～7.5，在此范围内农作物能够正常生长，过酸或强酸土壤均会影响农作物根系对土壤养分的吸收利用[33]，导致大量减产甚至绝收；同时，土壤酸化加速了土壤中含铝原生矿物和次生矿物风化而释放大量铝离子，形成植物可吸收的含铝化合物，而植物长期和过量吸收铝离子将引起作物中毒或死亡，导致农作物大量减产甚至绝收；土壤酸化能显著降低晚稻产量以及小麦叶面积、株高和地上部分干物质产量[38]；水培试验研究表明，烤后烟叶化学成分、烟碱、焦油与土壤pH 值有关，pH 值 6.5～7.5 的烟叶品质最好，过高或过低都不利于烟叶品质 的提高[39]。此外，土壤酸化还会影响土壤重金属活性，导致农作物重金属积累量增加，影响农产品品质[35]。

3 土壤酸化的主要治理技术措施

3.1 农艺技术措施

南方耕地土壤普遍通过施用熟石灰来改良酸性土壤或防止土壤酸化，提高土壤pH 值，改善土壤养分状况，但长期施用熟石灰，会导致土壤“复酸化”、板结，使土壤中Ca2+、Mg2+、K+等矿质营养元素比例失调，或者造成土壤局部碱化[40-42]。

近年来，随着环境治理压力的增加，施用土壤调理剂成为治理土壤酸化的一项重要措施。

治理土壤酸化的土壤调理剂，其主要成分为碳酸盐和硅酸盐，它含有丰富的Ca、Mg、Si、K、Fe 等矿质营养元素。相关研究报道，施地佳[43]、宜施壮[44]、 特贝钙[45]等土壤调理剂，能够改良土壤理化性质、改善土壤水分状况、提高土壤通透性、调节土壤pH 值，降低土壤中潜性酸含量。土壤调理剂与土壤中酸离子反应比较温和，一般不会造成土壤局部偏碱性及土壤板结。此外，土壤调理剂对土壤中微生物活性影响 较小。

施用生物炭和复合肥料，也是近年来改良酸性土壤常见的方法。研究表明，生物质炭能降低土壤交换性酸（氢、铝）总量，且施用量越大降低的幅度越 大[46-48]。由于稻壳炭含有一定量的碱性物质和盐基阳离子，土壤中添加稻壳炭可以增加土壤交换性盐基数量和盐基饱和度，降低土壤酸度[49]。在弱酸性土壤中施用复合肥料，配施草木灰和磷矿粉等，也能改良酸化土壤，且成本低[50]。

科学用肥是治理土壤酸化的重要措施。研究表明，测土配方施肥可以提高肥料利用率，减少化肥施用量，有利于减缓土壤酸化的速度[51-52]；施用有机肥及有机无机肥配合施用，同样可以减缓土壤酸化，提高土壤通透性，改善土壤团粒结构，促进作物生长发育，提高产量和品质[53-54]。秸秆还田和种植绿肥也能提高土壤有机质含量，降低土壤容重，形成丰富的土壤耕层结构，减缓土壤酸化。

同时，增施微生物菌剂也有利于酸性土壤的改良。土壤酸化过程中，微生物种群会遭受不同程度破坏，有害微生物种群数量增多，有益微生物种群数量减少。研究表明，施用一定量的微生物菌剂，能够有效降解土壤中的农药、化肥和一些其他有害物质的残留，提高土壤有机质含量以及土壤养分利用率与转化率，疏松土层，增强土壤肥力[55]；微生物分泌的酶类、糖类、溶菌体，可减缓土壤的酸化[55]。

3.2 合理的耕作方式

合理的耕作方式能够显著改善土壤团粒结构、提高土壤通透性和保水率，减缓土壤酸化，例如采用垄播和深耕土层的措施，能够提高土壤中的微生物活性，改善土壤团粒结构，提高土壤肥力，一定程度上降低土壤酸化的速度[55-56]。

此外，生态种养也是减缓土壤酸化的生产模式之一。生态种养模式是以农作物与水产、家禽进行立体生产的农田系统物质循环过程，主要有稻田和旱地2种类型[57]。研究表明，稻虾生态种养模式全使土壤中的全氮含量和pH 值随种养年限增加而缓慢增加[58]；稻田种养模式可减少化肥和农药的投入，减缓土壤酸化，实现物质循环利用与持续高效生产。旱田种养模式下，多元化运用间、混、套作以及再生和复种等模式，可有效缓解作物连作导致的土壤酸化[48]。

4 小结与展望

一直以来，由于我国南方耕地利用强度高、肥料管理制度不健全、工业污染严重和化肥农药的大量施用，土壤酸化问题越来越严重，对农业生产和生态环境都造成了严重的危害。因此，通过科学合理的耕作制度、适宜的农艺技术以及生态种养等措施对酸性土壤进行改良，使我国耕地土壤pH 值维持在一个适宜的水平，对我国农业生产的可持续发展具有重要意义。随着科学技术及经济的发展以及人类社会对环境保护认识的提高，利用生物技术来治理土壤酸化，将是今后土壤酸化治理的主要发展方向。