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我国农田土壤酸化现状及影响!

来源: 土壤改良订阅号 2017-12-15 01:53:52

全国“测土配方施肥行动”从2005 年开始以来,获得了海量的全国农田土壤的基础数据。国家农业部前年出版一本书,把有关土壤有机质、pH 值、有效氮磷钾含量的基础五项数据全部公布。

我想从下面几个方面谈谈我国土壤酸化的现状及其影响。

我国土壤酸化现状

上世纪80 年代,欧洲森林大片死亡,引起人们对森林土壤酸化的关注。80 年代末90 年代初,澳大利亚豆科作物造成的草原土壤酸化,使对亚表层土壤酸化的研究形成一个高潮。最近我国大面积农田土壤酸化,又使农田土壤酸化的研究成为热点。

森林土壤酸化主要是因为硫的排放,二氧化硫形成酸雨造成的。现在欧洲发达国家的硫排放已经大幅度减少,我国最近几年出现了硫排放增长减缓的趋势,但依然严重。我国森林土壤也在酸化,但主要原因是氮沉降,而不是硫沉降。至于草原土壤酸化的原因,在英国主要是因为酸性肥料,在澳大利亚重点是豆科作物,在中国是氮沉降造成的。

农田土壤酸化是集约化农业生产不可避免的结果。但不合理施肥造成农田土壤大面积酸化是中国高产高投入农业带来的典型问题。

什么是土壤酸化?在植物生理学上就是根系吸收的阳离子多于阴离子。因为植物本身吸收的离子不一样,造成不同植物根系周围pH 值的变化。氮肥在土壤里面都会转化,在此过程中可能会产生质子,各种氮肥转化成硝酸盐,硝酸盐损失的时候,带走钙、镁这些碱性离子,造成土壤酸化。另外,水冲洗、秸秆和籽粒的收获和移走都会带走大量的钙、镁盐基离子,造成土壤酸化。从酸化原理看,集约化的农业生产肯定会带来土壤酸化。因为你把盐基离子拿走了,你归还不了那么多的盐基离子,土壤必然酸化。土壤中所有元素的循环,氮、硫、磷、锰等等,在循环过程中都会影响质子的产生。这是土壤酸化的基本原理。我国农田普遍酸化原理与国际上是一样的,但不一样的是,过量使用氮肥造成了大面积农田土壤酸化,这是其他国家没有的。

中国农田土壤普遍酸化问题非常严重。从上个世纪80 年代到新世纪,全国农田土壤的pH 值平均下降了0.5 个单位,其中,在小麦、玉米、水稻这些粮田里面,70%的酸化是因为过量施氮造成的;在果蔬田里面过量氮对酸化贡献高达90%。从胶东半岛来看,上世纪80 年代以中性为主的土壤,现在基本上变成酸性或中强酸性的土壤,就是说普遍酸化。我们分析的结果,胶东半岛的酸化原因63.4%是氮肥过量,30%是收获产量带走盐基离子。

土壤酸化的危害

土壤酸化到底能带来什么危害呢?

土壤酸化影响作物根系生长,产生一些有毒害的元素。酸化也改变了整个土壤化学和生物学的性质,活化了重金属元素。酸化还加重了土传病虫的发生,等等。我举几个例子。

我的博士生在胶东半岛做小麦、玉米、豆科作物试验,相邻的两块地,pH 值分别是6.1 和4.2,小麦生长从开始出苗、分蘖、拔节,到收获整个过程,差别太大了,酸化田的产量非常低。玉米更惨,在酸化土壤上长得特别差。

在广西金穗香蕉公司发现的裂果香蕉,上亿元的香蕉因此烂掉了。经我们测试,种植香蕉的土壤很酸,特别是种植时候要挖深沟,深沟里的生土pH 值只有3 点多到4 点多,钙镁吸收量非常低,果皮韧性差,在水分比较多的时候,果肉膨胀得快,果皮膨胀慢,就会裂果。后经我们的优化肥料配方和改良土壤,给金穗公司节省1800 多万元成本,彻底解决了裂果问题。公司也建立了一个有机肥堆肥厂,生产有机肥,再施加石灰,来改造酸性土壤。

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在胶东半岛,苹果出现一种非常严重的粗皮病,也是土壤酸化造成的。酸化大量活化了土壤锰,被树体大力吸收,造成树皮毒害。

土壤酸化还会造成镉米。因为土壤PH 值每下降一个单位,镉的活性会增加100 倍,所以我们的镉米在很多情况下不是因为土壤彻底污染了,而是因为酸化使土壤镉的活性大幅度增加了。

以往在北方石灰性土壤上,线虫一直不是问题。现在,由于大棚蔬菜大量使用化肥,造成土壤酸化,线虫成为北方蔬菜种植最大的危害。酸化刺激了线虫的危害,最典型的表现是植物根部长了一堆一串的根瘤子,像癌瘤一样。

我国农田酸化的形势还是很严峻的,随着未来集约化程度的提高和粮食需求的进一步增加,酸化程度还会增加。所以要改变土壤酸化趋势,必须改变现在的发展方式。一是不能施用太多氮肥。不能只讲高产再高产,还要减肥增效。二是要把盐基离子归还到土里面,不要让它跑到水里面去或过多移出土壤系统。三是我们的耕作制度必须改进,实现轮作间套作等。

目前,我们在全国做减肥增效试验示范。这是我们团队20 年前就研究的技术,最近十几年,我们突破了绿色增产增效和高产高效技术难题,首先在玉米上取得突破,然后在全国粮食主产区取得了产量可以提升30%以上、污染排放减少50%以上的好效果。但这些创新技术要大面积推广,必须与产业结合一起,必须到田间地头与千千万万生产者结合才能真正实现转变。靠我们20 亿、200 亿的研究项目是没有办法改变中国农业现状的。


来源:《民主与科学》2016 年06 期

作者:张福锁

单位:中国农业大学