吳聰敏，陳 漂，韓小明，王如海，李九玉*，俞元春，徐仁扣

三元復(fù)合肥料的酸度特征及其對(duì)土壤酸化的影響①

吳聰敏1,2，陳 漂2,3，韓小明4，王如海2，李九玉2*，俞元春1*，徐仁扣2

(1 南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，南京 210037；2 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008；3 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，鄭州 450002；4 江蘇省揚(yáng)州市江都區(qū)丁溝鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江蘇揚(yáng)州 225236)

針對(duì)目前農(nóng)田土壤酸化嚴(yán)重，而酸性復(fù)合肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛施用，其本身的酸度特征及其對(duì)土壤酸化的促進(jìn)作用程度不清的問題，本研究對(duì)目前市面上12種國內(nèi)外生產(chǎn)的氮磷鉀三元復(fù)合肥料進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)11種復(fù)合肥料呈酸性，其中pH為4.0 ～ 5.0的肥料達(dá)58% 以上，含酸量可高達(dá)1.95 mol/kg，這些酸性肥料施入土壤中1 d內(nèi)可顯著降低土壤pH和提高土壤交換性酸的含量，因此酸性復(fù)合肥本身的酸性可顯著促進(jìn)土壤酸化。酸性復(fù)合肥料施入紅壤培養(yǎng)時(shí)，在培養(yǎng)的第5天時(shí)肥料本身輸入質(zhì)子與氮轉(zhuǎn)化產(chǎn)生質(zhì)子的比值可高達(dá)204.6%，培養(yǎng)到60 d時(shí)最大比值僅為4.4%，表明施用強(qiáng)酸性復(fù)合肥直接的質(zhì)子輸入量對(duì)土壤酸化的相對(duì)貢獻(xiàn)在施肥初期較大，后期主要是氮的硝化產(chǎn)酸起作用，但長期大量施用酸性復(fù)合肥對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn)也不容忽視。

復(fù)合肥；土壤酸化；質(zhì)子貢獻(xiàn)；氮轉(zhuǎn)化

在當(dāng)前高投入高產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，土壤酸化已成為制約全球農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素之一[1]。土壤酸化是指在自然和人為條件下土壤pH不斷下降、土壤交換性酸不斷增加的過程，自然酸化伴隨著土壤發(fā)生和發(fā)育過程，主要由碳酸和有機(jī)酸離解產(chǎn)生氫離子驅(qū)動(dòng)，而酸沉降和不當(dāng)?shù)霓r(nóng)藝措施等則加劇了土壤酸化進(jìn)程[2]。土壤酸化是我國農(nóng)業(yè)土壤退化面臨的一個(gè)主要問題，1980—2000年，我國主要農(nóng)作物產(chǎn)地的pH平均下降了0.5個(gè)單位[3]，長期過量施用化肥，特別是氮肥是加速土壤酸化進(jìn)程的重要原因之一[4]。土壤酸化造成諸多環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分不均衡、作物生長不良、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)力下降等，嚴(yán)重威脅土壤生態(tài)系統(tǒng)的功能[5]，需引起足夠重視。

化肥種類多且其組成隨著農(nóng)業(yè)精細(xì)化施肥要求不斷變化，近年來為了能起到平衡肥料的作用，化肥生產(chǎn)從單一肥料過渡到以復(fù)合肥料為主。復(fù)合肥廣義上是指氮、磷、鉀3種養(yǎng)分中，至少含有其中2種養(yǎng)分的肥料。按制造方法可以將其劃分為3類：用化學(xué)合成方法制得的化成復(fù)合肥、用機(jī)械造粒等方法制得的配成復(fù)混肥、臨時(shí)摻混而成的摻混復(fù)混肥。復(fù)合肥具有可以為作物提供多種營養(yǎng)元素、提高肥料利用率、提高產(chǎn)量、改善產(chǎn)品品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)效益高等[6]特點(diǎn)，在市場(chǎng)中具有很好的應(yīng)用價(jià)值。目前化肥復(fù)合化率高，歐洲、北美地區(qū)等發(fā)達(dá)國家50% 的氮肥，80% ～ 90%的磷、鉀肥均被加工成復(fù)合肥料后使用[7]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1997—2016年，我國氮磷鉀復(fù)合肥施用量由7 981 kt增至22 071 kt，年均增長704.5 kt[8]。研究發(fā)現(xiàn)氮磷鉀肥的長期投入可以明顯提高土壤的綜合肥力和基礎(chǔ)地力[9]。但也有研究表明，施用氮磷鉀化肥會(huì)導(dǎo)致土壤酸化[10]。孫繩軍等[11]也發(fā)現(xiàn)施用常規(guī)復(fù)合肥(N-P2O5-K2O︰15-15-15)會(huì)加劇蘋果園土壤酸化，導(dǎo)致表層土壤pH在160 d內(nèi)從初始的5.22下降到了4.89，降低了0.33個(gè)單位。

