(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都，610065)

土壤酸化是指土壤中鈣鎂等鹽基離子在被交換性氫鋁離子替換后淋失的過(guò)程，是一個(gè)較遲緩的自然成土過(guò)程[1]，然而由于人為的緣故，加劇了這一過(guò)程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的酸性土壤以長(zhǎng)江以南的亞熱帶和熱帶區(qū)域及云貴川等地分布為主，面積約為2.04×108hm2，占全國(guó)總面積的21.25%[2]。同時(shí)無(wú)論是森林和草地等自然植被條件下，還是果園、茶園、保護(hù)地和水稻等人為利用影響下，土壤均呈現(xiàn)酸化加劇的趨勢(shì)[3]。因此，采取有效的防護(hù)與治理措施以減少土壤酸化對(duì)土壤質(zhì)量的損害具有重要的意義。

1 土壤酸化的成因

土壤酸化的原因可分為自然和人為兩方面，其中自然酸化是自然界普遍存在的也是不可避免的，是伴隨著土壤生長(zhǎng)和發(fā)育一個(gè)自然而緩慢的過(guò)程，人為因素則在很大程度上加劇了這一過(guò)程。

1.1 自然因素

土壤的自然酸化主要是劇烈的風(fēng)化作用、土壤母質(zhì)中堿性陽(yáng)離子的流失和自然降雨等因素引起。我國(guó)長(zhǎng)江以南地區(qū)降雨量較大，土壤淋溶作用劇烈，因此土壤酸化加劇現(xiàn)象也較我國(guó)其他地方明顯。除此之外，土壤也可能由于微生物代謝活動(dòng)產(chǎn)生的和植物根系吸收養(yǎng)分時(shí)在根系附近土壤分泌的酸性物質(zhì)而自然緩慢酸化[4]。

1.2 人為因素

隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和高速發(fā)展，引發(fā)的酸雨和一些農(nóng)業(yè)措施大大加速了土壤酸化的速率。

1.2.1 酸雨

酸雨，即pH值小于5.6的大氣降水，又稱酸沉降，主要包括酸雨等濕沉降和氣體酸化性物SO2等干沉降。酸沉降主要是由于現(xiàn)代生產(chǎn)生活中燃燒化石燃料所產(chǎn)生的氮氧化物和硫氧化物，在大氣中擴(kuò)散后沉降到地面。酸雨所導(dǎo)致的土壤酸化具有致酸原因復(fù)雜、程度快、面積大等特點(diǎn)。因此造成的酸化土壤的修復(fù)與治理難度也較大。

1.2.2 不同的農(nóng)業(yè)措施

農(nóng)業(yè)措施在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺，一些不同的農(nóng)業(yè)措施在日積月累的條件下也會(huì)加速土壤的酸化，這些農(nóng)業(yè)措施主要包括[5]：

(1)化學(xué)肥料的不合理施用會(huì)加速土壤的酸化，尤其是氮肥的大量施用，這主要是由于施加氮肥后土壤的硝化等一系列作用產(chǎn)生的NO3-而引起的。不論是氮肥中的氯化銨等酸性肥料，還是碳酸氫銨和尿素等中性肥料，都會(huì)由于在NH4+被植物吸收后，剩余的酸根或產(chǎn)生的CO2溶于水而產(chǎn)生碳酸，導(dǎo)致土壤一定程度的酸化。

(2)移走植物產(chǎn)品或殘?bào)w可致使土壤酸化。在土壤-植物系統(tǒng)中，植物根部從土壤中吸收各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的同時(shí)會(huì)分泌酸性物質(zhì)或者OH-和HCO3-，以保證體系的平衡。然而這種吸收和分泌的均衡時(shí)間不會(huì)很長(zhǎng)，因?yàn)橹参镒罱K會(huì)以將殘?bào)w歸還土壤的形式將堿性物質(zhì)歸還，但是由于人為活動(dòng)，將植物產(chǎn)品或殘?bào)w移走，導(dǎo)致土壤不能及時(shí)獲得堿性物質(zhì)，這時(shí)植物根系就會(huì)持續(xù)分泌致酸物質(zhì)，導(dǎo)致土壤持續(xù)酸化。

