积盐对设施栽培土壤酸度及酸组成的影响

[目的]探讨盐渍化对土壤酸度的可能影响,为了解设施栽培土壤的酸化过程提供依据。[方法]采集了不同酸化特征的设施栽培土壤、露天栽培土壤和自然酸性土壤等3类表层土壤和剖面分层土壤样品,通过化学分析和室内添加肥料盐及土壤洗盐模拟试验,比较研究设施栽培土壤、露天栽培土壤与自然酸性土壤中活性酸、潜性酸、盐基饱和度之间关系差异及其受土壤盐分积累的影响。[结果]与自然酸性土壤相比,设施栽培土壤的酸是人为输入式,其酸化主要发生在表层,土壤剖面呈自上而下下降。在相同交换性酸水平的条件下,设施栽培土壤的pH值最低,其次为露天栽培土壤,而自然酸性土壤的pH值相对较高。在相同土壤pH值的情况下,自然酸性土壤的盐基饱和度明显低于设施栽培土壤和露天栽培土壤,而设施栽培土壤的盐基饱和度高于露天栽培土壤;设施栽培土壤的交换性酸中活性酸组成比例高于自然酸性土壤。增加中盐的积累可显著降低设施栽培土壤pH值;设施栽培土壤的盐分淋洗过程在降低土壤盐分的同时也降低了土壤的活性酸(提高了土壤的pH值)。[结论]盐分的积累增强了设施栽培土壤中潜性酸向活性酸的转化,高量施用化肥不仅可直接通过酸性物质的输入促进土壤pH值的下降,同时由此引起的盐分也可在一定程度上进一步降低土壤的pH值。     

可溶性盐对土壤pH测定的影响及消除初探

在我国大量施肥的背景下,最近几十年农田土壤酸化速率加快,尤其是设施栽培体系土壤。在淋洗强度较弱的情况下,土壤可伴随有次生盐渍化现象,而可溶性盐的存在对土壤p H(H2O)(用水浸提土壤测得的p H)的测定有显著影响。由于p H是酸化评估的重要指标之一,有必要深入探究农田土壤常见可溶性盐对p H(H2O)测定的影响。本研究中,为精确评估积盐农田土壤的酸化状况,以潮土、褐土、水稻土和红壤为研究对象,研究了农田土壤尤其是设施土壤中常见六种可溶性盐(Ca(NO3)2、KNO3、Mg SO4、K2SO4、Ca Cl2、KCl)对土壤p H测定的影响;并以硝酸钾为研究对象,对比分析了四种消除可溶性盐对p H(H2O)测定影响的方法,这四种方法分别为:用石灰位代替p H(H2O);用0.01 mol L-1Ca Cl2浸提代替水浸提;先用模型计算出盐分对p H(H2O)测定的影响,然后从p H(H2O)中减去;用蒸馏水或50℃的50%酒精溶液将土壤中可溶性盐洗除后风干再测定p H(H2O)。结果表明:10 g kg-1可溶性盐的存在可使土壤p H下降0.09~0.87个单位,可溶性盐浓度及土壤电导率(EC)均与p H、△p H(p H的下降程度)之间具有显著的自然对数相关性。同种土壤,不同盐类对p H测定的影响程度不同,强弱顺序因离子组成和土壤类型而异,总体表现为硝酸盐和氯化物对p H测定的影响高于硫酸盐,氯化钙的影响程度高于钾盐及硝酸钙和硫酸镁,三种钾盐之间差异不明显;同种盐类,四种土壤受盐分影响的程度强弱顺序为:褐土水稻土潮土红壤。四种方法均可以减弱或消除硝酸钾对p H测定的影响,6.9 g kg-1硝酸钾施入土壤中可使土壤p H下降0.24~0.71个单位,消除影响后,硝酸钾仅可使土壤p H下降-0.38~0.19个单位。四种方法的简单有效程度为:石灰位0.01 mol L-1Ca Cl2浸提测定p H模型拟合计算洗盐处理。消除可溶性盐对p H测定的影响可以使积盐的农田土壤酸化评估更为精确,使土壤酸化风险预测更为准确,有利于制定合理有效的风险应对措施。     

