我國南方日趨嚴重的農田土壤酸化不僅導致農作物大幅度減產甚至絕收，而且促進重金屬等有害物質在農產品中吸收累積，威脅國家糧食安全和民眾健康。但因酸性土壤分布詳情不清，作物酸害閾值不明，土壤酸化預測的研究不足，酸化防治技術嚴重缺乏，紅壤酸化沒有得到有效控制。采取有效措施改良酸化農田土壤、遏制土壤的持續(xù)酸化，將熱帶和亞熱帶地區(qū)的土壤酸度維持在較低水平，對我國農業(yè)可持續(xù)發(fā)展和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施具有重要意義。

土壤酸化指土壤pH值不斷降低、土壤交換性酸不斷增加的過程，它是伴隨土壤發(fā)生和發(fā)育的一個自然過程，主要由碳酸和有機酸離解產生氫離子(H+)驅動。土壤的自然酸化過程比較緩慢，但近幾十年來由于高強度人為活動的影響，土壤酸化的進程大大加速，對生態(tài)環(huán)境和農業(yè)生產造成嚴重危害，我國南方熱帶和亞熱帶地區(qū)酸化問題尤為突出。人為活動對酸化的影響主要包括大氣酸沉降和不當?shù)霓r業(yè)措施。過去40年，研究人員已對酸沉降影響下森林土壤酸化進行了廣泛和深入的研究，但對農田土壤酸化的研究相對滯后。本文主要介紹我國農田土壤酸化調控存在的問題和主要技術措施。

1我國農田土壤酸化現(xiàn)狀與危害

1.1我國農田土壤酸化現(xiàn)狀

我國南方熱帶和亞熱帶地區(qū)水、熱資源豐富，農林業(yè)生產潛力巨大，是經濟作物和糧食的主產區(qū)。但由于該地區(qū)主要分布酸性土壤，隨著近年來大氣酸沉降不斷加劇和化肥的過量施用，這一區(qū)域土壤酸化速度顯著加快，土壤酸化和肥力退化問題突出，嚴重制約了土壤生產潛力的發(fā)揮。據(jù)21世紀初調查，我國亞熱帶地區(qū)301個農田采樣點土壤的平均pH值已由20世紀80年代的5.37下降至5.14(糧食作物種植土壤)和5.07(經濟作物種植土壤)。湖南祁陽定位試驗的監(jiān)測結果顯示，長期單施化肥20年后土壤pH值由5.7下降至4.5。我國酸性土壤面積也在不斷擴大，20世紀80年代強酸性土壤(pH值<5.5)的面積約為1.69億畝，21世紀初已增加到2.26億畝。

土壤酸化在全國范圍內普遍發(fā)生，南方地區(qū)尤為嚴重。根據(jù)全國農業(yè)技術推廣服務中心2015年公布的2005—2014年全國測土配方施肥土壤基礎養(yǎng)分數(shù)據(jù)，湖南省(120個縣市區(qū))、廣西壯族自治區(qū)(104個縣市區(qū))、浙江省(74個縣市區(qū))和廣東省(94個縣市區(qū))的農田土壤平均pH值低于6.0的分別占60.8%、70.2%、75.7%和93.6%，其中土壤平均pH值低于5.5的分別占29.2%、28.8%、41.9%和54.3%。江西省91個縣市區(qū)中有90個土壤平均pH值低于6.0，其中土壤平均pH值低于5.5的占92.3%，還有18.7%縣市區(qū)的土壤平均pH值低于5.0;福建省已公布的41個縣市區(qū)的農田土壤平均pH值均低于6.0，其中85.4%的土壤平均pH值低于5.5，31.7%的土壤平均pH值低于5.0。以上調查分析數(shù)據(jù)表明，我國亞熱帶地區(qū)土壤酸化問題已十分突出，其中江西、福建和廣東等省土壤酸化尤為嚴重。目前的研究已經確認，化學氮肥的長期過量施用是我國農田土壤加速酸化的主要原因，并且土壤酸化是一個持續(xù)進行的過程(圖1)，若仍廣泛沿用目前的農田管理模式，我國亞熱帶地區(qū)農田土壤酸化問題還將進一步加劇。

