土壤酸化是土壤退化的一種表現(xiàn)形式,指土壤酸性增加,變?yōu)閺?qiáng)酸性、甚至極強(qiáng)酸性的一種現(xiàn)象。
2010年2月,由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院張福鎖教授領(lǐng)導(dǎo)的科研小組在美國科學(xué)界權(quán)威雜志《科學(xué)》上刊登了“中國主要農(nóng)田土壤顯著酸化”的文章,論述了自上世紀(jì)80年代以來,我國重要農(nóng)田土壤出現(xiàn)了顯著酸化現(xiàn)象。此論文的發(fā)表揭開了我國近二十年來高投入集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加速了農(nóng)田土壤酸化過程的情況,引起了種植者的高度關(guān)注。
彩色及灰色橫條越寬表示該養(yǎng)分的吸收效率越高,越細(xì)表示吸收效率越低,數(shù)字表示土壤酸堿度。土壤越酸,大中微量元素吸收效率越低,重金屬活性越高。
南方土壤普遍偏酸
在2004年至2015年間,我國的糧食生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了“十二連增”,創(chuàng)造了中國乃至世界糧食史上的奇跡,肥料作為糧食的“糧食”,為保障糧食安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)做出了重大貢獻(xiàn)。但在長期集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,過量使用化肥以及不科學(xué)的施肥方式,也對土壤結(jié)構(gòu)造成了破壞,導(dǎo)致土壤出現(xiàn)嚴(yán)重酸化現(xiàn)象。
土壤酸化是土壤中氫離子增加的過程或者是土壤酸度由低變高的過程。這種過程實(shí)質(zhì)上是土壤形成過程中一種自然的生物地球化學(xué)過程。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截至2015年,我國酸性土壤面積達(dá)2億公頃,約占全國總面積的21%。從省區(qū)來看,南方地區(qū)土壤酸化尤為嚴(yán)重,以廣東、廣西、湖南、江西、福建、海南、云南等為代表的南方地區(qū)土壤pH普遍低于5.5。
中國農(nóng)科院徐明崗老師曾在《南方地區(qū)紅壤酸化及綜合防治技術(shù)》一文中指出,經(jīng)過大量取樣調(diào)研發(fā)現(xiàn),我國南方地區(qū)土壤普遍偏酸,pH多在5.5以下。以湖南和廣西為例,湖南省紅壤旱地土壤pH變化范圍在4.5-6.1之間,其中,pH≤5.5的酸性土壤占70.2%;同樣,在對廣西地區(qū)柑橘、荔枝、龍眼和芒果產(chǎn)區(qū)的151個(gè)土壤樣品研究發(fā)現(xiàn),pH小于4.5的強(qiáng)酸性果園、以及pH在4.5-5.5之間的酸性果園分別占樣本總數(shù)的34%和49%。除了湖南和廣西,徐明崗還發(fā)現(xiàn)廣東、福建、海南等南方地區(qū)多數(shù)地方土壤pH也低于5.5。
張福鎖認(rèn)為,人類不合理生產(chǎn)活動的影響,大大加速了我國土壤酸化,這將會給生態(tài)環(huán)境和人類生存造成重大的危害。
不合理施肥造成土壤酸化
近年來,土壤在不合理的土地利用、耕作管理下,酸化程度日漸嚴(yán)重,酸化的土壤已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的障礙因子。
據(jù)了解,土壤酸化的根本原因在于土壤中氫離子的增加,導(dǎo)致土壤酸化主要有兩方面原因:一方面是自然因素,例如強(qiáng)降水會造成土壤中鉀、鈣、鎂等堿性鹽基大量流失,導(dǎo)致土壤酸化;另一方面則是人為因素,其中最主要的是長期施用生理酸性肥料和氮肥以及不科學(xué)的施肥方式導(dǎo)致或加重土壤酸化。
長期連年使用生理酸性肥料,作物吸收后剩下的酸根離子與土壤中氫離子結(jié)合生成酸,會導(dǎo)致土壤酸性增強(qiáng),土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞。以香蕉種植中常用的鉀肥KCl、K2SO4為例:當(dāng)土壤中施入KCl后,KCl電離成K+和Cl-,由于香蕉吸收的營養(yǎng)物質(zhì)為K+,使得KCl的離解向右進(jìn)行,導(dǎo)致土壤中存在大量的Cl-,而Cl-和H+結(jié)合生成HCl,即鹽酸,導(dǎo)致土壤酸化程度越來越高。
另外,在土壤施入過量的氮肥后,氮肥在土壤里面會進(jìn)行轉(zhuǎn)化,在此過程中可能會產(chǎn)生質(zhì)子,并且會帶走鈣、鎂等堿性離子,因此大量使用氮肥也是造成土壤酸化加劇的重要原因之一。
土壤中性對作物生長有利
土壤溶液中的酸堿度會直接影響土壤養(yǎng)分的有效性,土壤的pH值對植物生長至關(guān)重要。pH值在6.5-7.0之間時(shí),大多數(shù)養(yǎng)分的有效性最高或接近最高,因此大多數(shù)植物在中性或微酸性環(huán)境中能茁壯成長。
張福鎖曾在小麥、玉米、豆科等作物上做了試驗(yàn),相鄰的兩塊地,pH分別是6.1和4.2,小麥生長從開始出苗、分蘗、拔節(jié),到收獲整個(gè)過程除了pH不同,其他條件都相同,最后得出的結(jié)果是,酸化田的產(chǎn)量非常低。而pH在6.1情況下,作物長勢非常好。
實(shí)驗(yàn)表明,土壤酸化會改變整個(gè)土壤微環(huán)境,導(dǎo)致土壤微生物適宜的微生態(tài)環(huán)境失衡,造成土壤病害發(fā)生。另外,土壤酸化還會活化土壤中的重金屬,當(dāng)土壤pH每下降一個(gè)單位,鎘的活性會增加100倍,所以鎘米在很多情況下不是因?yàn)橥寥缽氐孜廴荆且驗(yàn)樗峄雇寥乐墟k的活性大幅度增加了。
筆者認(rèn)為,要想改善土壤酸化現(xiàn)狀,首先要從改變現(xiàn)在的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式著手,具體要做到以下三點(diǎn):一是減少氮肥的使用量,在種植過程中,要講究減肥增效;二是使用高效環(huán)保的肥料,如使用堿性肥料,通過好的肥料產(chǎn)品調(diào)節(jié)改良土壤,讓酸性土壤逐漸恢復(fù)到健康狀態(tài);三是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù),如在施肥過程中,采用少量多次施肥方法或引進(jìn)水肥一體化技術(shù)等,提高肥料利用率