南方地區(qū)紅壤酸化及綜合防治技術(shù)

徐明崗 文石林 周世偉 孫楠

紅壤是我國長江以南最主要的土壤類型，酸性強(qiáng)，pH值多在5.5以下。本文闡明了紅壤酸化的特征，以及酸化紅壤中土壤pH值、鋁離子濃度對作物生長的毒害閾值和機(jī)理，提出了酸性紅壤的綜合防治技術(shù)。

引言

紅壤是我國南方地區(qū)重要的土壤類型之一，遍及湖南、江西、福建、廣西等13個(gè)省（區(qū)），總面積約5690萬公頃，占全國土壤總面積的6.5%，pH值多在5.5以下，酸性強(qiáng)，需要改良才能利用。本團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)20年，深入研究了湖南、江西、福建和廣西等?。▍^(qū)）長期不同施肥和種植模式下，紅壤酸化的特征、機(jī)理、酸緩沖性能和酸化速率等，結(jié)合野外監(jiān)測和調(diào)查，利用盆栽試驗(yàn)研究了紅壤酸化中土壤pH值、鋁離子濃度對作物生長的毒害閾值和機(jī)理，提出了紅壤酸化的綜合防治技術(shù)。

一、闡明我國南方紅壤酸化特征

野外取樣分析表明，自第二次土壤普查以來，南方紅壤pH值下降了0.2～1.2個(gè)單位，平均下降0.5～0.6個(gè)單位。湖南省紅壤旱地土壤pH值變化范圍為4.5～6.1，為偏酸性和酸性土壤，其中，pH≤5.5的酸性土壤占樣本總數(shù)的70.2%；福建土壤pH值下降了0.4個(gè)單位，廣西和江西分別下降了約0.6個(gè)單位。

不僅糧田土壤存在酸化現(xiàn)象，果園和菜園的土壤酸化也很嚴(yán)重。廣西紅壤的柑桔、荔枝、龍眼和芒果4種果園151個(gè)樣品統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，pH值小于4.5的強(qiáng)酸性果園，以及pH值在4.5～5.5之間的酸性果園分別占樣本總數(shù)的34%和49%，比1980年分別增加了19%和11%，酸化趨勢越來越嚴(yán)重，且具有普遍性，應(yīng)給予重視。

二、探明紅壤酸化的影響因素

1.施肥不科學(xué)，結(jié)構(gòu)不合理，偏施氮肥加速土壤酸化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，紅壤區(qū)化肥施用量是1980年的1.7～4.6倍，有機(jī)肥施用量減少了近一半，占總施肥量比例不足5%。監(jiān)測結(jié)果表明，長期施用化肥氮肥，20年后土壤pH值從5.7降到4.5左右，尤其是單施氮肥和氮鉀肥配施的土壤，pH值已經(jīng)降到了4.2。相反，施用有機(jī)肥的土壤，pH值則保持穩(wěn)定或有所增加。

2.不合理的連作制度加速了土壤酸化。研究發(fā)現(xiàn)，連作模式比輪作模式土壤酸化現(xiàn)象更明顯，連作模式的土壤pH值比輪作降低0.2個(gè)單位。

3.大氣酸沉降和酸雨加劇土壤酸化。湖南省在酸沉降中氮的帶入量以NH4+-N為主，為NOX--N的2.4倍；干濕相比較而言，以干沉降為主，占比62.8%。福建全省23個(gè)列入統(tǒng)計(jì)的城市中，有20個(gè)城市出現(xiàn)酸雨。

三、揭示長期偏施或過量施用化肥對紅壤酸化的作用機(jī)理

1.土壤交換性酸、鋁離子和氫離子含量增加。偏施或過量施用化肥（N、NP、NK和NPK）土壤交換性氫離子是不施肥對照（CK）土壤的2倍，交換性鋁比CK處理增加30倍左右，且隨施肥年限的延長而增加；施有機(jī)肥（單施有機(jī)肥或化肥和有機(jī)肥配施）土壤交換性氫離子、鋁離子比CK低，且土壤交換性酸、鋁離子和氫離子含量隨施肥年限延長呈下降趨勢。

2.土壤鹽基總量和鹽基飽和度降低。施用氮肥和氮鉀肥土壤的鹽基總量與19年前相比，分別減少了6.52cmol/kg和6.25cmol/kg，鹽基飽和度分別降低73.42%和70.91%，土壤中的鉀、鈉、鈣、鎂等陽離子減少。

3.土壤鹽基離子下移并具有垂向變化特征。土壤pH值明顯變小的拐點(diǎn)基本在土壤剖面50cm左右，說明近地表50cm的土壤處于酸化狀態(tài)，有毒的可溶性鋁離子大量溶出。

