植物营养研究进展

土壤酸化研究进展

资源与环境学院刘文祥 20081875

摘要：环境酸化是全球变化中的一个重要内容, 土壤酸化是环境酸化的一个重要方面。酸雨也是导致土壤酸化原因之一，同时农业措施也是一大主因综述了土壤酸化研究的进展, 主要有土壤酸化的概念、表示方法、研究方法、土壤酸化敏感性、土壤酸化与元素淋失的关系等方面。最后提出了进一步研究的方向，并给出改良措施，为土壤酸化改良方面给予指导。

关键词：土壤酸化酸雨酸性改良

一、土壤酸化概念与现状

土壤退化是指人类对土壤的不合理利用而导致的土壤质量和生产力下降的过程。主要有侵蚀化、土壤酸化、污染退化、肥力退化和生物学退化。目前,随着人口、环境资源的矛盾日益突出,土壤退化已经成为全球性的重大问题,由酸沉降导致的土壤酸化是全球变化中的一项重要内容,土壤酸化将加速土壤酸度的下降和元素的淋失,土壤贫瘠化;某些重金属元素的淋出则会毒害植物根系。土壤酸化作为土壤退化的一个重要方面, 加速了土壤酸度的提高、大量营养元素的淋失,造成土壤肥力的下降,严重影响作物的生长。由于土壤在陆地生态系统中处于物质迁移和能量转换的枢纽地位,研究土壤酸化对生态系统的影响尤为重要。

1、土壤酸度和土壤酸化的概念

根据土壤中H+的存在形态,可将土壤的酸度分为两大类型:一是活性酸,是土壤溶液中H+ 浓度的直接反映,其强度通常用pH值来表示土壤的pH值愈小,表示土壤活性酸愈强;二是潜性酸,是由呈交换态的H+、Al3+ 等离子所决定。当这些离子处于吸附态时,潜性酸不显示出来。当它们被交换入土壤溶液后,增加其H+ 的浓度,这才显示出酸性来。土壤中潜性酸的主要来源是由于交换性Al3+ 的存在,交换性Al3+ 的出现或增加, 不是土壤酸化的原因,而是土壤酸化的结果。土壤的潜性酸度和活性酸度可以相互转化,而前者要比后者大得多。然而, 只有盐基不饱和的土壤才有潜性酸。

用石灰位来表示土壤的酸性强度,由于钙是土壤中主要的盐基离子,除了某些碱化土壤外,一般占盐基离子的60%～80%,因此,土壤的酸性强度可以用氢离子和钙离子的相对比例的变化来代表,二者的关系可用数学式pH- 0.5pCa 表示,它代表与土壤固相处于平衡的溶液中氢离子的活度和钙离子的活度差,称为石灰位。强酸性土壤的pH 低至4.0～5.0,其石灰位可低至1.5;盐基饱和的土壤的pH 高至7.0～8.0,其石灰位可高达7.0,其它土壤的石灰位介于二者之间。关于土壤酸化,土壤酸化是指土壤内部产生和外部输入的氢离子引起土壤pH 值降低和盐基饱和度减小的过程，在湿润气候区,土壤形成和发育的过程本身就是一个自然酸化的过程,大气污染所引起的干、湿酸沉降则大大加快自然土壤的酸化速率。

2、土壤酸化现状

从世界范围来看,酸性土壤主要分布在两大地区,一是热带、亚热带地区,二是温带地区。北欧和北美的酸化问题主要发生在灰化土上,而我国的酸性土壤主要分布在长江以南的广大热带和亚热带地区和云贵川等地,面积约为2.04×108 hm2,主要集中在湖南、江西、福建、浙江、广东、广西、海南,大部分土壤的pH 值小于5.5,其中很大一部分小于5.0,甚至是4.5,而且面积还在扩大,土壤酸度还在

升高。主要是近几十年来, 我国工业的发展,酸性气体的大量排放,酸性沉降物对环境的影响不断增加,造成我国南方地区酸沉降的频率和强度增加。目前我国南方黄红壤地区已成为世界上除北美和欧洲之外的第3大酸雨区。

