凌宏文，樊宇紅，樸河春

中國科學院地球化學研究所環(huán)境地球化學國家重點實驗室，貴州 貴陽 550002

桑園地和玉米輪作地土壤pH變化的比較研究

凌宏文，樊宇紅，樸河春*

中國科學院地球化學研究所環(huán)境地球化學國家重點實驗室，貴州 貴陽 550002

隨著桑園植桑年齡的增加，桑地土壤質(zhì)量降低，桑樹生物量減少，嚴重制約著養(yǎng)蠶業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。這可能與土壤pH降低、營養(yǎng)元素的流失和有害元素的積累有關。選取廣西宜州和貴州荔波的桑樹（Morus alba）種植園和臨近種玉米（Zea mays）輪作地的土壤，分析土壤可交換性鹽基陽離子（Ca，Mg，K和Na），可交換性鋁（Al）、土壤pH等土壤參數(shù)，研究土壤pH在桑樹地和玉米輪作地之間的差異，討論影響土壤pH變化的因素。實驗結(jié)果表明，相對于玉米輪作地，桑園地土壤pH 5年下降了0.38個pH單位。相應地，桑園地土壤可交換性鹽基陽離子（Ca，Mg和K）的含量略低于玉米輪作地，桑地土壤交換性Al的含量(2.35±2.68) mmol·kg-1卻顯著高于玉米輪作地(1.44±2.13) mmol·kg-1（P=0.002）。因此，桑園地和玉米輪作地土壤可交換性Ca和Al之間呈現(xiàn)出顯著的負相關關系。桑園地土壤可交換性NH4+-N含量略高于玉米輪作地。得出結(jié)論：隨著桑園經(jīng)營年代的增加，土壤酸化的同時，營養(yǎng)元素（Ca，Mg和K）的流失和有害元素（Al）的積累，土壤質(zhì)量下降。玉米輪作緩解土壤酸化。顯然，不同的經(jīng)營模式要影響土壤pH變化。導致土壤pH變化的主導因素是碳和氮的循環(huán)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，我們應該提倡不同作物輪作，以適當?shù)姆绞綄⒔斩掃€田，以保持良好的土地質(zhì)量。

土壤pH；交換性鹽基陽離子；交換性Al離子；桑園；玉米；輪作

廣西河池市是我國第一大蠶桑生產(chǎn)基地，2012年桑園面積4.84萬hm2（張建華等，2013），該地區(qū)種植桑樹的產(chǎn)區(qū)相對集中，已形成傳統(tǒng)的優(yōu)勢養(yǎng)蠶基地，常常多年連片、大規(guī)模種植。由于每年剪伐和一年中的多次用葉，桑樹需要從土壤中吸收大量的營養(yǎng)物質(zhì)。隨著種植年限的增加，桑園土地生產(chǎn)潛力降低，桑樹生產(chǎn)性能退化，嚴重制約養(yǎng)蠶業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為提高桑園生產(chǎn)力，提高化肥和農(nóng)藥的用量，不僅引起環(huán)境問題，還要縮短桑園的壽命。

土壤酸化是單一物種連續(xù)種植所帶來的共同結(jié)果。比如，蔬菜（黃瓜和西紅柿）連作后土壤pH呈現(xiàn)降低趨勢（張作新和張樹明，2015）；草莓連作引起土壤酸化（趙海濤等，2014）；隨著參園年限的增加，參地土壤pH不同程度下降（徐厚來，2014）；大豆連作導致土壤速效養(yǎng)分和pH下降（周麗萍等，2010）。然而，有研究證明，輪作換茬或套作可能是克服桑園土地退化的經(jīng)濟有效的措施之一。比如，利用不同作物輪作和套作，以及增施生物有機肥可改善土壤酸化狀況（肖新等，2015）；水旱輪作（絲瓜和豆瓣菜）明顯緩解連作所帶來的土壤酸化（袁建玉等，2014）；黃瓜-玉米輪作也明顯緩解設施連作土壤的酸化（唐艷領等，2014）。