盡管目前有關(guān)肥料造成土壤酸化的作用已有許多報(bào)道，但是研究大多局限于不同肥料類型[12]、不同土地利用方式[3]等條件下肥料元素轉(zhuǎn)化對(duì)農(nóng)田土壤酸化的影響[13]，很少基于肥料本身的酸度特征來分析其對(duì)土壤酸化的影響。因此，本研究通過調(diào)研，選擇國內(nèi)外代表性大企業(yè)生產(chǎn)的復(fù)合肥為供試肥料，結(jié)合性質(zhì)分析，系統(tǒng)地量化了肥料本身酸度對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn)及其與氮轉(zhuǎn)化產(chǎn)酸量的相對(duì)比較，深入探究不同類型的復(fù)合肥施入后驅(qū)動(dòng)土壤pH變化的主要因素，為合理選擇肥料、防治土壤酸化、保護(hù)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 復(fù)合肥的選擇

本試驗(yàn)主要選擇了目前在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一些國內(nèi)外大型企業(yè)的氮磷鉀三元復(fù)合肥，包括5種進(jìn)口復(fù)合肥和7種國產(chǎn)復(fù)合肥(表1)。

1.2 試驗(yàn)土壤

試驗(yàn)選用自然風(fēng)干后過60目篩的江西紅砂巖發(fā)育的旱地土壤作為供試土壤，其基本理化性質(zhì)為：pH為5.32，土壤緩沖容量為16.83 mmol/kg，土壤全碳和全氮分別為10.0 g/kg和1.3 g/kg。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 肥料性質(zhì)的分析 肥料的pH使用電極電位測(cè)定[14]，取5.0 g過60目篩的樣品，加入25 ml去離子水，振蕩平衡30 min后測(cè)定pH。肥料的含酸量或含堿量采用電位滴定法測(cè)定，稱取樣品1.00 g于100 ml塑料滴定杯中，加入50 ml去離子水，使用已標(biāo)定好濃度的0.1 mol/L NaOH或0.05 mol/L HCl，運(yùn)用自動(dòng)電位滴定儀進(jìn)行電位滴定，同時(shí)將未加入樣品的50 ml去離子水處理作為空白進(jìn)行滴定，酸性樣品滴定至pH 7.0，堿性樣品滴定至pH 6.5。滴定過程中連續(xù)均勻通入N2，避免CO2的干擾。根據(jù)酸堿滴定曲線即可計(jì)算肥料滴定至不同pH需消耗的酸或堿量。肥料中的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和有機(jī)氮的含量采用流動(dòng)分析儀測(cè)定，取0.10 g復(fù)合肥于100 ml聚乙烯離心管中，加入50 ml去離子水，振蕩1 h，離心過濾后取上清液測(cè)定銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和總氮含量。

表1 供試肥料的理化性質(zhì)

注：①正值表示含酸量，負(fù)值表示含堿量；②復(fù)合肥質(zhì)子貢獻(xiàn)量以常規(guī)N 200 kg/hm2施用量和酸性肥料滴定至pH 7.0時(shí)單位肥料含酸量計(jì)算結(jié)果表示。