4.土壤營養(yǎng)元素流失和有效性降低。土壤酸化使鹽基飽和度降低，土壤礦物質(zhì)元素流失嚴(yán)重，土壤對磷酸根的固定能力增強(qiáng)，土壤中磷的有效性降低，有效性硼、硅等微量元素含量也有所降低，使土壤更趨貧瘠化。

5.土壤微生物類群、數(shù)量和土壤酶活性發(fā)生改變，不利于土壤培肥與修復(fù)。

6.在長期偏施或過量施用化肥的情況下，土壤的緩沖體系發(fā)生變化，由硅酸鹽緩沖體系+交換性陽離子緩沖體系過渡為以風(fēng)化礦物為主的鋁緩沖體系，土壤的緩沖容量已經(jīng)進(jìn)入土壤有機(jī)質(zhì)和土壤陽離子交換量無明顯關(guān)系區(qū)域，土壤緩沖容量明顯增加，提高了土壤修復(fù)難度和成本。紅壤的平均酸化速度變化范圍在0.482～3.788kmolH+/hm2/a之間，與土壤pH值下降趨勢一致，單施氮肥和施氮鉀肥土壤酸化速率最大。

四、探明紅壤酸化對作物生長及產(chǎn)量的影響，確定了南方幾種主要作物受鋁毒害的閾值

1.長期施用化肥作物產(chǎn)量下降，變化趨勢與土壤pH值呈正相關(guān)關(guān)系。

2.鋁在作物體內(nèi)積累導(dǎo)致鋁毒害。鋁毒首先影響作物根系，使根細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能受到損害，影響根的正常生長及生理功能；其次鋁在根內(nèi)大量沉積，阻礙養(yǎng)分吸收且可能抑制一些植物對鉀的吸收；嚴(yán)重削弱作物養(yǎng)分運(yùn)輸能力，阻礙養(yǎng)分順利到達(dá)植物需要供養(yǎng)的生長部分。

3.鋁毒害嚴(yán)重抑制作物根系生長，使根系總量和根毛減少，大大減弱根系吸收水分的能力，影響水分的向上運(yùn)輸。

4.確定了幾種作物pH值、鋁毒害閾值。通過盆栽試驗(yàn)，證明大豆、玉米、小麥pH危害閾值在4.2～4.6之間，鋁毒害閾值則因作物不同而發(fā)生變化：當(dāng)土壤交換性鋁為3.6cmol/kg，水溶性鋁0.92cmol/kg，pH=4.3時(shí)，小麥遭受毒害；當(dāng)土壤交換性鋁為4.66cmol/kg、pH=4.6時(shí)，玉米遭受毒害；土壤交換性鋁為3.8cmol/kg，水溶性鋁達(dá)到1.03cmol/kg，pH=4.4時(shí)，油菜遭受毒害；土壤交換性鋁為4.86cmol/kg，水溶性鋁為1.96cmol/kg，pH=4.3時(shí)，大豆遭受毒害。

五、提出紅壤酸化綜合防治技術(shù)

1.化學(xué)改良技術(shù)

化學(xué)改良技術(shù)主要有白云石粉、石灰、堿性肥料、紅壤改良調(diào)理劑等，效果明顯，可使作物增產(chǎn)15%～21%。

1.1施用白云石粉

白云石粉是碳酸鈣和碳酸鎂以等分子比結(jié)晶的碳酸鈣鎂鹽，施用白云石粉是改良酸性紅壤的一種重要措施，不僅能改良酸性紅壤，也能避免因施用石灰不均勻或用量過大對作物生長造成傷害。

油菜產(chǎn)量隨白云石粉施用量增加而提高，但施用白云石粉油菜的農(nóng)學(xué)效率隨施用量的增加而下降，從增產(chǎn)效果及農(nóng)學(xué)效率兩方面考慮，白云石粉適宜用量為每公頃750～1125kg（表1）。

從增值幅度和增值率分析，隨著白云石粉施用量的增加，增值和增值率均呈下降趨勢（表2）。

1.2施用石灰

在紅壤旱地施用石灰可提高土壤pH值和產(chǎn)量，施用375～1125kg/hm2的石灰有明顯增產(chǎn)和防治土壤酸化效果（表3），該措施成本低、用量小、效果明顯。

1.3施用紅壤改良調(diào)理劑

紅壤的特點(diǎn)是酸、粘、瘦、土壤pH值較低、有效養(yǎng)分缺乏，加入堿性無機(jī)物、海泡石粉，富含鈣、鎂及松散物（膨化珍珠）和有效養(yǎng)分等造粒而成的紅壤調(diào)理劑，在大田多種作物上的試驗(yàn)結(jié)果表明，能夠提高土壤pH值0.2～0.3個(gè)單位，增產(chǎn)幅度24%以上（表4）。