酸性紫色土的阳离子交换特征及其对酸缓冲容量的影响

明确酸性紫色土的交换性阳离子组成特征及其对土壤后续酸化进程的影响有助于评估紫色土的潜在酸化风险。为此,在重庆市合川区采集了38个酸性紫色土,进行了理化性质分析与酸缓冲容量测定,探讨了阳离子交换特征对土壤酸缓冲容量的影响。结果表明:部分紫色土的酸化程度较为严重,但酸性紫色土仍具有较高的交换性盐基阳离子含量和阳离子交换量(CEC)。紫色土的交换性Ca~(2+)和交换性Mg~(2+)含量分别为红壤的5.9倍和3.9倍。紫色土CEC也显著高于红壤和砖红壤。丰富的黏土矿物组成,尤其是较高的蒙脱石含量,是紫色土具有较高盐基阳离子含量和高CEC的主要原因。酸性紫色土的酸缓冲容量大小为3.18～25.6mmol·kg~(–1)·pH~(–1)。酸缓冲容量与交换性盐基总量和CEC间均呈极显著的正相关性。较高的盐基阳离子含量和CEC有助于增加紫色土的酸缓冲容量,减缓土壤的酸化速度。因此,尽管部分紫色土酸化较为严重,但受成土母质和发育程度的影响,丰富的盐基阳离子含量能对进入土壤中的酸进行缓冲,减缓紫色土酸化速度。这是紫色土相对于其他地带性酸性土壤所具有的独特酸化特征。     

保护地土壤酸度特征及酸化机制研究

在辽宁省沈阳市于洪地区采集保护地及其相邻露地旱田土壤样品,测定土壤交换性酸、交换性盐基离子组成和土壤pH,研究保护地土壤酸化特征以及土壤pH与潜性酸、交换性盐基的关系。结果表明:（1）建成保护地栽培蔬菜后,保护地土壤酸化趋势明显,土壤交换性酸(交换性H⁺和Al³⁺)呈上升的趋势,土壤pH随着交换性酸的增多而降低;Al³⁺在交换性酸中所占比例随交换性酸总量增加而增大,随有机质含量增加而减小;H+在交换性酸中所占比例则呈相反的变化趋势。（2）保护地各土层土壤交换性盐基总量较露地相应层次土壤均有所增加,其中交换性Mg²⁺、K⁺、Na⁺含量均高于露地,而交换性Ca²⁺含量变化不明显;保护地各土层土壤交换性Mg²⁺、K⁺、Na⁺饱和度较露地相应层次土壤均有所增加,但盐基饱和度、交换性Ca²⁺饱和度下降明显。（3）土壤pH与交换性酸、非交换性酸含量呈极显著负相关,而与盐基饱和度呈极显著正相关,且主要受占优势的交换性Ca²⁺制约。     

长期施用氮磷钾肥和石灰对红壤性水稻土酸性特征的影响

利用34年的长期定位施肥试验,研究不施肥(CK)、施氮磷钾肥(NPK)和氮磷钾化肥配施石灰(NPK+Ca O)对红壤性水稻土不同形态酸、土壤盐基离子及水稻植株阳离子吸收量的影响,探讨土壤交换性H+和Al3+占交换性酸的比例、土壤盐基离子、植株带出阳离子数量与土壤酸度的关系。结果表明,长期NPK处理早、晚稻土壤p H较CK处理分别降低0.2和0.3个单位,交换性酸提高2.3倍和4.2倍,水解性酸提高35.4%和40.0%;NPK+Ca O处理早、晚稻土壤p H较NPK处理分别提高0.5和0.7个单位,较CK处理分别提高0.3和0.4个单位,交换性酸、水解性酸均显著低于NPK和CK处理(p0.05)。土壤交换性H+、Al3+含量高低顺序均为NPK+Ca OCKNPK。土壤交换性盐基离子以交换性Ca2+所占比例最大(81.8%~89.3%),NPK+Ca O处理交换性Ca2+较CK和NPK处理分别提高40.1%和62.9%。交换性Ca2+、交换性盐基离子、盐基饱和度与土壤p H正相关,与交换性酸、水解性酸负相关,交换性Mg2+与交换性酸、水解性酸负相关,交换性Na+与水解性酸负相关。植株移出带走的钙、镁、钾、钠离子量及其总量对土壤p H、交换性酸和水解性酸有一定影响,但其相关性均不显著。研究表明长期施用化肥条件下通过配施石灰可有效缓解稻田土壤的酸化,促进酸性稻田土壤的生态修复与改良。     

