耕地是稳定国家粮食生产、维护国家粮食安全、保证国家可持续发展的资源保障。耕地土壤酸化是威胁作物生长、降低粮食产量的主要障碍因素之一。耕地酸化不仅会加重土壤板结、致使作物根系发育不良、降低肥料利用效率,也会破坏土壤结构、激发有害微生物活性、加重土壤重金属污染程度。“加强退化耕地治理”先后被写入2021年《“十四五”全国农业绿色发展规划》和2024年中央一号文件。有效治理耕地酸化是提升我国耕地质量、保障国家粮食安全的重要举措。
我国耕地酸化现状
土壤pH值是衡量耕地土壤酸碱性的重要指标。根据耕地土壤pH值,可以将酸化耕地划分为酸性(pH为5.5~6.5)、强酸性(pH为4.5~5.5)、极强酸性(pH为<4.5)三级。其中南方经济作物和粮食主产区以及东北地区耕地酸化尤为突出。此外,在我国东北地区和黄淮海平原部分地区也出现耕地土壤轻度酸化问题。
我国酸化耕地的影响因素
耕地土壤酸化受多种自然和人为因素共同作用、相互叠加影响。
一是土壤母质或成土过程。不同土壤母质对酸化耕地的敏感性差异较大。我国南方地区以沉积岩、火成岩和变质岩为主,尤其古生代和中生代的碳酸盐岩在南方地区尤为丰富。该类岩石在地处热带和亚热带湿润气候条件的南方地区,经过长期风化、淋溶、微生物分解等过程,形成红壤、棕壤、黄壤等主要土壤类型。因其在形成过程中大量盐基离子已经流失,导致具有较高的酸性和酸化倾向,且对酸化作用敏感性增强。当遇到高温多雨的气候条件时,南方地区耕地土壤有机质将加速分解并快速流失,耕地土壤酸化趋势进一步加剧。尤其在土壤淋溶层,盐基离子更容易随雨水淋洗到下层土壤,导致表层土壤酸性增强。
二是降雨量和降雨频率。降雨量和降雨频率是导致耕地土壤酸化的重要因素。在我国降雨量丰富的南方地区,包括长江中下游、西南地区和华南地区等南方粮食主产区,耕地土壤酸化问题最严重。由于大量降水会淋失土壤中的钙、镁、钾等碱性阳离子,使得土壤中氢离子和铝离子等酸性阳离子相对增加,导致耕地土壤酸化。另外,因酸雨的形成主要是大气中二氧化硫和氮氧化物与水蒸气反应生成硫酸和硝酸,当酸雨沉降在地表时,会直接将硫酸根和硝酸根等酸性物质带入土壤,进一步增强土壤酸性。
此外,不合理施用氮肥、长期连作消耗土壤养分等因素,也会在很大程度上加速耕地土壤酸化进程。
酸化耕地治理主要措施
施用土壤改良剂。施用石灰质物质是一种广泛且有效的酸化耕地治理方法。生石灰、熟石灰等石灰质物质,含有大量碳酸钙或氢氧化钙,可有效中和土壤酸性提高土壤pH值,从而减少土壤中铝、铁离子的溶解,降低其对植物根系产生的毒害效应。同时,可促进土壤团粒结构的形成,提升土壤对酸性物质的缓冲能力,减少酸雨、酸性肥料等外界酸化物质对土壤的影响。但应合理控制施用量和施用方法,避免因过量使用导致土壤板结等问题。此外,还可施用碱性肥料、生物炭和腐殖酸等有机材料及微生物菌剂等生物改良剂代替石灰性物质。碱性肥料含有大量的钙、镁、钾等碱性阳离子,可以很好地中和酸性。施用生物炭和腐殖酸均可提高土壤pH值,其中生物炭能使pH值提高30%左右,腐殖酸可使pH值提高0.07~0.45。复合微生物菌剂配施腐殖酸钾可增加土壤pH值,且效果优于两者单施。
适量秸秆还田。适量秸秆还田可在一定程度上缓解土壤酸化问题。秸秆中富含碳、氢、氧等有机成分和一定量的氮、磷、钾等养分,秸秆还田为土壤微生物提供了丰富的碳源和能量来源,激活了土壤中细菌、真菌和放线菌等微生物群落的活性。在该类土壤微生物的作用下,秸秆中的有机物质被转化为腐殖质,从而增加土壤有机质含量,稳定土壤结构,增强土壤的保水性和保肥性,减少土壤酸化的风险。同时,秸秆分解过程中也可将其中的钙、镁、钾等碱性物质释放于土壤中,提升土壤pH值,缓解土壤酸化问题。但应严格控制秸秆还田量,过量的秸秆进入土壤,会导致土壤有机酸积累过多,加重土壤酸化程度。
增施有机肥。增施有机肥是改善耕地土壤酸化的重要措施之一,有机肥中含有大量有机质和腐殖质。施用有机肥不仅能够增加土壤中有机质的含量,促进土壤团粒结构的形成和稳定,改善土壤的通气性和透水性,提升土壤缓冲能力,也能吸附和固定土壤中的酸性阳离子,提高土壤pH值,减缓耕地土壤酸化进程。
