【正文】 土壤pH在培養(yǎng)開始的第3天即有明顯上升，大豆秸稈和豌豆秸稈處理在第12天、紫云英處理在第19天時(shí)土壤pH上升至最大值，然后迅速降低(圖1右)，這三個(gè)處理土壤pH變化趨勢與前人研究羽扇豆與酸性土壤作用時(shí)pH的變化趨勢相似[3]。除玉米秸稈外，其它非豆科物料中氮含量很低(表1)，因此土壤pH變化主要由灰化堿的釋放引起。表1 供試植物物料的化學(xué)成分Table 1 Some chemical properties and ash alkalinity of plant materials植物物料灰化堿CaMgKNa總C總Ncmol(+)/kg%油菜秸稈小麥秸稈稻草玉米秸稈花生秸稈大豆秸稈蠶豆秸稈紫云英豌豆秸稈 培養(yǎng)結(jié)束后土壤樣品分析測定土壤性質(zhì)測定方法與第二章相同，本章不再贅述。土壤pH(water) =， g/kg， cmol(+)/kg，交換性氫、(+)/kg，交換性鉀、鈉、鈣、 cmol(+)/kg。AlF絡(luò)合物在土壤可溶性鋁中占據(jù)著主導(dǎo)地位，豆科物料對土壤Al3+和AlF的降低較多，但是豆科和非豆科物料都一定程度上增加了土壤有機(jī)單核鋁的量，這與植物物料分解產(chǎn)生的可溶性有機(jī)碳有關(guān)。土壤中對植物有毒害作用的鋁濃度的大小順序?yàn)椋盒←溄斩挕钟筒私斩挬儗φ铡值静荸冇衩捉斩挕中Q豆秸稈﹥大豆秸稈≈花生秸稈﹥豌豆秸稈﹥紫云英；土壤中對植物無毒害作用的鋁濃度的大小順序?yàn)椋盒←溄斩挕钟筒私斩挕值静荸儗φ诈冃Q豆秸稈≈玉米秸稈﹥大豆秸稈≈花生秸稈﹥豌豆秸稈﹥紫云英。(+)/kg，因此土壤的鹽基飽和度有不同程度提高，豆科物料處理土壤鹽基飽和度的增幅高于非豆科物料處理(表3)。在達(dá)到動態(tài)平衡的自然條件下，土壤交換性氫量很低，僅占總酸度的不到4%，其余全為交換性鋁[29]。土壤pH值的升高是植物物料中氮、鹽基離子和灰化堿引起的，且植物物料中氮的作用最大。豆科物料處理土壤的pH相對對照處理均顯著提高(P)，而非豆科物料處理的改良效果相對對照處理均不顯著。培養(yǎng)結(jié)束后將土壤樣品取出風(fēng)干，磨細(xì)過1mm篩供測定。另取植物物料灰化樣品的酸溶溶液，用原子吸收光譜法測定植物物料鈣、鎂含量，火焰光度計(jì)法測定鉀、鈉含量。植物物料中的灰化堿以及有機(jī)氮的礦化作用是引起土壤pH升高的主要因素，而礦化氮的硝化過程則造成了土壤pH的降低[14,16]。1994年所測定的江蘇句容高廟、宜興新街和高淳青山茶場的表層土壤pH(H2O)、[5]，2004年測得江蘇句容高廟、宜興新街和高淳青山茶場的表層土壤pH(H2O)、[6]。豆科植物的固氮作用增加了土壤有機(jī)氮的水平，有機(jī)氮的礦化及隨后的硝化也是加速土壤酸化的原因[27]。作物的秸稈還田不但能改善土壤環(huán)境，而且還能減少堿性物質(zhì)的流失，對減緩?fù)寥浪峄怯幸娴摹?其它改良劑近年來，人們還開發(fā)出營養(yǎng)型酸性土壤改良劑，即將植物所需的營養(yǎng)元素、改良劑及礦物載體混合，制成營養(yǎng)型改良劑。將豬糞與小麥秸稈混合，在一定條件下腐熟8周后施于酸性紅壤中，發(fā)現(xiàn)土壤的pH升高，土壤無機(jī)態(tài)鋁濃度降低；研究還發(fā)現(xiàn)施用豬糞和小麥秸稈對緩解鋁毒的作用比用碳酸鈣更明顯[18]。利用有機(jī)物料改良酸性土壤的研究，目前國內(nèi)的相關(guān)報(bào)道還很少，多數(shù)集中在利用種植綠肥等調(diào)節(jié)土壤酸度方面。另外，磷礦粉、城市污水處理廠產(chǎn)生的堿性污泥(alkalinestabilised sewage sludge product)、煉鋁工業(yè)產(chǎn)生的赤泥、燃煤煙氣脫硫副產(chǎn)物等也都應(yīng)用于酸性土壤的改良，并取得一定的效果[1114]。