秸秆及生物质炭对砖红壤酸度及交换性能的影响

为合理运用秸秆材料改良热带地区砖红壤,采用室内培养试验研究了玉米秸秆及其制备的生物质炭对海南花岗岩母质发育的砖红壤的酸度和交换性能的影响。试验设单施生物质炭(B)、生物质炭和秸秆混合施用(BCS)、单施秸秆(CS)及对照(CK)共4个处理。结果表明,添加生物质炭和秸秆显著提高土壤p H、CEC、交换性盐基总量和盐基饱和度。秸秆和生物质炭可降低土壤交换性酸,尤其是交换性酸中交换性铝含量更是显著降低,表明生物碳和秸秆施用能够有效降低砖红壤酸度,提高交换性能。不同处理改良效果的大小顺序为CSBCSB。     

炭基肥添加对蜜柚果园酸性土壤pH和交换性能的影响

为研究炭基肥添加对蜜柚果园酸性土壤pH和交换性能的影响,设不添加肥料空白(CK)、只添加尿素(N)、水稻秸秆炭基肥(rice straw biochar-based fertilizer,BR)和竹屑炭基肥(bamboo biochar-based fertilizer,BB)各4个用量梯度(2.5,5,10,20 g/kg)且配施尿素处理,开展60天室内培养试验。结果表明:随着培养进行,BR和BB处理土壤pH均先升高后降低,交换性酸和交换性盐基离子含量呈上升趋势。培养60天时,随着BR和BB施用量增加,对提升土壤pH、CEC及盐基饱和度,降低交换性酸、交换性铝等效果越明显,且BR效果优于BB。与N处理相比,BR和BB使土壤pH分别提升0.24~3.43和0.21~3.40个单位,交换性酸分别降低45.55%~97.25%和34.01%~96.70%,[JP]交换性铝分别降低46.95%~99.75%和38.99%~99.00%,CEC分别提升7.02%~170.74%和6.52%~134.90%,盐基饱和度分别增加29.40%~51.61%和32.08%~53.90%。施用炭基肥可以提高蜜柚果园酸性土壤pH,减少土壤交换性酸,大幅度降低交换性铝含量,同时提升土壤CEC和盐基饱和度。蜜柚果园土壤酸化治理炭基肥适宜用量为2.5~5.0 g/kg,水稻秸秆炭基肥效果优于竹屑炭基肥。研究结果为蜜柚果园酸化土壤治理提供科学依据。     

不同土地利用方式下南亚热带赤红壤酸化特征

土地利用方式是影响土壤酸化的重要因素，研究不同土地利用方式下赤红壤酸化特征可为缓解和治理赤红壤区土壤酸化提供依据。本研究采集了4种土地利用方式(菜地、果园、水田、林地)的赤红壤区土壤样品，测定了表层(0～20 cm)和表下层(20～40cm)土壤的理化性状，结合田间调查和统计数据分析了不同土地利用方式下土壤酸化特征及成因。结果表明：果园表层土壤pH显著低于林地，果园表下层土壤p H显著低于水田和林地；菜地、果园土壤交换性Al³⁺含量显著高于水田和林地；果园表层土壤的盐基饱和度与阳离子交换量均显著低于自然林地，菜地表下层土壤盐基饱和度显著低于水田；与水田和林地相比，菜地和果园的酸化更严重，酸缓冲能力更低。不同土地利用下施肥、复种指数以及耕作方式上的差异可能是造成气候与母质相似地区土壤酸化差异的主要原因。     

