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改良和修復土壤酸化意義重大

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【摘要】:
土壤酸化本是一個較為緩慢的自然過程,但近幾十年來,由于高強度人為活動的影響,國內耕地土壤酸化的進程大大加速,對生態環境和農業生產的危害加重,在熱帶和亞熱帶地區情況尤為嚴重。因此,采取有效措施減緩土壤酸化進程,并對嚴重酸化土壤進行改良和修復,對?;ど肪澈捅U嚇┮檔目沙中⒄茍季哂兄匾庖??! ”收叨越?0年來土壤酸化與調控的主要研究進展進行調研,為土壤酸化預測與控制以及酸性土壤的改良、利用和管理

江西多乐彩人工计划 www.arzja.com   土壤酸化本是一個較為緩慢的自然過程,但近幾十年來,由于高強度人為活動的影響,國內耕地土壤酸化的進程大大加速,對生態環境和農業生產的危害加重,在熱帶和亞熱帶地區情況尤為嚴重。因此,采取有效措施減緩土壤酸化進程,并對嚴重酸化土壤進行改良和修復,對?;ど肪澈捅U嚇┮檔目沙中⒄茍季哂兄匾庖?。

  筆者對近30年來土壤酸化與調控的主要研究進展進行調研,為土壤酸化預測與控制以及酸性土壤的改良、利用和管理提供參考。

  土壤酸化加速的原因

  土壤酸化是伴隨土壤發生和發育的一個自然過程,但研究發現,化學肥料,特別是銨態氮肥通過硝化作用釋放質子,可加速土壤酸化。

  近年來隨著研究的深入,越來越多的證據表明,氨氧化古菌可能在酸性土壤的硝化反應中發揮了主導作用,因此,熱帶、亞熱帶地區酸性紅壤中硝化反應與土壤酸化的關系成為新的研究熱點。不過,不同耕地的利用方式、氮肥的品種和施用水平等對紅壤酸化的影響及其與硝化反應的關系有待深入研究,通過長期施肥試驗并結合短期模擬研究,闡明紅壤酸化與硝化反應的定量關系,可為酸化控制提供依據。

  同時,農作物收獲會從土壤中移走鈣、鎂、鉀等鹽基養分,也加速了土壤酸化。研究表明,種植豆科類植物和茶樹對土壤酸化具有更明顯的加速作用。

  酸化對土壤的負面影響

  土壤酸化導致H+濃度增加,H+與鈣、鎂、鉀等鹽基性養分陽離子競爭換位,酸沉降讓這些鹽基離子大量淋失。酸沉降還會導致土壤溶液中硫酸根和硝酸根濃度增加,也促進了鹽基離子的淋失。酸化后,土壤對磷酸根、鉬酸根和硼酸根的吸附能力增加,土壤中磷元素、微量元素鉬和硼的有效濃度降低。

  土壤酸化使土壤中鋁和錳等毒性元素濃度增加,活動性增強,從而影響植物的正常生長。酸性土壤中的鋁元素被認為是森林退化、農作物生長不良甚至減產的主要原因。

  土壤酸化還會影響土壤微生物的活動。因為大多數土壤微生物都對酸敏感,土壤酸化后,土壤微生物的數量會減少,微生物的生長和活動受到抑制,進而影響到土壤有機質的分解和土壤中碳、氮、磷、硫的循環。

  國內研究人員對紅壤肥力退化的時空變化、退化機制、紅壤中養分循環特征等已開展了大量研究,不過,紅壤酸化對土壤肥力和養分循環的影響研究有待加強。目前研究人員對酸性土壤的肥力狀況及肥力退化的恢復等研究較多,但對土壤酸化過程與養分循環的交互作用和耦合機制等仍需深入研究。

  酸化土壤的改良與修復

  施用石灰等堿性物質改良農田酸性土壤,是酸化土壤地區的一項傳統農業措施,研究人員已開展了廣泛研究。一些工業廢棄物,如粉煤灰、堿渣、磷石膏、造紙廢渣等也用于酸性土壤改良,其中,磷石膏的應用最廣泛。由于石膏(CaSO4)的溶解度大于石灰石(CaCO3),其在土壤剖面中的移動性高于石灰石粉,對改良高度風化的熱帶、亞熱帶地區的亞表層和底層酸化土壤有很好的效果,已在巴西、美國和南非等地得到廣泛的推廣和應用。

  近年來的研究發現,一些農作物秸稈等農業有機廢棄物也可以改良酸化土壤,將農業有機物廢棄物經熱解制成的生物質炭也是一種很好的有機改良劑。不過,農業廢棄物及其衍生物對酸化土壤的改良研究大多停留在室內模擬階段,離田間實際應用還有較大差距。

  Weligama等報道,可利用喜硝植物如小麥根系吸收硝態氮過程中釋放的氫氧根中和土壤酸度,隨后的田間試驗進一步證明,可以基于硝態氮誘導的根際堿化,開發酸性表下層土壤的生物改良技術。該方法目前僅在澳大利亞半干旱地區開展了小范圍的研究,對降雨量豐富的熱帶和亞熱帶地區,其作用機制和效果有待進一步研究。

  雖然施用石膏和磷石膏可以改良熱帶、亞熱帶地區酸性底層土壤的酸度,但在石膏和磷石膏資源缺乏地區仍需開發新的方法。Van der Watt在Nature上報道了一種利用煤炭中提煉的富非酸鈣改良亞表層土壤酸度的方法,研究發現,其效果優于石膏、EDTA鈣鹽、Ca(OH)2和Ca-CO3。由于亞表層土壤酸化問題至今仍是困擾土壤學家的難題,特別是在熱帶和亞熱帶地區,對改良原理和技術的研究亟待加強。

  施用石灰等傳統改良技術在中國也得到普遍應用,磷石膏等工業廢棄物對酸化紅壤的改良效果也有一些研究。近年來中國在修復酸化紅壤的新方法研究中也取得了進展,基于農業有機廢棄物的有機改良方法、由農作物秸稈制備生物質炭改良劑、有機物與無機堿性物質配合制備復合改良劑等,在室內模擬條件下均取得很好的改良效果,但田間條件下的改良機制和效果有待研究。筆者認為,對于新的改良技術,還應建立長期田間試驗,考察改良劑的長期效果及可能的負面影響。

  研究土壤酸化加速機制

  雖然國內外對土壤酸化及其調控機理已開展了廣泛研究,取得了許多重要進展,但仍有一些問題至今還不完全清楚。特別在中國,由于酸沉降至今沒有得到有效控制,土壤酸化的加速作用持續存在;土地的高強度農業利用、大量銨態氮肥施用,對農田土壤酸化的加速作用越加明顯。而且,在酸沉降和銨態氮肥的影響下,中國酸化土壤的面積不斷擴大。

  因此,國內加強對酸沉降和高強度農業利用等因素長期影響下土壤加速酸化機制的研究意義重大。筆者建議,首先應建立一系列長期定位觀測試驗,在田間條件下研究并闡明土壤加速酸化的機制。在土壤酸化調控方面,要特別關注具有潛在酸化趨勢土壤的酸化控制,研發新方法,采取新措施,減緩土壤酸化進程,減輕土壤酸化對農業生產和生態環境的危害。同時,應將化學方法、生物學方法與農藝措施相結合,建立綜合調控技術,實現對紅壤加速酸化的長效控制。