1.2土壤酸化的主要危害

土壤酸化對農林業(yè)生產和生態(tài)環(huán)境會造成嚴重危害。酸化使土壤固相中的鋁活化并釋放進入土壤溶液(圖1)，對農作物根系產生毒害，影響作物生長。土壤酸化還會加速土壤養(yǎng)分的流失，使土壤肥力下降。因此土壤酸化將導致農作物減產，農產品品質下降，農民收入減少。在嚴重酸化情況下(pH值<4.0)，農作物甚至無法生長，農民顆粒無收。研究表明，酸性土壤pH值由5.4下降至4.7時，油菜籽減產達40%，花生和芝麻的減產幅度為15%左右。進一步酸化將導致更大幅度的減產，如當土壤pH值由4.6降至4.2時，油菜籽的減產幅度達62%以上。土壤酸化還會嚴重影響農產品品質，如：土壤酸化導致香蕉品質下降，使得廣西金穗香蕉公司近年來遭受了上億元的經濟損失。

土壤酸化同時還會使重金屬污染的危害程度加重。土壤酸化使土壤中重金屬的活性增加，使得植物對這些有害重金屬的吸收量增加。因此土壤酸化也是我國南方亞熱帶地區(qū)鎘米產生的主要原因之一，酸化使土壤鎘的活性大大增加，水稻對鎘的吸收和累積增加，鎘等有毒重金屬由此進入食物鏈，危害人體健康。另外，土壤酸化還會造成植物病害加劇，使得植物多樣性和土壤微生物多樣性受到影響。

2土壤酸化調控存在的主要問題

2.1酸性土壤分布詳情不清

通過20世紀80年代開展的第二次全國土壤普查和2005年開始的全國測土配方施肥計劃，雖然獲取了大量農田土壤pH值的數(shù)據(jù)，繪制了區(qū)域尺度的土壤pH值分布圖，但田塊尺度的土壤酸度信息仍嚴重缺乏。土壤酸度存在很大的空間變異性，目前公布的縣域土壤平均pH值對土壤酸化調控的指導作用有限。如能根據(jù)測土配方施肥計劃獲取的海量數(shù)據(jù)，在酸性土壤地區(qū)建立田塊尺度的土壤酸度狀況數(shù)據(jù)庫，將可為土壤酸化分類調控對策的制訂、酸化土壤的改良和土壤酸化的阻控提供依據(jù)。

2.2土壤酸化預測研究嚴重缺乏

土壤酸化快慢除與質子源的大小有關外，還受土壤性質的影響。土壤酸化未來發(fā)展趨勢的預測研究可對土壤酸化的潛在危害提出預警，并為土壤酸化的阻控提供參考。20世紀80年代至21世紀初，歐美等國研究人員對酸沉降影響下森林土壤的酸化趨勢開展了大量預測研究，建立了一系列酸化預測模型。但國內外至今很少開展農田土壤酸化的預測研究。由于農田土壤酸化的質子源主要來自銨態(tài)氮肥中銨離子在土壤中發(fā)生的硝化反應(圖1)，而森林土壤酸化主要由酸沉降引起，因此建立在森林土壤酸化基礎上的酸化預測模型不能直接用于農田土壤酸化的預測研究。近期中國農業(yè)大學張福鎖院士領導的團隊與荷蘭deVries教授合作，以預測森林土壤酸化的經驗性模型為基礎，建立了農田土壤酸化的預測模型——VSD+模型，并在較大的區(qū)域尺度上對我國不同種植模式下的土壤酸化趨勢進行預測研究。這將對我國土壤酸化預測研究起到積極的推動作用。

