1土壤酸化問題研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 2 3 3 5 61.6土壤酸化的調(diào)控措施 7 8土壤酸化問題已經(jīng)成為我國南方地區(qū)乃至全球熱帶和亞熱帶地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域共同關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。土壤酸化是土壤質(zhì)量退化的一種重要表現(xiàn)形式，是成土母質(zhì)在風(fēng)化淋溶和微生物共同作用下發(fā)育形成土壤過程中伴隨的自然過程(易杰祥等2006)。但近幾十年來，由于世界工業(yè)化發(fā)展的不斷變革和高強(qiáng)度人類活動的影響，土壤酸化的程度不斷加深(徐仁扣2015)。同時(shí)，日益加劇的土壤酸化問題已經(jīng)引起了生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，不僅對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全形成了嚴(yán)重威脅，而且已成為全球區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要障礙之一。土壤微生物在地球的各種圈層結(jié)構(gòu)中擔(dān)任著重要的角色，不僅廣泛參與土壤圈的諸多生態(tài)過程，而且與全球生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，能量流動和信息傳遞息息相關(guān)。土同時(shí)也反映著生態(tài)系統(tǒng)的多功能性和復(fù)雜性。此外，土壤微生物群落的更迭演變在調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)功能中發(fā)揮著不可忽視的作用，通過合理調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，能構(gòu)建形成健康的土壤生態(tài)系統(tǒng)。因土壤微生物具有生命周期更迭快、對外界環(huán)境因子敏感的特點(diǎn)，能對土壤微環(huán)境的變化和脅迫做出快速響應(yīng)，常常被作為評價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢和退化土壤的修復(fù)狀況的最靈敏的生物指標(biāo)(蘇淑蘭等2014,Hu2014)。21.1酸化土壤的成因土壤酸化速度在自然條件下極度緩慢，并且是伴隨成土酸性硫酸鹽土、土壤母質(zhì)中鹽基離子的流失和自然降雨。普遍認(rèn)為的土壤酸化過程是受地理氣候條件的影響，當(dāng)降雨量大于蒸發(fā)量時(shí)，雨水沖刷土壤中的鹽基離子，產(chǎn)生劇烈的淋溶作用，同時(shí)由于降雨中含有H+與土壤中的堿性物質(zhì)反應(yīng)消耗，土壤的碳酸亞熱帶和溫帶區(qū)域分布的土壤會發(fā)生自然酸化。我國的酸化土壤則主要分布在長江以南的廣大熱帶和亞熱帶地區(qū)。(易杰祥等2006)并呈地帶性規(guī)律分布，以湖南、江西、福建、浙江、廣東、廣西、海南等地區(qū)較為集中。我國南方地區(qū)降雨量大，土壤淋溶作用強(qiáng)烈，鹽基離子大量淋失，土壤中交換性氫和交換性鋁含量逐漸增加，這一系列的聯(lián)動作用將會繼續(xù)加速土壤酸化的進(jìn)程。我國黃壤、紅壤、赤紅壤和磚紅壤皆屬于此類原因?qū)е碌乃峄?。在自然界中，植物生物量的積累是一個(gè)從不斷地從土壤中吸取礦質(zhì)養(yǎng)分而沒有加以返還，即使有少量凋落物返還到土壤中，但植物帶走的養(yǎng)分始終大于植物凋落物返還到土壤的養(yǎng)分，植物生物量中鹽基離子的凈積累量增加，導(dǎo)致土壤逐漸酸化。茶樹、繡球等植物具有喜銨和富鋁的特性，種植此類作物會導(dǎo)致土壤的持續(xù)酸化。茶樹隨著種植年限的增加，即使在不續(xù)降低(Yangetal2018)。