植物通過一系列的機制，來改變土壤的物理、化學和生物的性質(zhì)，如植物根系釋放質(zhì)子可酸化土壤（Richardson等，2009；樊宇紅等，2014）。土壤pH是高度敏感性因子，它決定植物的生存和分布。土壤pH的改變將直接影響營養(yǎng)物的可利用性，或通過與土壤微生物的相互作用，來間接地影響營養(yǎng)物的可利用性（Richardson等，2009；Muthukumar等，2014）。土壤酸化是世界決大多數(shù)地區(qū)所面臨的嚴重的農(nóng)業(yè)問題，它影響世界大約40%的可耕地（Pinheiro等，2004；Rukshana等，2012）。我國土壤 pH變化整體表現(xiàn)為酸性化趨勢（王志剛等，2008；郭治興等 2011）。我國主要農(nóng)田土壤 pH在20年的時間里平均下降約0.5個單位。其中，經(jīng)濟作物體系土壤酸化比糧食作物體系更為嚴重（楊世琪等，2010；Guo等，2010）。茶樹種植引起的土壤酸化可看作自然和人為過程的綜合作用（Wang等，2010）。

影響土壤pH變化的因素較多，其中，（1）碳（C）的循環(huán)主導著土壤pH變化的主要過程（Wang等，2010）。C轉(zhuǎn)換所引起的pH值增加是通過H+離子與有機組分的結(jié)合，以及在植物殘留物中的有機酸的脫羧基作用所實現(xiàn)的。H+與有機化合物的結(jié)合或分離的反應在植物殘留物表面和土壤基質(zhì)上進行，并貢獻于土壤pH的變化（Wang等，2014）。因此，在植物殘留物中的有機陰離子的含量，是影響土壤pH變化的主要因素之一（Tang和Yu，1999）。（2）通過N循環(huán)影響土壤pH變化。比如，有機N礦化成氨的作用能增加土壤pH值，而硝化作用降低土壤pH值（Limousin和Tessier，2007；Butterly等，2013）。因此，在植物殘留物中的有機和無機N含量，是影響土壤pH變化的主要因素之一（Tang和Yu，1999）。（3）植物生長本身能夠酸化或堿化土壤環(huán)境（Moody和 Aitken，1997）。比如，植物對銨的吸收能降低土壤pH（Limousin和Tessier，2007；Butterly等，2013）；植物對NO3-的吸收能增加土壤pH值（Limousin和Tessier，2007；Butterly等，2013）；豆科類植物的固氮作用降低土壤 pH（Tang等，1999）。植物根系所釋放的分泌物（Limousin和Tessier，2007），植物對陽離子的吸收都要影響土壤pH（Muthukumar等，2014）。

土壤溶液中H+離子含量的增加引起土壤pH的降低，pH<5.5或更低的土壤歸納為酸性土壤（Muthukumar等，2014）。土壤酸化使土壤可交換性酸增加，而土壤中可交換性鹽基陽離子含量減少，陽離子交換能力減弱。土壤pH的變化對重金屬元素在土壤中的分配模式產(chǎn)生重要影響（凌宏文等，2007）。種植茶樹所引起的土壤酸化也可導致土壤中可交換性Al和溶解性Al的增加（Wang等，2010）。土壤溶液pH的變化是影響微生物生理過程的直接原因，如土壤pH下降引起微生物較低的分解代謝速度（Clarholm和Skyllberg，2013）。然而，植物殘留物對土壤pH變化的影響在文獻中出現(xiàn)不同的結(jié)果，這是因為殘留物組成和所使用的土壤的性質(zhì)差異所致。特別是土壤的初始 pH對土壤 pH變化有重要影響（Butterly等，2013）。因此，有機物加入土壤可導致土壤pH的增加、降低、或保持不變（Rukshana等，2011）。茶樹種植引起的土壤酸化（Wang等，2010），杉木的連載也引起生物量的降低（Piao和Liu，2011；Piao等，2012）。隨著桑園植桑年齡的增加，與其他作物連作一樣，是否有土壤酸化的傾向？本研究比較桑園地和玉米輪作地土壤pH的差異，討論影響土壤pH變化的因素，研究結(jié)果對合理經(jīng)營桑樹種植園有指導意義。

