土壤酸化与防控

江阴玩家 · 发表于 2018-12-26 10:17

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前几天看到某坛友的帖子，不知道什么原因就只摘抄了酸化危害的一段，而防控的只字不提。
今天趁着有空，就找来了原文供大家学习讨论

听风看雨 · 发表于 2019-3-31 12:19

土壤酸性好种蓝莓

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江阴玩家 · 发表于 2018-12-26 10:18

我国土壤酸化的成因与防控研究
李继红
安徽省农业科学院土壤肥料研究所，安徽合肥230031
摘要土壤酸化是指土壤接受一定数量交换性氢离子或铝离子，使其中碱性（盐基）离子淋失的过程。目前我国耕地土壤酸化程度呈上升趋势，尤其是南方地区，土壤酸化形势严峻。基于此，介绍了土壤酸化的危害，分析了我国土壤酸化的成因，并对土壤酸化提出了预防控制措施。
关键词土壤酸化；成因；防控中图分类号S156 文献标识码A 文章编号2095-3305（2012） 06-042-04 作者简介李继红（1978-），河北邢台人，博士，从事微生物研究，li-jihong923@126.com。
收稿日期 2012-08-02
土壤酸化是土壤退化的一种表现形式，指土壤酸化增加，变为强酸性、极强酸性的一种自然现象。而据统计，从上世纪80年代到现在，我国土壤酸化情况越来越严重，酸化的土地面积已经扩大到我国耕地面积的40%以上，而且经常有成片发生的情况，特别是在我国南方，由于土壤本身偏酸性，雨水又多，土壤酸化现象更严重。在2010年2月19日，在世界权威杂志《科学》上，就有中国科学家发表文章指出，近20年来，中国主要农田土壤显著酸化。这无疑又给我们敲响了一记警钟。如今土壤酸化已经影响农业生产和生态环境的一个重要因素。
１土壤酸化的概念与机理
１．１土壤酸化的概念
土壤酸化，就是土壤呈酸性。健康、状态良好的土壤维持着一定的酸碱平衡，应当是中性、微酸性或微碱性的，pH值在7左右。而土壤酸化后，其中含有的氢离子浓度过高，经测量pH值一般在5.5以下，酸性较强。土壤发生酸化后，时间一久，就会对作物造成种种直接或间接的危害。
１．２土壤酸化的形成机理
土壤酸化的基本原因是土壤中产生氢离子。土壤中氢离子的来源很多。降雨中含有一些无机酸，如碳酸和硝酸。工业区的酸雨中含有大量的硫酸，有的地区酸雨pH值可以低至2.8。土壤中的微生物和植物根系的代谢作用可以产生碳酸。有些肥料本身是酸性的或可以变成酸性，如硫酸铵。除了来自土壤外部以外，在土壤内也有许多反应可以产生氢离子，例如有机氮的矿化和硝化、有机硫的矿化和氧化、有机磷的矿化、铵离子的硝化以及金属离子的络合作用等。当土壤由还原态转变为氧化态时，还原性物质如硫化氢、硫化铁、亚铁离子等的氧化反应中都产生氢离子。所以在自然条件下，土壤中总是不断地产生氢离子，有时其数量非常大。
土壤中产生的氢离子破坏了原来的化学平衡，并与其他物质发生化学反应，引起土壤酸化。其中最迅速、也是最重要的，是与土壤胶体原来吸附的金属离子进行交换，氢离子被土壤胶体吸附。但是，吸附性氢离子是不稳定的，将进一步与土壤固相发生反应，并释放出金属离子（主要是铝离子）。如果氢离子的浓度较高，它也可直接与原生矿物和次生矿物发生反应。因为铝离子容易发生水解，同时产生氢离子，使土壤中氢离子的浓度增高。这些氢离子又与土壤固相发生反应，释放出铝离子。这种周而复始的反应进一步促进土壤的酸化。