在林地中種植馬尾松土壤的pH也的現(xiàn)象(黃付平等1994,Wangetal1995)。此外，土壤微生物在腐殖化作用的過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸和植物根系分泌的酸性物質(zhì)均會引起土壤的自然酸化。有學(xué)者長白山地區(qū)林地時(shí)發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)的冬季漫長且寒冷，土壤中的植物凋落物不能完全降解，長期的腐殖化作用會在土壤中產(chǎn)生并累積富里酸以及有機(jī)酸，引起土壤酸化(黃昌勇2000,王存龍等2012)。人為因素導(dǎo)致的土壤酸化也是另一種重要的酸化方式。由于世界工業(yè)化進(jìn)程、人類活動的加劇和土壤資源的過度耗竭，土壤酸化的問題在近十幾年間愈發(fā)的凸顯，已經(jīng)成為全球土壤質(zhì)量退化的重大問題之一。伴隨工業(yè)化產(chǎn)生的氮氧化物和硫氧化物等酸性氣體可以直接通過沉降作用進(jìn)入土壤；另一部分則通過大氣循環(huán)形成降雨通過濕32016)。在過去幾十年間，酸性氣體排放導(dǎo)致我國成為世界第三大酸雨區(qū)(趙其國2002)。相關(guān)研究顯示，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為了追求高產(chǎn)量和高經(jīng)濟(jì)效益，氮肥的過度施用在實(shí)際生產(chǎn)中不可避免，但同時(shí)也導(dǎo)致了土壤酸化速率的加劇(徐仁扣andCoventry2002,張永春等2012,孟紅旗等2013)。Tian和Niu在2015年對全球范圍內(nèi)農(nóng)田土壤調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，氮肥的施用會導(dǎo)致農(nóng)田土壤的pH平均下降0.26個(gè)單位。此外，農(nóng)作物收獲帶走大量的礦質(zhì)養(yǎng)分，若不能通過秸稈還田或施肥等方式及時(shí)補(bǔ)充，土壤的脫硅富鋁化作用增強(qiáng)，也會加劇土壤酸化(Bolanetal1991,Randalletal2006,Tanetal土壤酸化不僅會導(dǎo)致土壤中的礦質(zhì)元素淋失和土壤質(zhì)量的持續(xù)惡化，而且會影響到土壤系統(tǒng)內(nèi)生物地球化學(xué)循環(huán)以及陸生植物的正常生長，而且與植物病害的發(fā)生有土壤酸化的加劇，破壞了土壤中的酸堿緩沖體系，過量H+會在土壤膠體上與Ca2+、Mg2+、K+等陽離子競爭交換位，導(dǎo)致鹽基離子大量淋失。一方面，鹽基離子的流失會加快土壤酸化的速率，土壤酸化又能加速母質(zhì)的風(fēng)化，促進(jìn)土壤硅酸鹽粘土礦物的晶徐仁扣等2011)對鹽基陽離子和NH?+的吸附能力減弱，土壤保肥能力下降。另一方面，土壤酸化還會導(dǎo)致土壤對磷、鉬、硼等元素的固定增強(qiáng)，引起磷、硼和其他中微量元素的有效性降低，植物容易出現(xiàn)因元素缺乏而引起的病害。此外，土壤酸化使土壤部分重金屬的生物有效性增強(qiáng)，不僅影響作物本身的正常生長，還可以通過生物富集作用進(jìn)入食物鏈危害人類健康(王美娥等2015)。土壤圈中擁有著地球上種類最豐富的微生物群落，它們對土壤養(yǎng)分元素的循環(huán)轉(zhuǎn)化起著不可或缺的作用，能參與調(diào)控諸多生態(tài)過程，同時(shí)與土壤健康和作物生產(chǎn)密切4相關(guān)。土壤微生物絕大多數(shù)都有對酸敏感的特點(diǎn)，適宜土壤微生物活動的p常為6.08.0。土壤酸化會抑制土壤微生物的增殖和遷移，這種抑制作用在放線菌、細(xì)菌上較為明顯，而真菌對酸性環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，影響相對較弱。