摘要推進酸化土壤改良、提高農業生產力是實現作物提質增收和發展綠色農業的重要任務。土壤改良劑具有降低土壤酸度、增加土壤養分、優化土壤結構、提高微生物活性、改善土壤微環境等作用，在修復酸化土壤方面具有重要意義。基于上述背景，從離子遷移轉化角度闡明土壤酸化成因，總結酸性改良劑分類、作用機理、改良效果及其對作物長勢的影響;指明現有改良劑在酸化土壤改良方面存在的問題，提出了新型土壤改良劑研發方向以及在應用過程中的關鍵影響因素;最后對改良劑未來發展趨勢進行展望，以期為土壤改良劑的研發和制備提供借鑒。

　　關鍵詞土壤改良劑;酸化土壤;酸化原因;土壤結構;提質增收

　　隨著人口的快速增長和對自然資源的過度開發與索取，導致產生耕地面積縮減、土地肥力降低、土壤酸化等一系列土壤環境問題[1]。其中土壤酸化是指土壤無機堿性組分與無機強酸組分差值的減少，即酸中和容量減少導致的酸度上升。我國土壤酸化面積達2.04×108hm2，約占全國土地總面積的22.7%，酸化率從2.6keq·H+/(hm2·a)增至7.6keq·H+/(hm2·a)[2-3]。大氣酸沉降過程和化肥過量施用是造成土壤酸化的主要成因。

　　土壤論文范例： 苔蘚結皮層土壤礦質元素含量變化特征

　　針對我國南方地區大范圍酸雨導致土壤酸化的問題，在2007年國務院頒布的《國家環境保護“十一五”規劃》[4]中，明確限制SO2排放。隨著土壤酸化問題越來越受到重視，現行的《土壤污染防治行動計劃》明確指出，可通過減少化肥使用量的方式減緩土壤酸化。但受到可變電荷土壤特性的影響，江西、福建、重慶、廣西、湖南、浙江等省(區、市)土壤酸化嚴重，以1:1型高嶺石為代表的礦物含量高，2:1型黏土礦物含量少，導致土壤酸緩沖能力差、易酸化[2,5]。土壤酸化影響土壤物理、化學和生物性質，降低土壤質量、抑制作物生長、降低作物產量[6]，因此，改善我國土壤酸化現狀具有重要現實意義。添加土壤改良劑是緩解土壤酸化的有效措施之一[7]。

　　土壤改良劑指的是能改善土壤物理、化學和生物特性的一類化合物[8]，如石灰類、礦物和工業副產品、有機物料和生物質炭等[9]，具有提升土壤pH、改善土壤結構、減少養分流失、優化微生物種群結構等功能，并且有助于構建適宜植物生長的微環境。同時土壤改良劑的制備促進工、農業廢物的資源化利用，助推綠色生態農業高質量發展。筆者從離子平衡和遷移轉換的角度，深度分析了土壤酸化原因，總結酸化土壤改良劑分類、作用機理、改良效果，闡述其對作物品質和產量的影響，并對新型土壤改良劑未來研發方向進行展望。

　　1土壤酸化原因

　　自然和人為因素共同影響土壤中離子的遷移轉換過程，其中氫離子(H+)和鹽基離子(K+、Ca2+、Mg2+、Na+)在土壤環境中的遷移轉化是影響土壤酸化的根本原因。H+濃度升高，導致土壤酸中和容量降低，加劇酸化;鹽基離子濃度降低，導致土壤膠體質子置換容量和酸緩沖能力降低[10]。可從H+和鹽基離子遷移轉化角度解析土壤酸化原因。

　　大氣中酸性物質(NOx、SOx)和水蒸氣發生反應，生成HNO3和H2SO4，其在大氣濕沉降作用下進入土壤;此外，NOx、SOx等酸性物質在大氣干沉降作用下進入表層土壤，與水發生反應生成HNO3和H2SO4等酸性物質，在干、濕沉降共同作用下，土壤酸度緩慢提升[6]。此外，化肥的過度施用也會提升土壤酸度。肥料中含有大量尿素，尿素發生氨化反應，生成NH4+和OH-〔式(1)〕，產生的NH4+分解，生成揮發態NH3和H+〔式(2)〕。同時，NH4+發生硝化反應，生成H+和NO3-〔式(3)〕，NO3-發生反硝化生成N2及其被植物進一步吸收的過程，消耗H+〔式(4)~式(5)〕。

　　當氮肥施加過量時，植物吸收土壤環境中殘余的NH4+，將其轉化成氨基酸，提升土壤中H+濃度〔式(6)〕[11-12];表層土壤吸收空氣中的CO2，與水反應轉化成HCO3-和H+;植物根部分泌產生檸檬酸、阿魏酸和蘋果酸等有機酸，易發生解離，產生RCOO-和H+。上述過程形成的HCO3-和RCOO-易隨鹽基離子淋溶流失，造成土壤H+累積，酸度提升[13-14]。最后，土壤中有機物的硝化和氧化、金屬離子絡合、還原性物質(H2S和Fe2S3)氧化等過程，均會提升土壤酸度。