2.3作物酸害閾值不明

土壤酸化達到一定程度(一般pH值在5.5以下)，會對作物產生酸害，從而導致作物生長不良，甚至減產。主要原因是酸化導致土壤固相鋁溶出，對植物根系產生毒害。由于不同植物對酸害和鋁毒的敏感性不同，達到植物酸害的臨界土壤pH值(酸害閾值)也因作物品種及基因型而不同。雖然國內外對作物發(fā)生鋁毒害的機制及作物緩解鋁毒害的機制開展了廣泛而深入的研究，但對作物酸害閾值的研究還很缺乏。目前這方面研究的難點是：田間條件下開展作物酸害試驗需要具備連續(xù)pH值梯度的同類土壤的不同處理。作物收獲后，通過分析作物產量與土壤pH值和交換性酸度之間的關系獲取某一植物的酸害閾值，但這種連續(xù)pH值梯度的土壤處理難以獲得。盆栽實驗等控制條件下獲得的酸害閾值數(shù)據(jù)與田間條件下獲得的結果存在差異。不同作物及同一作物的不同品種需要通過實驗一一獲取，工作量很大。另外，土壤陽離子交換量和鹽基飽和度等性質參數(shù)也影響作物的酸害閾值。然而，作物酸害閾值將為酸化土壤的分類調控提供直接依據(jù)，是調控土壤酸化的重要參數(shù)，未來應加強這方面的研究。

2.4土壤酸化的阻控研究重視不夠

土壤含有一定量的酸堿緩沖物質，因此對外源酸和堿的加入具有緩沖pH值變化的能力。土壤酸化后，土壤中的酸主要以交換性酸(主要為交換性鋁)存在于土壤固相部分，其數(shù)量比土壤溶液中的高得多。因此，土壤一旦發(fā)生嚴重酸化，調節(jié)土壤pH值所需堿性物質的數(shù)量多，酸堿反應時間長，改良的難度很大。但如在土壤發(fā)生嚴重酸化之前提前預防，采取一定的技術措施減緩土壤酸化，則可起到事半功倍的效果。特別對土壤黏粒和有機質含量低的土壤，由于這類土壤對酸的緩沖能力弱，對外源酸更為敏感，容易酸化，對其酸化的預防尤為重要。目前對土壤酸化阻控研究重視不夠，相關的研究還比較少，可供選擇的技術措施非常有限。

2.5酸化土壤的改良技術有待創(chuàng)新

改良酸性土壤的常用方法是施用石灰等堿性物質直接中和土壤酸度，該方法是改良酸性土壤的傳統(tǒng)和有效的方法，但也存在一些問題。長期、大量施用石灰會導致土壤板結和養(yǎng)分不平衡，因為石灰僅提供養(yǎng)分鈣，而大量的鈣會導致土壤鎂(Mg)、鉀(K)缺乏以及磷(P有效性下降。土壤酸化伴隨著土壤肥力退化，土壤酸度改良必須與土壤肥力提升同步進行。將石灰等無機改良劑與有機肥等有機改良劑配合施用，可以解決這一問題，但目前仍存在一些技術障礙，有待研究。

酸性土壤改良另一長期未得到解決的問題是表下層土壤酸度的改良。石灰在土壤中的移動性差，僅能中和15—20cm以上表層土壤的酸度，對20cm以下的表下層和底層土壤基本無效。而植物根系可深達40—60cm的土層，表下層土壤酸度的改良與表層土壤同等重要。自20世紀70年代以來，美洲和非洲的一些國家紛紛采用磷酸工業(yè)的副產品磷石膏改良表下層土壤酸度，取得很好的效果。但我國磷酸工業(yè)產生的磷石膏中殘留了比較多的酸性物質，限制了這一方法在我國酸性土壤改良中的應用。因此，表下層土壤酸度的改良是我國酸化土壤改良要重點解決的科學問題。