２土壤酸化的危害
我国酸性土壤主要分布在长江以南的广大热带和亚热带地区和云贵川等地，面积约为2亿hm 2 ，主要集中在湖南、江西、附件、浙江、广东、广西、海南等地，大部分土壤的pH值小于5.5，其中很大一部分小于5.0，而且面积还在扩大，土壤酸度还在升高。
２．１直接影响农作物生长
土壤酸化会造成作物生长变慢、茎叶发黄，产量下降，容易发生某些病害。这是因为大多数作物适宜在微酸性、中性的土壤里生长，但土壤酸化后，没法给作物提供合适的生长环境，作物当然生长不良了。从微观的角度来说，还跟微生物和酶有关系。作物生长要从土壤中吸收养分，而这些养分的转化和循环，要靠专门的微生物和酶才能完成，但是土壤酸化后，这类微生物和酶的活性降低，这样就影响了养分向作物的输送。作物长期吸收不到足够的营养，自然就会生长变慢、产量下降了。同样，土壤酸化会使一些抑制土壤病菌的有益微生物活性降低，而某些有害微生物的数量却增加了，作物当然就容易发生某些病害。
２．２造成作物缺素症
在酸化土壤中容易缺乏磷、钾、钙、镁等元素，作物因此出现相应的缺素症状。这是因为土壤酸化会促使一些营养元素的固定，比方说，在pH值小于6时，随着pH值的降低，磷的固定率直线上升，那么土壤中能被作物利用的有效磷就少了，作物就会出现缺磷症状。其他的钾、钙等元素的缺乏，也是造成类似的后果。土壤酸化后，铬、铅、镉等有毒重金属离子溶解度升高，活性增加，高浓度的重金属元素沉积在表土层，会毒害作物的根部。比如常见到的水稻黑根、锈根，就是由重金属元素毒害、缺氧等因素共同造成的。而作物中有毒重金属元素的蓄积，又会通过食物链危害人体或动物体的健康。
２．３土壤板结
土壤酸化也会导致土壤僵硬板结，甚至土表结皮。板结的土壤会使作物的根部窒息，根系会出现数量减少、形态短粗、扎根浅等症状，那就影响到作物对水分和养分的吸收。并且板结的土壤中在烈日下丧失水分严重，土壤耐旱能力变差，也不利于作物的生长。
２．４降低了农产品的产量和质量
酸化的土壤中含铝的原生和次生矿物风化加速而释放大量的铝离子，形成植物可吸收形态的铝化合物，植物过量的吸收铝，不仅会降低作物产品的品质，还会对植物体特别是植物根系生长产生极大影响，甚至导致植物中毒死亡。同一地块，在施肥及管理同往年一样的情况下，与十年前种植花生产量相比，花生出现果小、果秕、空壳数量比较多的现象，产量只有往年的2/3甚至1/2。2；苹果树体旺长，品质下降，由于酸化土壤中的锰的活性增强，钙镁等离子活性降低，致使果树的粗皮病逐年加重，果实苦痘病越来越重。
此外，土壤酸化能够引起土壤中有毒重金属的活化，不仅影响植物生长，而且能通过食物链危害人体和动物体的健康。
３土壤酸化的成因
土壤的酸碱度是由酸性和碱性物质之间的化学平衡决定的。如果进入土壤里的酸性物质太多，而碱性物质流失，那么土壤本来的平衡就被破坏了，这就造成了土壤酸化。
３．１化肥施用
目前我国已经是世界上第一化肥消费大国，由于使用化肥比较方便，很多农民选择了化肥，很多农民种地高度依赖化肥，然而常用的化肥特别是氮肥，如氯化铵、硫酸铵等，有的本身是酸性的，有的在土壤中能产生酸性物质，蓄积在土表，使土壤pH值下降。还有，如今很少有人使用传统的有机肥，也造成土壤对酸的缓冲能力下降，因为有机肥一般是中性、弱碱性的，能中和酸，而且，各种有机肥含有较丰富的钙、镁、钾等元素，可以补充土壤中的盐基离子，缓解土壤酸化。