1.3.2 肥料本身酸度對(duì)土壤酸化的影響 稱取60.0 g過60目篩的江西紅砂巖作為試驗(yàn)用土，選擇pH<5的氨硝比相當(dāng)?shù)亩砹_斯復(fù)合肥和硫酸鉀型挪威復(fù)合肥1，以及以有機(jī)氮為主的日本復(fù)合肥等3種肥料，按照復(fù)合肥的氮含量為0、100、200、300、400、500和600 mg/kg的比例分別向上述土壤中添加肥料(處理表示為CK、N100、N200、N300、N400、N500、N600)。根據(jù)0 ～ 20 cm土層土壤重量為10 000 kg/hm2土計(jì)算，分別相當(dāng)于復(fù)合肥氮添加量為0、225、450、675、900、1 125、1 350 kg/hm2。其中，復(fù)合肥以溶液的形式添加，分別吸取10 ml配置好的肥料溶液添加到60.0 g土樣中，補(bǔ)充水分5 ml至土壤含水量為17%，攪拌均勻后，分裝在3個(gè)聚乙烯離心管中，在25 ℃的環(huán)境條件下培養(yǎng)1 d，培養(yǎng)結(jié)束后分別取10.0 g鮮土測(cè)定土壤pH與交換酸的含量。本組試驗(yàn)選擇了3種肥料，每種肥料設(shè)置7個(gè)處理，3次重復(fù)。

1.3.3 肥料本身酸度和氮轉(zhuǎn)化對(duì)土壤酸化的質(zhì)子貢獻(xiàn)比較 選擇pH<5的氨硝比相當(dāng)?shù)亩砹_斯復(fù)合肥和硫酸鉀型挪威復(fù)合肥1，以及有機(jī)氮為主的中東復(fù)合肥和銨態(tài)氮為主的魯西復(fù)合肥等4種肥料作為研究對(duì)象，按照復(fù)合肥料氮含量為200 mg/kg(相當(dāng)于450 kg/hm2)的比例分別加入200.0 g供試土壤中，添加去離子水調(diào)節(jié)土壤含水量為17%，于25 ℃ 培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。分別在第0、2、5、10、20、30、45、60 天取10.0 g鮮樣測(cè)定土樣的pH，并于第0、5、60 天稱取5.0 g鮮土提取土樣溶液測(cè)定不同形態(tài)氮的含量。試驗(yàn)所使用的肥料直接加入粉末狀，以不加肥料處理為對(duì)照，該組共5個(gè)處理，3次重復(fù)。由于土壤初始pH為5.74，肥料酸度對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn)根據(jù)肥料滴定曲線計(jì)算pH 5.74時(shí)所貢獻(xiàn)的質(zhì)子以及每種肥料氮含量為200 mg/kg土的實(shí)際肥料施用量。氮轉(zhuǎn)化主要分析氮的礦化和硝化，其中以第5天和60天分別相對(duì)第0天的溶液中無機(jī)氮和硝態(tài)氮的凈變化量進(jìn)行計(jì)算，每凈礦化產(chǎn)生1 mol銨態(tài)氮消耗1 mol質(zhì)子，而每1 mol銨態(tài)氮硝化產(chǎn)生2 mol質(zhì)子。氮轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的質(zhì)子為每一時(shí)期土壤中凈氮硝化產(chǎn)生的質(zhì)子與氮礦化消耗質(zhì)子量的差值，并進(jìn)一步計(jì)算復(fù)合肥施用直接貢獻(xiàn)的質(zhì)子與氮轉(zhuǎn)化產(chǎn)生質(zhì)子的比值。

1.4 測(cè)定方法

土壤pH的測(cè)定：取10.0 g鮮土，按照水土比為2.5︰1(︰)的比例加入去離子水，然后使用pH復(fù)合電極(Thermo Scienctific Orion Star A211)測(cè)定[14]。土壤各形態(tài)氮含量的測(cè)定：取6.0 g鮮土于50 ml塑料離心管，加入25 ml 2 mol/L KCl溶液，震蕩1 h后離心過濾，取上清液，運(yùn)用流動(dòng)分析儀測(cè)定土壤中的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和全氮的含量[15]。土壤交換性酸總量的測(cè)定：取10.0 g鮮土，采用1 mol/L KCl交換–中和滴定法測(cè)定[14]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

本試驗(yàn)使用Microsoft Excel 2013對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，運(yùn)用Origin 2018繪制圖表，利用SPSS 22.0進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(LSD，Duncan，<0.05)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同復(fù)合肥的特征分析