1 研究地概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究所使用的土壤采自廣西河池市宜州和貴州荔波。宜州位于廣西中部偏北的位置。宜州氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L氣候區(qū)。采樣地位于東經(jīng)108°07′11″～108°40′62″、北緯24°17′74″～24°40′95″之間，海拔高度在 110～285 m，年平均氣溫 19.6～20.2 ℃，年平均降雨量1300～1500 mm。土壤類型為紅壤，其成土母質(zhì)主要有殘積物、堆積物、沖積-洪積物、沉積物等（楊艷芳等，2009）。荔波位于貴州南部，珠江流域上游，處于貴州高原向廣西丘陵過度地帶。采樣地位于東經(jīng) 108°00′50″～108°10′37″、北緯25°17′26″～25°29′51″之間，海拔高度500～720 m，年平均氣溫18.3 ℃，年平均降雨量1320.5 mm。荔波采樣地多為碳酸鹽鹽類，但與砂巖交叉分布，所采集的土壤類型均為黃壤（樊宇紅等，2014）。

荔波的桑樹是從廣西引進的。平均株行距大約0.5 m×1.2 m，5年生桑樹的平均根徑為5 cm左右。桑樹<1 mm細根在0～20 cm土層內(nèi)分布密度最大，表現(xiàn)出水平狀的分布，深部的根系表現(xiàn)出垂直狀的分布（Liu和Willison，2013；石娟華等，2008），說明桑樹細根不但能利用表層土壤空間，還更能吸收利用深層土壤水分和養(yǎng)分（Liu和Willison，2013；石娟華等，2008）。桑樹地下部分的生物量明顯高于地上部分，地下部分的生物量達總生物量的53.1%（張光燦等，1997）。以養(yǎng)蠶為栽培目的的桑樹，從5月上旬開始摘葉，5月底伐去全部枝葉，繼續(xù)萌發(fā)枝葉后，從7月初至10月底一直處于摘葉養(yǎng)蠶中?？紤]到土壤性質(zhì)的不均勻性，以及不同母巖對土壤性質(zhì)的影響，玉米輪作地選取是緊靠近桑地。桑地的施肥采用春、夏、冬3次施肥的方法，其使用量和次數(shù)并不一致。至于玉米輪作地，近一兩年種植過玉米，之前的情況較為復雜，有的種植甘蔗、花生等其他作物，每年有3～6個月的休閑。施肥情況也不一致，有的采用常規(guī)分次施復合肥和尿素，有的采用一次性施肥，種植甘蔗有時不施肥。每個樣點待測土壤由同一地塊 8個隨機點位 0～10 cm的表層土樣混合構(gòu)成。采樣是在2014年5月末進行的。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集和分析

采集到的土壤樣品用2 mm的篩子過篩、風干，并剔除植物殘留物。然后取部分均勻的土壤樣品研磨至粉狀，過0.149 mm篩子，用于C和N含量的測定，所使用的儀器為元素分析儀（Vario MACRO，德國）。土壤可交換性陽離子用1 mol·L-1醋酸銨溶液提取，并用等離子發(fā)射光譜測定（ICP-OES-美國安捷倫公司）（Lindsay和Norvell，1978）；可交換性Al和NH4+-N用1 mol·L-1的KCl溶液提取，可交換Al含量用等離子發(fā)射光譜測定，NH4-N含量用納氏試劑比色法測定。Olsen P（速效P）用0.5 mol·L-1NaHCO3（pH=8.5，用NaOH溶液來調(diào)）溶液提取，用鉬蘭比色法測定。在樣品分析中平行樣的測定達20%，所得分析數(shù)據(jù)均符合要求。所有的實驗在中國科學院地球化學研究所環(huán)境地球化學國家重點實驗室里完成。

1.2.2 統(tǒng)計方法

采用SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進行處理。在文中所表示的數(shù)據(jù)為平均值±標準偏差。在一般情況下，所測量的數(shù)據(jù)在5%的概率下進行線行回歸和t檢驗，來確定其顯著性差異。在此，我們所采取的是所測量的數(shù)據(jù)在 10%的概率下確定其顯著性差異（Anderson等，1995）。

