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2024 , Vol. 14 >Issue 4: 37 - 41

DOI: https://doi.org/10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0110

Study on Acid Buffering Performance and Influencing Factors of Key pH Stage of Soil Acidification in Typical Farmland of Zhejiang Province

  • TONG Wenbin , 1 ,
  • LI Ronghui 2 ,
  • YANG Haijun 1 ,
  • JIANG Jianfeng 1 ,
  • ZHU Weidong 1 ,
  • WU Yifei 1 ,
  • ZHANG Mingkui , 3
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  • 1 Qujiang District Agricultural Technology Promotion Center, Quzhou 324022, Zhejiang, China
  • 2 Quzhou Rural Construction Center, Quzhou, 324000, Zhejiang, China
  • 3 College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, Zhejiang, China

Received date: 2023-04-26

  Revised date: 2023-08-17

  Online published: 2024-04-17

Fold

Abstract

The development from neutral (pH 6.5-7.5) to acidic (pH 4.5-5.5) is the key stage of soil acidification, so the buffering capacity of soil to acid in the range of pH 4.5-6.5 will directly affect the rate of soil acidification. In the study, 48 representative paddy soil samples were collected from plain areas of Zhejiang Province, and the acid buffering performance and its main influencing factors of the soils in the key pH stage of acidification were characterized. The results showed that the acid buffer capacity of the paddy soils, the amount of acid needed to reduce the pH value by one unit, ranged from 8.34-41.22 mmol/(kg·pH), with an average of 23.38 mmol/(kg·pH). The capacity decreased in the order of soils in river-net plain>soils in coastal plain>soils in river valley plain. The acid buffer capacity of the paddy soils in the river-net plain and coastal plain was 1.60 and 1.17 times of that in river valley plain, respectively. Correlation analysis showed that soil clay content and CEC were the main factors affecting soil acid buffer capacity, and the lack of clay content was the main inducement of soil rapid acidification in the plain area. Low-clay soil is the focus of farmland acidification prevention in the plain area.

Key words： paddy soil; acidification; acid buffer capacity; clay

Cite this article

TONG Wenbin , LI Ronghui , YANG Haijun , JIANG Jianfeng , ZHU Weidong , WU Yifei , ZHANG Mingkui . Study on Acid Buffering Performance and Influencing Factors of Key pH Stage of Soil Acidification in Typical Farmland of Zhejiang Province[J]. Journal of Agriculture, 2024 , 14(4) : 37 -41 . DOI: 10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0110

0 引言

大量的调查表明，土壤酸化已成为中国粮食主产区耕地土壤的障碍因子[1⇓⇓-4]。自20世纪90年代以来，中国南、北方农田土壤pH均有明显的下降，其中种植蔬菜、水果、茶叶等经济作物的土壤酸化比种植水稻、小麦、玉米、棉花等粮食作物的尤为显著[5]。浙江省农业部门对全省耕地的调查也表明[6-7]，与第二次土壤普查结果比较，浙江省pH≤5.5的酸性土壤比例有显著的上升，其中水稻土酸化尤为突出。酸化作用的实质是土壤中氢离子浓度的增加和酸缓冲能力的下降，质子的产生和积累可使土壤向酸性方向发展，但其pH的变化与土壤对酸性物质的缓冲性有关，缓冲性越强土壤越不易发生酸化[8-9]。研究表明，土壤的缓冲性能主要与粘粒矿物类型、粘粒的含量、有机质含量等有关[10-11]，因此不同土壤类型具不同的酸碱缓冲性[12-13]。多数农作物可在中性(pH 6.5~7.5)至微酸性(pH 5.5~6.5)环境下正常生长，但一旦土壤pH下降至酸性(pH 4.5~5.5)或强酸性(pH<4.5)，作物的生长将明显受抑制，并发生铝毒、缺素等多种症状，因此，土壤由微酸性转为酸性阶段的酸碱缓冲性能对多数土壤的酸化尤为重要。为此，从浙江省水网平原、滨海平原和河谷平原采集代表性耕层土壤样品，比较研究了不同地区土壤缓冲性能的差异，以期为评估不同区域农田土壤酸化趋势和土壤酸化控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究土壤