(3)豆科類作物的大量種植。豆科類作物固氮作用會(huì)增加土壤氮的含量，然后在經(jīng)過(guò)一些列礦化和硝化作用后產(chǎn)生的NO3-會(huì)提升土壤酸度，致使土壤酸化。

(4)研究表明在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大水漫灌的灌溉方式在一定程度上會(huì)加劇土壤的酸化。各種灌溉方式相比，滴灌更利于減緩?fù)寥浪峄?。這是因?yàn)椴捎玫喂喾绞綍r(shí)，下表層土壤水溶性鹽分和硝酸鹽的積聚程度較輕。

2 土壤酸化對(duì)土壤質(zhì)量的影響

土壤酸化產(chǎn)生的最直觀的影響就是土壤pH值的下降，其次主要影響土壤的肥力地力質(zhì)量、健康質(zhì)量等。

2.1 土壤酸化對(duì)土壤肥力地力質(zhì)量的影響

土壤酸化會(huì)降低土壤的肥力質(zhì)量，主要是由于Ca2+、Mg2+等鹽基離子在H+的競(jìng)爭(zhēng)下大量淋失，土壤的鹽基飽和度隨之下降，從而致使土壤肥力下降[6]。土壤酸化會(huì)促使2:1黏土礦物向1:1型高嶺石的轉(zhuǎn)化，加速礦物的風(fēng)化，從而對(duì)堿性鹽基陽(yáng)離子和NH4+等的吸持能力減弱，導(dǎo)致土壤的保肥能力變?nèi)鮗7]。

2.2 土壤酸化對(duì)土壤健康質(zhì)量的影響

土壤酸化對(duì)土壤健康質(zhì)量(指土壤對(duì)人類和動(dòng)植物健康的影響能力)造成負(fù)面影響主要是土壤中活性鋁的大量溶出和重金屬元素的活化。

土壤中所聚集的H+與鋁進(jìn)行交換，使得土壤中的Al3+大量增加。當(dāng)土壤溶液中活性鋁達(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)抑制DNA的合成和有絲分裂，影響植物的細(xì)胞分裂，對(duì)植物根系造成的毒害尤為明顯[8]。同時(shí)由于鋁離子是多價(jià)離子，與土壤膠體的結(jié)合能力特別強(qiáng)，易置換土壤負(fù)電荷點(diǎn)上的鹽基離子，使其在進(jìn)入土壤溶液后被淋失。

土壤酸化會(huì)增加Pb、Cd、Mn等有毒金屬元素的活性，因?yàn)樵诘蚿H值下，有毒金屬離子的溶解度會(huì)增大，使其在土壤溶液中的濃度升高,這時(shí)有毒重金屬元素會(huì)持續(xù)沉降和積累在表土層，從而致使土壤成為有毒的環(huán)境介質(zhì)[9]。

3 土壤酸化的防護(hù)與治理

土壤酸化持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且緩慢，在土壤酸化到一定程度后，就很難通過(guò)自身作用得以恢復(fù)，因此對(duì)待土壤加速酸化問(wèn)題，減輕土壤酸化的危害可以從起因、經(jīng)過(guò)、結(jié)果三個(gè)方面著手，也就是控制土壤源頭、優(yōu)化農(nóng)業(yè)措施及已酸化土壤的改良。

3.1 源頭控制

加劇土壤酸化的源頭主要是酸沉降和化肥的大量施用。

控制酸沉降主要是要控制SO2、NOX等致酸氣體的排放，對(duì)此，政府可以嚴(yán)格制定相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，提倡積極運(yùn)用太陽(yáng)能等清潔能源，減少化石燃料燃燒，集成除塵和脫硫脫硝新技術(shù)，安裝機(jī)動(dòng)車尾氣凈化器，植樹(shù)造林等。

