温室土壤酸化状况的科学评估及发生机理研究

Soil acidification is a crucial manifestation of soil degradation, which will lower the environmental and health qualities of soil, detrimental to the crop growth and sustainable development of agriculture. Nowadays, the mechanism, spatial-temporal evolution and scientific control of soil acidification attract the extensive concern of the academia. Greenhouse cultivation is the development tendency of modern agriculture, and greenhouse soil is a key part of agricultural soils. China is a big country of greenhouse cultivation, and the acidification in greenhouse soil is more serious than the open field soil. This project aims particularly at the following aspects: Firstly, on the basis of analysis and comparison of the pH measurement methods, we will try to address the evaluation criteria for real acidifying situation for greenhouse soil; secondly, through the survey of proton cycle in greenhouse ecosystem with proton budget theory, we can systematically study the input, output, generation and consumption process of protons to reveal the main reason and mechanism quantitatively for greenhouse soil acidification; finally, based on the MAGIC acidification model, the basic parameters of the model could be determined and then the information model will be established to study and forecast the spatial-temporal evolution for greenhouse soil acidification. This study can deepen the understanding of the greenhouse soil acidification and provide theoretical basis for scientific control.

土壤酸化是土壤退化的重要形式，其会导致土壤环境质量和健康质量的降低，危害作物的生长和农业的可持续发展。目前，土壤酸化发生机理、时空演变规律及科学防治已经成为国际土壤学、农学及环境科学界共同关注的热点问题。温室种植是现代农业的发展方向，温室土壤是农业土壤的重要组成部分。我国是温室种植大国，温室土壤的酸化程度较露地土壤更为严重。本项目拟分析和比较温室土壤pH测量方法，提出能够反映其真实酸化状况的评价标准；应用质子收支理论分析质子在温室生态系统中的循环过程，系统研究质子的输入、输出、生成和消耗过程，定量化地阐明主要致酸原因，揭示温室土壤酸化发生机理；以MAGIC模型为基本酸化模型，在过程分析和实验数据的基础上确定模型基本参数，构建温室土壤酸化信息模型，从而研究和预测温室土壤酸化的时空演变规律。通过上述研究可望加深人们对温室土壤酸化过程的认识，并为土壤酸化的科学防治提供理论依据。

以温室中常见的褐土、潮土和水稻土为研究对象，设置不同的 KNO3和复合肥（N-P2O5-K2O, 15%-15%-15%）梯度，用五种方法：水浸提测定 pH（p Hw）、0.01 mol·L-1Ca Cl2浸提测定 pH[pH（CaCl2）]、饱和泥浆测定 pH（p Hw”）、田间浓度模拟测定 pH[pH（salt）]以及石灰位（p Hw-0.5p Ca），测定各处理土壤的 pH 值，并对添加 KNO3和复合肥后土壤的酸化状况进行评估。结果表明，KNO3累积在土壤中，虽然没有引入 H+，却使 p Hw 下降 0.34~1.41 个单位，盐分含量越高，pH下降程度越大；复合肥施入土壤中，氮肥转化过程中净释放H+，加之盐分积累的影响，导致pHw下降 0.78~2.01 个单位。对于其余四种p H 测定方法，KNO3使pH（Ca Cl2）、p Hw”、p H（salt）、p Hw-0.5p Ca 分别下降了 0~0.06、0.36~0.64、0.17~0.74、0.07~0.19 个单位，复合肥使 p H（Ca Cl2）、p Hw”、p H（salt）、p Hw-0.5p Ca 分别下降了0.28~1.49、0.51~1.87、0.57~1.89、0.53~1.56 个单位。因此，温室中有盐分积累时，若用 p Hw 作为酸化评判标准，计算质子引入量，不考虑盐分的影响，会高估土壤的酸化速率。五种p H测定方法中，p H（Ca Cl2）与 p Hw-0.5p Ca 值比较稳定，受土壤盐分含量影响较小。考虑到盐分积累对p H 测定的影响、土壤酸化评估的准确程度以及测定的简易程度，认为 p H（Ca Cl2）与 p Hw-0.5p Ca 是用于温室土壤酸化评估的最佳选择。