2 結(jié)果

2.1 桑地和玉米輪作地土壤pH對比

在桑地里，桑樹的種植年齡約5年時間。與臨近的玉米輪作地土壤pH相比，桑地土壤pH明顯下降（表1），其下降幅度為0.38 pH單位。

2.2 桑地和玉米輪作地土壤中C、N和P含量對比

表1列舉了桑地和玉米輪作地土壤中有機C、全N和全P的含量。雖然在統(tǒng)計學意義上有機C、全N和全P在桑地和玉米輪作地之間沒有顯著性差異，在桑地土壤中它們的含量略高于玉米輪作地（表 1）。桑地土壤可交換性 NH4+-N 的含量(4.23±0.97) mmol·kg-1也略高于玉米輪作地(4.02±0.65) mmol·kg-1（P=0.176）。土壤可交換性NH4+-N 的含量隨土壤 pH 的增加而在桑地（r2=0.193）和玉米輪作地（r2=0.223）均在減少。桑地土壤速效 P（Olsen P）的含量為(1.88±1.28) mmol·kg-1，而玉米輪作地為(1.68±1.01) mmol·kg-1，但沒有統(tǒng)計學意義上的差異（P=0.410）。顯然，土壤中NH4+-N可在酸性條件下積累。

表1 桑地和玉米輪作地土壤pH與有機C、全N、全P、可交換性鹽基陽離子的平均含量Table 1 Soil pH, and the contents of organic C, total N, total p, soil exchangeable base cation and Al

2.3 桑地和玉米輪作地土壤可交換性鹽基陽離子（Ca，Mg，K和Na）含量的變化

雖然土壤可交換性Ca，Mg和K的含量在桑地和玉米輪作地之間沒有顯著性差異，在桑地中的含量略低于玉米輪作地。但桑地土壤可交換性Na的含量略高于玉米輪作地（表1）。桑地土壤可交換性Ca含量與土壤pH之間有顯著的正相關關系（圖1，r2=0.833）。同樣，玉米輪作地土壤可交換性 Ca與土壤 pH之間也有顯著的正相關關系（圖 1，r2=0.761）。然而，其它鹽基陽離子和土壤pH之間的相關性沒有那么顯著。比如，桑地土壤可交換性Mg與土壤pH（r2=0.404），K與pH（r2=0.074），Na與pH（r2=0.082）之間的相關性都要低于Ca與pH之間的相關性；同樣，玉米輪作地土壤可交換性Mg與土壤pH（r2=0.329），K與pH（r2=0.146），Na與pH（r2=0.148）之間的相關性也低于Ca與pH之間的相關性。

圖1 桑地和玉米輪作地土壤可交換性Ca含量與土壤pH的變化關系Fig. 1 Relationship between soil exchangeable Ca concentrations and soil pH

2.4 桑地和玉米輪作地土壤可交換性Al含量變化

桑地土壤可交換性 Al的平均含量顯著高于玉米輪作地（表1）。它們的含量隨土壤pH的增加而以指數(shù)形式降低（圖 2）：桑地為 y=1175.3e-1.2866x（r2=0.840）； 玉米 輪 作地 為 y=722.6e-1.2221x（r2=0.730）。桑地和玉米輪作地土壤可交換性Ca和Al之間呈現(xiàn)出負的相關關系（圖 3）。桑地土壤可交換性Al含量隨土壤可交換性Ca含量的增加而以指數(shù)形式降低（圖3，y=3.3484e-0.0322x，r2=0.657），玉米輪作地土壤可交換性 Al的含量也隨土壤可交換性 Ca含量的增加而以指數(shù)形式降低（圖 3，y=1.4519e-0.0266x，r2=0.405）。

圖2 土壤可交換性Al含量與土壤pH的變化關系Fig. 2 Relationship between soil exchangeable Al and soil pH

圖3 桑地和玉米輪作地土壤可交換性Ca含量和土壤可交換性Al含量之間的相關關系Fig. 3 The relationship between soil exchangeable Ca concentrations and soil exchangeable Al concentrations in mulberry and maize rotation soils