為了實現(xiàn)酸性土壤改良劑的精準施用，需要建立改良劑用量的估算方法。目前主要根據(jù)土壤pH值和土壤pH緩沖容量確定改良劑用量。由于土壤pH緩沖容量的測定比較煩瑣，該方法實用性不強。土壤pH緩沖容量與土壤陽離子交換量(CEC)之間存在很好的相關性，還與土壤有機質含量有關，應建立基于土壤pH值、CEC和有機質含量的估算改良劑用量的簡便方法，未來應加強研究。

3土壤酸化預測與酸害閾值的研究展望

3.1土壤酸化預測研究

我國在農田土壤酸化的預測模型和模擬預測研究方面取得了一定的進展，目前針對主要類型土壤結合重要作物的輪作方式在較大區(qū)域尺度上開展了模擬研究，獲得土壤酸化參數(shù)平均值的未來變化趨勢。這些研究將為政府決策提供重要參考。未來要加強較小區(qū)域尺度上土壤酸化的模擬預測研究，特別在田塊尺度上的預測研究將為土壤酸化的調控提供直接的依據(jù)。除采用酸化預測模型外，在田塊尺度上計算土壤酸化速率，也可用于土壤酸化的預測研究。這一方法僅需要少量的土壤參數(shù)，簡便實用。

土壤酸化是一個長期、漸進的過程，長期定位試驗在土壤酸化研究中發(fā)揮了重要作用。我國在南方地區(qū)針對不同土壤類型和作物品種建立了一系列不同施肥處理的長期定位試驗，為化肥加速土壤酸化提供了直接證據(jù)。目前的長期定位試驗主要針對糧食作物，未來還應建立針對經濟作物，特別是茶樹、果樹以及蔬菜等的長期定位試驗，從而為土壤酸化研究提供更豐富的數(shù)據(jù)。

3.2作物酸害閾值研究

作物酸害閾值研究不僅可以了解不同作物對酸性土壤的適應性，還將為土壤酸化的分類調控提供依據(jù)。溫室盆栽條件下的研究表明，作物酸害閾值不僅與作物品種有關，還隨土壤類型而變化。未來要重點研究土壤CEC和鹽基飽和度等土壤性質對作物酸害閾值的影響，建立酸害閾值與土壤性質之間的經驗關系，可以預測同一植物在不同土壤上生長時的酸害閾值，而不必對每一種土壤都進行實驗研究。

3.3制訂酸化土壤的分類調控方案

pH值低于6.5的土壤均為酸性土壤，其中pH值在5.5—6.5范圍內的土壤為弱酸性土壤，而這類土壤的酸度對作物生長和生態(tài)環(huán)境幾乎沒有有害影響。但這類土壤容易發(fā)生進一步酸化，對農業(yè)生產和生態(tài)環(huán)境具有潛在的危害。對這類土壤要采取有效措施阻控和減緩土壤酸化，可以從減小質子源和提高土壤抗酸化能力兩方面進行酸化阻控。針對土壤pH值低于5.5的酸性和強酸性土壤，重點進行改良并同時提高土壤的肥力水平。對pH值<5.0的強酸性土壤，建議施用石灰等堿性改良劑中和土壤酸度，提高土壤pH值，同時配施生物質炭和有機肥提高土壤肥力;對土壤pH值在5.0—5.5范圍的酸性土壤，建議采用生物質炭和有機肥等溫和改良劑進行改良。

由于缺乏田塊尺度的土壤酸化信息，建議普及土壤pH值的原位測定方法。目前的技術條件完全可以滿足土壤pH值的田間原位測定。在南方酸性土壤分布地區(qū)，給鄉(xiāng)鎮(zhèn)農技站配備便攜式土壤pH值測定儀器，對疑似酸性和強酸性土壤進行現(xiàn)場原位測定，據(jù)此提出土壤酸度改良和土壤酸化阻控的建議。

