土壤酸堿度與植物生長(zhǎng)

西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 李忠意 副教授

土壤的酸堿度是由土壤中氫離子和氫氧根離子的相對(duì)濃度決定。通常采用pH（土壤溶液中H+活度的負(fù)對(duì)數(shù)）來(lái)表示土壤的酸堿度，大多數(shù)土壤的pH位于4.0~8.5之間。根據(jù)土壤pH的大小，可分為強(qiáng)酸（<4.5）、酸（4.5~5.5）、微酸（5.5~6.5）、中性（6.5~7.5）、微堿（7.5~8.5）、堿（8.5~9.5）和強(qiáng)堿（≥9.5）多個(gè)級(jí)別（第三次全國(guó)土壤普查劃分標(biāo)準(zhǔn)）。萬(wàn)物土中生，土為民之本。土壤的酸堿度對(duì)植物生長(zhǎng)的“量”和“質(zhì)”均有重要影響。

一、不同植物適宜生長(zhǎng)的土壤酸堿度不同

植物對(duì)土壤酸堿性的適應(yīng)是長(zhǎng)期自然選擇的結(jié)果，不同植物的適宜生長(zhǎng)酸堿度不同（表1）。大多數(shù)植物適宜生長(zhǎng)在微酸性至弱堿性的土壤上，部分植物對(duì)土壤酸堿度有特殊的偏好。比如，自然植被中馬尾松、杜鵑花、鐵芒萁在酸性土壤上長(zhǎng)勢(shì)較好（圖1），柏樹(shù)、芭茅、黃荊在堿性土壤上長(zhǎng)勢(shì)較好（圖2）。我們可以根據(jù)自然植被的優(yōu)勢(shì)物種類(lèi)型判斷區(qū)域土壤的酸堿度。栽培植被中茶樹(shù)、藍(lán)莓等作物喜酸性土壤環(huán)境，大豆、甜菜等作物喜堿性土壤環(huán)境。所以，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，要根據(jù)土壤的酸堿度選擇適宜栽培的作物，選擇錯(cuò)誤會(huì)嚴(yán)重影響作物長(zhǎng)勢(shì)，減產(chǎn)減收。

表1. 農(nóng)作物與天然植物所適宜的pH范圍（黃昌勇，土壤學(xué)（第二版））

pH 7.0~8.0

pH 6.5~7.5

pH 6.0~7.0

pH 5.5~6.5

pH 5.0~6.0

紫苜蓿

田菁

大豆

大麥

黃花苜蓿

甜菜

金花菜

蘆筍

萵苣

花椰菜

棉花

大麥

小麥

大豆

黃花苜蓿

蘋(píng)果

玉米

蠶豆

豌豆

甘藍(lán)

蠶豆

豌豆

甘蔗

桑樹(shù)

桃樹(shù)

玉米

蘋(píng)果

苕子

水稻

水稻

油茶

花生

紫云英

柑橘

苕子

芝麻

黑麥

小米

蘿卜

茶樹(shù)

馬鈴薯

蕎麥

西瓜

煙草

亞麻

鳳梨

草莓

杜鵑花

羊齒類(lèi)

圖1. 酸性土壤上的植被景觀照（李忠意 攝）

圖2. 堿性土壤上的植被景觀照（李忠意 攝）

二、不同酸堿度土壤的肥力特征不同

土壤肥力是土壤供給和調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的養(yǎng)分、水分、空氣、熱量等生活因素的能力，包括土壤化學(xué)肥力、物理肥力和生物肥力。根據(jù)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素學(xué)說(shuō)，植物必須的17種營(yíng)養(yǎng)元素（碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬、氯、鎳）除碳主要通過(guò)葉片光合作用吸收CO2獲得，氫和氧主要以水分形式被吸收外，其余14種元素均以離子態(tài)形式通過(guò)植物根系從土壤中吸收。但土壤的酸堿度對(duì)這些營(yíng)養(yǎng)元素在土壤中的存在形態(tài)影響極大（圖3）。隨著土壤變酸，土壤膠體表面吸附的鹽基離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+）不斷被致酸離子（H+、Al3+）離子取代并隨水流失，造成土壤中鈣、鎂等元素的缺乏，并在植株上表現(xiàn)出相應(yīng)的癥狀（圖4）。在堿性土壤中，植物必須的鐵、錳、銅、鋅等金屬元素主要以氫氧化物的沉淀態(tài)存在，離子態(tài)含量較低，植物無(wú)法吸收利用而表現(xiàn)出相應(yīng)的缺素癥狀（圖5）。當(dāng)土壤過(guò)酸時(shí)，土壤中的磷易與活性的鐵形成磷酸鐵沉淀；當(dāng)土壤偏堿性時(shí)，土壤磷又易生成磷酸鈣沉淀，只有pH 6~7的土壤中，磷的生物有效性最高。所以，土壤酸堿度與土壤的化學(xué)肥力關(guān)系密切。此外，酸堿度會(huì)影響土壤中的微生物群落結(jié)構(gòu)和酶活性，從而影響土壤的生物肥力。土壤的pH值越低，土壤的細(xì)菌豐度也會(huì)降低（圖3）。土壤酸堿度還與土壤的物理結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，影響土壤保水透氣性能從而改變土壤的物理肥力。一般認(rèn)為土壤酸化會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)，其原因就在于土壤酸化后缺乏膠結(jié)土壤黏粒的鈣鎂離子，不能形成良好的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。