从收集的水田土壤表层样品中筛选出48个土壤性状相差较大，且pH<7.0的48个样品用于试验。样品均采自水田分布较集中的平原地区，其中水网平原、滨海平原和河谷平原的样品各为16个，土壤类型包括19土属，能较全面代表浙江省的水稻土类型。土壤基本性状见表1，pH 4.76~6.54，粘粒含量在127~387 g/kg之间，CEC在6.45~21.54 cmol/kg之间，有机质含量在20.91~41.31 g/kg之间。
表1 供试土壤基本性状
地貌类型 编号 土壤类型 pH 粘粒/(g/kg) CEC/(cmol/kg) 有机质/(g/kg) 单位pH变化的酸缓冲容量/[mmol/(kg·pH)]
水网平原 1 黄斑田 6.34 332 17.56 33.87 35.43
2 黄斑田 6.13 318 16.43 35.43 33.67
3 黄斑田 5.78 289 15.88 31.79 29.63
4 青紫泥田 5.98 333 18.54 41.31 37.65
5 青紫泥田 6.23 317 16.43 37.62 35.19
6 青紫泥田 6.04 309 17.23 33.82 33.78
7 青粉泥田 6.03 231 14.63 34.51 24.65
8 青粉泥田 5.74 217 13.78 32.35 25.88
9 青粉泥田 5.88 198 14.17 33.63 21.43
10 青紫塥粘田 6.21 387 21.54 37.46 41.22
11 青紫塥粘田 5.87 354 18.67 39.44 37.49
12 青紫塥粘田 5.66 318 17.98 34.83 34.63
13 湖松田 6.54 183 14.62 24.34 19.64
14 湖松田 6.21 164 13.74 22.78 17.68
15 湖成白土 5.45 258 17.34 34.56 23.65
16 湖成白土 5.76 223 16.87 28.77 24.65
滨海平原 17 老淡涂泥田 5.87 322 17.54 39.81 31.34
18 老淡涂泥田 6.12 315 16.83 35.42 25.88
19 老淡涂泥田 5.98 278 17.17 38.46 26.54
20 小粉田 5.65 243 14.83 27.56 19.67
21 小粉田 6.14 228 15.32 25.54 16.12
22 小粉田 5.88 217 14.67 26.43 16.23
23 淡涂泥田 6.44 312 15.63 33.65 28.96
24 淡涂泥田 5.87 265 16.43 29.57 24.65
滨海平原 25 淡涂泥田 6.09 248 14.66 31.54 25.79
26 滨海砂田 5.58 187 9.25 27.54 15.54
27 江粉泥田 5.63 153 8.79 28.94 16.33
28 黄松田 6.23 201 12.65 24.33 19.87
29 黄松田 5.43 187 13.14 25.65 16.67
30 黄松田 5.73 153 11.78 22.45 15.76
31 粉泥田 5.89 243 16.45 28.74 25.65
32 粉泥田 5.67 223 15.43 31.23 23.88
河谷平原 33 泥质田 5.87 283 13.76 31.45 29.23
34 泥质田 5.13 223 12.85 33.27 27.87
35 泥质田 5.07 196 12.08 30.12 25.65
36 培泥砂田 5.18 183 8.76 22.62 14.78
37 培泥砂田 5.33 176 9.34 24.73 16.33
38 培泥砂田 5.07 158 7.62 20.91 12.54
39 泥砂田 5.23 172 7.43 31.42 10.13
40 泥砂田 4.87 153 6.49 27.22 12.48
41 泥砂田 5.66 142 7.66 22.92 8.76
42 洪积泥砂田 5.23 168 8.65 32.12 12.23
43 洪积泥砂田 5.18 143 6.45 29.83 9.66
44 洪积泥砂田 4.76 127 7.12 33.62 8.34
45 江粉泥田 5.83 256 13.23 31.21 25.78
46 江粉泥田 6.12 234 12.65 30.64 27.14
47 硬泥田 6.23 321 13.54 28.74 29.66
48 硬泥田 5.78 289 14.12 29.63 26.58

1.2 研究方法

土壤样品风干后研磨过2.00 mm的尼龙筛用于试验，部分土样进一步研磨过0.25、0.149 mm的尼龙筛用于分析。土壤理化性状测定方法如下[14]：电位法测定土壤pH；醋酸铵交换法测定阳离子交换量；重铬酸钾氧化法测定土壤有机质；比重计法测定粘粒含量。土壤酸碱缓冲性能用酸碱平衡法测定：称取若干份过2 mm土筛的风干土样25 g，置于100 mL离心管中，加入一定量的去离子水，然后分别加入不同量的已知浓度的稀HCl或NaOH溶液，最后使加入的液体总体积为50 mL。间歇振荡平衡10 d后用电极测定土壤pH，建立酸或碱的添加量与土壤pH的关系曲线（即酸碱缓冲曲线）。试验结果表明，在pH 4.0~6.5的范围内土壤pH基本上与加入的酸、碱量之间呈现线性关系，这与文献报道一致[15]。为此，文中采用pH 4.0~6.5段与酸或碱量加入量之间的线性关系斜率来计算土壤的酸缓冲容量。

