東北地理所在旱田黑土酸化機(jī)制及調(diào)控研究取得系列進(jìn)展
黑土作為我國重要的農(nóng)業(yè)資源，其健康狀況直接關(guān)系到糧食安全與生態(tài)平衡。然而，東北黑土區(qū)土壤因長期“重用輕養(yǎng)”，不僅已呈現(xiàn)出變薄、變瘦、變硬的退化特征，也存在黑土變酸的退化問題，其潛在影響黑土區(qū)的糧食生產(chǎn)和土壤資源的可持續(xù)利用。然而，目前針對(duì)黑土酸化的系統(tǒng)性研究仍顯不足，尤其是在長期不同種植制度與施肥模式對(duì)酸化機(jī)制的影響方面，以及在輪作和田間管理?xiàng)l件下黑土酸化程度與作物養(yǎng)分移除之間的關(guān)系上，尚缺乏深入探討。
東北地理所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組科研人員基于長期田間定位試驗(yàn)，系統(tǒng)解析了玉米-大豆輪作與連作模式下，不同施肥及有機(jī)物料管理措施對(duì)作物生育期間土壤低分子量有機(jī)酸種類、數(shù)量及其與土壤酸化指標(biāo)間的關(guān)系；在連作、輪作、施肥措施和作物秸稈還田條件下通過作物移除的陰離子和陽離子來計(jì)算凈H?、總H?和OH?的生成，并探討長期管理對(duì)作物離子移除差異的響應(yīng)，從而揭示凈H?生成與土壤酸化之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，種植玉米土壤中，低分子量有機(jī)酸（LMWOAs）主要為蘋果酸、乙酸和丙二酸，而種植大豆土壤中，低分子量有機(jī)酸主要為蘋果酸、丙二酸和琥珀酸。連作顯著改變了玉米拔節(jié)期和大豆開花期土壤LMWOAs含量（圖1）。此外，作物生長旺盛期土壤LMWOAs和鹽基離子總量對(duì)黑土農(nóng)田土壤酸化過程的影響與作物種類及田間管理措施密切相關(guān)。玉米和大豆移除產(chǎn)生的凈H?可能分別導(dǎo)致土壤pH每年下降0.053-0.074和0.032-0.045個(gè)單位。研究認(rèn)為，土壤pH的變化并不完全與作物鹽基離子移除相關(guān)，糞肥施用與輪作結(jié)合是緩解土壤酸化的有效方法，糞肥緩解土壤酸化的效果優(yōu)于秸稈還田。大氣酸沉降、施肥與管理方式、作物種植類型以及作物秸稈離田的鹽基離子移除作用是黑土酸化主要原因（圖2）。上述研究揭示了黑土酸化的本質(zhì)與關(guān)鍵過程，為東北旱田黑土土壤酸化機(jī)理提供了重要的理論支撐，也為研發(fā)有效的防治酸化措施奠定了科學(xué)基礎(chǔ)，對(duì)保障糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、維護(hù)國家糧食安全具有重要戰(zhàn)略意義。
圖1 不同處理中9種低分子量有機(jī)酸的濃度及其相對(duì)于常規(guī)施肥處理的相對(duì)百分比變化
圖2 農(nóng)田土壤酸化的主要原因
相關(guān)成果發(fā)表在中國科學(xué)院一區(qū)Top期刊《Soil Tillage and Research》以及《Agronomy-Basel》、《土壤與作物》、《土壤》和《土壤通報(bào)》期刊，研究工作由農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組徐影博士研究生、蘇亞飛碩士研究生、于鎮(zhèn)華副研究員、李彥生副研究員和劉曉冰研究員共同完成。相關(guān)研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA28100200)、國際大科學(xué)計(jì)劃培育專項(xiàng)項(xiàng)目“世界黑土退化機(jī)理與阻控技術(shù)研究”（131323KYSB20210004）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFD1500700）和世界黑土聯(lián)合會(huì)項(xiàng)目（ANSO-PA-2020-12）聯(lián)合資助。
論文具體信息如下：
[1]?Xu Y,Li Y S,Yu Z H*,Jin J,Zhang C Y,Bao W B,Zhang X Y,Wang G H,Liu X B. Roles of soil organic acids and base cations in Mollisol acidification during the peak growth stage of crops.?Soil and Tillage Research,2025,254,106726.?https://doi.org/10.1016/j.still.2025.106726.
[2]?Xu Y,Yu Z H,Li Y S,Jin J,Zhang X Y,Wang G H,Liu X B*. Removal of crop ion components in relation to Mollisol acidification under long-term management. Agronomy-Basel. 2024,14: 191. https://doi.org/10.3390/agronomy14010191.
[3]?蘇亞飛,?包文彬,?李彥生*,?于鎮(zhèn)華,?劉曉冰.?農(nóng)田土壤酸化:?原理、危害及緩解措施.?土壤與作物,2025,14 (01):1-14.?http://sc.iga.ac.cn/article/doi/10.11689/sc.2024032602
[4]?徐影,?李彥生,?劉曉冰,?金劍,?于鎮(zhèn)華*.?長期施肥改變玉米大豆輪作/連作黑土農(nóng)田酸化速率和酸中和容量.?土壤,2024,56(4):750-759.?http://soils.issas.ac.cn/html/tr/2024/4/tr202309220381.htm.?
[5]?徐影,?于鎮(zhèn)華*,?李彥生,?包文彬,?張春雨,?劉曉冰.?土壤酸化成因及其對(duì)農(nóng)田土壤-微生物-作物系統(tǒng)影響的研究進(jìn)展.?土壤通報(bào),2024,55(2):562-572.?http://www.trtb.net/cn/article/id/7a9d28d2-5748-42c0-8bec-086ec56a60e8
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