3、土壤酸化原因

酸化是土壤风化成土过程的重要方面，导致pH值降低，形成酸性土壤，影响土壤中生物的活性，改变土壤中养分的形态，降低养分的有效性，促使游离的锰、铝离子溶入土壤溶液中，对作物产生毒害作用。土壤酸化是指土壤中氢离子增加的过程或者说是土壤酸度由低变高的过程,它是一个持续不断的自然过程。土壤中存在一些天然酸的形成过程,如土壤中动植物呼吸作用产生形成的碳酸, 还有动植物残体经微生物分解产生的有机酸等。这一过程的速度非常缓慢, 但人为的影响使得这一过程大大加速。影响土壤酸化的人为因素主要有两方面,一是酸性气体的大量排放, 导致酸沉降的增加。排放到空气中的SO2和NOx,有一部分直接渗入地表形成干沉降, 另一部分经过一系列的化学反应最后形成强酸H2SO4和HNO3, 雨水pH 随之下降形成酸雨;还有一个因素就是不当的农业措施, 如大量化学肥料特别是铵态氮肥的使用、豆科作物的种植、不当的施肥量和施肥方式、作物收获移走土壤中的碱性物质等。

二、土壤酸化机理

土壤酸化始于土壤中活性质子(氢离子)。土壤中氢离子的来源很多, 土壤中动植物呼吸作用产生形成的碳酸;水的解离; 降雨中一些无机酸, 如碳酸和硝酸; 酸雨中含有的大量硫酸; 酸性肥料和含氮肥料的硝化等。氢离子破坏了土壤中原来的化学平衡,氢离子和土壤胶体上被吸附的盐基离子交换, 氢离子被土壤胶体吸附, 使土壤胶体上交换性氢离子不断增加。而盐基离子进入土壤溶液, 随雨水流失。氢离子可以自发地与土壤中固相的铝化合物反应, 释放出等量的铝离子, Al3+ 水解释放出3个H+。土壤酸化导致元素的加速淋出。目前研究最多的元素是盐基离子(K、Na、Ca、Mg)和铝,少数文献研究了微量元素Cu、Cd、Fe、Mn、Pb、Zn和S2-(SO2-4)。而对于土壤酸化过程中营养元素氮、磷的淋溶特征涉及很少。

1、盐基离子的大量淋失

土壤酸化导致盐基离子的加速淋失, 而且其淋失量随土壤pH 值高低而变化。当土壤pH 值下降时土壤中正电荷增加, 净电荷减少,对钙、镁、钾等养分离子的吸附量显著减少。这些阳离子与土壤的结合能力随pH 值的降低而减少, 使得这些离子比较容易随水淋失。刘春生等研究发现: 用模拟酸雨处理褐土, 其酸度不同, 结果相差很大。4种盐基离子(Ca、Mg、Na、K) 被pH2～5的酸雨10 年淋失的总量分别为5070.8、780.7、566.5 和529.7 mg/kg,淋失总量与酸雨的H+ 浓度呈极显著的相关关系(r=0.9990)。俞元春等研究发现: 土壤经酸雨淋洗后土壤中交换性钾、钠、钙、镁的总量加上淋出液中钾、钠、钙、镁总量高于原土壤中的交换性钾、钠、钙、镁总量。说明土壤中某些矿物经酸雨淋洗后发生风化, 释放出盐基离子, 也说明长期酸雨淋洗会导致土壤养分库的损耗, 造成土壤养分贫瘠。

盐基离子对酸沉降的敏感性顺序一般Ca、Mg 比K、Na 更为敏感。例如广西红壤中交换性盐基离子对酸的敏感性顺序为Ca> Mg> Na> KX 。有时酸化程度对K、Na 无甚影响。但也有不同情况, 如K. A. Brown研究英国灰壤酸化敏感性的元素顺序是K>Mg>Ca。

2、活性铝的溶出

铝是土壤中最丰富的金属元素, 占地壳重量的7.1%, 土壤中铝能以各种化