張 東，扈 強，杜詠梅，付憲奎，侯小東，竇玉青，劉新民*

（1.中國農業(yè)科學院煙草研究所，青島 266101；2.廣東中煙工業(yè)有限責任公司，廣州 510610）

土壤酸化是指土壤中鹽基離子被淋失而氫離子增加、酸度增高的過程，此過程主要由自然因素和人為因素引起。在自然條件下，此過程是緩慢且不顯著的；但近幾十年來，人為因素造成的土壤酸化問題日趨嚴峻，嚴重危害土壤環(huán)境質量和作物的生長發(fā)育，造成巨大的經濟損失。近年來的研究表明，我國土壤酸化已呈嚴重趨勢。據統(tǒng)計，上世紀80年代之后的20年內，我國酸化土地面積已達到全國耕地面積的40%以上[1]。2010年2月19日世界級雜志《科學》上指出，由于過量施用化肥的原因，從上世紀 80年代早期至今，我國各地土壤的pH平均下降了0.13～0.80個pH單位；李金成等[2]對華南地區(qū)土壤酸化現狀的研究中發(fā)現，華南地區(qū)土壤pH較第二次土壤普查時下降了0.2～0.5個pH單位；鐘武云等[3]發(fā)現湖南地區(qū)土壤pH在2006—2010年間從平均的6.4下降到5.9，其中最大的下降了 2.1個單位；文星[4]等進一步研究發(fā)現湖南省耕地土壤酸化面積現已占全省面積的72.6%，同時還有進一步酸化的趨勢；李霽等[5]對森林土壤定點分析得出，我國中南部地區(qū)土壤也已達到極酸水平。江澤普等[6]對廣西土壤研究發(fā)現，廣西地區(qū)土壤pH平均只有4.83。

良好的土壤質量是作物生長的前提，酸化土壤會對作物生長發(fā)育產生至關重要的影響。比如土壤酸化可以活化土壤中重金屬離子[7]，從而最終影響作物品質[8]。徐麗等[9]對長江三角洲土壤酸化地區(qū)造成水稻中Gd含量達到國家標準2倍以上而降低食用價值的研究也得出了相似的結論。此外研究還發(fā)現，作物長期處于較低土壤pH環(huán)境下會降低作物發(fā)芽率[10]、增加作物病害的發(fā)生率[11]等。

煙草生長同樣對植煙土壤pH有嚴格的要求，一般在 5.5～6.5的土壤較為宜。煙草工作者研究發(fā)現，土壤pH過低，則不利于煙草生長發(fā)育和煙葉品質的形成[12-14]。近年來，我國產煙地區(qū)土壤酸化日趨嚴重，對產煙區(qū)土壤酸化的研究也越來越受社會各界的關注。尤開勛等[15]對湖北省宜昌市煙區(qū)土壤進行分析得出，宜昌煙產區(qū)酸性土壤面積高達76%以上。根據全國平衡施肥普查結果顯示，我國主要植煙土壤中有很大一部分土壤pH低于煙草最適生長 pH，以南方煙產區(qū)為主，此類植煙土壤對煙草生長和優(yōu)質煙葉的生成有不利影響[16]。筆者在此主要評述土壤酸化對煙草生長、煙葉品質的影響及土壤酸化的改良技術。

1 土壤酸化

1.1 土壤酸化的原因

土壤酸化是土壤酸度由低變高、持續(xù)不斷的自然過程。引起土壤酸化的原因有很多，主要分為自然因素和人為因素兩類。自然因素包括：天然酸的形成引起土壤酸度增加，如動植物呼吸產生碳酸以及動植物殘體分解產生的有機酸等[17]；自然多雨條件下，降水量大大超過蒸發(fā)量，土壤溶液中的鹽基離子在強烈的淋溶作用下隨滲透水下移，使土壤中易溶鹽減少造成土壤酸化[18]。自然因素引起土壤酸度變化的過程及其緩慢，但人為因素卻大大的加速了土壤酸化的進程，主要包括:（一）酸雨的沉降。大量酸性氣體，如二氧化硫和含氮化合物等的排放導致酸雨沉降增加[19]；(二)不恰當的農業(yè)措施。如大量化學肥料特別是生理酸性肥料的施用、施用量和使用方法不當或土壤中的堿性物質因農作物收獲而帶走等[20-22]，都會不同程度的加速土壤酸化的進程。

