洪澤湖南岸近30年來土壤酸化趨勢分析

李聰+趙偉男+楊用釗+張杰+徐建明+羅玉明+劉廷武

摘要：利用洪澤湖南岸的金湖、盱眙和洪澤3縣的9個土壤監測點近30年土壤相關監測數據，分析土壤pH值、土壤全氮含量、有效磷含量、有機質含量及陽離子交換量等指標變化。結果表明，由于過量化肥的施用，30年來洪澤湖南岸地區土壤pH值普遍下降2左右，土壤中全氮含量增加了1倍以上，有效磷含量增加了2倍，個別地區甚至達到3倍以上，農業生產導致的土壤酸化問題十分明顯。低pH值導致該地區土壤陽離子流失嚴重，其陽離子交換量不足原來的50%，已對作物的礦質營養代謝帶來危害，應在本地區重視鈣肥、鉀肥及其他微量元素肥料的投入使用。

關鍵詞：洪澤湖;土壤酸化;氮磷含量;陽離子

中圖分類號： S153 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）04-0329-03

收稿日期：2014-04-24

基金項目：江蘇省高校自然科學研究面上項目（編號：13KJB210001）;江蘇省高等學校大學生創新訓練計劃（編號：201310323040Y）;江蘇省淮安市科技支撐計劃（編號：SN13049）。

作者簡介：李 聰（1994—），男，江蘇徐州人，研究方向為作物營養與環境響應。Tel：（0517）83525990;E-mail：licongbio@163.com。

通信作者：劉廷武，博士，講師，研究方向為作物生理生化及土壤肥料。E-mail：liutw@hytc.edu.cn。

近幾十年來，土壤酸化已經成為一個嚴重的世界性生態環境問題[1]。有研究發現，我國耕作區高達90%的農田發生不同程度的酸化現象，土壤pH值平均下降約0.5，相當于土壤酸量在原有基礎上增加了2.2倍[2]。

土壤酸化的成因，一般認為主要來自2個方面，一是大氣中酸性物質的沉降作用;一是高氮肥的過量使用。此前，人們更多地關注酸沉降導致的土壤酸化，全球氮肥大量施用所引發的土壤酸化一直未引起重視。但近期的統計數字表明，氮肥過度使用引起的土壤酸化問題更加嚴重。肥料施用產生的單位面積酸性物質的量遠大于單位面積的酸沉降量，過量使用化肥引起的土壤酸化作用較酸沉降的影響大25倍[3]。20世紀80年代以來，中國化肥用量相當驚人，在占世界7%的耕地上消耗了全球35%的氮肥。我國的糧食產量從1981年的3.25億t增加到2008年的5.29億t，增長率為63%，而氮肥的使用量卻增加了2倍。盲目使用化肥已成一種掠奪性的開發方式，其結果不僅難以增加農作物產量，反而加速了土壤酸化，已成為限制農業產業發展的重要因子[4]。

2009年江蘇省環保廳的調查數據顯示，江蘇省內大部分地區存在土壤酸化問題，其中以太湖流域最為嚴重，里下河一帶、洪澤湖南側也呈現了較快的酸化趨勢[5]。針對目前的形勢，筆者根據近30年來在洪澤湖南岸金湖縣、盱眙縣、洪澤縣3縣9個耕作區監測點土壤監測數據，分析了區域內近30年來的酸化趨勢及土壤理化性狀的變化，為洪澤湖南岸區域內的農業生產及土壤酸化控制等提供必要的基礎數據及指導。

1 數據來源與分析方法

1.1 數據來源

在洪澤湖南岸區域的金湖縣（前鋒鎮淮村、金北鄉馬崗、農技中心）、盱眙縣（官灘鎮合山村、河橋鎮河橋村、觀音寺龍墩口）、洪澤縣（高澗鎮潯河村、東雙溝鎮青云、岔河鎮施湯村）3縣9個江蘇省淮安市土壤肥料技術指導站監測站點1982年、2007年、2011年和2013年監測數據，包括土壤pH值、全氮含量、有機磷含量、有機質含量、速效鉀含量等指標，其中1982年各指標數據為全國第2次土壤普查各縣數據。

1.2 統計分析

用SPSS軟件進行數據處理和統計。

2 結果與分析

2.1 主要監測點土壤pH值變化情況

由圖1可知，自1982年以來，各地土壤的pH值均呈現明顯的下降趨勢，9個監測點平均下降1.5，其中洪澤縣高澗鎮下降了2，酸化趨勢最嚴重。參照Guo等在全國范圍內的土壤酸化分析結果可知，我國耕地pH值平均下降0.5～0.8，可見洪澤湖南岸區域內的酸化程度遠大于全國平均值，酸化趨勢極明顯。王志剛等分析了江蘇省范圍內1980—2003年土壤pH值變化情況，結果發現，在該區域內pH值明顯下降[5]，與本研究的結果一致。比較2011年和2013年的pH值可知，在這2年內除盱眙縣的3個監測點土壤pH值小幅下降外，其他6個點pH值較穩定，變化不大。這可能是由于近年來酸化問題日益引起廣泛關注，各地均采取了必要措施，控制土壤pH值進一步降低[6]。

2.2 各監測點土壤氮磷含量的變化

長期以來由于農田化肥的過量使用，遠遠超過作物生長所需，造成土壤中氮素過量積累[7]。比較9個監測點土壤全氮含量（圖2）可知，近30年來各監測點土壤全氮含量普遍比1982年增加了1倍以上，其中尤其以1982—2007年變化最明顯，盱眙及洪澤2縣的6個監測點土壤全氮含量急劇增加。