4土壤酸化阻控的對策建議

4.1尿素和銨態(tài)氮肥與硝化抑制劑配施

銨態(tài)氮肥中的銨離子在土壤中發(fā)生硝化反應并產生H+是其加速農田土壤酸化的主要機制。如能采取有效措施抑制或減少硝化反應，則可從源頭控制或減緩銨態(tài)氮肥對土壤酸化的加速作用。室內控制條件下的研究表明雙氰銨等硝化抑制劑可以抑制酸性土壤中的硝化反應，而且硝化抑制劑與尿素配合施用還可提高酸性土壤的pH值，因為尿素的水解過程消耗H+。但目前這一技術還有待田間條件下的進一步驗證。

4.2減施化肥并增施有機肥

銨態(tài)氮肥的過量施用是農田土壤加速酸化的主要原因，因此應逐步減少銨態(tài)氮肥的施用量，增加有機肥施用量。研究表明，長期施用有機肥或將有機肥與化肥配合施用可以維持土壤酸堿平衡，減緩土壤酸化，因為有機肥含一定量的堿性物質。長期施用有機肥還可提高土壤有機質含量，從而提高土壤的酸緩沖容量，顯著提高土壤的抗酸化能力。但由于某些畜禽糞含重金屬和抗生素等污染物，選擇有機肥時要注意規(guī)避環(huán)境和健康風險，避免將有害物質引入酸性土壤。有機肥施用量，特別是有機肥與化肥的合理配比，是一個有待進一步研究的課題。既要保證作物不減產，又要維持化肥產酸與有機肥耗酸的基本平衡，維持土壤酸度基本恒定。

4.3合理的水肥管理

銨態(tài)氮的硝化及產生的NO3-隨水淋失是加劇土壤酸化的重要原因。因此，通過合理的水肥管理，以盡量減少NO3-的淋失也能減緩農田土壤酸化，這是國外阻控化學氮肥引起農田土壤酸化的常用措施。例如，選擇合理的施肥時間，讓施入土壤的肥料盡可能為植物吸收利用。另外，確定合理的氮肥用量，也可以減少氮肥損失，減緩土壤酸化，因為過量施用氮肥必然導致氮肥在土壤中的殘留和淋失。在酸性土壤地區(qū)使用緩釋肥料也可以減少氮肥損失，提高氮肥利用率，起到減緩土壤酸化的作用。

4.4以硝態(tài)氮肥替代銨態(tài)氮肥用于設施農業(yè)生產

作物吸收硝態(tài)氮，其根系會釋放氫氧根離子(OH-)，能中和根際土壤的酸度。澳大利亞學者據(jù)此建立酸性土壤的生物改良方法。國內已開展的類似研究也發(fā)現(xiàn)，當施用硝態(tài)氮肥時植物通過其根系與土壤的相互作用提高土壤pH值。因此，以硝態(tài)氮肥替代銨態(tài)氮肥可以從源頭切斷氮肥在土壤中產酸?？紤]到硝態(tài)氮肥的價格較高，且在高溫多雨的熱帶和亞熱帶地區(qū)的土壤中容易淋失，建議在設施農業(yè)生產蔬菜和瓜果等高附加值農產品時優(yōu)先使用硝態(tài)氮肥，避免氮肥對土壤酸化的影響。大多數(shù)蔬菜和瓜果屬于喜硝植物，對硝態(tài)氮有偏好吸收，因此施用硝態(tài)氮肥還可提高氮肥利用率。

