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土壤酸化(表現(xiàn)為土壤pH值的下降)能夠加速營(yíng)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(chóng)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(wèn)題。該論文通過(guò)對(duì)我國(guó)主要農(nóng)田土壤pH值20年的變化研究發(fā)現(xiàn),我國(guó)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(guò)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(guò)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(guó)過(guò)去20年來(lái)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(guò)程。 通過(guò)系統(tǒng)的理論分析,該論文發(fā)現(xiàn)氮肥過(guò)量施用是我國(guó)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(guò)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(lái)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(jiàn),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(guò)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(guò)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(wèn)題。從上世紀(jì)80年代以來(lái),我國(guó)氮肥用量迅猛增長(zhǎng),到90年代中期我國(guó)已成為世界氮肥生產(chǎn)和消費(fèi)的第一大國(guó),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(wàn)噸增加到3292萬(wàn)噸,增長(zhǎng)了近2倍。由此帶來(lái)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(wèn)題日趨嚴(yán)重。 過(guò)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(wèn)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(guó)而言,北方一些蔬菜大棚由于長(zhǎng)期過(guò)量施用氮肥使土壤pH值由原來(lái)的7-8降低到4-5,病蟲(chóng)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(wèn)題不僅出現(xiàn)在我國(guó),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(guò)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(wèn)題在全球范圍引起廣泛關(guān)注,該論文發(fā)現(xiàn)的過(guò)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(wèn)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(guò)量使用氮肥主要通過(guò)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(guò)量氮素對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響,已經(jīng)成為國(guó)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(wèn)題。 該論文的發(fā)表是該科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)立足國(guó)家重大問(wèn)題研究,發(fā)表國(guó)際一流文章的又一重大成果。該研究小組將以此為契機(jī)在集約化農(nóng)業(yè)背景下在農(nóng)田土壤酸化的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)及其防治對(duì)策等方面開(kāi)展系統(tǒng)深入的研究工作,為實(shí)現(xiàn)我國(guó)糧食安全與環(huán)境協(xié)調(diào)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。 |
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