长期不同施肥对土壤酸化作用的影响研究
土壤酸化是土壤质量退化的重要形式。土壤酸化本是一个自然过程,其速度非常缓慢,但近几十年来,由于工业飞速发展导致酸沉降的增加,人为活动如施肥及耕作作用大大加速土壤酸化进程。目前土壤酸化发生机制、时空演变规律及其恢复重建等已成为土壤退化研究的重要组成部分,成为21世纪国际土壤学、农学及环境科学界共同关注的热点问题。 本文利用江苏地区典型水稻土和潮土长期定位试验,研究了长期不同施肥对酸碱缓冲容量及土壤酸化速率的影响,并结合土壤添加秸秆、猪粪等培养试验、施氮及模拟酸沉降试验,对土壤酸化的关键影响因素、不同致酸因子的贡献进行了较系统的研究。主要结果如下： 1)与第二次土壤普查结果相比,太湖地区6类水稻土pH和CEC显著下降,降幅分别为1.1个单位和8.3cmol( )·kg-1,土壤pH的内梅罗指数分别由1982年的2.69～2.91(平均2.82)下降为2004年的1.73～2.41(平均2.05),成为土壤肥力单因子质量指数最低指标;江苏淮北潮土的土壤肥力限制因素也从有效养分低演变为土壤pH的降低,表明土壤酸化已成为影响江苏典型土壤肥力质量的主要限制因子。 2)太湖地区黄泥土长期定位试验采用裂区设计,主处理为施用有机肥与不施有机肥处理,副处理分别为不施肥、施氮肥、施氮磷肥、施氮钾肥、施氮肥 水稻秸秆、施磷钾肥、施氮磷钾肥,共14个处理。26年长期不同施肥后,不同处理pH降低了0.38～1.39,土壤酸化速率为0.50-1.74kmol H hm-2a-1,酸化修复所需CaCO3用量为24.7-87.1kg-hm-2·a-1。各处理土壤pH以施磷钾肥处理(CPK)为最高(pH6.42),纯空白对照(CO)次之(pH6.38),施氮肥结合有机肥及秸秆处理(MRN)最低(5.41);各处理土壤酸化速率以施磷钾肥(CPK)处理最低,施氮肥结合有机肥及秸秆(MRN)处理最高,施用氮肥基础上增施有机肥促进土壤酸化,其酸化速率大于单施化肥处理。增施有机肥及秸秆处理土壤缓冲容量保持稳中有升,这主要与土壤有机质的提升有关;而pH的下降则与盐基离子含量的下降有关。 3)淮北地区黄潮土长期定位试验共设9个处理,采用裂区设计,主处理1：不施有机肥;副处理：①空白对照(CK,不施肥)、②施氮肥(N)、③施氮磷肥(NP)、④施氮钾肥(NK)、⑤施氮磷钾肥(NPK)。主处理2：施有机肥;副处理：①不施化肥(M)、②施氮肥(NM)、③施氮磷肥(NPM)、④施氮磷钾肥(NPKM).30年连续不同施肥后,徐州石灰性潮土土壤pH降低0.41～0.70;不同施肥处理耕层土壤酸碱缓冲容量为15.82-21.96cmol-kg-1,施用化肥促进土壤酸化加速,单施氮肥酸化程度最高,而化肥配施有机肥处理则缓解土壤酸化加速。长期不同施肥下石灰性潮土仍处于碳酸钙缓冲体系,该体系下,有机质对石灰性潮土土壤酸碱缓冲体系影响较弱。长期不同施肥显著改变0-40cm层土壤的碳酸钙和活性碳酸钙含量,且活性碳酸钙含量在剖面中的分异变化比碳酸钙大,其含量与土壤酸碱缓冲容量达到极显著正相关关系,表明长期施肥管理下,土壤活性碳酸钙更能敏感反应土壤基本理化性状的变化。 4)3年田间小区试验研究了等氮量下不同鸡粪和尿素配比对水稻生长和土壤酸化的影响,鸡粪和尿素配比处理获得较高产量,50%鸡粪处理产量最高。各施肥处理土壤酸碱缓冲容量为2.07-2.36cmol-kg-1,随鸡粪施用比例上升而上升,各处理土壤酸碱缓冲容量与土壤有机质含量、CEC变化趋势一致,其相关系数分别达到极显著、显著相关,显示等氮量下,提高鸡粪施用比例导致土壤盐基离子的累积和有机质的提升是导致土壤酸碱缓冲容量增加的主要原因。 5)室内添加不同氮含量及用量水稻秸秆培养试验表明,各处理土壤0-40cm层pH降幅为0.01-0.99,总致酸量为56.77-136.18mmol,对相同氮含量秸秆,致酸量随秸秆用量增加而增加,但相同用量下氮含量不同的秸秆间差异较小,增加外源氮量,总致酸量随施氮量增加而上升;各处理致酸因素中,HC03-致酸量占总量的比例为82.01%-92.97%、氮淋溶致酸量占总酸量的比例为6.92-13.04%,淋溶致酸随秸秆用量和施氮量的提高而上升,但低氮秸秆和高氮秸秆间HC03-致酸量相差较小,但氮淋溶致酸量差异较大;有机阴离子循环的致酸比例为0.11-9.98%,其趋势同氮淋溶相一致;而外源H 所占比例较弱,仅为0.001-0.005%。 6)室内添加不同量猪粪培养试验结果表明,猪粪添加量小于40mg-kg-1时,土壤盐基离子Ca2 、Mg2 、K 、Na 的净淋失量随猪粪添加量增加而上升。试验土壤的酸碱缓冲容量、有机质含量均随猪粪施用量上升呈上升趋势,添加猪粪后,有机质在试验土壤的酸碱缓冲体系中占有主导作用。 7)室内比较了3个pH梯度降雨和3水平施氮量对水耕铁渗人为土土壤酸化的影响。不同pH降雨及施氮处理土壤的酸度累积量为4.73-15.57mmol H 每柱,以pH6.5降雨不施氮处理、pH2.5添加高氮量(N2)处理酸化速率为最低和最高,相同pH降雨下,致酸量随施氮量增加而上升;不施氮处理土壤酸度累积随降雨pH降低而增加,但中施氮量(150mg-kg-1±)和高施氮量(300mg-kg-1±)下,pH4.5处理土壤酸度累积量则小于pH6.5处理;不同降雨及施氮处理N03-淋溶致酸量为4.32～12.88mmol每柱,NH4 淋溶消耗H 量为0.01-0.29mmol每柱;正常酸沉降(pH6.5)下,中施氮量和高施氮量处理致酸量都大于各梯度pH降雨的致酸量。以上结果表明,单施氮处理的致酸量大于单纯的酸沉降处理,而无论是降雨还是施氮,N03-淋溶在加速土壤酸化进程中占主导作用。 总之,对于江苏省太湖地区的黄泥土,土壤酸碱缓冲体系处于硅酸盐和盐基离子缓冲体系,该体系下其酸碱缓冲容量的变化受有机质的影响较大,而硝态氮的淋溶和盐基离子的淋失及移出在加速土壤酸化进程中可能占主导作用;江苏淮北潮土则处于碳酸钙缓冲体系,在施用化肥的基础上增施有机肥有减缓土壤酸化的趋势;和模拟不同pH降雨相比,施氮的致酸强度大于降雨,且N03-的淋溶为致酸量的关键因素。黄泥土酸化的加速可以通过增施石灰、合理的养分管理及轮作方式来缓解或控制。…… 