【來源/作者】北納生物
<土壤>
酸性土壤主要分布于水熱資源豐富的熱帶和亞熱帶地區(qū),，植物生產(chǎn)潛力巨大。由于酸性土壤中存在酸害,、鋁毒和養(yǎng)分缺乏等多種脅迫因子，酸性土壤的植物生產(chǎn)潛力難以充分發(fā)揮,。酸性土壤約占陸地總面積的30%,，約50%耕地和潛在可耕地屬于酸性土壤,，中國酸性土壤約占國土總面積的22.7%。發(fā)揮酸性土壤的作物生產(chǎn)潛力,，將為保障糧食安全做出巨大貢獻(xiàn),。酸性土壤不制了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，而且對生物多樣性和生態(tài)環(huán)境造成了負(fù)面影響,。酸性土壤可持續(xù)利用對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)均具有重要意義。酸性土壤的可持續(xù)利用可以通過土壤酸性改良和肥力并重提高,、化肥和有機(jī)肥施用相結(jié)合、充分利用植物遺傳潛力,、發(fā)揮酸性土壤生態(tài)功能等一系列對策加以實(shí)現(xiàn),。自然條件下的土壤酸化本身是一個(gè)緩慢過程，但是人類活動如氮肥過量施用和大量酸沉降,，極大地加速了土壤酸化。將來的研究應(yīng)從降低氮肥的施用量和酸沉降的排放量來減緩?fù)寥浪峄俾?，前者主要依賴于氮肥利用率的提高,，后者主要依賴于工業(yè)化技術(shù)的提高和國家政策制度,。
隨著人類活動的加劇，本來非常緩慢的土壤酸化過程變得越來越快,，近20 年來土壤酸化程度遠(yuǎn)超過去幾百年來的土壤酸化,。酸性土壤已成為一些地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的限制因子,，在酸化嚴(yán)重的土壤上種植作物甚至絕收,。土壤酸化也引起了生物多樣性的降低，生物群落結(jié)構(gòu)的改變,。土壤pH值降低，土壤中重金屬活性升高,，影響了農(nóng)產(chǎn)品的安全,。植物利用酸性土壤養(yǎng)分能力低，土壤中聚集的養(yǎng)分更容易流失,，存在潛在的面源污染風(fēng)險(xiǎn)。酸性土壤分布區(qū)域大都水熱資源豐富,，植物生產(chǎn)潛力巨大,，克服酸性土壤中的不利因子，不僅對于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力,，而且對于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)都有重要意義。
1 酸性土壤概況
1.1 酸性土壤面積與分布
在范圍內(nèi),，酸性土壤(＜pH 5.5) 的面積約39.5 億hm2,，約占無冰蓋陸地總面積的30%,。*約25 億hm2耕地和潛在可耕地屬于酸性土壤，約占耕地和潛在可耕地總面積的50%,。世界酸性土壤主要分布于熱帶,、亞熱帶和部分溫帶地區(qū),，水熱資源豐富，氣候條件適宜農(nóng)業(yè)生產(chǎn),。中國酸性土壤主要分布于南方高溫多雨的紅壤地區(qū),，遍及14 個(gè)省（自治區(qū),、直轄市），面積達(dá)218 萬km2,，約占全國土地總面積的22.7%,。
1.2 酸性土壤的形成原因
酸性土壤的形成過程分為自然條件下和人為條件下的土壤酸化。在自然的高溫多雨條件下,，土壤礦物質(zhì)高度風(fēng)化,，強(qiáng)烈淋溶，土壤酸緩沖體系能力顯著下降,，導(dǎo)致土壤中硅和鹽基離子大量淋失而鐵鋁氧化物富集,，形成了酸瘠土壤,。在自然條件下，土壤酸化是一個(gè)非常緩慢的過程,，土壤pH值需要經(jīng)歷數(shù)十年甚至數(shù)百年才會出現(xiàn)明顯降低,。隨著世界工業(yè)化的發(fā)展，各種人類活動正在引起土壤酸化速率的加快,。據(jù)統(tǒng)計(jì)，過去20年間,，中國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng),、森林生態(tài)系統(tǒng)和草原生態(tài)系統(tǒng)土壤pH值分別下降了0.42、0.37 和0.62個(gè)單位,。