重庆市紫色土酸化现状及机理研究

【摘要】： 土壤酸化是土壤退化的一个重要方面。土壤酸化伴随着土壤pH下降、盐基和养分损失、铝和重金属活性提高，从而导致森林衰退和农作物减产。严重酸化的土壤淋滤水进入水体会使湖泊河流酸化而导致鱼类死亡。土壤酸化对陆生生态系统和水生生态系统的影响程度将随着时间的增加而迅速增加。因此，土壤酸化已成为全球范围关注的重要环境问题之一。 土壤酸化本是一个缓慢的自然过程，最近几十年来，人为活动大大加速了土壤酸化的进程。其中，有两方面的人为因素对土壤酸化产生较大影响，一是大气污染导致酸沉降增加诱发土壤酸化，另一个方面是农业生产过程中的不当措施引起土壤酸化。由于我国南部存在着大面积的酸雨区，我国学者对酸沉降诱发的土壤酸化研究较多而对后者关注较少。在研究土壤酸化所采用的方式上，多以模拟酸性降水的土柱试验为主，主要揭示酸沉降对土壤元素化学行为的影响，很少对土壤酸化进行系统的动态监测和现场跟踪研究，因而很难对土壤酸化程度进行定量的分析和描述。本文针对以上研究不足，选择酸雨危害严重的重庆市主要农业土壤——紫色土作为研究对象，通过大面积土壤酸化调查、模拟酸雨淋溶试验及利用紫色土长期定位监测资料，探讨了近几十年来酸沉降对土壤的危害程度和酸沉降与施肥对土壤酸化的交互作用，从宏观和微观两个方面分析了重庆市紫色土酸化现状和酸化机理。 土壤酸化调查进行于2002年，在重庆市各区县采集有代表性的土壤样品并对土样的pH值、交换性酸、交换性铝和酸缓冲性能进行测定，然后与二十世纪80年代中期重庆市土壤普查的保留样品进行对比分析研究，以揭示20年来重庆市土壤酸度变化状况。 结果表明：二十世纪80年代中期，重庆市仅局部地区紫色土有酸化现象，紫色土酸化情况不普遍。然而，目前重庆市农用地和菜地中的石灰性紫色土有所减少，而酸性和强酸性紫色土有所增加，特别是菜地土壤pH值下降较为明显；同时，农用地的土壤交换性酸和交换性铝均有一定程度的上升。土壤酸化评价显示，二十年前所调查的重庆市各区县紫色土均属于未酸化，当前各区县耕作紫色土已有部分属轻度酸化和个别土壤属中度酸化。因此，可判定重庆市紫色土壤酸化面积有扩大趋势，土壤酸化程度也有加深的趋势。 按照土壤酸化评价标准，江北、南岸、长寿、双桥、南）l！、秦江、永）I！、巴南、万 州、渝北等区县土壤属轻度酸化，其中级江和渝北的水稻上属中度酸化。因此，重庆市 今后在防止土壤酸化的工作中应将这些区县列为重点控制区域。 模拟酸雨淋溶试验旨在研究不同酸雨条件下不同施肥组合对土壤酸化的影响。试验 采用土柱淋溶方式，采用2因子4水平完全设计。按照重庆市酸雨分布状况和菜地土壤 常规施肥情况，设计酸雨pH（因子A）的4个水平分别为3．5、4．5、5．5、6．5，施肥（因 子B）的4个处理分别为对照、有机肥、化肥和混施。供试土壤为中性和酸性灰棕紫泥， 经自然风干后过3刀mm筛，按实验方案与肥料混句后装入内径5．4cm，高30cm的圆形 塑料筒中，土柱高20cm，每柱重595石g。重庆近几年的平均降雨量为1208．3mm，考虑 到设计方便，以1200mm计算。为扣除实际降雨地表径流的流量损失，确定模拟试验雨 量为年平均降雨量的70％，并参照重庆市多年月平均降水分布状况，计算每月模拟酸雨 的体积。降水淋洗土柱的速率为 100mlh”‘，保持上柱表面约 Icm的积水，淋完 5年雨 量后将土壤取出分析。 此外。利用国家紫色土肥力与肥料效益监测基地1991年～2001年土壤监测资料和 土壤样品，分析了田间状态下不同施肥组合土壤酸度的变化。以此探讨了农地土壤酸化 的影响因素。 模拟酸雨淋溶试验结果表明：无论在非酸性降水还是酸性降水下，化肥单独施用、 化肥与有机肥混和施用均导致土壤pH的明显下降，交换性酸和交换性铝增多，而有机 肥单独施用则对土壤pH、交换性酸和交换性铝影响较小。在单施有机肥条件下酸性降 水对土壤缓冲性能的破坏最小，但对单施化肥处理的土壤缓冲性能破坏较大，对有机肥 和化肥混合施用处理的土壤缓冲性能的破坏最大。酸雨和施肥两因子对土壤pH值、交 换性酸和交换性铝影响的交互作用在中性紫色土中不显著，但在酸性紫色土中达极显著 水平。当酸性降水和施用肥料这两种因素单独作用于紫色土时，对土壤盐基离子淋夫产 生影响较小，但同时作用于紫色土时，则加剧了土壤盐基离子的淋失。这表明酸雨和施 肥共同作用会促进土壤的酸化。 田间试验结果表明：氮、磷、钾三种化肥均衡施用对土壤酸化的影响较小；施用猪 粪及秸秆还田对土壤酸化有缓解作用；但氮磷钾化肥和猪粪混施、氮磷钾加秸杆还田、 过量施用化肥、长期施用含氯化肥以及稻一油轮作等农业措施则会加速土壤酸化。 综合现场调查与试验结果看，重庆市紫色土大部分属于对酸输入不敏感的土壤，紫 2 色土的酸害容量均大大高于 50 mmol kg－‘的酸敏感标准，紫色土的酸害容量的规律为石 灰性紫色土＞中性紫色土和酸性紫色土?