2.5 Ca/Al比值指示土壤酸化

在本研究中，土壤可交換性Ca/Al的mol比值在桑地（420±896）和玉米輪作地（564±1091）的之間沒有統(tǒng)計學意義上的差異（P=0.527）。本研究中只出現(xiàn)一處Ca/Al比值小于1的情形。Ca/Al的mol比值小于10的，在桑地出現(xiàn)12個地點，在玉米輪作地出現(xiàn)9個地點。Ca/Al的mol比值在堿性條件下大于酸性條件（圖4），是因為堿性條件下，交換性Ca含量大，而Al含量小的緣故。

圖4 土壤交換性Ca/Al比值(Log值)與土壤pH變化的相關關系Fig. 4 The relationship of change of soil exchangeable Ca/Al ratios (Log values) with soil pH

3 討論

實驗結(jié)果表明，桑園的持續(xù)經(jīng)營導致土壤 pH顯著下降，必然導致營養(yǎng)元素的流失和有害元素的積累。比其玉米輪作地，桑地土壤pH的下降是由多種因素造成，其中C和N循環(huán)是導致土壤pH變化的主導因素。

3.1 植物殘留物對土壤pH的影響

目前大多數(shù)地區(qū)，經(jīng)濟作物和農(nóng)作物連帶它們的秸稈被移走，帶不走的調(diào)落物就地燃燒處理。相比之下，桑地里留下的殘留物數(shù)量要少，因為絕大部分桑葉為養(yǎng)蠶被摘走的緣故。作物殘留物的加入所誘導的土壤pH的變化，主要是通過H+離子的結(jié)合/分離的反應，以及 C和 N循環(huán)過程來實現(xiàn)（Rukshana等，2012）。農(nóng)作物殘留物中含有大量的鹽基陽離子（Ca，Mg，K和Na），與之相平衡的主要是有機陰離子。植物殘留物在微生物的分解作用下給土壤補充大量的鹽基陽離子（Rukshana等，2012；Xiao等，2014），其結(jié)果是增加土壤pH。比如，巢菜（vetch）殘留物的加入可引起較大的土壤pH的增加（Rukshana等，2012），但土壤初始pH較大時，它沒有恒定的增加，是因為硝化作用的緣故（Xiao等，2014）。在低pH條件下礦物質(zhì)N是以 NH4+-N的形式存在于土壤中，而在較高的 pH條件下，它是以NO3--N的形式存在于土壤中（Xiao等，2014）。在茶樹種植園土壤中大量的鹽基陽離子以茶葉的形式帶走。殘留物分解期間所釋放的堿度不足于抵消在這些土壤中的較高的交換性酸度，因此，茶園土壤酸化較為嚴重（Wang等，2014），與本研究結(jié)果相一致。因此，作物殘留物被返還給土壤是保持土壤肥力的一種可行的策略，可增加土壤有機質(zhì)的積累；作物殘留物的保留對土壤堿度的重新分布具有重要意義（Butterly等，2013）。

3.2 免耕對土壤pH變化的影響

桑園是基本不犁地，而玉米輪作地是犁地。未犁地的土壤顯示強烈的pH剃度變化，其表層5 cm的土壤pH最低。Limousin和Tessier（2007）把未犁地土壤pH下降的原因歸結(jié)為：（1）有機質(zhì)的礦化作用；（2）所施入的銨態(tài)氮肥的硝化作用在土壤表層引起酸性效應；（3）根系的分泌作用，因為植物根系主要分布在土壤表層的緣故。在耕作系統(tǒng)中，可交換性Al的含量顯著地與pH相關（Limousin和Tessier，2007）。

3.3 施肥對土壤pH的影響

桑園地和玉米輪作地均施用大量的復合肥和尿素來增加糧食和經(jīng)濟作物產(chǎn)量。在肥料中的化學物質(zhì)與土壤礦物營養(yǎng)物相互作用改變了土壤 pH，這將間接地影響植物的生長和健康（Muthukumar等，2014）。佟德利等人（2012）的實驗表明，尿素的使用顯著增加土壤硝化速率，從而降低土壤pH。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，銨態(tài)氮肥的施入、隨后的農(nóng)作物的吸收、農(nóng)作物產(chǎn)物移走、淋溶所引起的N的損失，和硝酸鹽的反硝化都能引起土壤的酸化。而硝酸鹽肥料的施入引起土壤pH的增加（Rukshana等，2012）。趙晶等人（2010）的實驗表明所有氮肥的處理均降低了土壤pH值，其中尿素和氯化銨處理使土壤pH降低最多，磷肥處理均引起土壤pH的小幅降低。雖然統(tǒng)計學上沒有差異，桑地土壤NH4+-N含量高于玉米輪作地，顯然是土壤酸化積累土壤 NH4+-N，是由于在酸性條件下抑制硝化作用的緣故（Xiao等，2014）。