1985年全國(guó)化肥施用總量為1775.8萬(wàn)噸，而2012年使用量達(dá)到了6293.8萬(wàn)噸，為前者的3.5倍[10]?？梢?jiàn)我國(guó)的化肥使用量正在與日俱增。為了防止肥料的過(guò)度使用，可以采用測(cè)土配方的施肥技術(shù)，肥料分次施用，根區(qū)施肥以及選擇良好根系構(gòu)型的作物，都可在提高養(yǎng)分利用效率的同時(shí)減少化肥的施用量，同時(shí)也可以采用土壤和作物分析儀器開(kāi)發(fā)(SPAD)指導(dǎo)施肥，實(shí)現(xiàn)施用時(shí)間和施用量與作物對(duì)肥料的需求最大程度地吻合，減少不必要肥料的施用[11]。

3.2 優(yōu)化農(nóng)業(yè)措施

農(nóng)業(yè)措施是導(dǎo)致土壤酸化的重要人為因素之一，因此采用合理科學(xué)的農(nóng)業(yè)措施來(lái)減緩?fù)寥浪峄途徑庖阉峄耐寥里@得格外重要。

3.2.1 合理的選擇和施用肥料

由于施用化肥是直接從外部投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此能夠快速改變土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，針對(duì)土壤酸化的程度、所缺失的養(yǎng)分，結(jié)合農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中所需營(yíng)養(yǎng)元素及其吸收規(guī)律，合理地選擇不同的肥料配合使用，可有效地節(jié)約肥料、培肥土壤，減緩?fù)寥浪峄痆12]。

3.2.2 秸稈還田

植物產(chǎn)品及殘留物的移除會(huì)帶走堿性物質(zhì)從而會(huì)加快土壤的酸化。秸稈還田則會(huì)通過(guò)歸還堿性物質(zhì)減緩?fù)寥浪峄６箍祁愔参锝斩掃€田可以顯著提升土壤pH值，其中含氮量低且灰分堿度高的豆科植物殘?bào)w(如花生、蠶豆秸稈)對(duì)土壤酸度改良效果最好[13]。

3.2.3 合理選擇種植作物及品種

由于植物適應(yīng)土壤酸度的差異性，因此可以結(jié)合土壤的酸化現(xiàn)狀，選擇在此條件下適宜生長(zhǎng)的作物進(jìn)行種植。如在我國(guó)酸雨嚴(yán)重的南方地區(qū)，可以推廣種植耐酸作物，與此同時(shí)，對(duì)存在潛在酸化趨勢(shì)、酸緩沖能力弱或酸中和容量低等現(xiàn)象的土壤，應(yīng)減少豆科植物的種植[14]。

3.2.4 合理的水分管理和耕作模式

合理的水分管理，可以有效減少養(yǎng)分淋溶和流失，在枯水期，采用滴灌的方式，在節(jié)約水資源的同時(shí)也可促進(jìn)作物根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收；在豐水期，及時(shí)排水，避免淹水，以減緩?fù)寥浪苄喳}分和硝酸鹽過(guò)度積累導(dǎo)致的土壤酸化[15]。

由于不同的作物對(duì)土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)具有不同的吸收意向和吸收能力，因此可以通過(guò)利用水旱輪作和間作套種等方式來(lái)均衡土壤中養(yǎng)分的消耗，調(diào)節(jié)土壤的肥力，從而緩解土壤酸化。

