東北地理所在旱田黑土酸化機制及調控研究取得系列進展
黑土作為我國重要的農業資源，其健康狀況直接關系到糧食安全與生態平衡。然而，東北黑土區土壤因長期“重用輕養”，不僅已呈現出變薄、變瘦、變硬的退化特征，也存在黑土變酸的退化問題，其潛在影響黑土區的糧食生產和土壤資源的可持續利用。然而，目前針對黑土酸化的系統性研究仍顯不足，尤其是在長期不同種植制度與施肥模式對酸化機制的影響方面，以及在輪作和田間管理條件下黑土酸化程度與作物養分移除之間的關系上，尚缺乏深入探討。
東北地理所農田分子生態學科組科研人員基于長期田間定位試驗，系統解析了玉米-大豆輪作與連作模式下，不同施肥及有機物料管理措施對作物生育期間土壤低分子量有機酸種類、數量及其與土壤酸化指標間的關系；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算凈H?、總H?和OH?的生成，并探討長期管理對作物離子移除差異的響應，從而揭示凈H?生成與土壤酸化之間的關系。研究結果表明，種植玉米土壤中，低分子量有機酸（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和鹽基離子總量對黑土農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。玉米和大豆移除產生的凈H?可能分別導致土壤pH每年下降0.053-0.074和0.032-0.045個單位。研究認為，土壤pH的變化并不完全與作物鹽基離子移除相關，糞肥施用與輪作結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與關鍵過程，為東北旱田黑土土壤酸化機理提供了重要的理論支撐，也為研發有效的防治酸化措施奠定了科學基礎，對保障糧食穩產高產、維護國家糧食安全具有重要戰略意義。
圖1 不同處理中9種低分子量有機酸的濃度及其相對于常規施肥處理的相對百分比變化
圖2 農田土壤酸化的主要原因
相關成果發表在中國科學院一區Top期刊《Soil Tillage and Research》以及《Agronomy-Basel》、《土壤與作物》、《土壤》和《土壤通報》期刊，研究工作由農田分子生態學科組徐影博士研究生、蘇亞飛碩士研究生、于鎮華副研究員、李彥生副研究員和劉曉冰研究員共同完成。相關研究得到中國科學院戰略性先導科技專項(XDA28100200)、國際大科學計劃培育專項項目“世界黑土退化機理與阻控技術研究”（131323KYSB20210004）、國家重點研發計劃項目（2021YFD1500700）和世界黑土聯合會項目（ANSO-PA-2020-12）聯合資助。
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*,?于鎮華,?劉曉冰.?農田土壤酸化:?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,?于鎮華*.?長期施肥改變玉米大豆輪作/連作黑土農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,?于鎮華*,?李彥生,?包文彬,?張春雨,?劉曉冰.?土壤酸化成因及其對農田土壤-微生物-作物系統影響的研究進展.?土壤通報,2024,55(2):562-572.?http://www.trtb.net/cn/article/id/7a9d28d2-5748-42c0-8bec-086ec56a60e8
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