本試驗(yàn)所選用的12種氮磷鉀三元復(fù)合肥料的性質(zhì)如表1所示，主要包括市面上應(yīng)用較廣泛的5種進(jìn)口復(fù)合肥和7種國產(chǎn)復(fù)合肥，這些復(fù)合肥氮磷鉀的含量各異，從低濃度的250 g/kg 到高濃度的600 g/kg。按照肥料中氮的主要存在形態(tài)，可將復(fù)合肥料分為4種以銨態(tài)氮為主、5種銨硝態(tài)均衡型和3種有機(jī)氮為

主的肥料。供試肥料中pH 4.0 ～ 5.0的復(fù)合肥占58.3%，90% 以上的肥料pH<7.0，其中日本復(fù)合肥和中東復(fù)合肥的pH最低，接近4.0。這主要是因?yàn)榛蓮?fù)合肥是通過各種化學(xué)反應(yīng)合成的復(fù)合肥，主要用磷酸、合成氨和鉀等基礎(chǔ)原料直接加工而成；復(fù)混肥生產(chǎn)的常用原材料主要有磷酸二銨、磷酸一銨、硝酸磷肥、硝酸鉀和磷酸二氫鉀等。因此，主要是復(fù)合肥生產(chǎn)的原料呈酸性，導(dǎo)致肥料呈酸性。

采用電位滴定法測(cè)定了肥料含酸量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)酸性肥料的滴定終點(diǎn)為pH 7.0時(shí)，一般復(fù)合肥的pH越低，其貢獻(xiàn)出的質(zhì)子越多。根據(jù)肥料pH計(jì)算出的肥料溶液質(zhì)子濃度與肥料本身所攜帶的酸量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.748，表明根據(jù)肥料本身的pH即可初步反映肥料攜帶酸量。從具體數(shù)據(jù)來看，這12種復(fù)合肥料含酸量可高達(dá)1.95 mol/kg，表明這些復(fù)合肥本身呈酸性，可不同程度地造成土壤酸化。由Guo等[3]的研究結(jié)果可知，我國每年因酸沉降輸入土壤的質(zhì)子可達(dá)0.4 ～ 2.0 kmol/hm2。根據(jù)當(dāng)前我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況，肥料的合理施氮量大約在150 ～ 250 kg/hm2[16]。以施用N 200 kg/hm2為準(zhǔn)計(jì)算酸性復(fù)合肥每年會(huì)產(chǎn)生0.35 ～ 3.26 kmol/hm2的質(zhì)子，因此一般酸性復(fù)合肥施用直接輸入土壤的質(zhì)子量與酸沉降產(chǎn)生的質(zhì)子量接近，但其最大值可為酸沉降的1.6倍。實(shí)際上目前集約化生產(chǎn)中肥料的施用量，特別是果樹、蔬菜、茶葉等種植的施用量遠(yuǎn)高于N 200 kg/hm2，?？筛哌_(dá)1 200 kg/hm2[17]。因此預(yù)期相對(duì)酸沉降，復(fù)合肥本身攜帶的酸量對(duì)土壤酸化的促進(jìn)作用更強(qiáng)。

2.2 復(fù)合肥不同加入量對(duì)土壤pH、交換性酸的影響

為了量化復(fù)合肥本身的酸度對(duì)土壤酸化的直接影響，本研究選擇pH<5、氨硝比相當(dāng)?shù)亩砹_斯復(fù)合肥和硫酸鉀型挪威復(fù)合肥1，以及以有機(jī)氮為主的日本復(fù)合肥等3種肥料，分別在6種氮濃度梯度下進(jìn)行試驗(yàn)。由圖1可以看出，未施肥時(shí)，土壤pH為5.49，添加復(fù)合肥顯著降低了土壤的pH。土壤pH可以直觀表征土壤活性酸的強(qiáng)度，不同肥料處理組土壤的pH均顯著低于CK處理組的pH，說明施加復(fù)合肥明顯降低了土壤pH。隨著復(fù)合肥施用量的增加，土壤pH幾乎都呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)；而且挪威復(fù)合肥1和日本復(fù)合肥本身的pH低，其促進(jìn)土壤pH下降的作用也較強(qiáng)。當(dāng)?shù)尤肓繛?00 mg/kg時(shí)，日本復(fù)合肥處理后的土壤pH最低，與CK相比，pH下降了0.51個(gè)單位。當(dāng)施入的氮含量為600 mg/kg時(shí)，挪威復(fù)合肥1處理土壤pH最低，為5.02。表明強(qiáng)酸性復(fù)合肥本身攜帶的酸性物質(zhì)會(huì)明顯促進(jìn)土壤酸化。

