土壤酸碱度与植物生长
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大中小土壤酸碱度与植物生长
西南大学资源环境学院 李忠意 副教授
土壤的酸碱度是由土壤中氢离子和氢氧根离子的相对浓度决定。通常采用pH（土壤溶液中H+活度的负对数）来表示土壤的酸碱度，大多数土壤的pH位于4.0~8.5之间。根据土壤pH的大小，可分为强酸（<4.5）、酸（4.5~5.5）、微酸（5.5~6.5）、中性（6.5~7.5）、微碱（7.5~8.5）、碱（8.5~9.5）和强碱（≥9.5）多个级别（第三次全国土壤普查划分标准）。万物土中生，土为民之本。土壤的酸碱度对植物生长的“量”和“质”均有重要影响。
一、不同植物适宜生长的土壤酸碱度不同
植物对土壤酸碱性的适应是长期自然选择的结果，不同植物的适宜生长酸碱度不同（表1）。大多数植物适宜生长在微酸性至弱碱性的土壤上，部分植物对土壤酸碱度有特殊的偏好。比如，自然植被中马尾松、杜鹃花、铁芒萁在酸性土壤上长势较好（图1），柏树、芭茅、黄荆在碱性土壤上长势较好（图2）。我们可以根据自然植被的优势物种类型判断区域土壤的酸碱度。栽培植被中茶树、蓝莓等作物喜酸性土壤环境，大豆、甜菜等作物喜碱性土壤环境。所以，在农业生产中，要根据土壤的酸碱度选择适宜栽培的作物，选择错误会严重影响作物长势，减产减收。
表1. 农作物与天然植物所适宜的pH范围（黄昌勇，土壤学（第二版））
pH 7.0~8.0 | pH 6.5~7.5 | pH 6.0~7.0 | pH 5.5~6.5 | pH 5.0~6.0 |
紫苜蓿 田菁 大豆 大麦 黄花苜蓿 甜菜 金花菜 芦笋 莴苣 花椰菜 | 棉花 大麦 小麦 大豆 黄花苜蓿 苹果 玉米 蚕豆 豌豆 甘蓝 | 蚕豆 豌豆 甘蔗 桑树 桃树 玉米 苹果 苕子 水稻 | 水稻 油茶 花生 紫云英 柑橘 苕子 芝麻 黑麦 小米 萝卜 | 茶树 马铃薯 荞麦 西瓜 烟草 亚麻 凤梨 草莓 杜鹃花 羊齿类 |
图1. 酸性土壤上的植被景观照（李忠意 摄）
图2. 碱性土壤上的植被景观照（李忠意 摄）
土壤肥力是土壤供给和调节植物生长发育所需要的养分、水分、空气、热量等生活因素的能力，包括土壤化学肥力、物理肥力和生物肥力。根据矿质营养元素学说，植物必须的17种营养元素（碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、钙、镁、铁、锰、铜、锌、硼、钼、氯、镍）除碳主要通过叶片光合作用吸收CO2获得，氢和氧主要以水分形式被吸收外，其余14种元素均以离子态形式通过植物根系从土壤中吸收。但土壤的酸碱度对这些营养元素在土壤中的存在形态影响极大（图3）。随着土壤变酸，土壤胶体表面吸附的盐基离子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+）不断被致酸离子（H+、Al3+）离子取代并随水流失，造成土壤中钙、镁等元素的缺乏，并在植株上表现出相应的症状（图4）。在碱性土壤中，植物必须的铁、锰、铜、锌等金属元素主要以氢氧化物的沉淀态存在，离子态含量较低，植物无法吸收利用而表现出相应的缺素症状（图5）。当土壤过酸时，土壤中的磷易与活性的铁形成磷酸铁沉淀；当土壤偏碱性时，土壤磷又易生成磷酸钙沉淀，只有pH 6~7的土壤中，磷的生物有效性最高。所以，土壤酸碱度与土壤的化学肥力关系密切。此外，酸碱度会影响土壤中的微生物群落结构和酶活性，从而影响土壤的生物肥力。土壤的pH值越低，土壤的细菌丰度也会降低（图3）。土壤酸碱度还与土壤的物理结构关系密切，影响土壤保水透气性能从而改变土壤的物理肥力。一般认为土壤酸化会导致土壤板结，其原因就在于土壤酸化后缺乏胶结土壤黏粒的钙镁离子，不能形成良好的土壤团粒结构。
