[科普中國]-[原創(chuàng)]氮肥過量施用是導(dǎo)致農(nóng)田土壤酸化的最主要原因

土壤酸化（表現(xiàn)為土壤pH值的下降）能夠加速營養(yǎng)元素流失、促進(jìn)鋁、錳以及重金屬等元素的活化、改變土壤微生物種群及活性、影響作物根系發(fā)育和養(yǎng)分吸收、滋生植物病蟲害等等，從而對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重的潛在威脅，對(duì)糧食安全和環(huán)境安全產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)影響，是土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域廣泛關(guān)注的重大問題。該論文通過對(duì)我國主要農(nóng)田土壤pH值20年的變化研究發(fā)現(xiàn)，我國農(nóng)田土壤pH值平均下降了約0.5個(gè)單位，相當(dāng)于土壤酸量（H+）在原有基礎(chǔ)上增加了2.2倍。其中，經(jīng)濟(jì)作物體系土壤酸化比糧食作物體系更為嚴(yán)重；即使是過去被認(rèn)為對(duì)酸化不敏感的石灰性土壤，其pH值也同樣出現(xiàn)了顯著下降的現(xiàn)象。在自然條件下土壤酸化是一個(gè)相對(duì)緩慢的過程，土壤pH值每下降1個(gè)單位通常需要數(shù)百年甚至上千年，而我國過去20年來的高投入集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大大加速了農(nóng)田土壤的酸化過程。通過系統(tǒng)的理論分析，該論文發(fā)現(xiàn)氮肥過量施用是我國農(nóng)田土壤酸化加速的首要原因。在華北冬小麥-夏玉米輪作、華南水稻-小麥輪作等“一年兩熟”種植體系中氮肥大量施用每年所產(chǎn)生的酸量（20～30千摩爾/公頃）約占總產(chǎn)酸量的60%；蔬菜大棚等設(shè)施農(nóng)業(yè)中過量施氮的年產(chǎn)酸量（約200千摩爾/公頃）占總產(chǎn)酸量的90%。秸稈移出帶走的鹽基對(duì)土壤酸化的貢獻(xiàn)（15～20千摩爾/公頃）雖然因農(nóng)作物種類和生物產(chǎn)量而有所差異，但明顯低于氮肥施用的貢獻(xiàn)。值得注意的是，長(zhǎng)期以來被當(dāng)作土壤酸化主要原因的酸雨在農(nóng)田土壤酸化中的貢獻(xiàn)并不大，僅為0.5～2.0千摩爾/公頃。由此可見，在保證糧食生產(chǎn)的前提下嚴(yán)格控制氮肥施用量，減少過量施氮，不僅是作物高產(chǎn)高效的需要，而且也是緩解農(nóng)田土壤酸化的重要途徑。目前生產(chǎn)上仍然普遍存在“氮肥越多越高產(chǎn)”的錯(cuò)誤觀念，過量施氮已成為集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系相當(dāng)普遍的嚴(yán)重問題。從上世紀(jì)80年代以來，我國氮肥用量迅猛增長(zhǎng)，到90年代中期我國已成為世界氮肥生產(chǎn)和消費(fèi)的第一大國，在占世界7%的耕地上消耗了全球35%的氮肥。統(tǒng)計(jì)資料顯示：1981年至2008年，糧食年產(chǎn)量從3.25億噸增加到5.29億噸，增長(zhǎng)了63%，而氮肥消費(fèi)量卻從1118萬噸增加到3292萬噸，增長(zhǎng)了近2倍。由此帶來不良后果包括：氮肥生產(chǎn)效率不斷下降，氮肥損失引起的環(huán)境問題日趨嚴(yán)重。過量施用氮肥導(dǎo)致的土壤酸化、溫室氣體排放和地下水硝酸鹽污染等問題已成為全球集約化農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重威脅。就我國而言，北方一些蔬菜大棚由于長(zhǎng)期過量施用氮肥使土壤pH值由原來的7～8降低到4～5，病蟲害嚴(yán)重發(fā)生，蔬菜品質(zhì)和產(chǎn)量顯著下降，一半以上的氮肥養(yǎng)分進(jìn)入地下水造成飲用水硝酸鹽污染。南方部分紅壤的pH值已經(jīng)降至3～4之間，造成玉米、煙草、茶葉等農(nóng)作物的大量減產(chǎn)甚至絕收。需要指出的是，這類問題不僅出現(xiàn)在我國，而且也在世界各地的集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在，氮肥過量施用導(dǎo)致的包括土壤酸化在內(nèi)的一系列農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境問題在全球范圍引起廣泛關(guān)注，該論文發(fā)現(xiàn)的過量施氮造成農(nóng)田土壤酸化現(xiàn)象充分揭示了這一重大問題。該課題組及其合作單位的另一研究結(jié)果表明，華北平原和太湖流域農(nóng)田中過量使用氮肥主要通過氣體和硝酸鹽的形式進(jìn)入大氣和地下水，如果采用科學(xué)的養(yǎng)分管理技術(shù)可以在降低氮肥用量30～60%的條件下既保證糧食產(chǎn)量又不至造成氮肥污染，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)和環(huán)境的“雙贏”。因此，如何在持續(xù)提高作物產(chǎn)量的同時(shí)，控制或降低氮肥用量、有效地減少過量氮素對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，已經(jīng)成為國際農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域所共同面臨的重大科學(xué)問題。編輯：禹燕