3.4 植物的種植對土壤pH的影響

對照裸露地，松樹種植園土壤的pH明顯低0.3個單位（Liao等，2012）。豆科植物的種植就能酸化土壤，主要是因為豆科植物比非豆科吸收更多的陽離子的緣故（Muthukumar等，2014）。馬尾松的種植導致土壤pH下降，其下降幅度與土壤初始pH相關，初始pH相對高的土壤，其下降幅度更大（楊平平等，2012）。在鹽基陽離子-營養(yǎng)物缺乏的條件下，生長良好的維管植物就能增加陽離子-營養(yǎng)物的可利用性，是通過釋放碳酸和低分子量的有機酸來促進礦物風化（Shi等，2014）。植物所誘導的礦物風化作用依賴于地質(zhì)背景和生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)（Shi等，2014）。植物釋放各種低分子量羧酸，包括蘋果酸，檸檬酸，草酸，乙酸等到根際（Rukshana等，2012），這些有機酸的釋放能促進鹽基陽離子的釋放，并引起激發(fā)效應。這種激發(fā)效應可能是由于促進微生物的NO3-的吸收，氨化作用，以及土壤有機物分解的緣故，但低pH就抑制這種激發(fā)效應（Rukshana等，2012）。

3.5 Ca/Al比值指示土壤pH的變化

在森林生態(tài)系統(tǒng)中維持一定的可利用性的 Ca含量對森林健康和保持生產(chǎn)力很重要（Lawrence等，1997）。Limousin和Tessier（2007）的研究結(jié)果表明，交換性Ca的含量與pH高度相關（r2=0.95），與我們的結(jié)果高度一致（r2=0.78）?？紤]到Ca和pH的高度相關性，未犁地土壤的酸化作用將伴隨著0～5 cm 土壤層中的約 50%交換性 Ca的流失（Limousin和Tessier，2007）。Ca和Mg是性質(zhì)相近的鹽基陽離子。但可交換性Mg的行為（與pH的相關性 r2=0.36）與交換性 Ca的行為不同，因為Mg的分布隨土壤深度增加而增加的緣故（Limousin和 Tessier，2007）。這種不平衡的行為應歸結(jié)于鎂是包含在黏土礦物的結(jié)構(gòu)中，而Ca不存在類質(zhì)同象現(xiàn)象（Limousin和Tessier，2007）。土壤的Ca的消耗是一種自然的成土過程（Gruba等，2013）。鹽基陽離子的淋溶，最終導致土壤pH的降低，并改變了對Al的緩沖作用（Kleijn等，2008）。這將引起Al和NH4+-N在土壤溶液中的積累（Kleijn等，2008）。各種形態(tài)的Al在土壤中的結(jié)合和移動要受土壤 pH和溶解性有機碳的控制（Tejnecky等，2010）。

土壤中的 Al主要存在于結(jié)晶的鋁硅酸鹽礦物中，相對地耐分解。然而，Al的部分仍然是較為活性，隨著土壤 pH的下降它的可移動性在加強（Tejnecky等，2010），它對有生命有機物造成威脅（Yvanes-Giuliani等，2014）。Al和pH之間有強烈的相關性，土壤 Al含量與土壤 pH有負相關性（Pinheiro de Carvalho等，2004），這與我們的結(jié)果一致。土壤交換性 Al與有機質(zhì)有正相關性，是由于有機物絡合 Al的緣故（Limousin和 Tessier，2007）。土壤以可交換的形式儲存Ca，但在交換位置中 Al的飽和度的增加而 Ca的含量在減少（Lawrence等，1997）。