模拟酸雨对果园土壤交换性阳离子迁移及其对土壤酸化的影响

采用短期室内淋溶的方法研究了模拟酸雨对供试果园土壤交换性Ca^2＋、Mg^2＋、K^＋、Na^＋、交换性盐基总量（BS）、阳离子交换量（CEC）、电导率（EC）等变化的影响。试验结果表明,土壤交换性Ca^2＋（pH2.5）、Mg^2＋、K^＋、Na^＋、BS（pH2.5）、CEC（pH≥3.5）含量较酸雨淋溶前增加,且随着剖面深度表现出较好的层次性;淋出液中Ca2＋、Mg^2＋、K^＋、Na^＋含量随着模拟酸雨酸度的增强而依次增加,其中pH2.5酸雨处理与其它淋溶处理间淋出液Ca^2＋、Mg^2＋、K^＋、Na^＋含量差异显著;以土壤交换性Ca^2＋、BS、CEC、盐基饱和度（BSP）与EC为指标衡量土壤的酸化,pH 2.5酸雨处理导致了淋溶土柱表层和中间土层的土壤酸化,其中交换性Ca^2＋、BS、BSP指标表征pH 3.5的酸雨处理引起了表层土壤酸化,而pH≥4.5的酸雨淋溶缓冲了土壤的酸化,土壤的酸度减弱。     

棕壤和褐土的酸淋溶特征

用室内模拟淋洗土柱的方法 ,对棕壤和褐土的酸淋容特征进行了研究。结果表明 ,p H低的酸雨使棕壤严重酸化且有活性铝测出 ,但对褐土的影响相对较轻。 4种盐基离子淋失总量与酸雨的氢离子浓度呈极显著的正相关关系 ,淋失量 Ca2 >Mg2 >Na >K ,其中 Na 对酸雨的酸度最不敏感。电导率的变化与盐基淋失量的变化有相同趋势 ,但不同处理之间的差别倍数大于盐基淋失差别的倍数 ,4种酸雨对土壤的危害程度为 p H2 >p H3>p H4、p H5 ,其中危害棕壤的程度高于褐土。     

设施土壤盐分的累积、迁移及离子组成变化特征

通过对我国不同地区设施栽培现状的野外调查和取样分析,研究了设施栽培条件下土壤盐分的累积、迁移及离子组成变化特点。结果表明:1)设施栽培条件下,土壤含盐量的变化幅度大,且均明显高于露地土壤,各研究区域内已有40%8～9%的土壤含盐量超过了作物正常生长的临界浓度。2)设施栽培的可持续利用周期较短,连续种植到4年左右的设施土壤,其耕层盐分的累积量可达到作物的生长障碍临界点,之后因设施使用率的下降以及采取的措施而有所降低,但仍高于露地土壤。设施连续使用会导致土壤环境质量的不断恶化。3)设施土壤剖面(0100.cm)盐分含量均高于相邻露地,盐分含量随土层深度增加而降低,其中耕层(020.cm)的盐分含量显著高于其下各层;盐分离子在土壤剖面的运移同时存在着明显的向底层迁移和向表层聚集两种方式,但以表聚为主;此外,盐分离子的大量累积和向底层迁移,特别是NO3-的淋溶已严重影响到部分地区的地下水水质。4)设施栽培后,土壤中的NO3-、SO42-、Cl-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+均有不同程度的累积,阴离子以NO3-和SO42-为主,阳离子以Ca2+为主。盐分的大量累积以及某些离子的相对富集在一定程度上引起了作物养分的供需失衡、土壤酸化、棚室内CO2供应不足等生产问题。     

酸雨对黄土磷的淋溶效应

采用室内土柱模拟淋溶试验,分析了陕西省杨凌区3种土壤在5个酸雨梯度的侵蚀作用下,土壤磷的释放和迁移规律.结果表明,酸雨会使土壤受到一定程度的酸化,而土壤的酸化程度与酸雨的pH值、土壤的类型、土壤的pH值、阳离子交换量、有机质含量有关.土壤对酸雨的缓冲能力由大到小的顺序为:腐殖质层＞母质层＞黏化层.随着酸雨累积淋溶量的增加,土壤磷的释放总量呈增加趋势,但淋失率会下降.酸雨的pH值为5时土壤磷的累积淋失量最大,土壤磷的累积淋失量和淋失率顺序为:腐殖质层＞黏化层＞母质层.酸雨对腐殖质层的磷具有最强侵蚀效应.母质层和黏化层的酸化主要发生在土壤表层,而腐殖质层酸化主要发生在土壤底层,酸雨侵蚀后腐殖质层酸化最严重.长期的酸雨侵蚀会导致土壤磷流失,造成土壤养分贫瘠化.     

