酸碱性是土壤的基本特性[1]，其不仅影响作物对营养元素的吸收、土壤生物化学性质、营养物质的有效性和作物的生长发育等，还对区域生态环境产生深远影响[2]。土壤酸碱分布整体格局是在整体气候格局背景下，通过漫长的地质大循环和生物小循环作用形成的，特别是重要耕作区的南方红黄壤区在自然和人为因素双重作用下，土壤酸化已成为影响该地区农业生产的重要因子之一，尤其在高投入高产出的集约化农业生产区较为突出[3-5]。土壤pH是衡量耕地土壤酸碱性的重要指标之一。分析土壤pH的时空变化特征，探讨土壤酸化的原因以及土壤改良措施，对地方区域土壤资源的持续利用和高效管理以及农业生产力提升具有积极意义[6]。本研究对研究区1980s土壤普查的土壤pH数据、2010s测土配方施肥项目中20 000多个土壤样本pH数据进行比较分析，探究土壤pH的变化趋势，以及适宜采样区的酸化土壤改良措施。
1 数据与方法
数据来源于1980s土壤普查的土壤pH数据、2010s测土配方施肥项目中20 000多个土壤样本的pH、不同pH分级的土壤面积及占比数据。通过比较1980s、2010s土壤pH的变化趋势，总结分析其土壤酸化的原因、常见的土壤酸化阻控技术，结合研究区实际情况，提出适宜的土壤改良措施。
2 土壤pH变化趋势
2.1 土壤酸碱度总体情况
表1 研究区土壤pH统计 |
| 年份 | 平均值 | 最大值 | 最小值 | 标准差 |
|---|---|---|---|---|
| 1980s | 5.82 | 8.00 | 4.00 | 0.85 |
| 2010s | 5.32 | 7.83 | 4.18 | 0.67 |
| 变化值 | -0.50 | |||
| 百分比/% | -8.60 |
表2 研究区土壤不同pH分级及占比单位：% |
| 年份 | 级别 | |||
|---|---|---|---|---|
| >7.5（弱碱） | 6.5~7.5（中性） | 5.5~6.5（弱酸） | <5.5（酸性） | |
| 1980s | 5.0 | 20.0 | 32.0 | 43.0 |
| 2010s | 3.8 | 6.9 | 37.6 | 51.8 |
| 变化 | -1.2 | -13.1 | 5.6 | 8.8 |
表3 2010s研究区土壤pH分级及其面积和比例 |
| 采样区 | 酸性（<5.5） | 弱酸（5.5～6.5） | 中性（6.5～7.5） | 弱碱（>7.5） | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 面积/hm2 | 比例/% | 面积/hm2 | 比例/% | 面积/hm2 | 比例/% | 面积/hm2 | 比例/% | |
| 合计 | 61 292.1 | 51.8 | 44 465.7 | 37.6 | 8 195.2 | 6.9 | 44 57.8 | 3.8 |
| HSQ | 8 334.8 | 86.1 | 1 188.1 | 12.3 | 139.1 | 1.4 | 18.0 | 0.2 |
| HZQ | 5 472.7 | 73.6 | 1 678.8 | 22.6 | 286.5 | 3.9 | 0 | 0 |
| QMX | 10 619.5 | 50.2 | 7 854.5 | 37.1 | 2 388.8 | 11.3 | 284.3 | 1.3 |
| YX | 2 589.7 | 51.3 | 1 715.3 | 34.0 | 456.5 | 9.0 | 282.6 | 5.6 |
| XNX | 9 923.4 | 81.8 | 1 417.6 | 11.7 | 351.5 | 2.9 | 440.9 | 3.6 |
| TXQ | 4 333.3 | 50.7 | 2 457.8 | 28.8 | 1 380.9 | 16.2 | 376.1 | 4.4 |