江西紅壤性中低產(chǎn)田上的試驗(yàn)表明以每畝施粉煤灰15噸計(jì)算，可以使土壤pH提高近1個(gè)單位[9]。將“自動加石灰效應(yīng)”具體化，其反應(yīng)為：A1(OH)3 + CaSO4 — A1(OH)SO4 + Ca(OH)2A12SiO3(OH)4 + 2CaSO4 + 5H2O — 2A1(OH)SO4 + 2H2SiO4 + 2Ca(OH)2在江西紅壤上的試驗(yàn)表明：紅壤在施用氮磷鉀化肥基礎(chǔ)上，施用磷石膏具有明顯增產(chǎn)和改土效果。另外也有關(guān)于田間施用石灰導(dǎo)致土壤中的鎂被置換淋失的報(bào)道。在江西酸性紅壤上的試驗(yàn)結(jié)果表明，每畝施用石灰石粉200kg，3年后表層土壤酸度顯著降低，土壤pH增加23個(gè)單位，但底層土壤酸度變化不大[3]。植物過量吸收鋁，不僅會降低植物產(chǎn)品品質(zhì)，而且會對植物體特別是植物根系生長產(chǎn)生極大影響，甚至導(dǎo)致植物中毒死亡。土壤交換性鋁的水解使土壤表現(xiàn)出酸度特征，依據(jù)水解程度的不同，一個(gè)鋁離子(Al3+)水解可以產(chǎn)生13個(gè)氫離子。在溫室盆栽和田間試驗(yàn)中，使用有機(jī)物料花生秸稈、稻糠、紫云英，無機(jī)物料堿渣、石灰以及有機(jī)和無機(jī)混合處理改良酸性土壤，結(jié)果表明有機(jī)和無機(jī)物料普遍可以改善酸性土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)作物生長，增加作物產(chǎn)量。經(jīng)過65天的室內(nèi)培養(yǎng)，9種植物物料以20 g/kg的加入比例下均可以提高酸性黃棕壤的pH，其中豆科物料處理效果優(yōu)于非豆科物料處理；黃棕壤最終pH與植物物料中氮含量(r2=)、灰化堿含量(r2=)以及鹽基陽離子含量(r2=)呈顯著正相關(guān)。分別以10和20g/kg 3種水平向酸性黃棕壤和紅壤中加入稻草、花生秸稈和紫云英，通過室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究了不同植物物料在不同加入量下對兩種酸性土壤的改良效果。土壤溶液中的氫離子取代土壤陽離子交換位上的鹽基離子，土壤的鹽基飽和度下降，氫飽和度增加。甚至更低。酸性土壤改良的效果與改良劑的性質(zhì)和土壤本身的性質(zhì)有關(guān)，同時(shí)還需考慮經(jīng)濟(jì)效益，因此目前改良劑的選擇已經(jīng)從傳統(tǒng)的堿性礦物質(zhì)如石灰、石膏、磷礦粉等轉(zhuǎn)變?yōu)檫x擇廉價(jià)、易得的堿性工業(yè)副產(chǎn)品和有機(jī)物料等。在煙稻輪作試驗(yàn)中(第一季種植煙草，第二季種植水稻)，酸性土壤()，但施用石灰過多對烤煙生長不利。磷石膏是磷復(fù)肥和磷化工行業(yè)的副產(chǎn)物，它的主要成份是硫酸鈣，還有一定量的PO4F、Fe3+、A13+及未分解的磷礦粉和酸不溶物等。主要含硅、鋁、鐵和微量元素，pH值在1012之間。木質(zhì)素污泥具有較強(qiáng)的堿性，且含有多種植物生長需要的常量和微量元素及有機(jī)質(zhì)。土壤中施用有機(jī)物質(zhì)不僅能提供作物需要的養(yǎng)分，提高土壤的肥力水平，還能增加土壤微生物的活性，增強(qiáng)土壤對酸的緩沖性能。泥碳可以解除鋁毒，石灰可以降低土壤酸度，將泥碳與石灰混合施用也可以取得更好的改良酸性土壤的效果。