圖3. 土壤pH對(duì)微生物和營(yíng)養(yǎng)元素活性的影響（Ray R. Weil. 土壤學(xué)與生活（第十五版））

圖4. 裂果受品種、氣候和降雨多種因素影響，但酸性土壤常因缺鈣而癥狀加重（李忠意 攝）

圖5. 堿性土壤上種植的柑橘因土壤鐵、鋅元素的有效性低而致使秋梢葉片大面積黃化（李忠意 攝）

三、土壤酸化問(wèn)題和酸化土壤改良

土壤的酸堿度會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。總體而言，土壤過(guò)酸或過(guò)堿均不利于植物生長(zhǎng)，必要時(shí)需要進(jìn)行土壤酸堿度調(diào)節(jié)或其他輔助措施。比如，堿性土壤上種植柑橘可通過(guò)葉面鐵肥補(bǔ)鐵，種植藍(lán)莓可撒施硫磺酸化根際土壤。土壤的成土過(guò)程既是一個(gè)緩慢的酸化過(guò)程，人類(lèi)活動(dòng)（酸沉降和不合理施用化肥）大大加速了土壤的酸化進(jìn)程，由土壤過(guò)酸引發(fā)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問(wèn)題越來(lái)越突出，因此土壤酸化受到越來(lái)越多的關(guān)注。如前所述，當(dāng)土壤酸化嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致鈣、鎂等養(yǎng)分元素缺乏，微生物系統(tǒng)紊亂，土壤結(jié)構(gòu)退化（干時(shí)板結(jié)、濕時(shí)泥濘）。此外，土壤酸化使鋁、錳、鎘、鉛等金屬離子的活性大大增加，有可能對(duì)植物產(chǎn)生鋁、錳毒害從而影響作物生長(zhǎng)，或造成植物體內(nèi)鉛、鎘等重金屬含量超標(biāo)。所以，土壤酸化是一種整體性的土壤退化問(wèn)題，嚴(yán)重的土壤酸化會(huì)明顯地造成作物“質(zhì)”和“量”的降低（圖6至圖8）。

圖6. 酸瘦土壤上種植的油菜因肥水管理不足而長(zhǎng)勢(shì)極差（李忠意 攝）

圖7. 嚴(yán)重酸化土壤上種植的玉米幾乎無(wú)收成（李忠意 攝）

圖8. 大肥大水的農(nóng)業(yè)種植使土壤快速酸化退化，土壤生苔、板結(jié)、發(fā)霉，作物減產(chǎn)嚴(yán)重（李忠意 攝）

很多人對(duì)土壤酸化問(wèn)題的重視程度不夠，認(rèn)為土壤酸化是土壤的一種慢性病，因?yàn)橐话愕耐寥浪峄潭炔⒉粫?huì)造成作物嚴(yán)重的減產(chǎn)減收。但是這種慢性病一旦放任不管，最終會(huì)變成土壤的絕癥。所以，很有必要阻控土壤進(jìn)一步酸化，并對(duì)已酸化土壤進(jìn)行改良。對(duì)于土壤酸化的改良要循序漸進(jìn)，多種措施結(jié)合開(kāi)展。各級(jí)農(nóng)業(yè)部門(mén)均在積極推動(dòng)酸化土壤的改良工作，制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程，如農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《石灰質(zhì)改良酸化土壤技術(shù)規(guī)程（NY/T 3443-2019）》、地方標(biāo)準(zhǔn)《酸化土壤改良技術(shù)規(guī)范（DB 50/T 1146-2021）》《酸性土壤改良評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（DB 36/T 1517-2021）》《農(nóng)用石灰質(zhì)物料酸性土壤改良技術(shù)規(guī)程（DB 34/T 1017-2009）》等等。改良措施一般包括：（1）直接購(gòu)買(mǎi)市售的土壤調(diào)理劑進(jìn)行土壤酸度改良；（2）采用富含鈣質(zhì)的巖石（石灰石粉、白云石粉、鈣質(zhì)泥頁(yè)巖粉）及其加工產(chǎn)品（生石灰、熟石灰）作為土壤改良劑；（3）將工農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用后改良酸性土壤，如牡蠣殼粉、生物質(zhì)炭、草木灰、堿渣等；（4）合理施肥，有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配合施用，堿性肥料替代酸性肥料（如鈣鎂磷肥替代過(guò)磷酸鈣），根據(jù)植物生長(zhǎng)的需肥規(guī)律供肥（少量多次）以提高肥料利用率；（5）農(nóng)藝措施配套，如秸稈還田、合理輪作/套作、水旱輪作、深翻深耕等。我們要根據(jù)土壤的酸度特征，參考已有的技術(shù)規(guī)范，合理高效低成本的對(duì)酸性土壤進(jìn)行改良。

植物生長(zhǎng)受土壤、氣候、栽培管理、病蟲(chóng)害防治等多種因素的影響，土壤只是決定植物生長(zhǎng)的眾多因素之一；無(wú)土栽培（基質(zhì)栽培、水培、霧培）技術(shù)迅速發(fā)展，土壤連“是決定植物生長(zhǎng)的因素之一”都不是。但為何人類(lèi)95%以上的食物仍然直接和間接地產(chǎn)自我們腳下這層薄薄的“泥巴”？那是因?yàn)闊o(wú)論科技如何進(jìn)步、社會(huì)如何發(fā)展，土壤永遠(yuǎn)為植物生長(zhǎng)提供著最穩(wěn)定和最廉價(jià)的生長(zhǎng)環(huán)境。土壤在默默付出，它是人類(lèi)的食物之源，我們應(yīng)該好好利用它、保護(hù)它。

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