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长期施肥和模拟酸沉降对土壤酸化作用影响的机制研究

张永春  汪吉东  许仙菊  宁运旺  张辉  沈其荣  
【摘要】:利用江苏地区典型水稻土和潮土长期定位试验,研究了施肥对土壤酸化速率及酸碱缓冲体系的影响,并结合土壤添加秸秆、猪粪等培养试验、施氮及模拟酸沉降试验,对土壤酸化的关键影响因素及不同致酸因子的具体贡献进行了系统的研究。主要结果如下:太湖地区水稻土经26年施肥处理,土壤pH降低了0.38~1.39。土壤酸化速率为0.50~1.74 kmol H~+hm~(-2)a~(-1),酸化修复所需CaCO_3用量为(24.7~87.1)kg·hm~(-2)a~(-1)。各处理土壤酸化速率以施磷钾肥(CPK)处理最低,施氮肥结合有机肥及秸秆(MRN)处理最高,施用氮肥基础上增施有机肥促进土壤酸化,其酸化速率大于单施化肥处理;各处理土壤pH以施磷钾肥处理(CPK)为最高(pH 6.42),对照(CO)次之(pH6.38),施氮肥结合有机肥及秸秆处理(MRN)最低(5.41)。增施有机肥及秸秆处理土壤缓冲容量保持稳中有升,这主要与土壤有机质的提升有关;而pH的下降则与盐基离子含量的下降有关。30年连续不同施肥下,徐州石灰性潮土土壤pH降低0.41~0.70;不同施肥处理耕层土壤酸碱缓冲容量为(15.82~21.96)cmol·kg~(-1),施用化肥促进土壤酸化加速,单施氮肥酸化程度最高,而化肥配施有机肥处理则缓解土壤酸化加速。长期不同施肥下石灰性潮土仍处于碳酸钙缓冲体系,该体系下,有机质对石灰性潮土土壤酸碱缓冲体系影响较弱。长期不同施肥显著改变0~40 cm层土壤的碳酸钙和活性碳酸钙含量,且活性碳酸钙含量在剖面中的分异变化比碳酸钙大,其含量与土壤酸碱缓冲容量达到极显著正相关关系,暗示长期施肥管理下,土壤活性碳酸钙更能敏感反应土壤基本理化性状的变化。室内比较了3个pH梯度降雨和3水平施氮量对水耕铁渗人为土土壤酸化的影响。不同pH降雨及施氮处理土壤的酸度累积量为每柱(4.73~15.57)mmol H~+,以pH 6.5降雨不施氮处理、pH 2.5添加高氮量(N2)处理酸化速率为最低和最高;相同pH降雨下,致酸量随施氮量增加而上升;不施氮处理土壤酸度累积随降雨pH降低而增加,但中施氮量(150 mg kg~(-1)土)和高施氮量(300 mgkg~(-1)土)下,pH 4.5处理土壤酸度累积量则小于pH 6.5处理;不同降雨及施氮处理NO_3~-淋溶致酸量为每柱(4.32~12.88)mmol H~+,NH_4~+淋溶消耗H~+量为每柱(0.01~0.29)mmol;正常酸沉降(pH 6.5)下,中施氮量和高施氮量处理致酸量都大于各梯度pH降雨的致酸量。以上结果表明,单施氮处理的致酸量大于单纯的酸沉降处理,而无论是降雨还是施氮,NO_3~-淋溶在加速土壤酸化进程中占主导作用。总之,对于江苏省太湖地区的黄泥土,土壤酸碱缓冲体系处于硅酸盐和盐基离子缓冲体系,该体系下在施用化肥基础上增施有机肥对土壤酸化的加速主要受土壤盐基离子的耗竭影响,而保持土壤酸碱缓冲容量稳中有升则主要受土壤有机质的提升影响;江苏淮北潮土则处于碳酸钙缓冲体系,在施用化肥的基础上增施有机肥土壤减缓酸化趋势;和模拟不同pH降雨相比,施氮的致酸强度大于降雨,且NO_3~-为致酸量的关键因素。

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