2 结果与分析

2.1 土壤酸缓冲容量

文中土壤酸缓冲容量是指土壤pH 4.5~6.5间pH降低1个单位所需要的酸量。计算获得的48个供试土壤酸缓冲容量见表1。结果表明，浙江省水田土壤酸缓冲容量在8.34~41.22 mmol/(kg·pH)之间，平均为23.38 mmol/(kg·pH)，变异系数为36.01%，最高值为最低值的4.94倍，有较大的差异。按地貌类型统计，水网平原、滨海平原和河谷平原的土壤酸缓冲容量分别在17.68~41.22、15.54~31.34、8.34~29.66 mmol/(kg·pH)之间，平均分别为29.77、21.81、18.57 mmol/(kg·pH)。不同地貌类型区水稻土的酸缓冲容量有很大的差异，以水网平原区最高，河谷平原最低，滨海平原区居中。水网平原区和滨海平原区水稻土的酸缓冲容量分别是河谷平原的1.60、1.17倍。这一结果表明，河谷平原水田土壤最容易发生酸化。

2.2 影响酸缓冲容量的因素

表2为土壤酸缓冲容量与土壤性状间的相关系数。结果表明，粘粒含量对土壤酸缓冲容量影响最为显著，其次为土壤CEC，随着粘粒含量和CEC的增加土壤对酸的缓冲作用明显增加。即酸缓冲容量较低的土壤可能与其缺乏胶体（粘粒）有关。土壤质地对土壤酸缓冲作用的影响已被多项研究所证实[16-17]，在相同的人为活动影响下，玄武岩发育的铁铝土对酸的缓冲作用最强，其次为第四纪红土，花岗岩发育的铁铝土最弱，其原因是玄武岩铁铝土粘粒含量最高，而花岗岩发育土壤的粘粒含量最低[18]。土壤有机质的增加可明显增加水网平原和滨海平原水稻土对酸的缓冲性，表明土壤有机质的积累有助于土壤酸缓冲容量的提升，但对河谷平原的土壤影响较小。土壤有机质对酸的缓冲作用影响与有机质的提高增加了土壤CEC有关，其对酸的缓冲作用也被许多研究所证实[19-20]。土壤pH对土壤酸的缓冲作用较小。
表2 土壤酸缓冲容量与土壤基本性状的相关性(n=16)
地貌类型 pH 粘粒 CEC 有机质
水网平原 0.0620 0.9798 0.8534 0.8044
滨海平原 0.4898 0.8738 0.7502 0.8426
河谷平原 0.6525 0.9061 0.9755 0.3308

3 结论

从浙江省平原地区采集了48个代表性水田土壤，分析了酸化关键pH段的土壤酸缓冲性能及主要影响因素，结果表明。
（1）中性(pH 6.5~7.5)至酸性(pH 4.5~5.5)是土壤酸化的关键阶段，土壤pH 4.5~6.5范围内土壤对酸的缓冲能力将直接影响土壤酸化的速率。
（2）水田土壤pH 4.5~6.5间的酸缓冲容量由高至低依次为水网平原>滨海平原>河谷平原，水网平原和滨海平原区水田土壤的酸缓冲容量分别是河谷平原的1.60、1.17倍。
（3）土壤粘粒含量和CEC是影响土壤酸缓冲容量的主要因素，缺乏粘粒含量是平原地区土壤快速酸化的主要诱因。质地较轻的土壤是平原地区农田酸化预防的重点。

4 讨论

以上结果表明，同为平原地区的水稻土，由于物质组成的差异其对土壤酸化的缓冲性有很大的差异，因此在土壤管理上应区别对待。河谷平原水稻土的酸缓冲容量最低，其最易发生酸化，其原因是这一地区水稻土的粘粒含量较低，相应地CEC也较低，影响了对外来酸性物质的缓冲作用。浙江省河谷平原分布面积较大的水稻土主要为培泥砂田、黄泥砂田和泥砂田，这些土壤粘粒含量普遍较低，对酸的缓冲能力很弱，极易发生土壤酸化，而粘粒含量较高、对酸性物质缓冲作用较大的泥质田分布面积较小。因此，从pH 4.5~6.5间的土壤酸缓冲容量来看，河谷平原水稻土最易发生土壤酸化。近年来的耕地土壤质量调查也表明，河谷平原是浙江省近年来酸化最为严重的区域，对河谷平原稻田改种茶园的土壤pH调查也表明，有较高比例的土壤pH<4.5。滨海平原土壤一般含有碳酸盐，被认为有较高的酸缓冲能力，但这些土壤中的碳酸盐对酸的缓冲作用主要发生在pH 7.5以上[21-22]，一旦这些土壤脱钙、pH<7.0后，其对酸的缓冲能力显著减小，也极易发生土壤酸化。
酸化速率可在一定程度上采用土壤酸缓冲容量来表达[23]，而化肥的高量应用势必加速土壤的酸化，因此对于壤土特别是砂壤土，应作为区域土壤酸化预防和治理的重点，通过增施有机肥料来增加土壤对酸的缓冲作用；同时，由于这些土壤对酸敏感，土壤酸化速率较大，需要加强土壤酸化的预防工作，把施用石灰作为常规的土壤调理剂加以应用。但由于酸性土壤石灰需求量随粘粒含量和有机质含量的增加而增加[24]，对于砂性较强的酸化土壤的降酸需要的石灰需求量也低于相似酸度的红壤。

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