　　此外，作為土壤的主要組成部分，鹽基離子具有顯著的酸緩沖特性[15]，在植物吸收、鹽基離子置換和降雨淋溶等作用下，導致鹽基離子流失，降低土壤鹽基飽和度和土壤酸緩沖性能，提升土壤酸度。植物生長發育過程吸收大量鹽基離子并將其儲存在植物器官內部，若植物殘體不進行還田處理，導致土壤鹽基離子含量降低，長期以往造成土壤酸化。當土壤H+和Al3+濃度上升時，土壤膠體交換位點的鹽基離子被H+和Al3+置換到土壤淋溶液中，易隨降雨淋溶流失，提升土壤酸度[16-19]。總之，外源H+濃度升高和土壤鹽基離子濃度降低，共同造成土壤酸化。

　　2土壤改良劑的種類、功能及其應用

　　土壤改良劑又稱土壤調理劑，廣義上指能改良和調節土壤理化性質的一類物質，狹義上指加入土壤中用于改善土壤物理、化學、生物活性的物質。按原料來源可將改良劑分為天然改良劑、人工合成改良劑、天然-合成共聚物改良劑和生物改良劑[22];按用途可分為針對酸化土壤、鹽堿地、防止土壤退化、防治土壤侵蝕、降低土壤重金屬污染等方面的改良劑;按性質可分為酸性土壤改良劑、堿性土壤改良劑、營養型土壤改良劑、有機物土壤改良劑、無機物土壤改良劑和生物制劑改良劑等。

　　酸性土壤改良劑可分為石灰類改良劑(石灰石、白云石等)，礦物和工業副產品(磷石膏、堿渣、粉煤灰等)，有機物料改良劑(秸稈、腐熟糞便等)，新型改良劑(聚丙烯酰胺、叢枝菌根真菌等)[23]，目前使用較多的有石灰、粉煤灰和生物質炭[24]。酸性土壤改良劑在調節土壤pH的同時，具有改善土壤其他理化性質的作用：

　　1)提供植物所需養分，有效抑制養分遷移，提升養分有效性[25]。如Masud[26]以石灰、雞糞、生物質炭為土壤改良劑，不僅將土壤pH提高了0.29~1.20、交換性酸度降低29.34%~66.23%，同時提高土壤堿解陽離子和有效磷濃度，提高玉米產量。2)降低土壤容重、增加土壤孔隙、提升土壤團聚性、改善土壤結構，提高土壤透氣性、保水性，促進作物對水分和營養物質的吸收。如Bossolani等[27]將磷石膏和石灰配施加入土壤，發現增加了真菌的豐富度和土壤有機碳含量，同時促進大團聚體的形成，降低土壤堆積密度，增加土壤孔隙度，提高玉米和蕓苔產量。3)影響土壤生物豐富度和多樣性，有效防治病蟲害和增加養分有效性，改善作物生長環境，提高植物生產力，達到增產提質的目的。如Markakis等[28]發現堆肥使土壤酚類化合物濃度提高了3.7~4.4倍，抑制鐮刀菌和黃萎病菌豐度，增加黃瓜和茄子鮮重。

　　(4)能通過提高土壤pH、增加吸附位點數量促進重金屬絡合和沉淀，降低重金屬的生物有效性，減少對作物的危害[29-30]。如Huang等[31]將無機和有機改良劑配施加入重金屬污染酸性土壤，使pH提高了1.99~3.32，Cd、Pb、Cu和Zn等土壤提取態濃度降低，提升了土壤呼吸及細菌的多樣性，促進了萵苣的生長，降低植物根和莖中Cd、Pb、Cu和Zn濃度。

　　3土壤改良劑的作用原理

　　3.1土壤改良劑對土壤化學性質的影響

　　3.1.1對土壤酸度的影響土壤酸度分為活性酸度和潛性酸度，土壤溶液中H+濃度代表活性酸度(pH)，土壤膠體上吸附態的可交換性H+和Al3+，在離子交換作用下進入淋溶液中的酸度為潛性酸度。酸度是影響土地環境質量、限制作物產量的重要指標之一[32]。通常酸化土壤中含有高濃度的H+和Al3+，影響土壤中氧化還原、吸附解吸、沉淀溶解、絡合等一系列化學反應的進行。高濃度的H+和Al3+抑制植物根部細胞分裂、伸長和膜運輸[33]、打破植物內部激素平衡[34-36]、抑制植物生長發育、降低作物產量和品質。酸性土壤改良劑通過降低土壤H+和Al3+濃度改善土壤酸環境。

