洪澤湖南岸近30年來土壤酸化趨勢分析

李聰+趙偉男+楊用釗+張杰+徐建明+羅玉明+劉廷武

摘要：利用洪澤湖南岸的金湖、盱眙和洪澤3縣的9個土壤監(jiān)測點近30年土壤相關監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析土壤pH值、土壤全氮含量、有效磷含量、有機質(zhì)含量及陽離子交換量等指標變化。結(jié)果表明，由于過量化肥的施用，30年來洪澤湖南岸地區(qū)土壤pH值普遍下降2左右，土壤中全氮含量增加了1倍以上，有效磷含量增加了2倍，個別地區(qū)甚至達到3倍以上，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導致的土壤酸化問題十分明顯。低pH值導致該地區(qū)土壤陽離子流失嚴重，其陽離子交換量不足原來的50%，已對作物的礦質(zhì)營養(yǎng)代謝帶來危害，應在本地區(qū)重視鈣肥、鉀肥及其他微量元素肥料的投入使用。

關鍵詞：洪澤湖;土壤酸化;氮磷含量;陽離子

中圖分類號： S153 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）04-0329-03

收稿日期：2014-04-24

基金項目：江蘇省高校自然科學研究面上項目（編號：13KJB210001）;江蘇省高等學校大學生創(chuàng)新訓練計劃（編號：201310323040Y）;江蘇省淮安市科技支撐計劃（編號：SN13049）。

作者簡介：李 聰（1994—），男，江蘇徐州人，研究方向為作物營養(yǎng)與環(huán)境響應。Tel：（0517）83525990;E-mail：licongbio@163.com。

通信作者：劉廷武，博士，講師，研究方向為作物生理生化及土壤肥料。E-mail：liutw@hytc.edu.cn。

近幾十年來，土壤酸化已經(jīng)成為一個嚴重的世界性生態(tài)環(huán)境問題[1]。有研究發(fā)現(xiàn)，我國耕作區(qū)高達90%的農(nóng)田發(fā)生不同程度的酸化現(xiàn)象，土壤pH值平均下降約0.5，相當于土壤酸量在原有基礎上增加了2.2倍[2]。

土壤酸化的成因，一般認為主要來自2個方面，一是大氣中酸性物質(zhì)的沉降作用;一是高氮肥的過量使用。此前，人們更多地關注酸沉降導致的土壤酸化，全球氮肥大量施用所引發(fā)的土壤酸化一直未引起重視。但近期的統(tǒng)計數(shù)字表明，氮肥過度使用引起的土壤酸化問題更加嚴重。肥料施用產(chǎn)生的單位面積酸性物質(zhì)的量遠大于單位面積的酸沉降量，過量使用化肥引起的土壤酸化作用較酸沉降的影響大25倍[3]。20世紀80年代以來，中國化肥用量相當驚人，在占世界7%的耕地上消耗了全球35%的氮肥。我國的糧食產(chǎn)量從1981年的3.25億t增加到2008年的5.29億t，增長率為63%，而氮肥的使用量卻增加了2倍。盲目使用化肥已成一種掠奪性的開發(fā)方式，其結(jié)果不僅難以增加農(nóng)作物產(chǎn)量，反而加速了土壤酸化，已成為限制農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因子[4]。

2009年江蘇省環(huán)保廳的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，江蘇省內(nèi)大部分地區(qū)存在土壤酸化問題，其中以太湖流域最為嚴重，里下河一帶、洪澤湖南側(cè)也呈現(xiàn)了較快的酸化趨勢[5]。針對目前的形勢，筆者根據(jù)近30年來在洪澤湖南岸金湖縣、盱眙縣、洪澤縣3縣9個耕作區(qū)監(jiān)測點土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了區(qū)域內(nèi)近30年來的酸化趨勢及土壤理化性狀的變化，為洪澤湖南岸區(qū)域內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及土壤酸化控制等提供必要的基礎數(shù)據(jù)及指導。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