电渗析与酸淋洗模拟紫色土酸化的效果比较

为了比较电渗析与酸淋洗试验模拟紫色土酸化的效果,在重庆地区采集了不同pH(5.00和7.06)的2个紫色土,分别进行不同天数(1,2,5,7,10天)的电渗析和酸淋洗试验处理,并分析了试验处理前后土壤的酸度特征和交换性盐基成分含量变化。结果表明,在整个10天的淋溶处理过程中,2种紫色土的pH均无显著变化,说明紫色土具有一定的酸缓冲能力,短期的酸雨淋溶不能实现紫色土的严重酸化。而采用电渗析处理10天后,中性紫色土和酸性紫色土的pH分别降低3.4和1.1个单位。在整个电渗析处理过程中,土壤的交换性酸含量显著升高,盐基离子大量淋失。电渗析可以实现对紫色土的快速酸化处理。2种紫色土中,电渗析处理后中性紫色土的酸化程度大于酸性紫色土。这是由于中性紫色土的表面负电荷量更高,导致更多致酸离子吸附在土壤胶体表面,最终造成中性紫色土的酸化程度更加严重。因此,电渗析处理比酸雨淋溶处理对紫色土酸化效果更好,且可用于紫色土的酸化机理研究。进一步结合2种方法的技术可操作性,认为电渗析法是研究紫色土酸化问题的一种有效技术手段。     

Apparent pH independence of charge in forest organic surface soil horizons

Conventional wisdom states that the source of negative charge in organic soil horizons is pH dependent and, therefore, acidification will decrease charge and the ability to retain nutrient cations. Using a variety of methods, we found that the native cation exchange capacity (CEC) of northeastern US forest soils varied with the amount of soil carbon (about 0.5 cmol per %C), independent of field pH. However, individual soil samples exhibited dramatic charge variability if the pH was adjusted during CEC measurement, as much as 20 cmol_c kg^? per pH unit change. These last two statements appear to be mutually exclusive. Extrapolating from pH-adjusted samples, the point of zero “base” cation capacity was consistently about 1.5 pH units below the native pH. We hypothesize the amount of charge is at a steady state with humification and decomposition processes. Response of soils to long-term acidification may be much different than that of short-term laboratory adjustments.     

Relationships between buffer acidity and exchangeable acidity in lime trials with Ultisols and Histosols

Abstract

Lime requirements ordinarily are based on buffer methods but could be based on unbuffered salt‐exchangeable acidity. The relationships between exchangeable acidity (EA) and buffer acidity (BA) were studied across a range of pH levels established through lime trials in four Ultisols and one Histisol in North Carolina Coastal Plain and Piedmont regions. Buffer acidity was proportionately higher than EA in all soils at any pH level. Linear regression slopes between either BA or EA and pH, within each soil, were not significantly different when the latter relationship included samples with pH less than or equal to 5.4. Variations in EA accounted for by BA ranged from 41 to 67% among the soils investigated. Buffer acidity alone accounted for 64% of the variation in EA for samples from all soils with pH less than or equal to 5.4. Including a squared BA term and either HM or CEC increased the R² to 0.79 and 0.86, respectively, but neither equation provided a completely suitable prediction of EA across all five soils investigated.     

施肥对设施菜地土壤硝态氮累积及pH的影响

在甘肃武威市设施栽培条件下,通过田间小区试验研究了不同施肥量及肥料种类（化肥、有机肥、有机＋无机）对设施土壤硝态氮累积、硝态氮在土壤剖面运移及土壤pH值变化的影响。结果表明：施氮量和肥料种类对土壤硝态氮的累积和淋溶均有较大的影响,随施氮量的增加,土壤剖面硝态氮累积量增加,其中对0～20cm土层硝态氮累积量的影响最为显著;在同等施氮量时,单施无机肥处理（NPK）、有机无机肥减半配施处理（1/2MNPK）、单施有机肥处理（M）,在40～150cm土层硝态氮的累积量分别为267.33、211.94、125.72kg.hm-2,表明只施用化肥较有机肥、有机肥与化肥配施更易造成土壤硝态氮淋溶并在深层累积。将农户习惯施肥量（MNPK）减半后施用（1/2MNPK）对蔬菜产量没有影响,并且显著减少了硝态氮在土壤中的累积,表明当地农户设施栽培肥料施用量过高,不仅造成肥料利用率低,栽培成本高,还可能给地下水位较浅的地区带来环境污染的风险。此外,土壤硝态氮含量与pH值呈极显著负相关关系,表明硝态氮在土壤中大量累积会造成土壤pH值的下降。     