3.2.5 加強(qiáng)酸化狀況監(jiān)測(cè)制定分類調(diào)控方案

依附已有的農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)資源，加強(qiáng)酸化現(xiàn)狀檢測(cè)，明確各地區(qū)土壤酸化的現(xiàn)狀、土壤酸化敏感性及酸化臨界點(diǎn)。與此同時(shí)，土壤的pH值在5.5～6.5之間的可劃分為弱酸性土壤，應(yīng)采取減小質(zhì)子源和提高抗酸能力等方式來(lái)減緩或阻抗土壤酸化；對(duì)pH值低于5.5的酸性土壤，應(yīng)著重采取提高土壤肥力的措施；對(duì)pH值低于5.0的強(qiáng)酸性土壤，可采取石灰等堿性物質(zhì)與肥料并施來(lái)改良酸化土壤；同時(shí)，對(duì)處于不同pH值的土壤應(yīng)進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，以便于及時(shí)有效地采取防治措施[16]。

3.3 酸化土壤的改良

對(duì)于已經(jīng)酸化的土壤，必須采用一些特殊的措施來(lái)使土壤恢復(fù)到滿足植物生長(zhǎng)需求的養(yǎng)分和結(jié)構(gòu)，目前運(yùn)用的酸化土壤改良措施主要是化學(xué)改良和生物改良，針對(duì)不同的酸化土壤，應(yīng)結(jié)合具體情況權(quán)衡利弊后選用適宜的改良措施。

3.3.1 化學(xué)改良

化學(xué)改良主要是運(yùn)用土壤改良劑(調(diào)理劑)對(duì)其進(jìn)行改良。酸化土壤改良劑的種類根據(jù)所采用的材料不同可以分為傳統(tǒng)改良劑、工礦業(yè)固體廢物改良劑、有機(jī)物料改良劑、新型改良劑和復(fù)合改良劑等。

傳統(tǒng)改良劑主要是石灰或石灰石粉，施用一定量的石灰或石灰石粉不但能中和土壤酸度，改善土壤性質(zhì)，而且可以降低Al等重金屬的毒害，但施用石灰的弊端在于它的作用僅局限于20cm以上的表層土壤，因此所達(dá)到的修復(fù)效果通常不徹底，易返酸[17]。也不能長(zhǎng)期和大量的施用石灰，因?yàn)槭沂┯眠^(guò)量，會(huì)損害土壤結(jié)構(gòu)，同時(shí)由于石灰只提供鈣，這在一定程度上會(huì)降低鎂、鉀的含量，造成土壤板結(jié)，反而會(huì)加劇土壤酸化。

近年來(lái)，一些磷石膏、白云石、粉煤灰、磷礦粉、堿渣等工礦業(yè)副產(chǎn)物的使用也對(duì)酸化的土壤起到了改良作用。磷石膏的主要成分是硫酸鈣，來(lái)源于磷化工行業(yè)的副產(chǎn)物，CARVALHO等[18]對(duì)酸性紅土做玉米盆栽試驗(yàn)的研究表明，磷石膏的施用可以顯著降低土壤酸度，這是因?yàn)榱资嗄軌蛑泻退嵝酝寥乐械腁l3+，并生成AlSO4+等穩(wěn)定的化合物。白云石是一種富含鈣鎂的碳酸鹽礦物，通過(guò)白云巖礦床開(kāi)采得來(lái)。郭豪等[19]通過(guò)對(duì)種植煙草的遼寧丹東酸性土壤施撒白云石粉的實(shí)驗(yàn)表明，施撒后的土壤pH值明顯升高，并且改善了煙草的生長(zhǎng)性狀，但注意不能施用過(guò)度，否則反而會(huì)抑制煙草發(fā)育。以上介紹的改良劑由于是工業(yè)副產(chǎn)品，因此價(jià)格低廉，原料充足，但是也會(huì)因此含有一定量的有毒金屬元素，使用時(shí)可能會(huì)造成二次污染，因此在施用過(guò)程中應(yīng)注意劑量和配比。