土壤酸化后會引起土壤微生物種群和數(shù)量的減少，進(jìn)而影響到土壤有機(jī)質(zhì)的礦少，而喜酸性的病原菌則會活性增加，微生物生態(tài)功能性多樣性改變，增加了土壤環(huán)境中土傳病害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)(張萍華等2004)。土壤酶的活性是衡量土壤質(zhì)量和肥力狀況的重要生物指標(biāo)(TabatabaiandDick2002)。土壤酶活性不僅能夠表示土壤微生物活性的大小，還能夠體現(xiàn)土壤過程的方向和強(qiáng)度(孫延菲2020)。由于土壤酶對外界環(huán)境的改變較為敏感，可能比土壤其他理化性質(zhì)對土壤的變化響應(yīng)更快，當(dāng)土壤養(yǎng)分狀況改變的時(shí)候，酶活性也會迅速做出變化。土壤酶主要是微生物在土壤中快速的繁殖和周轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的。土壤酶的活性受土壤pH值的影響，有些酶促反應(yīng)對pH的條件極苛刻，只能在最適的pH值區(qū)間內(nèi)模擬酸化對黑土酶活性影響的試驗(yàn)，表明土壤過氧化氫酶、脲酶、淀粉酶會隨著pH降低的而降低，這種變化趨勢在土壤淀粉酶和脲酶表現(xiàn)得更顯著(朱銳等2012)。王富國等模擬酸化條件研究不同種植年限酸化果園發(fā)現(xiàn)，土壤微生物量碳和磷均會隨著酸化程度的加劇而降低，土壤酸度對生物量碳的限制更強(qiáng)(王富國等2012)。土壤酶能介導(dǎo)和催化地球各圈層間的生物化學(xué)過程，包括土壤的各種生態(tài)功有的土壤酶中，脲酶、過氧化氫酶以及磷酸酶的活性對環(huán)境因子的變化更為敏感。脲酶活性被認(rèn)為是調(diào)控土壤中氮元素動態(tài)的生物指標(biāo)，并過氧化氫酶可以促進(jìn)土壤中過氧化氫的分解來減弱對植物的毒害，其活性在一定程度上反映土壤的自凈功能。過氧化氫酶的活性也會呈現(xiàn)隨土壤p5纖維素酶參與植物凋落物以及作物秸稈的分解轉(zhuǎn)化過程，但土壤pH和纖維素酶之間的活性，以響應(yīng)不同的生態(tài)功能代謝過程，單獨(dú)一種或兩種酶的活性并不能反映出整土壤微生物多樣性指的是土壤生態(tài)系統(tǒng)中所有微生物的種類和數(shù)量的多樣化程度。土壤微生物多樣性直接影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的過程、結(jié)構(gòu)及功能，在一定程度上反映了土壤環(huán)境的穩(wěn)定性和韌性，是維持土壤生產(chǎn)力的重要組分(楊芳和徐秋芳2002)。土壤微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)的演變更迭可以作為評價(jià)土壤競爭、捕食、偏利或偏害共生等關(guān)系。土壤生態(tài)功能的特征，如土壤呼吸，動植物殘?bào)w的分解，營養(yǎng)代謝等，都不是單一物種作用的結(jié)果，而是物種之間密切配合，相互土壤的生態(tài)功能的體現(xiàn)往往是由土壤微生物群落結(jié)構(gòu)決定的，微生物群落結(jié)構(gòu)的N、P等生物轉(zhuǎn)化過程中起非常重要的作用，同時(shí)這些土壤環(huán)境因子如pH、溫度、營壤生態(tài)位中占據(jù)優(yōu)勢的微生物種群及其數(shù)量能直接影響土壤的生物2002)。比起微生物量、微生物群落結(jié)構(gòu)，微生物生物多樣性與土壤可持續(xù)利用的關(guān)微生物功能多樣性，與生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分元素的循環(huán)轉(zhuǎn)化的生物化學(xué)過程之間的息息相關(guān) 相關(guān)，多樣化的土壤微生物群落不僅更具有改善農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能的潛力，而且在土而土壤pH的改變可能會引起微生物的生物多樣性呈現(xiàn)周期性的變化(周海燕2015)。6Rousk等研究了pH對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明土壤酸化會導(dǎo)致放線菌門 著降低(Rousketal2010)。