豆科類植物物料能夠提高土壤pH的另一個(gè)原因是有機(jī)氮的礦化，豆科植物的固氮作用使其體內(nèi)積累了大量的有機(jī)氮，有機(jī)氮的礦化反應(yīng)是一個(gè)消耗質(zhì)子的過程，這一過程也使土壤pH升高。銨態(tài)氮肥的施用是加速土壤酸化的重要原因，這是因?yàn)槭┤胪寥乐械匿@離子通過硝化反應(yīng)釋放出氫離子。另外，確定合理的氮肥用量，也可以減少氮肥損失，減緩?fù)寥浪峄?，因?yàn)檫^量施用氮肥必然導(dǎo)致氮肥在土壤中的殘留和淋失。對具有潛在酸化趨勢的低緩沖性、弱酸性土壤，應(yīng)加強(qiáng)管理，采用科學(xué)合理的農(nóng)藝措施，在不影響農(nóng)業(yè)收成的情況下減緩?fù)寥赖乃峄M(jìn)程。已有研究表明，許多植物物料和樹葉可以在一定程度上提高酸性土壤的pH[1114]。9種植物物料分別采自南京及附近地區(qū)，其中非豆科植物物料包括油菜秸稈、小麥秸稈、水稻秸稈、玉米秸稈；豆科植物物料包括大豆秸稈、花生秸稈、蠶豆秸稈、紫云英、豌豆秸稈，80℃下烘干磨細(xì)過2mm篩備用。在培養(yǎng)開始后的第12465天取新鮮土樣測定pH值。2 結(jié)果和討論 植物物料對酸性茶園黃棕壤pH值的影響9種植物物料與土壤混合培養(yǎng)65天后可以不同程度地提高茶園土壤的pH值。低pH值條件會抑制土壤中的微生物活性，硝化作用比礦化作用對pH更敏感[27]，在微酸性及中性條件下硝化作用旺盛，當(dāng)土壤pH8或pH，硝化作用幾乎不能進(jìn)行[28]。植物物料處理土壤后硝態(tài)氮的量極低，且均低于對照處理(圖2)，而銨態(tài)氮的量高于硝態(tài)氮的量，其中紫云英處理土壤銨態(tài)氮最高。培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，不同植物物料處理土壤交換性鋁濃度的大小順序?yàn)椋盒←溄斩挕钟筒私斩挕謱φ诈兊静荸冃Q豆秸稈≈玉米秸稈≈大豆秸稈≈花生秸稈﹥豌豆秸稈﹥紫云英，土壤交換性鋁的變化趨勢與土壤pH值的變化趨勢基本保持一致，這符合交換性鋁是土壤酸度的主體。表 4 不同植物物料處理茶園土壤后各形態(tài)可溶性鋁濃度Table 4 The species of soil soluble Al after incubation of the soil with different plant materials for 65 days不同處理Al3+AlOHAlF有機(jī)單核Al聚合態(tài)Almmol/kg對照 bc abc bc b ab油菜秸稈 b ab a ab a小麥秸稈 a a a ab ab 稻草 c a c a ab 玉米秸稈 d bcd d ab a花生秸稈 gh de g ab bc大豆秸稈 fg de f ab ab蠶豆秸稈 ef cde e ab d紫云英 h e i b ab 豌豆秸稈 gh de hi ab cd數(shù)據(jù)之間差異的多重比較采用LSD法，同一列中相同字母表示處理間無顯著性差異(p)。3 結(jié)論酸性茶園土壤施入植物物料可以不同程度的提高土壤pH值，降低土壤酸度，增加土壤的鹽基飽和度，并對降低土壤交換性鋁和可溶性鋁以及減少土壤鋁毒毒害作用等方面也有一定的效果。為了考察植物物料對酸性土壤改良的普遍性，本章用這9種植物物料研究其對采自江西的酸性茶園紅壤的改良效果并探討相關(guān)機(jī)理。在培養(yǎng)開始后的第112345675天取新鮮土樣測定pH值；在培養(yǎng)開始后的第113575天取樣風(fēng)干測定土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮。 Right: legume plant materials).