土壤酸碱度：农产品产地环境安全评估与风险防控

土壤酸碱度即常说的土壤pH，是土壤重要的基本性质之一，是土壤形成过程和熟化培肥过程的一个指标。土壤酸碱度对土壤中养分存在的形态和有效性对土壤的理化性质、微生物活动、重金属活性，以及植物生长发育有很大的影响。

pH通过影响重金属的形态来改变其在土壤中的活性。一般而言，除类金属砷外，重金属元素随着土壤pH增加，其活性会下降。原因是多方面的，主要原因在于：①土壤pH增加会使土壤黏土矿物及土壤有机质的表面电荷增加，增加土壤对重金属的吸附能力；②重金属在氧化物表面的专性吸附同样随pH的升高而增强，pH上升时大部分被动吸附重金属转变为专性吸附，导致土壤可交换态重金属浓度降低；③土壤有机质—金属络合物的稳定性随pH的升高而增大，使溶液中M2＋浓度降低；④随pH升高土壤溶液中多价阳离子和氢氧离子的离子积[M][OH]2增大，因而生成该元素的氢氧化物沉淀的机会增大，导致其活性下降；⑤随pH升高，有机质溶解度增大，络合能力增强，导致金属活性下降（王孝堂，1991；杨秀敏等，2017）。

我国各类土壤中所含的盐基种类和数量取决于它们的酸碱性，而各类土壤的酸碱性同特定的生物气候条件、地形、母质来源及成土过程的长短等均有密切的关系。就气候而言，在南方降水量多的区域，土壤盐基淋失量大，Al3＋富集，水解时产生H＋，形成酸性或强酸性土壤。而在北方地区，干旱少雨，释放的盐基不易淋失而富积于土壤中，胶体为盐基饱和，水解时，易形成碱性土。就母质而言，母质含盐基少，易向酸性土壤发展，母质含盐基丰富，易形成中性至碱性土，富含碳酸钙的土壤，易形成中性至微碱性土。总体而言，我国土壤pH由南向北逐渐升高。大致以北纬33°为界，以南地区，大部分土壤为盐基不饱和，土壤呈酸性至强酸性，土壤pH一般在5.0～6.5，低的可小于5.0。以北地区，大部分土壤为盐基饱和，而且有一定数量的碳酸钙，土壤pH一般在7.5～8.5，高的达10.5。

土壤pH的调控是控制重金属活性最有效的方法之一。一般而言，是将土壤pH提高，以减少其活性，降低农作物的吸收，如在pH＞5时，土壤中的Cr3＋大多以沉淀形式存在，不易被作物吸收（Shahid et al.，2017）。但这也不能一概而论，就水稻而言，pH影响其吸收重金属Cd的能力见图8-2（李志涛等，2017）。由此可见，在土壤pH 5～6时，稻米对Cd的吸收能力最强。因此，在调控土壤pH时，应尽量避免把pH调控到这一范围内，以免增加水稻对Cd的吸收。

图8-2　不同区域pH变化对稻米镉吸收系数的影响

调控pH，对南方酸性土壤而言，其主要目标是将土壤pH升高，并尽量达到6以上，避免调控到5～6，以最大限度减少稻米对Cd的吸收。土壤pH调控的方法很多，主要方法之一是使用含石灰的肥料或称土壤调理剂。我团队在湖南长株潭地区采集了152个土壤样品，分析了土壤pH与土壤Ca（以CaO计）的关系，结果见图8-3。土壤Ca与土壤pH在Ca含量低于1％时，有显著相关性，关系模型为pH＝3.571 8CaO＋4.049 6（R2＝0.636 2）。Wang等（2015）在江苏省稻—麦轮作区研究也发现同样的规律，说明土壤Ca在含量小于1％时是调控土壤pH的关系因素之一。同时，在广东韶关采集的土壤分析结果见图8-4。由此可见，广东韶关土壤Ca与pH的关系就较湖南长株潭地区的弱一点，一是模型的决定系数小，二是模型的斜率也小。说明在不同地区，Ca调控土壤pH的能力是不同的，这与土壤自身的理化性质如缓冲能力、其他辅助离子构成、质地等差异性有关。

图8-3　土壤Ca与土壤pH含量关系图（湖南长株潭地区）

图8-4　广东韶关地区土壤Ca与土壤pH的关系(www.xing528.com)

除Ca可以参与调控土壤pH外，一些其他元素也与土壤pH密切相关。例如Fe在有氧存在时，Fe2＋会被氧化成Fe3＋，同时释放出H＋。化学方程式如下：

这是水稻根区土壤pH下降的重要原因之一（Williams et al.，2014）。同时，在土壤淹水状况时，土壤Fe3＋被还原成Fe2＋，土壤pH升高。唐罗忠（2005）在对湿地土壤Fe2＋、Eh、pH的变化研究结果表明，土壤淹水，酸性土壤pH会升高，碱性土壤pH会下降，均朝中性pH变化。土壤pH与Eh的变化关系见图8-5。由此可见，农艺措施也是调控土壤pH的重要手段之一。

图8-5　土壤pH与Eh关系

资料来源：唐罗忠，生原喜久雄，户田浩人，等，2005.湿地林土壤的Fe～（2＋）、Eh及pH的变化[J].生态学报，25（1）：103-107.

另外，相关研究也认为，使用有机肥，增加土壤有机质，提升土壤缓冲能力，也是增强土壤抗酸化性能的重要举措。但需要注意的是，某些类型的有机肥可能增加土壤酸性，如未腐熟的农作物秸秆在腐解过程中会产生大量低分子有机酸，导致土壤pH下降。有机质对土壤酸碱度的影响取决于有机质的物质与土壤间的质子转移、有机氮的氨化和硝化、去羧基作用及矿化过程中释放的碱性物质等综合作用，也取决于土壤的初始pH（唐罗忠等，2005）。