土壤酸化會抑制細(xì)菌類假單胞菌屬(Pseudomonadaceae)、霉、木霉和曲霉的繁殖擴(kuò)大。而Jones等利用測序和克隆文庫研究土壤酸桿菌門的多樣性，發(fā)現(xiàn)土壤酸化導(dǎo)致酸桿菌(Acidobacteria)的豐度顯著升高(Jonesetal2009)。針對不同的土地利用方式，Xun等的研究表明旱地土壤中，綠彎菌門(Chloroflexi)在微生物群落中占絕對優(yōu)勢(Xunetal2016),而Wu等表示，水田土壤中占絕對優(yōu)勢種耐酸根瘤菌后發(fā)現(xiàn)，耐酸菌種的定殖在根際土壤后，土壤微生物群落的向趨于更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)演變(任豫霜等2017)。土壤的健康程度對于保障糧食安全、資源高效利用和維持生態(tài)穩(wěn)定發(fā)揮著舉足輕重的作用。而土壤作為承載生命的歷史自然體，其健康程度與土壤微生物多樣性息息相關(guān)。此外，土壤的健康狀況不僅會影響作物的正常生長發(fā)育，還會降低養(yǎng)分的吸收效率以及免疫能力，導(dǎo)致在其上生長的植物易發(fā)生土傳病害(Hoitinketal1999)。土傳病害是指病原體能在土壤中長期存活和定殖，并以土壤為媒介向周圍遷移，在適宜的條件下通過侵染根部和莖基部侵害作物而引起的病害。土傳病害的發(fā)生往往與土壤微生物多樣性存在某種必然的聯(lián)系，土壤微生物多樣性的高低直接影響病害的發(fā)生率以及嚴(yán)重程度(Ghorbanietal2009,Yangetal2017)。從地球的圈層結(jié)構(gòu)來看，土壤與植物共享一個(gè)微生物世界，而微生物驅(qū)動著土壤生態(tài)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)功能、支持功能和供應(yīng)功能的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)(Delgado-Baquerizo2016,Zhuetal2019)。健康土壤的生態(tài)系統(tǒng)通過多樣化的食物網(wǎng)內(nèi)種間關(guān)系或特定微生物菌群的拮抗作用，將病原菌的數(shù)量控制在一定水平之內(nèi)，抑制植物病害的發(fā)生(Welleretal2002,Susilo2004)。當(dāng)微生物群落結(jié)構(gòu)越趨于穩(wěn)定，多樣性程度越高時(shí)，對病原菌的抑制作用就越強(qiáng)；同時(shí)土壤微生物的代謝多樣性就越高，能夠?qū)σ恍┩庠炊竞ξ镔|(zhì)進(jìn)行代謝分解，從而降低或消除其危害，不影響土壤中其他生物(Bonanomietal2014,7明顯降低(蔡燕飛2003,Vanbruggenetal2006,李勝華2009,Mengetal2012)。發(fā)生柑橘黃龍病、番茄青枯病、大豆根腐病、香蕉枯萎病等病害時(shí)，與健康土壤相比etal2009,Perez-brandanetal2014,鄧曉等2015,Leeetal2017)。此外，土壤微生微生物多樣性高的土壤擁有對土著病原菌的限制力和對于外源病原體的抵抗力。根際微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)多樣性豐富的土壤中黃瓜枯萎病的發(fā)病率較低，土壤中病原體的種群由于土壤酸化的成因往往比較復(fù)雜，對于土壤酸化的調(diào)控措施首先根據(jù)土壤類型來決定，由于成土母質(zhì)以及地理氣候的差異，不同地域的土壤有不同的特征，化肥的而且易引起土壤酸化板結(jié)、土壤生產(chǎn)力的下降，導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量降低。