土壤交換性酸是土壤交換性Al和交換性H+的總量，是指示土壤酸度變化的一個(gè)重要容量指標(biāo)[18]，更能反映土壤酸度的高低。由圖2所示，在不同肥料氮施加水平下，不同肥料處理后土壤中交換性酸均呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，即隨著外源施加復(fù)合肥含氮量的升高，土壤交換性酸量也相應(yīng)增加，特別是俄羅斯復(fù)合肥，再次證明復(fù)合肥本身攜帶的質(zhì)子施加土壤后會(huì)促進(jìn)氫鋁轉(zhuǎn)化導(dǎo)致土壤交換性酸度顯著增加，且肥料投入量越高，導(dǎo)致土壤酸化程度越強(qiáng)。Rodroguez等人[19]的研究也表明施氮量會(huì)顯著影響土壤的總酸度，當(dāng)施氮量從100 kg/hm2升高到200 kg/hm2時(shí)，土壤的平均交換性酸總量從6.57 mmol/kg增加到8.21 mmol/kg。從不同肥料對(duì)比來看，總體而言，同一施氮量下，施用復(fù)合肥導(dǎo)致土壤交換性酸增加的順序?yàn)槎砹_斯復(fù)合肥>日本復(fù)合肥>硫酸鉀型挪威復(fù)合肥1，這與肥料本身的酸度大小順序相反，也與同樣氮加入量下肥料的質(zhì)子貢獻(xiàn)量大小順序不同(表1)。以N 200 mg/kg為復(fù)合肥加入量的處理為例，俄羅斯復(fù)合肥、硫酸鉀型挪威復(fù)合肥1和日本復(fù)合肥中的交換性酸含量分別為7.92、5.43和5.34 mmol/kg。這主要是因?yàn)榉柿鲜┯脤?duì)土壤酸度的影響除了受本身酸度的影響外，肥料中組分與土壤黏土礦物之間的相互作用也對(duì)土壤酸度產(chǎn)生影響。具體為日本復(fù)合肥中有機(jī)氮肥和挪威復(fù)合肥中的硫酸根等可以在紅壤表面發(fā)生專性吸附，該過程釋放的羥基可中和土壤酸度，因此本身酸度高的日本復(fù)合肥和挪威復(fù)合肥1處理土壤中交換性酸量反而低于俄羅斯復(fù)合肥處理土壤。

(圖中小寫字母不同表示同一肥料在不同氮加入量處理間的差異顯著 (P < 0.05)，下同)

圖2 施加不同含氮量復(fù)合肥培養(yǎng)1 d后土壤交換性酸的變化

2.3 復(fù)合肥本身酸度對(duì)土壤酸化的質(zhì)子貢獻(xiàn)

肥料施入土壤中對(duì)土壤酸度的影響，除了受本身酸度的影響外，肥料中氮轉(zhuǎn)化過程誘導(dǎo)質(zhì)子的產(chǎn)消量是最主要的因素。為了相對(duì)比較肥料本身酸度與肥料施入土壤后引起的氮礦化消耗質(zhì)子量和硝化產(chǎn)生質(zhì)子量對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn)，本研究選擇了pH<5的俄羅斯復(fù)合肥、挪威復(fù)合肥1、中東復(fù)合肥和魯西復(fù)合肥4種不同類型肥料作為研究對(duì)象，分別加入到pH 5.74的土壤進(jìn)行培養(yǎng)。結(jié)果表明肥料加入到土壤中的當(dāng)天就明顯降低了土壤的pH，pH大小順序?yàn)閷?duì)照>中東復(fù)合肥>魯西復(fù)合肥≈挪威復(fù)合肥>俄羅斯復(fù)合肥(圖3)，這與表1中肥料本身的pH和所含酸量大小并不一致，這主要是因?yàn)榉柿蠈?duì)土壤pH的影響除了受本身酸度的影響外，中東復(fù)合肥中的有機(jī)氮以及魯西復(fù)合肥和挪威復(fù)合肥中的硫酸根在土壤中專性吸附過程中能釋放出羥基，因此這3種肥料雖然本身酸度高，但加入土壤后對(duì)土壤的酸化作用反而不如俄羅斯復(fù)合肥。

