同时由于人类活动的影响,在相当大的程度上加快了土壤酸化的进程 。农业耕作系统与自然系统相比,前者土壤的酸化速率更快 。在一个没有遭受工业污染的地区,土壤的酸化主要由C、N、S在土壤——植物——动物系统循环时产生的质子H所造成;而自然生态系统中C、N、S在土壤——植物——动物系统循环中是趋于平衡的 。正是由于人类活动对农业系统进行不断地干预,不断地向土壤施用氮肥等造成了土壤酸化速率加快 。原始生态系统土壤的酸化速率仅为0.7kmolH+?ha-1?year-1,因施用铵态氮后农业生产系统中土壤的酸化速率高达40 kmolH+?ha-1?year-1;由于每年平均施用铵态氮约508kgN? ha-1?year-1,澳大利亚香蕉地土壤的酸化速率约28~40 kmolH+?ha-1?year-1;而实验证明,每公顷施用80kg铵态氮肥已可以加快土壤酸化进程 。
七、耕地土壤酸化划分
中国农业大学土壤专家张福锁和他的同事将上世纪80年代全国土壤普查的结果与过去十年进行的调查结果进行对比,中国几乎所有土壤类型的pH值下降了0.13至0.80个单位,即使是抗酸化的土壤类型,也显示其pH值下降,并在《科学》网站上公开了这一结果 。张教授认为,象这种幅度的下降,“通常需要经历数万年” 。
在pH分级方面,因研究目的不同,各国的分级标准不完全一致 。我国比较流行的分级标准主要有《中国土壤》和《中国土地资源网》的论述 。
《中国土壤》一书将我国土壤的酸碱度分为五级,即强酸性、酸性、中性、碱性、强碱性(表1.2) 。中国土地资源网上的土壤酸碱度等级划分标准将其分为七级(表1.3) 。
表1.2 《中国土壤》土壤酸碱度五级划分标准
反应强度 强酸性 酸性 中性 碱性 强碱性
pH范围 ﹤5.0 5.0~6.5 6.5~7.5 7.5~8.5 ﹥8.5
表1.3 土地资源网土壤酸碱度七级划分标准
反应强度 酸性极强 强酸性 酸性 中性 碱性 强碱性 碱性极强
pH范围 ﹤4.5 4.5~5.5 5.5~6.5 6.5~7.5 7.5~8.5 8.5~9.5 ﹥9.5
八、耕地土壤酸化的成因
土壤酸化过程本是个自然发生过程,但由于人为活动而被加剧 。在远离工业发展较快的农业生产系统中,促进土壤酸化的主要因素在于C、N元素的自然循环被打破,其主要过程与酸性肥料的施用,N的硝化作用,N03-的淋失,有机质的矿化,植物根系吸收的阳离子多余阴离子而释放出过多的H+等物理生物化学反应相关 。作为碳循环的一部分,农产品的收获物从地上移走(包括籽粒和秸秆)也能导致土壤发生酸化 。植物在生长过程中,体内累积有机阴离子(碱),当作物从土壤上移走时,这些碱性物质也随之带走,为了维持土壤——植物体系的离子平衡,植物根系向土壤释放出H+,致使土壤发生酸化 。然而,在某些农业生产系统中,农产品收割的致酸效应已经成为引起土壤pH降低的重要影响因素 。
1、降水对土壤pH的影响
(一)强降雨导致土壤酸化 。在多雨条件下,土壤中的盐基离子向下淋溶,氢离子代替盐基离子被土壤吸附,并进一步转化为铝质土壤 。如果从土壤中溶脱的盐基超过补给量,土壤就逐渐向盐基不饱和的酸性土壤方向变化 。
(二)降水影响了盐基离子 。以利川市为例,盐基离子的代表K+在第二次土壤普查时含量较高,速效钾平均值136.4毫克/公斤,小于50毫克/公斤的面积不到3%,多为黄壤和第四纪粘土沉积物发育的土壤;50~100毫克/公斤的多为河流冲积物、石英砂岩坡积物发育的土壤和黄壤土类的部分土种,占耕地面积的33%;64%的耕地速效钾大于100毫克/公斤 。经过近30年的降水淋溶(当然还包括其它因素影响),均值降低18.7%,小于100毫克/公斤的面积由36%增加到48.99%(表1.5) 。
表1.5 利川市1982年、2006年耕地速效钾比较表 单位:mg/kg
均值 变幅 ≤50 50~100 100~150 ≥150
1982年 136.4 22.2~362.4 2.94% 33.06% 34.19% 29.81%
2006年 110.9 12.9~260.7 9.60% 39.33% 28.67% 22.39%
升降 -25.5 +18.7% +6.66% +3.27% -5.52% -7.42%
(三)酸雨导致土壤酸化 。对恩施州2011年11月3日至2012年3月23日的五次降雨和六次降雪共11次降水的采样检测,pH结果在4.27~6.98之间,平均为5.54,pH<5.6的6次,占54.55% 。恩施州与重庆市万州区相邻,两个行政区首府的直线距离约100公里,两者同属于中亚热带湿润区气候,在气候上的相似程度较大 。这与祝和权等研究报道的“万州地区是我国重要的酸雨区,酸雨pH值一般在4左右——最低值达3.68,酸雨频率约占70﹪”有相同的趋势 。
对利川市第二次土壤普查(1982年)到2006年非耕地与耕地pH的变化情况比较发现(表1.6),强降水和酸雨对耕地酸化的影响很大,大于人为因素对耕地酸化的影响 。第二次土壤普查非耕地pH平均值6.15,变幅为:4.3~8.2;目前的非耕地pH平均值为5.28,变幅为4.18~6.76 。与1982年相比较,非耕地的土壤pH值下降了14.15% 。耕地土壤pH值在第二次土壤普查平均值6. 5,变幅为4.2~8.7;目前的pH值为5.12,变幅为3.08~7.65 。与1982年相比较,耕地的土壤pH值下降了21.23% 。比较两个不同的类型,非耕地的pH下降了0.87,耕地下降了1.38 。同时期的非耕地pH变化可以视为雨水等自然因素的变化,而把同时期的耕地土壤pH变化看作雨水等自然因素与人为因素的叠加,就可以发现,雨水等自然因素在整个酸化过程中所占的比重大于人为因素 。
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