图3. 土壤pH对微生物和营养元素活性的影响（Ray R. Weil. 土壤学与生活（第十五版））
图4. 裂果受品种、气候和降雨多种因素影响，但酸性土壤常因缺钙而症状加重（李忠意 摄）
图5. 碱性土壤上种植的柑橘因土壤铁、锌元素的有效性低而致使秋梢叶片大面积黄化（李忠意 摄）
三、土壤酸化问题和酸化土壤改良
土壤的酸碱度会对植物生长产生影响。总体而言，土壤过酸或过碱均不利于植物生长，必要时需要进行土壤酸碱度调节或其他辅助措施。比如，碱性土壤上种植柑橘可通过叶面铁肥补铁，种植蓝莓可撒施硫磺酸化根际土壤。土壤的成土过程既是一个缓慢的酸化过程，人类活动（酸沉降和不合理施用化肥）大大加速了土壤的酸化进程，由土壤过酸引发的农业生产问题越来越突出，因此土壤酸化受到越来越多的关注。如前所述，当土壤酸化严重时会导致钙、镁等养分元素缺乏，微生物系统紊乱，土壤结构退化（干时板结、湿时泥泞）。此外，土壤酸化使铝、锰、镉、铅等金属离子的活性大大增加，有可能对植物产生铝、锰毒害从而影响作物生长，或造成植物体内铅、镉等重金属含量超标。所以，土壤酸化是一种整体性的土壤退化问题，严重的土壤酸化会明显地造成作物“质”和“量”的降低（图6至图8）。
图6. 酸瘦土壤上种植的油菜因肥水管理不足而长势极差（李忠意 摄）
图7. 严重酸化土壤上种植的玉米几乎无收成（李忠意 摄）
图8. 大肥大水的农业种植使土壤快速酸化退化，土壤生苔、板结、发霉，作物减产严重（李忠意 摄）
很多人对土壤酸化问题的重视程度不够，认为土壤酸化是土壤的一种慢性病，因为一般的土壤酸化程度并不会造成作物严重的减产减收。但是这种慢性病一旦放任不管，最终会变成土壤的绝症。所以，很有必要阻控土壤进一步酸化，并对已酸化土壤进行改良。对于土壤酸化的改良要循序渐进，多种措施结合开展。各级农业部门均在积极推动酸化土壤的改良工作，制定了相应的技术规程，如农业行业标准《石灰质改良酸化土壤技术规程（NY/T 3443-2019）》、地方标准《酸化土壤改良技术规范（DB 50/T 1146-2021）》《酸性土壤改良评价技术规范（DB 36/T 1517-2021）》《农用石灰质物料酸性土壤改良技术规程（DB 34/T 1017-2009）》等等。改良措施一般包括：（1）直接购买市售的土壤调理剂进行土壤酸度改良；（2）采用富含钙质的岩石（石灰石粉、白云石粉、钙质泥页岩粉）及其加工产品（生石灰、熟石灰）作为土壤改良剂；（3）将工农业废弃物资源化利用后改良酸性土壤，如牡蛎壳粉、生物质炭、草木灰、碱渣等；（4）合理施肥，有机无机肥料配合施用，碱性肥料替代酸性肥料（如钙镁磷肥替代过磷酸钙），根据植物生长的需肥规律供肥（少量多次）以提高肥料利用率；（5）农艺措施配套，如秸秆还田、合理轮作/套作、水旱轮作、深翻深耕等。我们要根据土壤的酸度特征，参考已有的技术规范，合理高效低成本的对酸性土壤进行改良。
植物生长受土壤、气候、栽培管理、病虫害防治等多种因素的影响，土壤只是决定植物生长的众多因素之一；无土栽培（基质栽培、水培、雾培）技术迅速发展，土壤连“是决定植物生长的因素之一”都不是。但为何人类95%以上的食物仍然直接和间接地产自我们脚下这层薄薄的“泥巴”？那是因为无论科技如何进步、社会如何发展，土壤永远为植物生长提供着最稳定和最廉价的生长环境。土壤在默默付出，它是人类的食物之源，我们应该好好利用它、保护它。