在洪澤湖南岸區(qū)域的金湖縣（前鋒鎮(zhèn)淮村、金北鄉(xiāng)馬崗、農(nóng)技中心）、盱眙縣（官灘鎮(zhèn)合山村、河橋鎮(zhèn)河橋村、觀音寺龍墩口）、洪澤縣（高澗鎮(zhèn)潯河村、東雙溝鎮(zhèn)青云、岔河鎮(zhèn)施湯村）3縣9個江蘇省淮安市土壤肥料技術指導站監(jiān)測站點1982年、2007年、2011年和2013年監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括土壤pH值、全氮含量、有機磷含量、有機質(zhì)含量、速效鉀含量等指標，其中1982年各指標數(shù)據(jù)為全國第2次土壤普查各縣數(shù)據(jù)。

1.2 統(tǒng)計分析

用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要監(jiān)測點土壤pH值變化情況

由圖1可知，自1982年以來，各地土壤的pH值均呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，9個監(jiān)測點平均下降1.5，其中洪澤縣高澗鎮(zhèn)下降了2，酸化趨勢最嚴重。參照Guo等在全國范圍內(nèi)的土壤酸化分析結(jié)果可知，我國耕地pH值平均下降0.5～0.8，可見洪澤湖南岸區(qū)域內(nèi)的酸化程度遠大于全國平均值，酸化趨勢極明顯。王志剛等分析了江蘇省范圍內(nèi)1980—2003年土壤pH值變化情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在該區(qū)域內(nèi)pH值明顯下降[5]，與本研究的結(jié)果一致。比較2011年和2013年的pH值可知，在這2年內(nèi)除盱眙縣的3個監(jiān)測點土壤pH值小幅下降外，其他6個點pH值較穩(wěn)定，變化不大。這可能是由于近年來酸化問題日益引起廣泛關注，各地均采取了必要措施，控制土壤pH值進一步降低[6]。

2.2 各監(jiān)測點土壤氮磷含量的變化

長期以來由于農(nóng)田化肥的過量使用，遠遠超過作物生長所需，造成土壤中氮素過量積累[7]。比較9個監(jiān)測點土壤全氮含量（圖2）可知，近30年來各監(jiān)測點土壤全氮含量普遍比1982年增加了1倍以上，其中尤其以1982—2007年變化最明顯，盱眙及洪澤2縣的6個監(jiān)測點土壤全氮含量急劇增加。

2007—2013年，土壤氮含量變化不大，這與土壤酸化問題被重視后氮肥投入量有所控制有關[8]。金湖縣3個監(jiān)測點土壤全氮含量呈逐年增加的趨勢，調(diào)查發(fā)現(xiàn)前鋒鎮(zhèn)淮村及農(nóng)技中心監(jiān)測點在2007年以前為非耕作區(qū)，后期開發(fā)為糧食種植區(qū)，其土壤中的氮含量還未達到閾值，因此土壤的含氮在近幾年顯著上升。

與土壤全氮含量類似，30年間土壤有效磷含量也呈現(xiàn)較為明顯的增加趨勢（圖3），多個監(jiān)測點土壤有效磷含量在2007年達到最大值，比1982年升高了2倍以上，其中在個別地區(qū)（金湖縣農(nóng)機中心、盱眙縣觀音寺龍墩口、洪澤）的增幅甚至達到3～5倍。與氮含量變化類似，有效磷含量在2007年以后增長趨勢有所放緩，甚至在幾個監(jiān)測點出現(xiàn)短暫下降，但由于土壤中其他形態(tài)磷酸的殘留，通過化學轉(zhuǎn)化等方式，短期內(nèi)土壤有效磷的含量仍處于較高水平[4]。endprint

2.3 各監(jiān)測點土壤有機質(zhì)含量的變化

土壤有機質(zhì)是土壤中各種營養(yǎng)元素重要來源，一般來說土壤有機質(zhì)含量是土壤肥力的一個重要指標[9]。如圖4所示，各監(jiān)測點土壤有機質(zhì)含量在30年間增加明顯，普遍升高1倍以上。1982—2007年，土壤的有機質(zhì)含量提升極快，但2007—2011年，增長速度普遍放緩，在盱眙縣河橋鎮(zhèn)及洪澤縣等4個監(jiān)測點甚至出現(xiàn)有機質(zhì)含量明顯下降的情況?？梢姡斖寥烙袡C質(zhì)含量提升到一定閾值后，過度耕作或營養(yǎng)失衡會導致肥力的喪失。