1.2 土壤酸化的機理

土壤酸化過程，本質就是氫離子增加、鹽基離子較少、以及鋁離子水解的過程。氫離子主要來源于水的解離、碳酸的解離、有機酸的解離等過程，此外酸性沉降及生理酸性肥料的施用也是氫離子較為重要的來源過程。隨著土壤中氫離子的增多，破壞了原有的鹽基平衡，氫離子替代原土壤中的鹽基離子，被置換下的鹽基離子隨著滲透水下降而移動減少。多雨條件下的淋溶作用也會引起鹽基離子的降低。氫離子的附著不利于土壤膠體中鋁氧八面體的穩(wěn)定，過多氫離子存在的情況下會破壞鋁氧八面體，造成活性鋁離子的釋放。游離的鋁離子根據其水解程度會產生1～3個氫離子，進一步加劇土壤酸化的程度。

1.3 土壤酸化的危害

土壤酸化使土壤中鹽基離子減少，造成土壤貧瘠，引起土壤肥力下降。土壤酸度提高還會降低于土壤中微生物和有關酶類活性[23-24]，從而不利于植物的生長發(fā)育；土壤酸化使土壤中H+增加，凈電荷減少，造成鈣、鎂、鉀等養(yǎng)分離子的吸附量顯著減少，使植物在生長過程中易產生缺素癥等癥狀[25]；且隨著土壤pH的降低，礦物結構和有機絡合態(tài)的錳、鋁等均被激活，從而使土壤中鋁離子和錳離子的大量溶出，而作物的根系吸收錳和鋁的主要分布區(qū)，且很少向地面部分轉移，這就會造成根尖顯著膨大，沒有側根和根毛，很多為死根，出現作物中毒現象[10]，造成作物的死亡（特別是果樹類作物）；土壤中重金屬離子的溶出造成作物吸收大量可溶性重金屬離子，降低農產品品質甚至會影響動物及人的健康[5,26]；此外，酸化土壤還可以增加作物病害的發(fā)生率[27-28]，最終影響作物產量。

2 土壤酸化對煙草產量的影響

2.1 土壤酸化對煙草生長的影響

土壤酸化對作物根系的正常生長發(fā)育影響較為顯著。對于煙草而言，主要影響其根系的生長。研究中發(fā)現，煙草不同生育時期的根體積、干質量、根系吸收面積在根際pH從7.5下降到4.5的條件下都呈降低趨勢[12]，此表明土壤pH低不利于煙株根系的生長發(fā)育。楊宇虹[29]等人的研究結果同樣證明了上述觀點，根際pH在7.5～5.4范圍內，煙株根系生長良好。 當根際土壤pH降低到5.4時，＜3mm的細根系重量有所減少，并與土壤pH之間表現出顯著的相關性。綜上述研究，說明土壤pH對煙株生長有較為重要的影響，較低的土壤pH不利于煙株的正常生長發(fā)育，土壤酸化對煙株的生長會產生不利影響，不利于其根系生長發(fā)育，進而對煙株的生長表現出抑制的現象。

2.2 土壤酸化對產量的影響

煙田土壤酸化條件下，土壤中礦質元素含量會降低[25]，土壤微生物活性受抑制[23-24]，此不利于煙株生長，進而造成煙草減產；酸化條件有利于土壤中有機質的分解轉化為有效態(tài)的氮，但這些有效態(tài)氮可進一步轉化為硝態(tài)氮，在多雨地區(qū)很容易造成氮素淋失。硝酸還原酶（NR）是煙株中NO-3還原的限速酶，與煙株氮素的吸收密切相關。有研究發(fā)現，土壤 pH 對NR活性有明顯的影響，土壤酸化降低了煙葉中 NR活性[30]，不利于煙株對氮素的吸收利用，從而不利于煙草產量的形成；pH也是影響土壤中磷的有效性的重要因素，過高或過低都會加劇對磷的固定，pH 在5.5～7.5，磷的有效性最高，而土壤酸化條件下，磷的有效性降低[31]，也不利于煙草經濟產量的形成；研究還發(fā)現，煙田酸化會加劇煙草病害的發(fā)生率[28]，進而造成煙草減產。