在各種人為因素中，氮肥的過量施用被認(rèn)為是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤酸化加速的主要誘因,。酸沉降,，主要是氮硫沉降，被認(rèn)為森林和草原生態(tài)系統(tǒng)土壤酸化加速的主要原因,。另外，一些植物種類如豆科和茶科植物會引起土壤酸化,，高強(qiáng)度種植模式下作物收獲帶走了大量鹽基,，也會導(dǎo)致土壤酸化,。值得一提的是，目前設(shè)施農(nóng)業(yè)中,，高強(qiáng)度種植方式和大量化肥施用,，不僅導(dǎo)致了土壤的酸化，也引起了土壤鹽漬化，值得高度重視,。隨著土壤酸化的加劇,，土壤酸化對作物生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的影響正引起人們的高度關(guān)注,。
2 酸性土壤與植物生產(chǎn)力
2.1 酸性土壤限制植物生長的因子
酸性土壤地區(qū)一般高溫多雨，氣候條件非常適合植物快速生長,。據(jù)估計(jì),，中國酸性土壤地區(qū)用占全國27%的耕地養(yǎng)活了全國43%的人口。范圍內(nèi),，雖然酸性土壤面積很大,，但是僅5.4%的酸性土壤被用作種植農(nóng)作物,，種植農(nóng)作物的酸性土壤面積僅占世界農(nóng)作物總面積的12%，酸性土壤中蘊(yùn)藏著農(nóng)業(yè)發(fā)展的大潛力,，這表明大面積的酸性土壤潛在可耕地未被開發(fā)和利用,。酸性土壤區(qū)域植物巨大生產(chǎn)潛力未被挖掘的主要原因是因?yàn)樗嵝酝寥乐写嬖诙喾N限制植物生長的因子。酸性土壤限制植物生長的因子分為物質(zhì)過多和過少兩種,，過多的物質(zhì)主要有酸,、鋁,、錳、鐵,，過少的物質(zhì)有鈣,、鎂、氮,、磷。其中,，鋁毒被認(rèn)為酸性土壤限制植物生長的主要因子,，幾個(gè)微摩爾級濃度的鋁就會對植物根系產(chǎn)生嚴(yán)重毒害。鋁本身在對植物產(chǎn)生直接毒害的同時(shí),，也間接地影響了植物對多種養(yǎng)分的吸收，降低了植物養(yǎng)分吸收效率,，酸性土壤上的植物需要同時(shí)克服這些共存脅迫因子才能良好生長,。提高植物對這些共存脅迫因子的適應(yīng)能力可以發(fā)揮酸性土壤植物生產(chǎn)潛力,。
2.2 植物適應(yīng)酸性土壤的機(jī)制
在長期的進(jìn)化過程中,，植物為了適應(yīng)酸性土壤，已形成了各種各樣的耐酸性土壤機(jī)制,。鑒于鋁毒是酸性土壤限制植物生長的主要因子,，在植物耐鋁機(jī)制方面的研究多也為深入,。不同植物種類或者同一植物的不同品種對鋁毒的響應(yīng)能力差異很大,。植物的耐鋁機(jī)制分為內(nèi)部忍耐機(jī)制和外部排斥機(jī)制，內(nèi)部忍耐機(jī)制指鋁在植物體內(nèi)與有機(jī)酸或酚類物質(zhì)配體絡(luò)合,，將鋁分室在液泡,、表皮等部位，降低高濃度鋁的毒害,，或者鋁誘導(dǎo)形成一些蛋白或改變相關(guān)酶的活性,，來適應(yīng)鋁脅迫環(huán)境,；外部排斥機(jī)制指鋁在細(xì)胞外進(jìn)行螯合，將鋁排除在細(xì)胞外,，使其不能進(jìn)入植物細(xì)胞,，主要包括有機(jī)酸或磷酸根的分泌、細(xì)胞壁對鋁的固定,、根際pH值升高等,。目前,，已有不少植物耐鋁基因被分離鑒定，這為酸性土壤耐鋁植物的遺傳改良提供了分子信息,。相對于鋁毒,，關(guān)于植物抵抗酸性土壤其他脅迫因子的研究較少，也不深入,。另外，目前對擬南芥和一些糧食作物如水稻的耐鋁分子生理機(jī)制研究較多,，對于一些木本植物耐鋁機(jī)制認(rèn)識不夠,，而木本植物卻具有非強(qiáng)的耐鋁能力,。