2007—2013年，土壤氮含量變化不大，這與土壤酸化問題被重視后氮肥投入量有所控制有關[8]。金湖縣3個監測點土壤全氮含量呈逐年增加的趨勢，調查發現前鋒鎮淮村及農技中心監測點在2007年以前為非耕作區，后期開發為糧食種植區，其土壤中的氮含量還未達到閾值，因此土壤的含氮在近幾年顯著上升。

與土壤全氮含量類似，30年間土壤有效磷含量也呈現較為明顯的增加趨勢（圖3），多個監測點土壤有效磷含量在2007年達到最大值，比1982年升高了2倍以上，其中在個別地區（金湖縣農機中心、盱眙縣觀音寺龍墩口、洪澤）的增幅甚至達到3～5倍。與氮含量變化類似，有效磷含量在2007年以后增長趨勢有所放緩，甚至在幾個監測點出現短暫下降，但由于土壤中其他形態磷酸的殘留，通過化學轉化等方式，短期內土壤有效磷的含量仍處于較高水平[4]。endprint

2.3 各監測點土壤有機質含量的變化

土壤有機質是土壤中各種營養元素重要來源，一般來說土壤有機質含量是土壤肥力的一個重要指標[9]。如圖4所示，各監測點土壤有機質含量在30年間增加明顯，普遍升高1倍以上。1982—2007年，土壤的有機質含量提升極快，但2007—2011年，增長速度普遍放緩，在盱眙縣河橋鎮及洪澤縣等4個監測點甚至出現有機質含量明顯下降的情況?？梢?，當土壤有機質含量提升到一定閾值后，過度耕作或營養失衡會導致肥力的喪失。

2.4 各監測點土壤可交換性陽離子含量的變化

各監測點的可交換陽離子（CEC）的含量如圖5所示，土壤可交換性陽離子含量在30年間明顯減少，普遍降低到1982年的40%～51%，這與土壤pH值的變化趨勢是高度一致的?？梢?，土壤酸化導致土壤中的陽離子被置換，并隨著地表徑流等方式流失到農田生態系統之外[10]。

3 討論

由于農業生產所造成的土壤酸化一直缺乏足夠關注，近年來越來越多的結果表明，盲目施用化肥會使土壤中有機質含量下降，土壤板結等情況時有發生。有研究表明，我國化肥的平均利用率僅35%左右，每年農田中投入的化肥絕大部分殘留到土壤中。本研究結果顯示，1982年以來，洪澤湖南岸3縣9個監測點的全氮含量升高1倍以上，有效磷含量增加2～5 倍。

由于消化、反硝化等作用，氮肥在土壤中產生硝酸鹽，尤其是一些氨態氮肥和有機氮肥在轉變成硝酸鹽時會釋放出質子，排放到土壤中引起土壤酸化[11]，此外一些生理酸性肥料如磷酸鈣、硫酸銨、氯化銨等在植物吸收NH4+的同時，根系交換出質子，土壤中過多質子的存在導致土壤pH值下降明顯[8，12]。本研究結果顯示，9個檢查點土壤pH值從7.0降到5.0左右，降幅達2，可見在本地區內酸化程度十分嚴重，必須引起重視。

酸化的土壤一方面通過其較低的pH值引起作物生長不適，另一方面通過質子交換，改變土壤中陽離子的含量及組成。根據本調查結果可知，9個監測點內土壤CEC的含量從30 cmol/kg降至12 cmol/kg，個別監測點甚至降到10 cmol/kg以下，降幅超過50%?？梢?，酸化土壤導致的陽離子大量流失，進一步影響作物生長的礦質代謝，導致作物營養缺乏、生長不良。已有研究表明，過量施肥的土壤常常導致鈣、鎂、鉀、及其他微量元素的缺乏[2，7，13-15]。在以后的農業生產過程中，肥料使用應更多注重鈣肥、鉀肥和微量元素肥料的應用。

本研究還發現，無論是土壤pH值，還是土壤氮磷含量，在2007年以后，其變化趨勢均趨于緩和，表明經過前一階段農業生產方式過度粗放，已帶來一些惡劣后果，已經引起了政府等相關部門的關注。另一方面，經過20多年的發展，農業生產技術有了普遍提高，政府同時采取了必要的措施，如大量的秸稈在作物收割過程中直接歸還土壤[16]、減少化學肥料的用量、取而代之多使用有機肥等方式[6]，對本地區土壤酸化的進一步惡化起到了有效的遏制作用[17]，但同時從土壤CEC的變化中還可以看出，由于pH值已經降到較低水平，在短期內陽離子等營養元素仍處于流失狀態，恢復可能需要更長的時間[18]。

4 結論

本研究通過比較洪澤湖南岸金湖、盱眙和洪澤3縣9個監測點的土壤數據，分析30年土壤pH值及其他理化性質的變化，主要取得以下幾個結論：（1）30年間，各監測點pH值均明顯下降，平均下降2，表明該地區內土壤酸化情況嚴重，應高度重視;（2）土壤氮磷含量在30年間明顯增加，其中氮含量增加1倍以上，有效磷含量增加2～5倍，說明在農業生產過程中過量使用氮磷化肥，在土壤中累積明顯;（3）土壤中的陽離子含量從1982年開始明顯下降，普遍低至原始值的50%以下，已經影響到了作物的吸收利用，在以后的農業生產過程中應當注意鈣、鎂及其他微量元素肥料的投入。

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