种植绿肥。绿肥可以有效改善酸性土壤的理化性质并增强土壤肥力和缓冲能力。绿肥是指种植并翻压入土壤的绿色植物,包括豆科植物(如苜蓿、紫云英、蚕豆)和非豆科植物(如油菜、荞麦等)。绿肥根系能够打破土壤中的板结层、增加土壤孔隙度,改善土壤通气性和透水性,使得酸性离子更容易被淋洗、中和。另外,绿肥在生长过程中能够通过光合作用积累大量的有机物质,当绿肥被翻压入土壤后,其中的有机物质会被土壤微生物迅速分解,形成腐殖质和其他有机质成分,以增强土壤抗酸能力。
合理田间轮作。合理田间轮作可平衡土壤养分,减少土壤酸性累积。不同作物对养分的需求和吸收方式不同,合理安排不同类型作物的轮作,可以避免因单一作物长期种植所导致的养分失衡和土壤酸性累积。例如,引入豆科作物和水稻、玉米、小麦等作物进行田间轮作,能够增加土壤中的氮含量,减少氮肥等酸性肥料的施用量和施用频率,降低外源性酸性物质的输入量,防止土壤pH值下降,减缓耕地土壤酸化。另外,田间轮作可通过引入不同作物,提升土壤中动植物和微生物群落的多样性,保持土壤生态平衡,增强土壤自我修复能力,减缓耕地土壤酸化进程。
有关建议
有效治理耕地酸化是提升我国耕地质量、保障国家粮食安全的重要举措。要多措并举,开展耕地酸化治理,实施有针对性土壤改良措施,提升综合生产能力,为粮食产量持续稳定增长提供重要支撑。
因地制宜选择酸化耕地治理措施。将我国酸化耕地按照不同土壤酸化程度、土壤类型、气候条件、作物种类及种植习惯等因素进行分类分区,因地制宜选取适合该区酸化特征的治理方法,以实现最佳治理效果。例如,对于种植水稻的酸化水田,可采取增加绿肥种植和稻草还田等措施增加有机质含量,达到既调节土壤pH值,又保持土壤健康状态的效果。在施用石灰、白云石粉等碱性土壤改良剂时,应根据土壤的酸化程度,选择合适的施用剂量和频率。通常中度酸化的土壤每亩施用100~150千克石灰,重度酸化土壤可增加至200千克以上。
多措并举综合治理酸化耕地。通过结合多种治理手段与策略,针对不同土壤类型、酸化程度及区域特征,形成一套科学的、系统的治理方案,以逐步恢复和提升耕地土壤健康。例如,四川省广安市广安区在土壤pH值为4.5~5.0的强酸性土壤区域,构建了以“钙镁磷肥+碱性商品有机肥+绿肥种植(蚕豆)”为核心的综合治酸模式,兼顾增产增效和农业绿色发展。广西河池市金城江区针对强酸性水田,采用“冬种油菜绿肥+碱性土壤调理剂+秸秆全量还田+测土配方施肥”技术模式综合改良。浙江省缙云县聚焦土壤pH<5.5的强酸性耕地,叠加实施“施用有机肥和土壤调理剂、秸秆还田、种植绿肥等”技术措施,集成一套提高土壤pH值、酸缓冲容量和有机质含量的综合治理技术模式。
加强耕地酸化治理技术推广力度。通过线上线下相结合的方式带动农民科学治理酸化耕地,向农民介绍酸化耕地治理的重要性和具体措施,提高农民对治理方案的认识和接受度。例如在农民培训会、技术推广会等地设立宣传点,通过展板、发放宣传册和现场讲解等方式,宣传酸化耕地治理的科学方法;在微信、抖音、快手等农民常用的社交媒体平台发布短视频、科普文章等,引导农民了解和学习酸化耕地治理相关知识。同时,应利用好示范基地和田间学校,通过实地讲解、现场观摩、实际操作等方式推广酸化耕地治理技术,促进农民理解和掌握酸化耕地治理技术。另外,需建立合理的奖励机制,对科学采取治理酸化耕地措施的农民给予经济奖励或补贴,包括提供治理费用补贴、增加生产资料支持等,进一步调动农民参与酸化耕地治理的积极性。
建立酸化耕地治理立体监测体系。利用遥感技术、无人机巡查、物联网传感器等手段,搭建覆盖广泛的土壤监测网络,实现对酸化耕地治理过程的科学管理和动态监管,提升治理措施的精准度和效率。通过信息化的监管系统,对酸化耕地的土壤pH值、有机质含量、养分状况、水分含量等指标进行实时监测、处理和分析,进一步掌握酸化耕地的变化趋势和治理成效,为后续治理工作提供参考。
(作者单位:陈正、李轶男、沐青,农业农村部工程建设服务中心;杨翠翠、胡克林、张超,中国农业大学土地科学与技术学院)
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