另外，粪肥没有充分腐熟，就施入地里，那么在它腐熟过程中也会产生有机酸。而土壤中微生物呼吸作用也会产生碳酸、植物根系往往还会分泌有机酸类物质。
３．２工业污染
在我国工业发达地区，由于煤炭、石油、天然气的燃烧，还有汽车尾气的排放，空气中沉积了大量的硫化物和氮化物，经氧化后形成含有硫酸和硝酸的酸雨。降落的酸雨必然会导致土壤中酸性物质含量增加。
３．３环境因素
由化肥、酸雨带来的酸性物质进入土里，产生氢离子，接着就发生一系列的交换吸附反应，最后土壤里的盐基离子被交换下来，随着雨水冲刷，就渗漏流失了，而通过这些反应，土壤里的氢离子越积越多，导致土壤酸化。这样的情况，在南方多雨地区表现更明显。另外，盐基离子如镁离子、钾离子一般是作物需要的养分物质，会被选择性吸收，所以，在温室大棚中的作物因为产量很多，对养分要求的多，还有作物连年重茬种植，都会过度消耗盐基离子。另外，作物在生长过程中，体内会积累相当的碱性物质。当作物产品从土壤上被收割时，这些碱性物质也会随之移走。
３．４农药不科学使用
在除草和防病治虫作业中过量使用农药，土壤受到污染，土壤微生物数量减少，助推了土壤的酸化。以除草剂的使用为例，华北地区春花生50%乙草胺乳油每公顷用量2250～3000ml，而不少农民为追求除草效果，随意盲目加大用量，乙草胺的每公顷用量达到4500～7500ml，对土壤直接造成除草剂污染，有的甚至影响下茬作物的出苗。
４土壤酸化的防控
４．１预防
滥用化肥是引起土壤酸化的主要因素，所以要预防土壤酸化的发生，最要紧的是要转变观念，改变施肥方式。
４．１．１施用传统有机肥
施用传统的有机肥不仅能有效增加土壤肥力，还能提高土壤对酸化的缓冲能力。秋收后，在田里撒播油菜籽、红花草籽，等到春季长到一定程度时翻耕，就是一季好绿肥；或者在每茬农作物收获后，大量施用充分腐熟后的圈肥，在下次播种前深耕约25cm，对换上下层土壤，这样能促进有机物分解，抑制病虫害的发生；另外，作物秸秆还田的方式也可以考虑，它不仅能改善土壤环境，还能减少碱性物质的流失，延缓土壤酸化。施用草木灰也是给土地补充有机肥的好办法。所以，要改变施肥方式，提倡施用有机肥。
４．１．２合理施用化肥
（1）合理选用氮肥品种。由于化肥特别是氮肥的长期大量施用正是造成土壤酸化的主要原因，那么特别是对于抗酸化能力不强的土壤，农民朋友就要避免选用酸性或生理酸性的化肥，尽量选用偏向中性的化肥。就以氮肥来说，不同品种的氮肥对土壤酸化的影响程度就不一样，比如硫酸铵和磷酸二铵对土壤酸化作用很大，而尿素和碳酸氢铵对土壤酸化作用小。所以在抗酸能力差的地块，应施用尿素之类的氮肥。
（2）要注意调整施肥结构，防止土壤营养元素平衡失调。目前不少农民朋友一味强调施用氮肥，这实际上是不正确的，应当是氮、磷、钾等配合施用，注意增施钾肥，补施微量元素。比方说，蔬菜对氮、磷、钾的吸收比例一般是1∶0.3∶1.03，那就最好施用氮、磷、钾比例为两头高中间低的复合肥。在肥料品种上也不能只施用某一品种，要交换施用或轮流施用几种形态的肥料。
另外，施用化肥时最好采用中等用量，要知道并不是化肥用量越大，作物产量越高。还有，目前正大力推广测土配方施肥，也就是作物缺什么补什么，进行大棚种植的农户，最好是根据测土配方，科学施肥，这样不仅节约成本，又能较好地解决由于不合理地施用化肥造成的环境污染问题。
