土壤的酸碱度是由土壤中氢离子和氢氧根离子的相对浓度决定。通常采用pH(土壤溶液中H+活度的负对数)来表示土壤的酸碱度,大多数土壤的pH位于4.0~8.5之间。根据土壤pH的大小,可分为强酸(<4.5)、酸(4.5~5.5)、微酸(5.5~6.5)、中性(6.5~7.5)、微碱(7.5~8.5)、碱(8.5~9.5)和强碱(≥9.5)多个级别(第三次全国土壤普查划分标准)。万物土中生,土为民之本。土壤的酸碱度对植物生长的“量”和“质”均有重要影响。
一、不同植物适宜生长的土壤酸碱度不同
植物对土壤酸碱性的适应是长期自然选择的结果,不同植物的适宜生长酸碱度不同(表1)。大多数植物适宜生长在微酸性至弱碱性的土壤上,部分植物对土壤酸碱度有特殊的偏好。比如,自然植被中马尾松、杜鹃花、铁芒萁在酸性土壤上长势较好(图1),柏树、芭茅、黄荆在碱性土壤上长势较好(图2)。我们可以根据自然植被的优势物种类型判断区域土壤的酸碱度。栽培植被中茶树、蓝莓等作物喜酸性土壤环境,大豆、甜菜等作物喜碱性土壤环境。所以,在农业生产中,要根据土壤的酸碱度选择适宜栽培的作物,选择错误会严重影响作物长势,减产减收。
图1. 酸性土壤上的植被景观照(李忠意 摄)
图2. 碱性土壤上的植被景观照(李忠意 摄)
二、不同酸碱度土壤的肥力特征不同
土壤肥力是土壤供给和调节植物生长发育所需要的养分、水分、空气、热量等生活因素的能力,包括土壤化学肥力、物理肥力和生物肥力。
根据矿质营养元素学说,植物必须的17种营养元素(碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钙、镁、铁、锰、铜、锌、硼、钼、氯、镍)除碳主要通过叶片光合作用吸收CO2获得,氢和氧主要以水分形式被吸收外,其余14种元素均以离子态形式通过植物根系从土壤中吸收。但土壤的酸碱度对这些营养元素在土壤中的存在形态影响极大(图3)。随着土壤变酸,土壤胶体表面吸附的盐基离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+)不断被致酸离子(H+、Al3+)离子取代并随水流失,造成土壤中钙、镁等元素的缺乏,并在植株上表现出相应的症状(图4)。在碱性土壤中,植物必须的铁、锰、铜、锌等金属元素主要以氢氧化物的沉淀态存在,离子态含量较低,植物无法吸收利用而表现出相应的缺素症状(图5)。当土壤过酸时,土壤中的磷易与活性的铁形成磷酸铁沉淀;当土壤偏碱性时,土壤磷又易生成磷酸钙沉淀,只有pH 6~7的土壤中,磷的生物有效性最高。所以,土壤酸碱度与土壤的化学肥力关系密切。此外,酸碱度会影响土壤中的微生物群落结构和酶活性,从而影响土壤的生物肥力。土壤的pH值越低,土壤的细菌丰度也会降低(图3)。土壤酸碱度还与土壤的物理结构关系密切,影响土壤保水透气性能从而改变土壤的物理肥力。一般认为土壤酸化会导致土壤板结,其原因就在于土壤酸化后缺乏胶结土壤黏粒的钙镁离子,不能形成良好的土壤团粒结构。
图3. 土壤pH对微生物和营养元素活性的影响(Ray R. Weil. 土壤学与生活(第十五版))
图4. 裂果受品种、气候和降雨多种因素影响,但酸性土壤常因缺钙而症状加重
(李忠意 摄)
图5. 碱性土壤上种植的柑橘因土壤铁、锌元素的有效性低而致使秋梢叶片大面积黄化
(李忠意 摄)
三、土壤酸化问题和酸化土壤改良
土壤的酸碱度会对植物生长产生影响。总体而言,土壤过酸或过碱均不利于植物生长,必要时需要进行土壤酸碱度调节或其他辅助措施。比如,碱性土壤上种植柑橘可通过叶面铁肥补铁,种植蓝莓可撒施硫磺酸化根际土壤。土壤的成土过程既是一个缓慢的酸化过程,人类活动(酸沉降和不合理施用化肥)大大加速了土壤的酸化进程,由土壤过酸引发的农业生产问题越来越突出,因此土壤酸化受到越来越多的关注。如前所述,当土壤酸化严重时会导致钙、镁等养分元素缺乏,微生物系统紊乱,土壤结构退化(干时板结、湿时泥泞)。此外,土壤酸化使铝、锰、镉、铅等金属离子的活性大大增加,有可能对植物产生铝、锰毒害从而影响作物生长,或造成植物体内铅、镉等重金属含量超标。所以,土壤酸化是一种整体性的土壤退化问题,严重的土壤酸化会明显地造成作物“质”和“量”的降低(图6至图8)。
图6. 酸瘦土壤上种植的油菜因肥水管理不足而长势极差(李忠意 摄)
图7. 严重酸化土壤上种植的玉米几乎无收成
(李忠意 摄)
图8. 大肥大水的农业种植使土壤快速酸化退化,土壤生苔、板结、发霉,作物减产严重
(李忠意 摄)
很多人对土壤酸化问题的重视程度不够,认为土壤酸化是土壤的一种慢性病,因为一般的土壤酸化程度并不会造成作物严重的减产减收。但是这种慢性病一旦放任不管,最终会变成土壤的绝症。所以,很有必要阻控土壤进一步酸化,并对已酸化土壤进行改良。对于土壤酸化的改良要循序渐进,多种措施结合开展。各级农业部门均在积极推动酸化土壤的改良工作,制定了相应的技术规程,如农业行业标准《石灰质改良酸化土壤技术规程(NY/T 3443-2019)》、地方标准《酸化土壤改良技术规范(DB 50/T 1146-2021)》《酸性土壤改良评价技术规范(DB 36/T 1517-2021)》《农用石灰质物料酸性土壤改良技术规程(DB 34/T 1017-2009)》等等。改良措施一般包括:(1)直接购买市售的土壤调理剂进行土壤酸度改良;
(2)采用富含钙质的岩石(石灰石粉、白云石粉、钙质泥页岩粉)及其加工产品(生石灰、熟石灰)作为土壤改良剂;
(3)将工农业废弃物资源化利用后改良酸性土壤,如牡蛎壳粉、生物质炭、草木灰、碱渣等;
(4)合理施肥,有机无机肥料配合施用,碱性肥料替代酸性肥料(如钙镁磷肥替代过磷酸钙),根据植物生长的需肥规律供肥(少量多次)以提高肥料利用率;
(5)农艺措施配套,如秸秆还田、合理轮作/套作、水旱轮作、深翻深耕等。我们要根据土壤的酸度特征,参考已有的技术规范,合理高效低成本的对酸性土壤进行改良。
植物生长受土壤、气候、栽培管理、病虫害防治等多种因素的影响,土壤只是决定植物生长的众多因素之一;无土栽培(基质栽培、水培、雾培)技术迅速发展,土壤连“是决定植物生长的因素之一”都不是。但为何人类95%以上的食物仍然直接和间接地产自我们脚下这层薄薄的“泥巴”?那是因为无论科技如何进步、社会如何发展,土壤永远为植物生长提供着最稳定和最廉价的生长环境。土壤在默默付出,它是人类的食物之源,我们应该好好利用它、保护它。
编辑:周如勇