4.5積極研發(fā)和推廣農作物秸稈炭化還田技術

農作物秸稈經過熱解炭化制備的生物質炭是一種優(yōu)良的酸性土壤改良劑，不僅可以在短期內中和土壤酸度，提高土壤pH值，而且可顯著提高土壤的酸緩沖容量和抗酸化能力，對酸化土壤的治理及化學肥料持續(xù)施用導致的土壤再酸化的阻控均有很好的效果。與傳統(tǒng)秸稈直接還田相比，炭化還田具有減量化、養(yǎng)分富集、有機物不易分解等優(yōu)點。施用生物質炭還可改善土壤理化性質，提高土壤肥力水平。但目前主要的做法大多是將秸稈收集到固定場所再進行炭化處理，成本很高，難以推廣。未來應鼓勵多學科、多專業(yè)交叉與合作，加強秸稈田間就地炭化技術以及炭化與機械化還田一體技術的研發(fā)，降低秸稈炭化處理成本，為大面積推廣消除障礙。

5酸化土壤的改良技術措施

施用石灰是改良土壤酸度的傳統(tǒng)而有效的方法，在國內外都已得到廣泛的應用。但如上文所提到的，該方法也存在一些不足。磷石膏普遍用于改良熱帶和亞熱帶地區(qū)表下層土壤的酸度，但該方法在我國的應用也存在不足。因此，需要針對我國農田土壤的酸度特點開發(fā)酸化土壤的改良新技術。

5.1表層與表下層土壤酸度的同步改良技術

堿渣是氨堿法生產純堿的副產品，含豐富的碳酸鈣和一定量的碳酸鎂，有害物質含量非常有限，可用作酸性土壤改良劑。研究發(fā)現(xiàn)表層施用堿渣可以同時改良表層和表下層土壤酸度。主要機制是堿渣中的硫酸根(SO42-)和氯離子(Cl-)促進了鈣離子(Ca2+)和鎂離子(Mg2+)等鹽基陽離子在土壤剖面中遷移。例如，將植物秸稈等農業(yè)廢棄物與堿渣配合施用，對表下層土壤酸度的改良效果更好。

5.2不同無機改良劑的配合施用

將石灰等堿性改良劑與富含養(yǎng)分的工業(yè)廢棄物配合施用，可以在中和土壤酸度的同時提高土壤養(yǎng)分含量。如農作物秸稈等生物質發(fā)電產生的灰渣富含鈣和鉀，豬骨提取膠原蛋白后的骨渣富含磷。將其與堿渣配合施用，顯著提高酸性土壤pH值和磷、鉀、鈣和鎂等養(yǎng)分的含量，還可促進作物對養(yǎng)分的吸收，提高作物產量。

5.3酸化土壤的有機改良技術

作物秸稈等農業(yè)廢棄物及其制備的生物質炭和有機肥等均含一定量的堿性物質，但其堿含量低于石灰等無機改良劑，可作為較溫和的改良劑用于中等酸化程度的酸性土壤改良。這些有機改良劑還可提高土壤有機質和養(yǎng)分含量、改善土壤理化性質，提高土壤肥力。

5.4大力推廣酸化土壤的綜合改良技術

土壤酸化伴隨著土壤肥力退化和養(yǎng)分缺乏等問題，目前采用單施石灰的方法雖然對治理土壤酸度很有效，但不能解決酸性土壤肥力低和養(yǎng)分缺乏等問題。將石灰等無機改良劑與有機肥、秸稈或秸稈生物質炭按一定的比例配合施用，不僅可以中和土壤酸度，還能同時提高土壤肥力，保持土壤養(yǎng)分平衡。但目前這些綜合調控技術還沒有受到足夠的重視，亟待進行大面積示范和推廣應用。

6結語

由于高強度農業(yè)利用和化肥大量施用導致我國熱帶和亞熱帶地區(qū)農田土壤持續(xù)快速酸化，對農業(yè)生產和生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害。采取增施有機肥減施化肥、推廣秸稈炭化還田以及采用有機、無機復合改良技術等阻控土壤酸化、改良酸化農田土壤，遏制土壤的持續(xù)酸化，將我國熱帶和亞熱帶地區(qū)的土壤酸度維持在較低水平，對我國農業(yè)可持續(xù)發(fā)展和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施具有重要意義。