　　3.2土壤改良劑對土壤微生物和酶活性的影響微生物和酶是土壤環境變化的重要傳感器，參與C、N、P等元素地球生物化學循環。酸化土壤酸度大、土壤結構差、養分含量和有效性低，影響微生物多樣性和酶活性。土壤改良劑通過改變土壤物理、化學性質等方式，為微生物提供適宜生境，提高參數水平，促進有益、功能性微生物和酶定制土壤。

　　4土壤改良劑對作物產量和品質的影響

　　作物產量和品質提升是改良劑對酸化土壤物理、化學和生物性質改變的綜合表現。改良劑增加作物產量。于翔宇[103]以石灰為改良劑，發現可以減輕土壤酸度，增加竹豆根部表面積、總長度和體積，促進竹豆莖和葉生物量增加。Vidal等[104]將蒙脫石和蚯蚓堆肥共同加入土壤，減輕了過量釋放可溶性有機碳、無機氮危害植物毒性，同時促進根際微生物固定根源性有機碳，將黑麥草生物量提升了2.3倍。

　　Fonte等[105]用蚯蚓和石灰改良酸性土壤，發現增強土壤結構，改善土壤氣體交換、水分固定、根系伸長和碳固定，同時促進植物吸收氮，將橫臥草生物量增加了180%。Li等[106]發現木質有機改良劑降低了土壤堆積密度和入滲率，增加了土壤總孔隙率和最大持水量等物理特性，增加了微生物呼吸量、微生物生物量碳、纖維素酶和過氧化氫酶活性，進而提升了小麥產量。Bharti等[107]發現藍藻改良劑增加土壤氮和碳有效性，促進植物根際生物膜和土壤多糖、球囊霉素相關土壤蛋白形成，進而增加植物抗氧化酶、防御酶活性，使菊花鮮重增產35%、花色加深35%。

　　5結論與展望

　　酸化土壤改良是土壤退化的重點和難點，應用土壤改良劑降低土壤酸度的同時，增加土壤養分、優化土壤結構、提高微生物活性、改善土壤微環境，符合資源循環利用和“低碳、環保、可持續發展”綠色發展理念，在維持生態系統平衡、促進農業環境良性循環和可持續發展發揮著至關重要的作用。當前土壤改良劑抑制酸化土壤機理仍不夠透徹，增產提質效果不太理想，應用土壤改良劑還存在一定的負面影響，如抑制微生物活性，增加溫室氣體排放、地下水重金屬和水體富營養化等環境風險，危害植物降低作物產量。基于上述分析結果，提出土壤改良劑研究的方向和建議：

　　1)深入詳述土壤改良劑作用機理，解析土壤物質轉化規律與趨勢，構建統計學層面的改良劑-土壤-植物作用關系，為精確研發相應改良劑和提升土壤農業生態系統健康提供科學根據;2)土壤改良劑類別、劑量、投加方法和聯合配施方式是研究探討的熱點，但土壤類型、植物種類和環境因素等條件也影響著改良效果。我國土壤改良起步較晚，研究大都局限于短期盆栽實驗。因此，開展長期大田試驗，綜合考慮多種條件系統評價改良劑性能，為研發高效改良劑奠定基礎。此外，定量分析土壤結構和分離檢測微生物方法有限，開發運用高新、高分辨分析技術和研發專一型、多功能型和環保型土壤改良劑，對促進土壤改良劑發展也有深遠意義。

　　參考文獻

　　[1]趙其國,黃國勤,馬艷芹.中國南方紅壤生態系統面臨的問題及對策[J].生態學報,2013,33(24):7615-7622.ZHAOQG,HUANGGQ,MAYQ.TheproblemsinredsoilecosysteminsouthernofChinaanditscountermeasures[J].ActaEcologicaSinica,2013,33(24):7615-7622.

　　[2]GUOJH,LIUXJ,ZHANGY,etal.SignificantacidificationinmajorChinesecroplands[J].Science,2010,327(5968):1008-1010.

　　[3]LUXK,MAOQG,MOJM,etal.Divergentresponsesofsoilbufferingcapacitytolong-termNdepositioninthreetypicaltropicalforestswithdifferentland-usehistory[J].EnvironmentalScience&Technology,2015,49(7):4072-4080.

　　[4]國務院關于印發國家環境保護“十一五”規劃的通知:國發〔2007〕37號[A/OL].(2007-11-26)[2021-02-05].http://www.gov.cn/zwgk/2007-11/26/content_815498.htm.

　　[5]ROWELLDL.Chemistryofvariablechargesoils[J].EuropeanJournalofSoilScience,2000,51(3):541-549.

　　[6]虞璐.生物質炭對酸化土壤的改良效應及其對土壤硝化作用的影響[D].杭州:浙江大學,2019.

　　[7]LIUWJ,LIWW,JIANGH,etal.Fatesofchemicalelementsinbiomassduringitspyrolysis[J].ChemicalReviews,2017,117(9):6367-6398

　　作者：劉嬌嫻1,2，崔駿2，劉洪寶2，潘琦1,2，何小松1,2*