圖3 添加不同復(fù)合肥料對(duì)土壤pH動(dòng)態(tài)變化的影響

根據(jù)肥料本身酸度和復(fù)合肥施加到土壤培養(yǎng)過程中無機(jī)氮和硝態(tài)氮的凈增加量，即可計(jì)算出肥料直接輸入質(zhì)子量、氮礦化消耗質(zhì)子量和氮硝化產(chǎn)生質(zhì)子量(表2)。結(jié)果表明中東復(fù)合肥中有機(jī)氮的礦化水解作用主要發(fā)生在培養(yǎng)試驗(yàn)的前5 d，因此與第0天相比，培養(yǎng)第5天大幅增加了土壤溶液中總無機(jī)氮的含量(圖4)，礦化作用會(huì)消耗質(zhì)子(表2)，并提高土壤的pH(圖3)。而土壤中氮的硝化作用則主要發(fā)生在培養(yǎng)5 d以后，硝化作用會(huì)產(chǎn)生大量質(zhì)子并導(dǎo)致土壤pH顯著降低，土壤中肥料氮的添加導(dǎo)致土壤酸化作用更顯著(表2、圖3和圖4)。從肥料氮直接輸入質(zhì)子與氮轉(zhuǎn)化產(chǎn)消質(zhì)子的比值來看，在氮硝化作用較弱的培養(yǎng)前期，(除中東復(fù)合肥由于有機(jī)氮大量水解消耗質(zhì)子導(dǎo)致比值為負(fù)值外，其比值可達(dá)0.41 ～ 2.05，表明肥料氮直接輸入質(zhì)子對(duì)土壤酸化起著重要的貢獻(xiàn))。而培養(yǎng)60 d后，由于肥料施入的無機(jī)氮約85% 呈硝態(tài)氮，絕大部分銨態(tài)氮被硝化產(chǎn)生大量的質(zhì)子，因此肥料氮直接輸入質(zhì)子與氮轉(zhuǎn)化產(chǎn)生質(zhì)子的比值均小于0.05，這個(gè)比值小說明銨態(tài)氮肥的大量施用造成硝化產(chǎn)酸過程是導(dǎo)致土壤酸化的主要原因，而肥料氮直接輸入質(zhì)子的相對(duì)貢獻(xiàn)較小。本試驗(yàn)中施入的有機(jī)氮和銨態(tài)氮絕大部分發(fā)生了硝化作用，但實(shí)際土壤中部分銨態(tài)氮被植物吸收會(huì)減弱硝化作用，以及硝態(tài)氮被植物吸收會(huì)釋放出等當(dāng)量的羥基，因此大田土壤中氮轉(zhuǎn)化產(chǎn)酸量會(huì)顯著低于本試驗(yàn)計(jì)算值，反過來也表明肥料氮直接輸入質(zhì)子對(duì)土壤酸化的相對(duì)貢獻(xiàn)會(huì)更大。因此，長期施用酸性復(fù)合肥料時(shí)，肥料本身酸度對(duì)土壤酸化的作用也不容忽視。

試驗(yàn)結(jié)果還表明以銨態(tài)氮為主的魯西復(fù)合肥硝化作用會(huì)產(chǎn)生大量質(zhì)子，而以有機(jī)氮為主的中東復(fù)合肥則由于有機(jī)氮礦化消耗質(zhì)子，氨硝比相當(dāng)?shù)呐餐?fù)合肥和俄羅斯復(fù)合肥硝化產(chǎn)酸量明顯減低，最終導(dǎo)致魯西復(fù)合肥對(duì)土壤酸化的質(zhì)子貢獻(xiàn)相對(duì)明顯高于后三者(表2)。由于銨態(tài)氮的硝化過程是土壤中肥料質(zhì)子產(chǎn)生的主要來源，因此應(yīng)盡量選擇以有機(jī)氮、硝態(tài)氮為主的復(fù)合肥，南方可變電荷土壤還可以選擇硫酸鉀型復(fù)合肥，以降低復(fù)合肥料本身酸度和硝化過程引起的土壤酸化作用。