1.4施用堿性肥料

鈣鎂磷肥是一種弱堿性肥料，施用鈣鎂磷肥不僅可以給作物營養(yǎng)，還能降低土壤酸性，效果明顯，成本適中，農(nóng)民易接受。2002—2003年在紅壤旱地大豆-花生中試驗(yàn)，在pH值為4.76的紅壤旱地，氮、鉀肥用量相同（花生、大豆施N量分別為150kg/hm2和90kg/hm2；施K2O量分別為180kg/hm2和120kg/hm2）的條件下，施用不同用量的鈣鎂磷肥可以提高土壤的pH值0.2個(gè)單位左右，增加花生、大豆的產(chǎn)量約10%，而施用過磷酸鈣則會導(dǎo)致土壤酸化，且增產(chǎn)效果也較鈣鎂磷肥差（表5）。

2.生物防治技術(shù)—種植耐酸牧草

種植禾本科和豆科牧草被公認(rèn)是改良土壤和保護(hù)土壤的主要途徑。研究表明（表6、表7），不同種植模式，經(jīng)過3～5年，土壤有機(jī)質(zhì)、陽離子代換量及氮、磷、鉀等有效養(yǎng)分得以提高，土壤pH值一般升高0.3～0.5個(gè)單位。

3.施用有機(jī)肥和秸稈還田

3.1施用有機(jī)肥

土壤酸化最大的特點(diǎn)是土壤中交換性鋁含量的增加導(dǎo)致作物受鋁的危害，而紅壤的有機(jī)質(zhì)則是影響土壤交換性鋁活度的重要因素。為了闡明紅壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤活性鋁的關(guān)系，對長期不同施肥土壤進(jìn)行室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，不同肥料品種對土壤有機(jī)質(zhì)累積不同，加入等量的鋁后，土壤對鋁的吸附能力不同，再次浸提出來的活性鋁含量也不相同（表8）。

以上結(jié)果表明，施用有機(jī)肥可以降低代換性鋁的含量，減輕鋁的毒害，是改良紅壤酸性的重要措施。因此，增施有機(jī)肥可以明顯阻止土壤酸化，增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤肥力（表9）。與單施化肥比較，化肥和有機(jī)肥配合施用或單施有機(jī)肥，土壤pH值升高了0.2～0.3個(gè)單位，土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、磷、鉀，以及速效氮、磷、鉀含量明顯升高，這說明增施有機(jī)肥對土壤酸度和化學(xué)性狀具有顯著的改良作用。

對有機(jī)肥料用量與土壤酸度改良關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥料不但能增加玉米生物產(chǎn)量，還能提高土壤pH值和養(yǎng)分，特別對提高土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷效果更顯著（表10）。

3.2秸稈還田

紅壤利用改良中，采用秸稈還田對土壤熟化的作用等進(jìn)行了取土測試，結(jié)果表明，長期施用秸稈，同樣能降低土壤鋁毒害，提高土壤pH值0.3個(gè)單位左右（表11）。

從表11可以看出，秸稈還田處理土壤pH值高于施肥處理（NPK），而交換性鋁和水溶性鋁含量低于NPK處理。從不同剖面深度表現(xiàn)看出，對照（CK）、化肥處理（NPK）交換性鋁和水溶性鋁含量從上到下呈減少趨勢，而秸稈則與其相反。這說明，秸稈對土壤表層酸化的改良效果明顯。

對酸化的紅壤旱地開展了秸稈用量改良酸度試驗(yàn)，結(jié)果表明，在酸化土壤上，施用秸稈（秸稈加入量按土壤的0.5%、1%、1.5%），能夠提高土壤的pH值，表現(xiàn)開始土壤的pH值上升幅度大，隨時(shí)間延長而下降，360天后，土壤的pH值上升0.2個(gè)單位以上（表12）。

此外，還有研究表明，甘蔗葉直接還田也能提高土壤pH值0.3個(gè)單位左右，還能使甘蔗產(chǎn)量提高4560～11262kg/hm2，增產(chǎn)幅度為2%～13.6%，平均增產(chǎn)8.9%。

以上結(jié)果表明，紅壤利用改良中，長期施用有機(jī)肥和秸稈還田，可使土壤有機(jī)質(zhì)增加，從而起到降低土壤鋁毒和改善土壤酸度的作用，以耕層0～20cm最明顯，并且可以向下延伸到20～50cm土層，有效改良和防治紅壤酸化。

責(zé)編/劉榮