采自表層的土壤存有一定量的銨態(tài)氮，培養(yǎng)過程中銨態(tài)氮的硝化作用引起對照處理土壤pH隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加而降低(圖1)。這是由于花生秸稈和蠶豆秸稈中氮含量低于其他豆科物料(表1)，培養(yǎng)過程中有機(jī)氮的礦化和銨態(tài)氮的硝化作用較弱(圖3)，因此土壤pH的變化主要受灰化堿釋放的影響。對大豆秸稈、紫云英和豌豆秸稈處理，、。另一方面，由于小麥秸稈、油菜秸稈和稻草的C/、遠(yuǎn)高于C/N為25的臨界值[1]，因此加入這三種植物物料會引起土壤氮的凈固持(圖2)[2]，這導(dǎo)致這些處理土壤無機(jī)氮的含量低于對照處理。除小麥秸稈處理外，非豆科物料處理土壤pH變化相對對照差異顯著(P)，而所有豆科物料對土壤pH影響極顯著(P)。 培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)稱取350g風(fēng)干土(過10目篩)于塑料杯中，以2%的比例加入植物物料并充分混合均勻后，用去離子水將土壤含水量調(diào)節(jié)至土壤田間持水量的70%，塑料杯用保鮮膜封口，并在保鮮膜中間留一個(gè)小孔，以便氣體交換并防止水分損失過大。nchez, . amp。AlF絡(luò)合物是由Al3+和F經(jīng)絡(luò)合反應(yīng)而生成，因此Al3+濃度的降低會相應(yīng)降低AlF絡(luò)合物的濃度。圖3 不同植物物料處理茶園土壤的總鋁和單核鋁濃度Fig. 3 The content of soil total soluble Al and monomeric Al after incubation of the soil with plant materials for 65 days. Standard error of each point is shown with a bar.豆科物料和玉米秸稈處理茶園土壤總鋁和單核鋁的濃度相對對照處理均有所降低，其中紫云英處理的降低幅度最大；非豆科物料中除玉米秸稈處理的土壤總鋁和單核鋁濃度相對對照處理則稍有升高，這是因?yàn)檫@幾種非豆科物料對土壤pH的影響較小，但植物物料在土壤中的分解增加了可溶性有機(jī)碳的量，這使得可溶性F增加，從而土壤中AlF絡(luò)合物的濃度也有所增加(表4)。豆科物料中的紫云英和豌豆秸稈處理土壤交換性鋁的降幅在9種植物物料中最大，%%；花生秸稈，%，%%。有研究發(fā)現(xiàn)，長期的土壤pH變化主要受植物物料灰化堿含量大小的影響，而短期的pH上升和下降則是受氮的礦化和隨后的硝化作用影響[15]。圖1 不同植物物料加入茶園土壤培養(yǎng)后，土壤pH值隨培養(yǎng)天數(shù)變化曲線Fig. 1 Effect of plant materials on soil pH. Standard error of each point is shown with a bar.表2 土壤pH和植物物料化學(xué)成分的相關(guān)分析Table 2 Correlation analysis between soil pH and chemical properties of plant materials灰化堿鹽基離子鈣鎂鉀鈉磷碳氮氮/灰化堿Pearson CorrelationSig. (2tailed)a ，b a: Correlation is significant at the level (2tailed).b: Correlation is significant at the level (2tailed).植物物料會提高或降低土壤的pH，也可能不改變土壤的pH，土壤pH變化的方向和大小