| SX | 20 018.7 | 36.8 | 28 153.6 | 51.7 | 3 191.9 | 5.9 | 3 055.9 | 5.6 |
2.2 土壤pH变化情况
由表4可知，土壤pH下降1个单位的土壤面积33 988.1 hm2，占比24.48%；下降0.5～1.0个单位的土壤面积47 949.6 hm2，占比34.54%；下降0～0.5个单位的土壤面积39 147.7 hm2，占比28.20%。土壤pH下降较大的地区主要分布在TP、YX盆地等城镇周边以及茶园分布较多的XNX和SX山区，各县区之间土壤pH有一定差异，但整体处于相同区间内。
表4 土壤pH发生变化的面积及比例 |
| pH | 面积/hm2 | 比例/% |
|---|---|---|
| < -1.0 | 33 988.1 | 24.48 |
| -1.0～-0.5 | 47 949.6 | 34.54 |
| -0.5～0 | 39 147.7 | 28.20 |
| 0～0.5 | 12 772.8 | 9.20 |
XT盆地以及SX地区的土壤pH相对其他地区较高，该区域处于陡峭的山地之中，年均降水量1 550～1 650 mm，相对干燥，成土母质多为酸性沉积岩、砂岩、砾岩和基性变质岩；而其他区域土壤主要是酸性紫色土和潴育水稻土，土壤pH相对偏低，呈弱酸性或酸性。
3 土壤酸化原因分析
3.1 自然条件下成土母质的易酸性
Wang等[9]对不同种植年限的茶园进行实地检测，发现土壤酸化伴随土壤的发生和发育，其强度受基岩、母质、降水、温度、地形和地貌等诸多因素的影响。采样区土壤是由侏罗纪中生代燕山期粗粒花岗岩侵入体形成的酸性母岩发育而成，因此有大面积的酸性花岗岩侵蚀剥落物分布；山坡南麓花岗岩侵入体边缘，是部分东北走向的震旦纪绿色硬千枚岩、变质砂岩及覆盖其上的红土层，成土母质部分也呈酸性。张倩等[10]研究施氮对紫色土硝酸根和盐基离子耦合迁移的影响，得出成土母质有利于酸性土壤的发育，特别是在强降水和灌溉条件下，农田土壤中大量的盐基离子（Ca2+、Mg2+、Na+和K+等）被酸性阳离子（H+、Al3+等）取代，使土壤颗粒表面吸附态H+迅速积累，而颗粒表面吸附态Ca2+、Mg2+等阳离子不断减少，导致土壤酸化[7]。这也解释了研究区土壤弱酸性、酸性面积占比较高，并在1980s—2010s土壤酸化呈逐渐上升趋势的原因。
3.2 人为活动影响
徐仁扣等[11]通过文献查阅和实地勘测对人为活动促进土壤酸化的原因进行了研究，发现随着人为活动的强度不断增加，农业土壤的高强度利用，及化肥过量施用导致大量外源H+不断进入土壤，土壤酸化过程加速，并对生态环境和农林业生产造成一定危害。
3.2.1 化肥施用
3.2.2 土地利用方式变化
土地利用方式改变及农作物种植对土壤酸化有重要影响。自然土壤转为农业耕作土壤，农作物收获过程中会从土壤中移走部分Ca2+、Mg2+和K+等盐基养分，翻耕和灌溉等农事活动进一步加速了农田土壤盐基离子的流失，导致农田土壤酸化加速。豆科植物从土壤中吸收的Ca2+、Mg2+和K+等无机阳离子多于无机阴离子，导致根系向土壤释放质子，加速土壤酸化[8]。茶树种植也会加速土壤酸化[9]。茶叶是研究区农业生产的支柱产业之一，现有面积超5.33万hm2，且种植面积还在不断增加，茶树种植对该地区土壤的加速酸化有一定作用。近年来，随着农业种植业结构的调整，蔬菜等高附加值经济作物种植在研究区农业用地中的比例不断增加，这也是研究区土壤加速酸化的原因之一。
3.2.3 酸雨
徐仁扣[8]通过卫星遥感监测试验，发现酸雨形成的主要因子是含氮化合物和工业及汽车尾气排放物中的SO2，酸沉降导致土壤溶液中SO4 2-和NO3 -浓度增加，促进了盐基离子的淋失，加速了土壤酸化。研究区酸性成土母质对酸沉降较为敏感，随着该地区工业的发展，酸雨对土壤酸化造成影响的可能性逐渐增加。
3.2.4 草木灰、石灰等碱性肥料施用量减少