余濤[13]等研究發(fā)現，土壤中有效硼含量與土壤pH 之間存在著正相關關系，當土壤pH由4.5上升至8.5時，有效硼占全硼含量百分率由0.2上升至1.2%，而酸性土壤對硼的吸附力減弱，在高溫多雨條件下，表現出較強的淋溶損失。而林躍平等[14]進一步研究表明，試驗條件下，硼等微量元素對煙草生長過程中株高、莖圍、葉數、最大葉片長寬乘積、葉片厚度等，有著不同程度的影響。因此，煙田酸化會降低土壤中硼含量并最終影響到煙草的產量。

3 土壤酸化對煙草品質的影響

煙葉中主要化學成分的含量及比值，在很大程度上影響著煙草內在質量的優(yōu)劣，煙草內在質量主要包括煙葉內各種化學成分的數量和協調性、煙葉燃燒時的香氣、吃味、勁頭、刺激性等[32]。煙葉中煙堿是影響卷煙勁頭的主要因素，去除過高煙堿可提高煙草品質；香味成分與煙草感官質量呈正相關；煙葉總糖、還原糖含量與煙草品質成正比；蛋白質、總氮含量與煙草品質成反比[33]。

早在20世紀80年代，學者就對土壤pH與煙葉質量的關系進行了研究。結果表明，土壤pH與煙葉外觀質量、內在化學成分和評吸質量之間均存在著不同程度的關系[34]。根據郭培國等[35]研究，土壤pH在6.5～7.5范圍內變化時，烤后煙葉的還原糖含量適中，保持相對穩(wěn)定，而超出此范圍，還原糖含量則明顯升高；烤后煙葉中蛋白質含量在超出最適生長pH范圍時，隨土壤pH的變化而下降；烤后煙葉的總氮含量基本上是隨 pH的變化而下降?？芎槠糩36]的研究結論與其較為一致：在 pH 7.5～4.5的范圍內，隨土壤pH的下降，煙葉的煙堿含量增加。徐曉燕等[37]的水培研究則發(fā)現營養(yǎng)液土壤pH在5.5～7.5的范圍內，有利于煙葉香氣物質的形成，煙葉的香氣吃味較好。周俊[38]研究也表明pH過低的土壤，煙葉中的煙堿含量有增加的趨勢,糖堿比則趨于不協調。煙田酸化造成土壤pH下降，引起煙草內部化學成分含量及比例不協調，從而不利于煙草品質的形成。

此外，土壤酸化條件下，土壤溶液呈酸性，提高了土壤溶液中重金屬離子的活化性，加劇了煙株對金屬離子的吸收，造成煙葉中重金屬離子的含量較高。而烤煙吸收過多鋁離子將導致葉內細胞出現毒害，形成“黑色煙草”[39]。高水平的鐵、錳含量也被認為是導致“黑色煙草”和“灰色煙葉”的主要原因[40]。

4 改良技術

對煙田酸化土壤的改良，主要從2個方面開展進行：一是改變施肥方式[41]；二是酸化土壤改良，提高其pH。將土壤pH控制在適宜煙株生長的最適范圍，為優(yōu)質煙葉提供良好的土壤環(huán)境。

4.1 改變施肥方式

4.1.1 合理施肥 據調查統(tǒng)計，1978—2007年近30年中，我國化肥施用量增長了 1400%以上[42]，氮肥的過量施用已成為造成我國農田土壤酸化的主要原因之一[42]。因此，農田選擇氮肥時應減少酸性或生理酸性肥料的施用，選擇對土壤酸化影響小的尿素、碳酸氫銨類肥料[43]。另外，要避免單一肥料施用，防止土壤營養(yǎng)失衡。應在施用氮肥的基礎上注意增加鉀肥，補充微量元素[44]。此外，施肥時也不是量越多越好，應做到科學施肥，以減少對環(huán)境的污染。

4.1.2 施用有機肥 有機肥可以提高土壤對酸化的緩沖能力[1]，在分解過程中能同時形成腐殖質，為土壤微生物提供良好的生活條件，土壤微生物分泌的生物酶可以破開土壤膠體吸附的氫離子，減少酸性物質形成；有機肥還可提高土壤的吸附能力。因此，適當增施有機肥，可以提高土壤緩沖能力，使土壤pH在自然條件下不會因外界條件改變而劇烈變化。

