沈仁芳等：酸性土壤可持续利用

酸性土壤主要分布于水热资源丰富的热带和亚热带地区，植物生产潜力巨大。由于酸性土壤中存在酸害、铝毒和养分缺乏等多种胁迫因子，酸性土壤的植物生产潜力难以充分发挥。全球酸性土壤约占陆地总面积的30%，约50%耕地和潜在可耕地属于酸性土壤，中国酸性土壤约占国土总面积的22.7%。发挥酸性土壤的作物生产潜力，将为保障粮食安全做出巨大贡献。酸性土壤不仅限制了农业生产力，而且对生物多样性和生态环境造成了负面影响。酸性土壤可持续利用对于农业生产和生态环境保护均具有重要意义。酸性土壤的可持续利用可以通过土壤酸性改良和肥力并重提高、化肥和有机肥施用相结合、充分利用植物遗传潜力、发挥酸性土壤生态功能等一系列对策加以实现。自然条件下的土壤酸化本身是一个缓慢过程，但是人类活动如氮肥过量施用和大量酸沉降，极大地加速了土壤酸化。将来的研究应从降低氮肥的施用量和酸沉降的排放量来减缓土壤酸化速率，前者主要依赖于氮肥利用率的提高，后者主要依赖于工业化技术的提高和国家政策制度。

引言

随着人类活动的加剧，本来非常缓慢的土壤酸化过程变得越来越快，近20 年来土壤酸化程度远超过去几百年来的土壤酸化。酸性土壤已成为一些地区农业发展的限制因子，在酸化严重的土壤上种植作物甚至绝收。土壤酸化也引起了生物多样性的降低，生物群落结构的改变。土壤pH值降低，土壤中重金属活性升高，影响了农产品的安全。植物利用酸性土壤养分能力低，土壤中聚集的养分更容易流失，存在潜在的面源污染风险。酸性土壤分布区域大都水热资源丰富，植物生产潜力巨大，克服酸性土壤中的不利因子，不仅对于提高农业生产力，而且对于保护生态环境和改善农产品品质都有重要意义。以下内容介绍了世界和中国酸性土壤概况，解析了酸性土壤与植物生产力、生态环境之间的紧密关系，提出了酸性土壤可持续利用的对策，并对将来的研究进行了展望。

1 酸性土壤概况

1.1 酸性土壤面积与分布

在全球范围内，酸性土壤(＜pH 5.5) 的面积约39.5 亿hm2，约占无冰盖陆地总面积的30%。全世界约25 亿hm2耕地和潜在可耕地属于酸性土壤，约占耕地和潜在可耕地总面积的50%。世界酸性土壤主要分布于热带、亚热带和部分温带地区，水热资源丰富，气候条件适宜农业生产。中国酸性土壤主要分布于南方高温多雨的红壤地区，遍及14 个省（自治区、直辖市），面积达218 万km2，约占全国土地总面积的22.7%。

1.2 酸性土壤的形成原因

酸性土壤的形成过程分为自然条件下和人为条件下的土壤酸化。在自然的高温多雨条件下，土壤矿物质高度风化，强烈淋溶，土壤酸缓冲体系能力显著下降，导致土壤中硅和盐基离子大量淋失而铁铝氧化物富集，形成了酸瘠土壤。在自然条件下，土壤酸化是一个非常缓慢的过程，土壤pH值需要经历数十年甚至数百年才会出现明显降低。随着世界工业化的发展，各种人类活动正在引起土壤酸化速率的加快。据统计，过去20年间，中国农田生态系统、森林生态系统和草原生态系统土壤pH值分别下降了0.42、0.37 和0.62个单位。在各种人为因素中，氮肥的过量施用被认为是农田生态系统土壤酸化加速的主要诱因。酸沉降，主要是氮硫沉降，被认为森林和草原生态系统土壤酸化加速的主要原因。另外，一些植物种类如豆科和茶科植物会引起土壤酸化，高强度种植模式下作物收获带走了大量盐基，也会导致土壤酸化。值得一提的是，目前设施农业中，高强度种植方式和大量化肥施用，不仅导致了土壤的酸化，也引起了土壤盐渍化，值得高度重视。随着土壤酸化的加剧，土壤酸化对作物生产和生态环境的影响正引起人们的高度关注。

2 酸性土壤与植物生产力

2.1 酸性土壤限制植物生长的因子

酸性土壤地区一般高温多雨，气候条件非常适合植物快速生长。据估计，中国酸性土壤地区用占全国27%的耕地养活了全国43%的人口。全球范围内，虽然酸性土壤面积很大，但是仅5.4%的酸性土壤被用作种植农作物，种植农作物的酸性土壤面积仅占世界农作物总面积的12%，酸性土壤中蕴藏着农业发展的最大潜力，这表明大面积的酸性土壤潜在可耕地未被开发和利用。酸性土壤区域植物巨大生产潜力未被挖掘的主要原因是因为酸性土壤中存在多种限制植物生长的因子。酸性土壤限制植物生长的因子分为物质过多和过少两种，过多的物质主要有酸、铝、锰、铁，过少的物质有钙、镁、氮、磷。其中，铝毒被认为酸性土壤限制植物生长的最主要因子，几个微摩尔级浓度的铝就会对植物根系产生严重毒害。铝本身在对植物产生直接毒害的同时，也间接地影响了植物对多种养分的吸收，降低了植物养分吸收效率，酸性土壤上的植物需要同时克服这些共存胁迫因子才能良好生长。提高植物对这些共存胁迫因子的适应能力可以发挥酸性土壤植物生产潜力。

2.2 植物适应酸性土壤的机制

在长期的进化过程中，植物为了适应酸性土壤，已形成了各种各样的耐酸性土壤机制。鉴于铝毒是酸性土壤限制植物生长的主要因子，在植物耐铝机制方面的研究最多也最为深入。不同植物种类或者同一植物的不同品种对铝毒的响应能力差异很大。植物的耐铝机制分为内部忍耐机制和外部排斥机制，内部忍耐机制指铝在植物体内与有机酸或酚类物质配体络合，将铝分室在液泡、表皮等部位，降低高浓度铝的毒害，或者铝诱导形成一些蛋白或改变相关酶的活性，来适应铝胁迫环境；外部排斥机制指铝在细胞外进行螯合，将铝排除在细胞外，使其不能进入植物细胞，主要包括有机酸或磷酸根的分泌、细胞壁对铝的固定、根际pH值升高等。目前，已有不少植物耐铝基因被分离鉴定，这为酸性土壤耐铝植物的遗传改良提供了分子信息。相对于铝毒，关于植物抵抗酸性土壤其他胁迫因子的研究较少，也不深入。另外，目前对拟南芥和一些粮食作物如水稻的耐铝分子生理机制研究较多，对于一些木本植物耐铝机制认识不够，而木本植物却具有非强的耐铝能力。