植物除了利用本身的遺傳潛力來抵抗酸性土壤,，外部因子特別是土壤中的一些因子也會顯著影響植物適應(yīng)酸性土壤的能力。如上所述,，酸性土壤中不僅存在鋁毒,，而且存在多種其它共存脅迫因子，單一鋁毒限制因子的酸性土壤基本上是不存在的,。在我們的研究中，發(fā)現(xiàn)這些限制因子之間存在有意思的相互作用,。例如,，酸性土壤低pH 值抑制了硝化作用，銨態(tài)氮經(jīng)常為酸性土壤的主要氮源,，而銨態(tài)氮能夠緩解鋁對植物的毒害，同時(shí)耐鋁植物較為偏好銨態(tài)氮,，這為通過利用氮鋁相互作用機(jī)制來提高植物耐鋁能力和氮效率提供了理論支持,。鋁毒和錳毒同為酸性土壤植物生長限制因子,，在水稻上的研究表明，鋁能減輕錳對水稻的毒害,。這些結(jié)果暗示著植物能夠通過充分利用其生長環(huán)境中的各種限制因子之間的相互作用,，來實(shí)現(xiàn)其適應(yīng)酸性土壤的目的,。充分利用這些相互作用，可以幫助植物來協(xié)同適應(yīng)酸性土壤的多種脅迫因子,。
3 酸性土壤與生態(tài)環(huán)境
土壤的不斷酸化顯著改變酸性土壤上的生物群落結(jié)構(gòu)和功能,，包括植物、動物和微生物,。雖然在酸性土壤環(huán)境中亞熱帶濕潤森林系統(tǒng)擁有大物種豐富度,，但是亞熱帶濕潤闊葉林系統(tǒng)對土壤酸化非常敏感,。長期氮沉降導(dǎo)致的草原酸化顯著降低了草原植物物種豐富度。一些森林生態(tài)系統(tǒng)植物絕亡和土壤退化與土壤嚴(yán)重酸化有關(guān),。對長白山土壤不同梯度海拔下裸足肉蟲的群落分布特征發(fā)現(xiàn),，土壤pH值與裸足肉蟲的豐富度和多樣性呈極顯著的正相關(guān),，表明土壤pH 值對土壤動物有顯著影響。連續(xù)5年使用氮肥后,，內(nèi)蒙古典型草原土壤酸化降低了草原微生物碳氮和微生物活性，也改變了土壤碳代謝微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性,。土壤真菌一般對土壤酸化不太敏感,，而土壤細(xì)菌對土壤酸化非常敏感,。不同的氨氧化微生物對土壤酸化響應(yīng)也不一樣，氨氧化細(xì)菌比氨氧化古菌對土壤酸化響應(yīng)更加敏感,。因此,，土壤酸化對植物、動物和微生物群落結(jié)構(gòu)和生物多樣性有著重要影響,。
土壤酸化除了對生態(tài)系統(tǒng)生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性造成嚴(yán)重影響外,，對周圍環(huán)境質(zhì)量也有重要影響。土壤中的金屬元素活性一般都很低,，但是隨著土壤pH值降低,，金屬元素的生物有效性顯著升高。如果這些金屬元素是植物必需營養(yǎng)元素,，那么可以促進(jìn)植物生長；但是如果是一些重金屬元素,，則會對周邊水體和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)存在潛在威脅,。特別對于一些廢棄礦山和礦井,，土壤酸化不僅是土壤環(huán)境問題，而且酸害和重金屬還會腐蝕金屬設(shè)備,、破壞水體、毒害水生生物,，甚至影響國家水上建設(shè),。另外,，鋁不僅對植物有毒,，對所有生物都有毒害。土壤酸化也會引起土壤和水體中毒性鋁濃度升高,，對水體環(huán)境和人類健康構(gòu)成潛在威脅,。幸運(yùn)的是，大部分農(nóng)作物都僅在根系積累鋁,，而地上部特別是種子中鋁含量很低。因此,，除根部外,，大部分作物的可食部分是安全的，但是鋁對地下水,、河流,、湖泊的負(fù)面影響仍值得探討。目前,，由于氮肥用量過多,，一些設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤酸化嚴(yán)重,，同時(shí)土壤氮磷含量很高，在降雨較多的季節(jié),，這些土壤富集的氮磷如果流失到環(huán)境中,，也會造成面源污染。土壤酸化對環(huán)境的負(fù)面影響也不容小覷,。
4 酸性土壤可持續(xù)利用對策
雖然酸性土壤大都分布于水熱資源豐富地區(qū),，但是由于酸性土壤的酸、瘠,、毒等特點(diǎn)，酸性土壤的巨大生產(chǎn)潛力難以充分發(fā)揮,。傳統(tǒng)的酸性土壤改良措施是施用石灰,，這種改良方式雖然簡單有效，但是由于存在不少缺點(diǎn),，如粉塵污染、深層改良不足,、容易造成土壤板結(jié),、土壤容易返酸及基于經(jīng)濟(jì)利益考慮，農(nóng)民越來越不樂意施用石灰,。近些年來一些新型的酸性土壤改良劑不斷出現(xiàn),，酸性土壤種植模式也越來越多樣化。綜合考慮,，我們提出以下幾項(xiàng)酸性土壤可持續(xù)利用對策,。