４．１．３采用适宜的栽培方式
栽培方式适宜，也能延缓土壤酸化的发生。某些作物比如玉米、烟草等可采用免耕覆盖秸秆栽培技术或地膜覆盖栽培技术，这样雨水不直接冲刷地面，能减少土壤中碱性的盐基离子的流失，延缓土壤酸化，并且覆盖物还能调温保墒、压草增肥。
还有，由于不同作物吸收利用的养分不一样，采用合理的套种、轮种，而不是连年重茬种植，就有利于土壤中养分的均衡消耗，可以改善土壤结构，增强土壤缓冲能力。
４．２土壤酸化的控制
４．２．１土壤治理用酸碱中和的原理，施用碱性的土壤改良剂，就能治理酸化的土壤了。对于已经酸化的地块，可以施入生石灰改良土壤。石灰是碱性物质，使用石灰不仅可以中和土壤的活性酸和潜性酸，生成氢氧化物沉淀，消除铝毒，迅速有效地降低酸性土壤的酸碱值，还能增加土壤中交换性钙的含量，为作物补充钙质。而经检测，酸碱值在5.0以上的地块，每公顷可混入石灰1500kg； pH值在4.5左右的地块，每公顷可混入石灰2250kg，注意石灰事先要筛细，施上土壤后要翻耕约15cm深度，使石灰跟泥土充分混合。除了石灰，一些矿物和工业废弃物比如粉煤灰、磷矿粉和碱渣等，也能改善土壤酸化状况。
要注意的是，石灰和工业、矿物废弃物都不能长期使用。大量施用石灰，石灰与施入的营养物质发生化学反应，形成难溶的磷酸盐和氨气，将加速有机质的分解，造成了土壤中的有效磷、钾无法吸收，反复施用石灰将使土壤活性不断下降。大量长期施用石灰，在石灰碱性消失后，土壤还会再次出现酸化问题，还会引起“石灰板结田” 。而大多数工业废弃物含有一定量的有毒金属元素，如磷石膏、磷矿粉中含有少量的铅、镉、汞、砷、铬，粉煤灰中也含有少量的铅、镉、砷、铬。虽然含量很少，但长期施用仍然存在着污染环境的风险。所以，在施用这些土壤改良剂时，要配合使用其他碱性肥料如草木灰、火烧土等。
４．２．２受害农作物补救对于因土壤酸化生长发育不良的作物，可以合理施用碱性肥料，比如每亩撒40～60kg的草木灰，能部分中和土壤酸性。还可以根据说明书，在作物叶面喷施芸苔素等植物营养调节剂，能促进作物吸收营养。同时可用沼液给作物根部施肥，沼液呈微碱性，能调节酸碱，还含有多种营养元素，真是一举两得。
４．２．３农艺措施由于不同品种的作物对酸的敏感程度不同，比如在pH3.5的高酸性环境里，对酸敏感蔬菜如蕃茄、芹菜、豇豆和黄瓜产量可下降20%；而中等敏感性的生菜、四季豆和辣椒产量下降10%～20%；而抗酸性较强的青椒、甘蓝、小白菜、菠菜和胡萝卜产量一般下降10%以下。所以可以在酸化土地里种植喜酸、耐酸的作物，直接利用酸化的土壤，这样能更好地发挥土壤的潜力。除了青椒、甘蓝等蔬菜外，耐酸作物主要还有下面这些，比如土豆、红薯、蓝莓、茶叶、油茶、板栗、薇菜、紫花苜蓿，还有药材中的茴香、黄连、薄荷，花卉中的杜鹃、山茶、兰花等，农民朋友可以根据当地实际情况，选择种植。
５结语
随着大规模的工业化进程的发展，中国已成为全球煤炭消耗第一大国。燃煤释放的大量酸性物质使我国成为继欧洲和北美之外的世界第三大酸雨分布区，导致土壤酸化速率增加。土壤酸化在加速土壤重金属活化、洁净自身环境质量的同时，促使重金属向作物和地下水迁移，增加了地下水和作物重金属超标的风险。因此，加强对土壤酸化的认识，有针对性地进行预防控制，对提高我国农业生产与食品安全水平，具有重要现实意义