有機(jī)物料改良劑含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素，可以提高土壤肥力，增加土壤微生物種類和數(shù)量并提高其活性，降低土壤交換性鋁的含量，進(jìn)而增強(qiáng)土壤對(duì)酸的緩沖能力。目前常用的有機(jī)物料有：農(nóng)作物的莖桿、家畜的糞肥、綠肥及草木灰等。李忠意[20]對(duì)重慶涪陵榨菜種植區(qū)的酸化土壤進(jìn)行研究得出，施用水稻秸稈和榨菜葉可以有效地改良酸化土壤，并以80 g/kg土水稻秸稈和400 g/kg土的榨菜葉使用量為最佳。但由于有機(jī)物料改良劑的產(chǎn)量較少，因此針對(duì)需要大面積改良的酸化土壤，實(shí)用性也受到了限制。

新型改良劑主要是指聚丙烯酰胺(PAM)、納米羥基磷、叢枝菌根真菌等這一類高技術(shù)含量的新型酸化土壤改良產(chǎn)品。PAM可以增加土壤中大團(tuán)聚體數(shù)量，提高土壤孔隙度，陳世軍等[21]在對(duì)南方煙區(qū)酸性土壤的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施用量適當(dāng)時(shí)，可以增加土壤對(duì)P、K的吸附，減緩其向下層土壤遷移，從而對(duì)土壤酸化的改良取得了較好的效果。但由于新型改良劑的成本較高，同時(shí)缺乏大量的工程實(shí)際應(yīng)用，因此還有待進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)與研究。

目前還延伸出了一些復(fù)合改良劑的研發(fā)和使用。Ren-yong Shi等[22]通過(guò)對(duì)生物質(zhì)灰分(BA)、骨粉(BM)和堿性礦渣(AS)三種改良劑復(fù)合使用，對(duì)我國(guó)南方4個(gè)省的5種老成土進(jìn)行了酸堿度改良和養(yǎng)分含量提高的培養(yǎng)試驗(yàn)。結(jié)果表明，BA、BM和AS的聯(lián)合應(yīng)用使五種老成土的pH值提高了0.63-1.37。

3.3.2 生物改良

生物改良主要是通過(guò)土壤動(dòng)植物和微生物來(lái)改變土壤的孔隙度等物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)物質(zhì)含量，從而實(shí)現(xiàn)改良酸性土壤的作用。徐超等[23]通過(guò)對(duì)野扇花的研究指出，野扇花在強(qiáng)酸環(huán)境下仍能夠生存，并且可以顯著改變土壤中的化學(xué)元素，提升酸化土壤的pH值。

張池等[24]綜述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于蚯蚓對(duì)土壤修復(fù)作用的相關(guān)研究，蚯蚓在適應(yīng)其生長(zhǎng)的pH值范圍內(nèi)的活動(dòng)及產(chǎn)生的糞便可以改善土壤結(jié)構(gòu)、影響土壤團(tuán)聚體的數(shù)量，從而提高酸化土壤的pH值。但由于動(dòng)植物和微生物的生命活動(dòng)能力有限，對(duì)酸化土壤的改良進(jìn)程緩慢，需要的時(shí)間較長(zhǎng)，因此大面積推廣研究和使用受到了很大的限制。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，土壤酸化問(wèn)題日益嚴(yán)重，同時(shí)土壤酸化往往也是造成土壤重金屬污染的先決因素，因此改善土壤酸化現(xiàn)狀已然箭在弦上。目前國(guó)內(nèi)外已開(kāi)展了許多關(guān)于土壤酸化及其改良的研究，并且也取得了很好的成果，同時(shí)我國(guó)也頒布了土壤環(huán)境保護(hù)法和“土十條”，對(duì)土壤的關(guān)注度日益劇增，但是目前所采用的酸化土壤改良仍以化學(xué)改良劑的施加為主，一些新型的酸化土壤改良方法尚缺乏實(shí)際應(yīng)用。因此進(jìn)一步探明土壤酸化機(jī)理，研發(fā)新興土壤酸化改良技術(shù)，結(jié)合具體的酸化土壤問(wèn)題，在前期土壤酸化預(yù)防的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的方法應(yīng)對(duì)具有酸化趨勢(shì)或已酸化的土壤是目前亟待深入探討的問(wèn)題。