（1）改良土壤酸性和提高土壤肥力并重的對策,。在改良酸性土壤過程中,，對土壤酸性的改良較為重視，卻忽視了對土壤肥力的提高,。如上所述,，酸性土壤限制因子不僅僅是酸害和鋁毒,，一系列養(yǎng)分如鈣、鎂,、磷甚至一些微量元素都存在缺乏,，如果僅僅改良土壤酸性，效果經(jīng)常并不明顯,。因此，需要在提高土壤pH值的同時(shí),，也要補(bǔ)充土壤中缺乏的營養(yǎng)元素。
?。?）化肥和有機(jī)肥施用相結(jié)合的對策,?；侍貏e是氮肥，如果大量施用會加速土壤酸化,，長期大量施用氮肥,，一些酸性土壤已出現(xiàn)作物絕收的現(xiàn)象。有機(jī)肥大都含有一些堿性物質(zhì),，不但可以提高土壤pH值，還能提供養(yǎng)分,，也可以改善土壤的物理結(jié)構(gòu),。但是有機(jī)肥肥效慢，化肥肥效快且針對性強(qiáng),，將二者進(jìn)行結(jié)合施用,，可以發(fā)揮二者優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)缺點(diǎn),，達(dá)到增產(chǎn),、增效和目標(biāo)。
?。?）利用植物本身的抗逆潛力，在酸性土壤種植耐酸抗鋁且養(yǎng)分利用效率高的植物,。有些植物種類或品種,，具有*的適應(yīng)酸性土壤能力，有些植物甚至“喜歡”在酸性土壤上生長,，如茶樹。種植這些類型植物,，可以不用改良酸性土壤,，降低投入成本，還能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益,。
（4）采用宜農(nóng)則農(nóng),、宜林則林的對策,，充分發(fā)揮酸性土壤的自然生態(tài)功能。很大一部分酸性土壤分布于林地或山地,，有些區(qū)域還是自然保護(hù)區(qū)或者風(fēng)景區(qū)，山水如畫,，風(fēng)景優(yōu)美,。對于這種類型的酸性土壤，需要根據(jù)區(qū)域內(nèi)的植物類型特點(diǎn),，有針對性地利用和改良,，因?yàn)橛行┲参锲盟嵝酝寥?，如果不加判斷地提高土壤pH 值，可能會起到反面效果,。在這些地區(qū),，應(yīng)該種植一些耐酸性土壤的植物種類，充分發(fā)揮酸性土壤的生態(tài)功能，而不是提高其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力,。
5 展望
大量氮肥施用和酸沉降被認(rèn)為是導(dǎo)致土壤酸化加速的主要原因，但是世界人口還在不斷增加,，人類對糧食的需求還將不斷升高,，氮肥施用量在短期內(nèi)不會降低甚至還會上升，工業(yè)化產(chǎn)生的酸沉降會降低但不會*消失,。自然條件下的土壤酸化是一個(gè)緩慢過程,，人類活動正使得土壤酸化速率在不斷加快。不可避免的是將來土壤會變得越來越酸,，如何減緩?fù)寥浪峄俾适且粋€(gè)性課題,。雖然酸性土壤改良能夠在短期內(nèi)取得較好效果,，但是使用大量的改良劑也不是長久之計(jì)，也不能從根本上解決問題,，改良后的酸性土壤還會返酸,。將來的研究應(yīng)該從根本上降低氮肥施用和酸沉降對土壤酸化的影響。對于酸沉降,，隨著相關(guān)工業(yè)技術(shù)的提升,，工業(yè)化排出的酸沉降會越來越少，目前一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)有效控制了酸沉降物質(zhì)的排放,，長期來看,，酸沉降對土壤酸化的影響將越來越小,。減少氮肥施用量，同時(shí)要保證高產(chǎn),，需要提高氮肥利用率,，如何提高氮肥利用率目前仍是一個(gè)難題,，氮肥利用率的提高必將減緩化肥引起的土壤酸化,。因此，提高酸性土壤氮肥利用率是減緩?fù)寥肋M(jìn)一步酸化的一個(gè)重要技術(shù)途徑,。
(空格分隔,最多3個(gè),單個(gè)標(biāo)簽最多10個(gè)字符)
8
立即詢價(jià)
您提交后，專屬客服將第一時(shí)間為您服務(wù)