Acidification and salinization of soils with different initial pH under greenhouse vegetable cultivation

Purpose

Field survey and sampling of vegetable greenhouse soils were conducted in Shouguang, Shandong Province, and Ningbo, Zhejiang Province to study the acidification and salinization characteristics of soils with different initial soil pH values and greenhouse cultivation time.

Materials and methods

The pH, electrical conductivity (EC), and ion composition of 74 composite soil samples were analyzed to evaluate their relation to soil acidification and salinization.

Results and discussion

Compared with their corresponding open-field soils, acidification and salinization of the greenhouse soils occurred in both 0-20 cm and 20-40 cm soil layers for the Shouguang and Ningbo soils. The soil pH decreased gradually at different rates as greenhouse cultivation time increased in the two surveyed regions, but the opposite trend was observed for soil EC. For the Shouguang soils, while the percentages of K⁺ and NO₃ ^? increased dramatically and Ca²⁺ and HCO₃ ^- decreased significantly after the soils were converted to greenhouse use, the correlation between soil pH and EC was significant, and the stepwise multiple regression analysis further showed that there was a significant correlation between pH and the percent of Ca²⁺ and HCO₃ ^?.

Conclusions

Soil acidification and salinization are common in greenhouse soils with different initial soil pH. Soil acidification in the Shouguang soils is a result of decrease in the percent of Ca²⁺, HCO₃ ^? due to over application of N and K fertilizers. Future research should be devoted to understanding the relevant mechanisms in greenhouse soils with lower initial soil pH values to assess if there are correlations between soil acidification and salinization under greenhouse cultivation.     

Effects of changes in pH, ionic strength, and sulphate concentration on the CEC of temperate acid forest soils

As the acidity of rain diminishes, changes in the pH, ionic strength, and ion activities of the soil solution will influence the charge characteristics of soil. We have investigated the response of cation exchange capacity (CEC) of three acid forest soils of variable charge to small changes in pH, ionic strength, and SO^2?₄ concentration. The variable charge for these temperate soils has the same significance as for tropical soils and those from volcanic ash. Maximum absolute increase in CEC on increasing pH by 0·2–0·5 units reached 5 cmol_c kg^-1 in O horizons. The increase in CEC on doubling ionic strength in EA and Bsh horizons of a Cambic Podzol was about half that amount, but relative gains compared to effective CEC were 65 and 46%, respectively. For other soil horizons, absolute changes were smaller, and relative changes were between 10 and 30%. Halving the SO^2?₄ concentration significantly influenced CEC only in some samples. Both pH and ionic strength must be adjusted with care when determining CEC_c of acid forest soils. Decreasing acid deposition will not inevitably increase CEC_c because in some soils pH effects may be balanced by simultaneous decrease in ionic strength.     

中国酸性土壤利用的科学问题与策略

中国土壤酸化呈现出全国普遍发生的趋势,对作物产量、农产品品质和生物多样性造成不利影响。自20世纪50年代以来,我国在酸性土壤方面开展了大量工作,取得显著成效,但因我国酸性土壤分布详情不明、土壤酸化机制存在争议、耐逆作物品种缺乏、作物酸害阈值不清、改良产品及技术落地性差等问题,酸性土壤利用仍受到极大限制。针对上述问题,绘制了新的中国土壤酸碱度图,明确了我国酸性土壤的分布详情,讨论了土壤酸化机制特别是氮肥与土壤酸化之间的关系,论述了土壤酸化的危害,解析了植物和微生物对酸性土壤的响应和适应机制,提出了分区分级分类改良、酸度改良和肥力提高并重、有机无机肥配施、发展特色农业等酸性土壤改良和利用策略,建议进一步加强酸性土壤新型改良剂、作物酸害阈值、氮肥高效利用、中微量元素、耐逆作物育种和土壤酸化模型等方面研究,以期为酸性土壤可持续利用提供支撑。