通常Ca/Al比值，在土壤水溶液中Ca和Al活性的摩爾比值（Ca/Al比值）是一種指示森林健康條件的重要指示劑，該值小于1表明對森林生長條件來說是一種負面條件（Gruba等，2013）。交換性Ca含量小于4%時，就可出現(xiàn)mol Ca/Al比值小于1（Gruba等，2013）。在本研究中只出現(xiàn)一處小于 1的地點。酸化將引起Ca/Al比值的減少（Roem等，2008；Kwak等，2011)。Lawrence等（1997）指出酸化作用所誘導的 Al的增加，加劇了森林土壤中的 Ca的減少，因此限制了殘留物的分解和礦物風化來的Ca的保持（Gruba等，2013）。隨著土壤酸化的進程，H+和Al離子（特別是土壤pH在5.5和4.0時）能夠在陽離子交換部位上取代 Ca2+離子（Kwak等，2011），引起Ca2+的淋溶，最終減少土壤的Ca2+的可利用性（Kwak等，2011），是土壤質(zhì)量下降的重要標志之一。

4 結(jié)論

隨著桑園植桑年齡的增加，與作物的連作一樣，土壤有酸化的趨勢。相應地，土壤可利用性Ca、Mg和K營養(yǎng)物有流失，而有害元素Al有積累。這些因素都能用來解釋桑園土地生產(chǎn)潛力降低，以及桑樹生產(chǎn)性能退化的原因。為了從本質(zhì)上揭示其桑園退化的原因，需要從化感作用、病原菌的增多，以及叢枝菌根真菌在內(nèi)的土壤微生物區(qū)系失衡，以及它們之間的相互關系入手，進行深入研究。

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The Changes of Soil pH in Mulberry Plantation and Maize Rotation

LING Hongwen, FAN Yuhong, PIAO Hechun
The State Key Laboratory of Environmental Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550002, China

With increasing age of mulberry plantation, soil degradation process enhanced, and leaf biomass decreased, which should be associated with decrease of soil pH, loss of nutrient elements and accumulation of harmful element. The soil samples were collected from Yizhou in Guangxi Province and Libo in Guizhou Province, China. The concentrations of exchangeable base cations (Ca, Mg, K and Na), and exchangeable Al, and soil pH and other soil parameters were analyzed in order to study the differences of soil pH between mulberry (Morus alba) and maize (Zea mays) soils, and to discuss the factors influencing the changes of soil pH. Results show that soil pH in mulberry plantations has decreased 0.38 unit relative to maize soils during 5 years. Consequently, the concentrations of base cations (Ca, Mg and K) in mulberry soils were lower than those in maize soils, though not statistically significant. But the concentrations of exchangeable Al in mulberry soils (2.35±2.68) mmol·kg-1were significantly higher than that in maize soils (1.44±2.13) mmol·kg-1(P=0.042). Therefore, there was a significant relationship between soil exchangeable Ca and Al concentrations. The concentrations of exchangeable NH4+-N in mulberry soils were higher than those in maize soils, though not statistically significant. Here, we concluded that soil pH decreased with continuous cropping in mulberry plantation. Correspondingly, soil available Ca, Mg and K concentrations decreased, and soil available Al concentrations increased. Factors causing decrease of soil pH in mulberry plantations relative to maize rotation soils are complex. Among them the cycling of carbon and nitrogen in plant-soil system is the main factor causing the changes of soil pH. Various managements for cropping system also determine the direction and magnitude of pH change. It is suggested that the rotation of cropping plants and return of plant residue into soils should be promoted for increasing soil quality.

soil pH; exchangeable base cation; exchangeable Al; mulberry plantation; maize; rotation

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.05.009

S153.4

A

1674-5906（2015）05-0778-07

凌宏文，樊宇紅，樸河春. 桑園地和玉米輪作地土壤pH變化的比較研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 2015, 24(5): 778-784. LING Hongwen, FAN Yuhong, PIAO Hechun. The Changes of Soil pH in Mulberry Plantation and Maize Rotation [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(5): 778-784.

國家自然科學基金項目（4121004）

凌宏文（1968年），男，高級工程師，從事環(huán)境地球化學分析工作。E-mail：linghongwen@vip.skleg.cn *通信作者：樸河春，男，研究員，從事環(huán)境地質(zhì)地球化學工作。E-mail：piaohechun@vip.skleg.cn

2014-12-25