草木灰、石灰等碱性肥料施用量减少，对加速土壤酸化有一定的影响。近年来，石灰、钙镁磷肥等碱性物质生产量、施用量下降；此外，部分地区大量使用液化气灶，减少了植物秸秆等草木灰来源，对阻控土壤进一步酸化有一定影响。
4 土壤酸化阻控技术
土壤酸化是一个复杂的过程，主要是由产生和消耗H+不平衡所致。基于上述研究区土壤酸化特征和原因，探究适宜该地区土壤酸化的主要阻控技术。
4.1 碱性物质中和技术
施用石灰、草木灰和钙镁磷肥等碱性物质，对改良酸性土壤效果较好，且能增加土壤中磷、钾等养分[13]。将植物秸秆等农业废弃物与石灰、碱渣等物质配合施用效果更好。碱性物质中和技术对pH<5.5的酸性土壤有较好的改良效果。
4.2 有机肥料替代化肥技术
开展测土配方、精准施肥等科学施肥技术，可以减少化肥施用量，特别是减少尿素和铵态氮肥的施用，有利于减少H+排放，起到改良土壤的效果。作物秸秆、农业废弃物及其制备的有机肥料含有一定量的碱性物质，尤其以鸡粪和羊粪等制备的有机肥料含有较多的碱性物质，用该有机肥料替代部分化肥施入土壤中，可以促进土壤团粒结构的形成，起到改善土壤酸碱度的作用。可见，有机肥料替代化肥技术对于维持农田土壤酸碱平衡是可行的。
4.3 农水工程措施降潜治渍技术
冷浸田是研究区主要的酸性土壤之一，通过加大冷浸田的农水工程建设，降低地下水位，同时开展种地与养地结合、农田深耕日晒种养结合，有利于土壤中还原性物质氧化，加速土壤熟化，达到改良酸性土壤的目的。该技术在研究区潜育性水稻土改良中可以大力推广。
4.4 绿肥+生物菌肥改良技术
绿肥是有机肥的重要来源。蒋晓敏等[14]研究了酸化耕地绿肥种植，发现绿肥种植不仅可以增加土壤养分含量，提高土壤肥力，减少化肥用量，还可以降低大量施用养殖场有机肥带来的重金属污染风险，提升土壤pH，改善土壤环境质量。将套种豆科作物+施用生物菌肥等作为核心技术进行推广应用，可以加快土壤生物体系修复，平衡土壤酸碱度和提高肥力。
5 土壤酸化改良策略分析
针对土壤酸化特征及形成原因，以及现行的主要土壤酸化阻控技术，结合研究区实际情况，提出土壤改良策略。
5.1 增加石灰、有机物灰渣等碱性物质施用
增施石灰和富含养分的农业废弃物灰渣是一种直接、有效的改良措施。高小龙[13]对土壤酸化和盐渍化的原因及预防对策进行研究，提出增施石灰等碱性物质对酸化土壤有改良作用，还可以利用石灰、石粉等物质形成沉淀物，有效降低铝的毒性。因此，增施石灰等碱性物质，或增施富含养分的农业废弃物灰渣，或增施与动植物等生物质产生的灰渣是该地区酸性土壤改良的有效措施。
5.2 施用有机肥料、绿肥及酸性土壤改良剂
张佳蕾等[15]研究表明，有机肥料含有一定量的碱性物质，将石灰等无机改良剂与有机肥、秸秆或秸秆生物质炭按一定的比例配合施用，可以中和土壤酸度，提高土壤肥力，保持土壤养分平衡。因此，引导农户对村庄附近交通方便的耕地增施熟化的农家肥，对偏远地块农田增施商品有机肥及酸性土壤改良剂；实行绿肥种植模式，以提高土壤有机质含量，平衡土壤养分，推广保护性耕作，实现用地与养地结合。增施有机肥料等措施较适合大面积推广。
5.3 推广测土配方、精准及定额制等科学施肥技术
在测土配方项目基础上，继续对研究区土壤进行取样和检测，依据土壤养分状况和作物需肥规律，调整施肥结构，提出氮、磷和钾的适宜比例及用量，协调养分比例及增施相应量的中微量元素肥料。基本达到精准施肥和定额制施肥，使养分供应平衡，同时又可满足作物各生育期对养分的需要，有目的地进行养分补给，逐渐解决施肥不平衡造成的土壤酸化问题。
5.4 实施农水工程改良措施
综上，本文探讨了土壤的pH变化趋势、土壤酸化的原因以及适宜的土壤改良措施。采样区土壤pH平均值呈下降趋势，中性土壤比例下降15.7%，酸性土壤比例增加16.1%，土壤pH下降1个单位的土壤面积占比24.48%。土壤酸化由成土母质和化肥施用、土地利用方式、酸雨以及草木灰等碱性物质施用量减少等多种因素造成；基于土壤酸化原因，探讨了现行的土壤酸化阻控技术，提出增加石灰、有机物灰渣等碱性物质和增加有机肥料等适宜研究区实际情况的土壤改良措施。