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土壤酸化成因及其影响

土壤酸化主要是由土壤中质子（H+）数量的增加及碱基阳离子（如K+、Ca2+、Na+和Mg2+）的损失从而导致土壤酸中和容量（ANC）的减少而引起的。在土壤正常形成和发育过程中，土壤酸化是一个缓慢且自然的过程，在不受人为活动影响时需要较长时间土壤pH才会出现明显下降。

一、土壤酸化成因

1.1土壤自然酸化

土壤酸化是伴随土壤发生和发育的一个自然过程。当降雨量大于蒸发量时，土中可以发生淋溶过程，即进入土壤中的水带着土壤中的可溶性物质沿剖面向下迁移进入地下水，或随地表径流进入地表水。由于H+的性质非常活泼，当降雨中含有H+或土壤中有H+产生时，这些H+很容易与土壤发生反应而消耗土壤中的碱性物质。另一方面，土壤中的碱性物质也可在淋溶过程中随水分迁移。这两个过程使土壤中的碱性物质不断消耗，土壤的酸–碱平衡被破坏，土壤逐渐呈酸性反应。土壤自然酸化的早期，土壤中碳酸盐的溶解和硅酸盐矿物的风化消耗H+，导致土壤pH逐渐下降；随后强烈的淋溶作用使土壤表面交换位上的盐基阳离子逐渐淋失，交换性酸(交换性氢和交换性铝)逐渐形成，土壤呈酸性或强酸性反应。因此，高温多雨的热带、亚热带地区以及湿润的寒温带地区(北欧和北美)多分布酸性土壤(红壤和灰化土)。土壤自然酸化过程中H+主要来源于碳酸和有机酸的离解。

1.2酸沉降对土壤酸化的影响

大气酸沉降的前体物主要是硫氧化物（SOX）和氮氧化物（NOX）。自工业革命到上世纪80年代，硫（S）释放量的增加使得SO2成为酸沉降的主要成分。我国随着经济发展迅速，对木材、煤炭和石油等的使用大幅增加，因此S沉降带来的土壤酸化面积也之扩大。随后由于我国重工业比例下降，能源由煤向天然气转化，随后酸沉降转而以氮（N）沉降为主，NOX成为酸雨的主要成分之一。研究表明，NH3是近年来酸沉降的另一重要前体物，在过去几十年内，我国N沉降主要是以NH4+为主，其来源主要是化肥施用和牲畜养殖所排放的NH3。NH3溶于降水虽然可以中和降水的部分酸度，但溶解后产生的NH4+在土壤中通过硝化过程产生的H+依旧会导致土壤酸化。

1.3施肥对土壤酸化的影响

施用铵态氮肥是加速土壤酸化的主要原因之一。铵态氮肥对土壤酸化影响的大小涉及铵态氮的硝化反应、作物对氮素的吸收以及氮的淋溶损失等几个方面。先以硝酸铵（NH4NO3）为例说明作物吸收的影响，如果施入土壤中的NH4NO3全部被作物吸收利用，它对土壤酸化没有影响。但大多数植物对阳离子的吸收量多于阴离子，如果植物吸收的铵离子（NH4+）多于硝酸根（NO3-），植物为了维持体内的电荷平衡，会通过根系释放H+到土壤中，酸化土壤。由于硝酸铵是受管制的化学品，目前常用的氮肥是尿素、硫酸铵和氯化铵。

由于作物对硫酸根和氯离子的吸收量低于硝酸根，因此单从作物吸收角度，这2种氮肥施用后对土壤的酸化作用也大于硝酸铵。铵态氮肥施入土壤后会很快发生硝化反应，其方程式为：NH4++2O2=2H++NO3-+H2O。可以看出，1份铵离子经硝化反应产生1份硝酸根和2份H+，如果硝化产生的硝酸根全部被植物吸收，植物根系会释放等比例的OH-，中和掉一半的H+，另一半H+留在土壤中。但如果硝化产生的硝酸根随降雨淋失掉，那么2份H+均留在土壤中，酸化土壤。正如上文所说，H+的反应活性高，一旦产生会很快与土壤发生反应，它随降雨的淋失很少。而硝酸根为阴离子，带负电荷的土壤表面对其的静电排斥作用使它很容易从土壤中淋失。

1.4种植不同作物对土壤酸化的影响

土壤酸化在影响作物生长的同时，不同作物因其产酸及其酸化土壤的能力差异很大，也会对土壤酸化有着不同程度的贡献。已有研究证实，在相同环境下生长的不同植物其H+产出量存在显著差异。一般而言，豆类作物能够利用根瘤中的固氮酶固定空气中N2形成最终形成NH4+，造成过多的阳离子吸收，导致植物根系释放H+。因此，与非豆科植物相比，豆科植物更容易酸化土壤。此外，大豆生长过程中根系会分泌大量的有机酸，大豆连作使得有机酸在根部长期大量累积，降低了大豆根际土壤的pH，造成土壤酸化。

也有研究者认为，豆科植物对阴阳离子吸收模式不同也是导致土壤酸化的原因之一，其原因在于豆科植物在生长过程中吸收的无机阳离子会多于阴离子，因此会不断地从土壤中移除碱基阳离子，与此同时，为了维持土壤溶液的电荷平衡，根系会向土壤中释放H+，从而加速土壤酸化；当为结瘤羽扇豆提供充足浓度的营养物质时，植株根系吸收的K+量远高于其他阳离子，在根部供K+区域释放的H+是不供K+区域的两倍，并且羽扇豆等豆科植物对于土壤中阳离子的过量吸收与其根部的H+释放之间呈显著正相关，但过量阴离子吸收与OH?释放之间无显著线性关系。

1.5作物移除对土壤酸化的影响

作物移除（主要是收获作物秸秆）以及碱基离子（BCs）损失也是