土壤酸化是指土壤pH在原有基础上逐渐下降的现象,是土壤中H⁺逐渐增加和交换性盐基逐渐减少的过程。土壤酸化过程是土壤形成和发育过程中普遍存在的自然过程。土壤的自然酸化过程一般是较为缓慢的,但人为因素的影响,如酸沉降和化肥的施用,则大大加速了土壤的酸化进程。引起土壤酸化的因素主要有气候、生物、施肥、灌溉和酸沉降等。
一土壤酸化的成因
1.施肥的影响
造成土壤酸化的肥料主要是生理酸性肥料和氮肥。例如长期施用(NH₄)₂SO₄或KCl等生理酸性肥料时,当其中的NH₄及K⁺被作物吸收后,酸根就留在土壤中而酸化土壤。上海农科院的结果表明,连续3年施用氯化铵,可使耕层土壤pH由7.45降至7.11。
2.灌溉水的影响
农田灌溉在一般情况下有“复盐基”的作用,能降低土壤酸度。但在南方红壤区的山垄中,往往由于引灌山坡径流水,其水质常受林带渗出的酸水(黄腐酸)及酸性红壤浊流的影响,从而提高土壤的酸度。此外,在黄铁矿区或基岩中黄铁矿含量高的山区农田,其灌溉水源往往受这些黄铁矿氧化后产生的硫酸所影响,导致土壤变酸。
3.酸沉降的影响
酸沉降包括干沉降和湿沉降两个方面。干沉降是指排放到大气中的SO₂和NOx(氮氧化物)一部分直接渗入地表,即通过气体扩散、固体物降落的大气沉降。湿沉降就是通常所说的酸雨和酸雾。
二酸化土壤的特点
1.土壤盐基饱和度低、酸性强
土壤酸化的实质是氢离子和铝离子数量的增加。由于铝离子有较强的吸附性能,它能与交换性盐离子(如钙)争夺土壤的负电荷点,使这些本来已经很少的盐基离子遭受淋失,土壤盐基饱和度下降,酸性增强。Ca²⁺,Mg²⁺等盐基离子的淋失,使土壤养分贫瘠。
2.土壤负电荷数量少、缓冲性能弱
我国的酸性土壤主要分布在长江以南的广大地区,由于土壤的黏土矿物主要是高岭石,本身的有效负电荷量就很少,再加上酸化作用,盐基饱和度下降,缓冲性能变弱。
3.易产生氢、铝和锰的毒害
土壤酸化的一个严重后果是H⁺,Al³⁺和Mg²⁺等毒性元素增加和活性增强。土壤溶液中过量的H⁺会影响根膜的渗透性,干扰离子在根表的传输;铝能影响根尖细胞的分裂,减弱根呼吸作用,铝还增加土壤对磷的固定作用,降低磷的有效性,此外,还干扰植物对包括Ca²⁺,Mg²⁺,K⁺,Fe²⁺在内的集中必要元素的吸收、传输和利用;过量锰主要通过破坏植物体内几种氧化酶、降低ATP含量和呼吸速度来影响植物生长。
4.土壤结构性差
酸化土壤由于钙离子的淋失,土壤团粒结构和团聚体减少,土体易分散,导致土壤保水保肥能力差,降低土壤肥力。
三土壤酸化的控制
1.根治酸沉降污染源
主要是控制N,S排放,其中燃煤脱硫处理和制成型煤对控制S排放有良好作用。今后应加强研究控制燃料燃烧产生并排放到大气中的NOx;实行氮肥深施和研究提高氮肥利用率的技术,减少其在大气中排放量。
2.进行合理的植物(农作物)品种布局
农作物品种应考虑其耐酸特性,如茶树是酸沉降条件下应宜推广的生态适宜性品种。水旱轮作和间套作是提高土壤对酸沉降缓冲能力和加快酸化土壤生态恢复的良好措施。
3.施用石灰
施用石灰是中和酸性土壤、控制土壤酸化和提高土壤pH的重要措施。
4.合理施肥、补充酸化土壤损失的盐基
在酸化土壤中,钙、钾等盐基在酸化过程中淋失比较大,此外,作物吸收也带走部分盐基养分。因此,要注意补充和增施含钙、钾等盐基离子的肥料,已补充土壤养分和提高土壤盐基饱和度,提高土壤对酸的缓冲能力。
另外,如前所述,农田土壤的酸化,除了自然酸化和算沉降导致酸化外,还有化学氮肥和生理酸性肥料导致的土壤酸化,它们引起的酸化程度可能比酸雨更严重。因此,要注意因土合理施肥,做到所施的肥料既可满足作物生长所需,又不过量,同时,还可施用一些生理碱性肥料。此外,还应施用有机肥料,以提高土壤的保肥供肥性能。
5.拦截酸性污水
在黄铁矿区下游,农田受黄铁矿氧化后产生的硫酸所污染;在丘陵山区,坑田常受其周边林带渗出的酸水及酸性浊流影响,土壤逐渐酸化。因此,要在这些田的周边开挖拦截酸性污水的环山沟或环田沟防止酸性污水入田。