表2 添加N 200 mg/kg 復(fù)合肥對(duì)土壤酸化直接貢獻(xiàn)的質(zhì)子以及培養(yǎng)過程中氮轉(zhuǎn)化產(chǎn)消的質(zhì)子量

(CK：對(duì)照；A：挪威復(fù)合肥1，B：俄羅斯復(fù)合肥，C：中東復(fù)合肥，D：魯西復(fù)合肥)

3 結(jié)論

通過對(duì)我國農(nóng)業(yè)上廣泛使用的國內(nèi)外復(fù)合肥進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)絕大部分復(fù)合肥呈酸性，其pH可低至4.0，其對(duì)土壤酸化的質(zhì)子貢獻(xiàn)與酸沉降相當(dāng)。添加酸性復(fù)合肥至土壤中可顯著降低土壤pH和增加土壤的交換性酸量，表明施用酸性復(fù)合肥會(huì)明顯促進(jìn)土壤酸化。盡管施用強(qiáng)酸性復(fù)合肥直接的質(zhì)子輸入量在肥料施加到土壤的初期對(duì)土壤酸化的相對(duì)貢獻(xiàn)較大，后期主要是氮的硝化產(chǎn)酸作用，但長期酸性復(fù)合肥本身酸度對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn)也不容忽視。因此，為降低化肥施用引起的土壤酸化作用，應(yīng)選擇復(fù)合肥本身酸度較低，且以有機(jī)氮、硝態(tài)氮為主的復(fù)合肥，南方可變電荷土壤還可以選擇硫酸鉀型復(fù)合肥。

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Acidity Characteristics of Ternary Compound Fertilizers and Its Effect on Soil Acidification

WU Congmin1,2, CHEN Piao2,3, HAN Xiaoming4, WANG Ruhai2, LI Jiuyu2*, YU Yuanchun1*, XU Renkou2

(1 College of Biology and Environment, Nanjing Forest University, Nanjing 210037, China; 2 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 3 College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 4 Agriculture and Rural Affairs Bureau of Dinggou Town, Jiangdu District, Yangzhou, Jiangsu 225236, China)

Currently, severe soil acidification occurs widely in cropland. Extensive application of acidic compound fertilizers in agricultural production may contribute to soil acidification, while its acidity characteristics and effect on soil acidification is unclear. In this study, 12 compound fertilizers with ternary nitrogen, phosphorus, and potassium elements were chosen from domestic and foreign companies due to their mass application in China.Results indicated that 11 compound fertilizers were acid, the fertilizers with pH between 4.0 and 5.0 accounted for more than 58%, and their acid content was up to 1.95 mol/kg. When these acid fertilizers directly applied to the soil, they could significantly reduce soil pH and increase the content of exchangeable acidity in one day. Therefore, application of acid compound fertilizer could significantly promote soil acidification due to their high acid content. When these compound fertilizers were applied to red soil for incubation, the ratio of protons from fertilizer direct input to nitrogen conversion could reach up to 204.6% on the 5thday of incubation, while the maximum ratio was only 4.4% on the 60thday of incubation. Results suggested the relative contribution of direct proton input to hydrogen ions by applying strong acid compound fertilizer was greater at the early stage of fertilizer application, while proton production from nitrification played a major role in the later stage. However, the contribution of long-term and mass application of acid compound fertilizer to soil acidification should not be ignored.

Compound fertilizer; Soil acidification; Proton contribution; Nitrogen transformation

S511

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.02.021

吳聰敏, 陳漂, 韓小明, 等. 三元復(fù)合肥料的酸度特征及其對(duì)土壤酸化的影響. 土壤, 2022, 54(2): 365–370.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41877102，U19A2046)資助。

(jyli@issas.ac.cn；ycyu@njfu.edu.cn)

吳聰敏(1996—)，女，河南焦作人，碩士研究生，主要從事土壤酸化研究。E-mail: 474732653@qq.com