氮肥的種類和施入的深度在一定程度上決定了土壤酸化的程度(Malhi對于自然酸化的土壤，實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中通常施用石灰或石灰石粉等堿性物質(zhì)來改良農(nóng)田土壤酸度，并且研究比較廣泛(Adams酸化，但由于石灰在土壤中遷移較難，長期大量的使用也會導(dǎo)致土壤板結(jié)，所以石灰此外，有機(jī)肥也常常被用于改良酸性土壤。有機(jī)肥不僅能直接提供作物所需的小分子有機(jī)物，而且能通過礦化作用影響土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)改善土壤質(zhì)量。許多學(xué)者研究表明施用有機(jī)肥能改良酸性土壤(李軍營等2012)。主要的有機(jī)肥源包括作物秸稈、綠肥、糞肥、廄肥、堆肥、漚肥等，各地區(qū)通常因地制宜選擇合適的有機(jī)近些年，綠色環(huán)保和資源循環(huán)高效的理念越來越被人們所的重視。合理利用工業(yè)廢料，如磷石膏、磷礦粉、鋼渣和白云石等。這些廢棄物是良好的酸性改良劑，可以8有效的中和土壤酸性，并具有價(jià)格低廉、運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)。如白云石粉可以有效改良酸性土壤，增加土壤養(yǎng)分，提高作物產(chǎn)量(單翔宇等2019)。碳法淤泥是糖加工過程中的一種廢渣，有研究者發(fā)現(xiàn)使用碳法淤泥可以有效降低土壤酸度，并能提高土壤速效磷的含量(溫志平和劉樹基1996)。李九玉等研究發(fā)現(xiàn)堿渣和赤泥對酸性紅壤的改良效果顯著,效果可以替代石灰(李九玉2009)。但由于這些廢棄物料大多含有鉛、鎘、汞等重金屬元素，長期施用會引起農(nóng)作物和水環(huán)境重金屬元素含量超標(biāo)，增加通分堿性物質(zhì)合成自身生長發(fā)育所需的營養(yǎng)物質(zhì)。同時(shí)，其生命活動的代謝產(chǎn)物對土壤的酸性具有一定的緩解作用，從而改善土壤酸性(Mordukhovaetal2008)。應(yīng)用微生物組工程技術(shù)將核心菌株接種到土壤中，通過基因工程技術(shù)提取耐酸功能基因；耐酸性的表達(dá)可以改良土壤酸性，構(gòu)建良好的種間關(guān)系進(jìn)而招募功能微生物，從而保障土壤微環(huán)境質(zhì)量和提升土壤健康(Toju2018,朱永官2021)。目前關(guān)于微生物耐酸性的已有許多研究發(fā)現(xiàn)，間作、套種等田間管理措施會改善土壤的酸化進(jìn)程。有研究表明，土壤酸化的果園套種牧草能降低土壤酸度、提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量、增加各種養(yǎng)分元素的有效性(曾丹娟等2011);間作能提高土壤的養(yǎng)分供給速率(Raseduzzaman2017),增加土壤團(tuán)聚體，改善土壤質(zhì)量(Cong2015)等。但由于農(nóng)戶對經(jīng)濟(jì)效益的追求，單作、連作的現(xiàn)象往往更加普遍。而間作、套種、免耕等土地利用模式，沒有土傳病害在實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中非常的常見，是發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和保障糧食安全的重要難題。引發(fā)土傳病害的病原很多，其中包括尖孢鐮刀菌引起黃瓜、香蕉和茄子的枯萎病(Chen等2012,董鮮2014),勞爾氏菌引起番茄和馬鈴薯的青枯病(Zhengetal2019),亞洲韌皮桿菌引起的柑橘黃龍病(姚廷山等2020),鏈格孢屬真菌引起的早疫病等(Hernandez-ochoaetal2020)。植物的土傳病害是由病原菌引起的，病原菌能夠以土壤為介質(zhì)，在土壤中大量的9繁殖并遷移，通過侵染植物根部或莖基部使植物感病。在以往的研究中，土傳病害的物理防治是通過采取一些物理手段的農(nóng)業(yè)措施降低病原菌的數(shù)量和致病能力，可化學(xué)防治方法一直在田間的實(shí)際應(yīng)用比較廣泛，具有方法簡單、成本低、殺蟲抗菌譜廣等特點(diǎn)。例如，多