4.2 改良酸化土壤

4.2.1 傳統(tǒng)改良劑 傳統(tǒng)改良劑除了生石灰（或石灰粉）以外，也包括近年來廣泛使用的礦物及工業(yè)副產物。酸性土壤中施用石灰可以提高土壤 pH，增加養(yǎng)分有效性，改變土壤理化性質。董昭皆等[45]的實驗表明，對土壤酸化十分嚴重的地塊，每667m2施用石灰100～150 kg，可以快速提高pH。施用石灰同樣有利于煙葉質量的提高,適量施用石灰可使煙葉總氮/煙堿值、總糖/煙堿值降低，煙葉成分較為協調，評吸質量也有所提高[46]。沸石、白云石、粉煤灰等改良劑在土壤酸化中也得到廣泛應用。如沸石可以提高土壤對銨離子、磷酸根離子和鉀離子等的吸附能力；煙田土壤中施入白云石粉，土壤pH明顯提高，煙葉氯含量明顯降低，還原糖含量、鉀/氯值明顯提高，煙葉品質及協調性得到了較大的改善[47]。由于生石灰、白云石等與土壤反應較為緩慢，因此煙田施用前要篩勻篩細，移栽前 1—2個月條施、翻耕。

4.2.2 新型改良劑 近年來，石灰炭，輕燒粉作為新型改良劑逐漸引起人們的重視。鄭福麗等[48]研究發(fā)現，在閑地土壤和酸化較為嚴重的土壤上，施用石灰炭與輕燒灰混合各半，且用量為 1‰時效果最好。此外，越來越多的高技術產品也開始應用到酸化土壤改良上。如：納米羥基磷可以吸附土壤溶液中銅離子和鋅離子[49]。此外，微生物技術也可以對酸化土壤進行改良，郭秀珠等[50]應用某種微生物肥料改良土壤，發(fā)現它可以很好地降低土壤酸性，提高土壤速效肥力。

4.2.3 農藝措施 適宜的農藝措施，也可以有效的對酸化土壤進行一定程度的改良。張國見等[51]通過調查拉薩不同種植類型（種糧、露天種菜、溫室種菜）對土壤酸化的影響時發(fā)現，減少灌溉用水量可以有效緩解土壤酸化進程；李志勇[52]等研究發(fā)現，可以利用香樟混交來改良酸沉降區(qū)馬尾林的酸化土壤；對酸化煙田而言，可以采用免耕覆蓋秸稈栽培技術或地膜覆蓋技術來延緩土壤酸化。

5 展 望

據統(tǒng)計，我國主要植煙土壤中有超過20%的土壤pH低于5.5，其主要分布在南方主產區(qū)[16]。近年來，對于植煙土壤酸化改良技術方面的研究越來越多，對酸化土壤的控制也取得了不同程度的效果。與國外研究相比，國內比較注重模擬酸雨沉降對土壤pH影響過程或室內試驗的研究，但缺乏長期室外試驗定位研究，導致國內對酸雨沉降和農業(yè)措施對土壤酸化的影響程度無法準確的進行定量的分析和描述。

目前國內對酸化土壤改良技術方面的研究，主要集中在利用化學改良劑對酸化土壤進行調節(jié)方面。隨著研究的不斷深入，此類改良技術的弊端也日漸明朗，例如：酸性土壤中施用石灰，短期內土壤pH會有明顯提高，但長時間施用則會出現復酸化現象，加劇土壤酸化；長期施用石灰還會造成土壤肥力下降，形成“石灰板結田”[53]。此外，礦物、工業(yè)副產物本身就帶有重金屬離子，雖然量很少，但長期施用仍然會存在著污染環(huán)境的風險。

有鑒于此，在對酸化煙田進行改良時，應從以下幾方面入手：（1）使用化學改良劑時要配合其他堿性肥料，如草木灰、火燒土等[54]。（2）提倡煙田增施優(yōu)質有機肥和生物肥。此類肥料可以為土壤微生物提供良好的生長環(huán)境，利用土壤微生物對酸化土壤顆粒進行改良，使改良更加穩(wěn)定有效。（3）注重研發(fā)新型改良技術。例如研發(fā)集物理、化學、生物聯合的綜合改良技術；此外，煙草工作者可以選育耐酸性較強的新型煙草品種等?？傊?，加強對酸化植煙土壤改良，有針對性的進行預防控制，對我國煙草行業(yè)的發(fā)展有重要意義。

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