2.4 各監(jiān)測點土壤可交換性陽離子含量的變化

各監(jiān)測點的可交換陽離子（CEC）的含量如圖5所示，土壤可交換性陽離子含量在30年間明顯減少，普遍降低到1982年的40%～51%，這與土壤pH值的變化趨勢是高度一致的?？梢?，土壤酸化導致土壤中的陽離子被置換，并隨著地表徑流等方式流失到農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)之外[10]。

3 討論

由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所造成的土壤酸化一直缺乏足夠關注，近年來越來越多的結(jié)果表明，盲目施用化肥會使土壤中有機質(zhì)含量下降，土壤板結(jié)等情況時有發(fā)生。有研究表明，我國化肥的平均利用率僅35%左右，每年農(nóng)田中投入的化肥絕大部分殘留到土壤中。本研究結(jié)果顯示，1982年以來，洪澤湖南岸3縣9個監(jiān)測點的全氮含量升高1倍以上，有效磷含量增加2～5 倍。

由于消化、反硝化等作用，氮肥在土壤中產(chǎn)生硝酸鹽，尤其是一些氨態(tài)氮肥和有機氮肥在轉(zhuǎn)變成硝酸鹽時會釋放出質(zhì)子，排放到土壤中引起土壤酸化[11]，此外一些生理酸性肥料如磷酸鈣、硫酸銨、氯化銨等在植物吸收NH4+的同時，根系交換出質(zhì)子，土壤中過多質(zhì)子的存在導致土壤pH值下降明顯[8，12]。本研究結(jié)果顯示，9個檢查點土壤pH值從7.0降到5.0左右，降幅達2，可見在本地區(qū)內(nèi)酸化程度十分嚴重，必須引起重視。

酸化的土壤一方面通過其較低的pH值引起作物生長不適，另一方面通過質(zhì)子交換，改變土壤中陽離子的含量及組成。根據(jù)本調(diào)查結(jié)果可知，9個監(jiān)測點內(nèi)土壤CEC的含量從30 cmol/kg降至12 cmol/kg，個別監(jiān)測點甚至降到10 cmol/kg以下，降幅超過50%?？梢姡峄寥缹е碌年栯x子大量流失，進一步影響作物生長的礦質(zhì)代謝，導致作物營養(yǎng)缺乏、生長不良。已有研究表明，過量施肥的土壤常常導致鈣、鎂、鉀、及其他微量元素的缺乏[2，7，13-15]。在以后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，肥料使用應更多注重鈣肥、鉀肥和微量元素肥料的應用。

本研究還發(fā)現(xiàn)，無論是土壤pH值，還是土壤氮磷含量，在2007年以后，其變化趨勢均趨于緩和，表明經(jīng)過前一階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式過度粗放，已帶來一些惡劣后果，已經(jīng)引起了政府等相關部門的關注。另一方面，經(jīng)過20多年的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術有了普遍提高，政府同時采取了必要的措施，如大量的秸稈在作物收割過程中直接歸還土壤[16]、減少化學肥料的用量、取而代之多使用有機肥等方式[6]，對本地區(qū)土壤酸化的進一步惡化起到了有效的遏制作用[17]，但同時從土壤CEC的變化中還可以看出，由于pH值已經(jīng)降到較低水平，在短期內(nèi)陽離子等營養(yǎng)元素仍處于流失狀態(tài)，恢復可能需要更長的時間[18]。

4 結(jié)論

本研究通過比較洪澤湖南岸金湖、盱眙和洪澤3縣9個監(jiān)測點的土壤數(shù)據(jù)，分析30年土壤pH值及其他理化性質(zhì)的變化，主要取得以下幾個結(jié)論：（1）30年間，各監(jiān)測點pH值均明顯下降，平均下降2，表明該地區(qū)內(nèi)土壤酸化情況嚴重，應高度重視;（2）土壤氮磷含量在30年間明顯增加，其中氮含量增加1倍以上，有效磷含量增加2～5倍，說明在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中過量使用氮磷化肥，在土壤中累積明顯;（3）土壤中的陽離子含量從1982年開始明顯下降，普遍低至原始值的50%以下，已經(jīng)影響到了作物的吸收利用，在以后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中應當注意鈣、鎂及其他微量元素肥料的投入。

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