答:研究顯示,我國的土壤pH值平均下降了約0.5個單位,也就是說,比原來下降1.5倍。在沒有人為幹擾的自然條件下,土壤pH值下降0.5個單位,至少需要成百上千年,而我們僅僅用了20~30年的時間。

另外,不僅是南方地區本身偏酸性的土壤發生了酸化現象,即使是過去被認為對酸化不敏感的華北石灰性土壤,也出現了同樣問題。

其中,對糧食作物體係來說,氮肥過量施用對土壤酸化的潛在貢獻率達到6成;對以大棚蔬菜和果園為主的經濟作物體係而言,氮肥過量施用的貢獻率則高達9成。

雖然目前這種下降程度還看不出直接的明顯危害,但施氮量比較高的菜地或是果園,危害已經非常明顯了,我們的研究也表明,酸化的土壤中鋁或錳多了,還有線蟲的危害,包括一些連作障礙。盡管對於病蟲害的發生情況和程度沒有具體統計結果,隻是看到一些局部現象,總的來說是加劇了,因為平衡失調,土壤-作物係統的緩衝能力下降,對不良環境的抵禦力減弱,一有風吹草動就受影響。這種情況當然很不好,我們還是希望能回到一個正常的狀態,以避免不利的影響。

《百科知識》:土壤酸化實際程度如何?

答:舉一個例子。根據山東某縣土肥站提供的數據,從20世紀80年代至今,當地土壤酸化情況非常典型,基本就是我國整體土壤酸化的一個縮影。那裏的土壤酸化程度是全國平均值的一倍以上,這可不是個小數字,也不是小問題,它與施肥量增長呈顯著相關:施肥量越高的土壤,酸化越明顯,而且造成果樹粗皮病的發生率明顯增加。所謂粗皮病,即蘋果樹的樹幹上長出一個個疙瘩,這是錳中毒的表現。錳是重金屬元素,土壤酸化後,pH值下降,土壤中的錳從礦物中釋放出來,這種微量元素就會經根係吸收,進而在蘋果樹內大量累積。植物對錳的需求是有限的,過多的錳使得植物通過本能反應將其固定在體表長出的瘤體內,表現出來的就是在果樹樹幹上出現一個個疙瘩。如果情況進一步惡化,錳元素含量繼續增加,最終將導致果樹死亡。此外,生產出的蘋果品質下降。

在我國南方某地的紅壤上長期單獨施用氮肥,不僅施肥種類不合理,而且氮肥施用量過大,最終導致小麥幾近絕收,畝產不超過100斤,有的就幾十斤,甚至是零,最後農民隻是撿回一把草而已。當然,這是比較極端的情況。其實,南方的紅壤本來就呈酸性,過量施肥使得作物防蟲能力更弱,原來pH值是5.5左右,作物還能正常生長,當pH值下降到4.5以下時,已經屬於強酸性土壤了,如果不施用有機肥緩衝,小麥根本無法生長。這是兩個非常典型的例子。

我們的研究還發現,氮肥施用量越高,病蟲害發生的頻率越高,農藥的用量也會增加。這些都屬於施肥過多造成的負麵影響。

高昂的代價

《百科知識》:過量施用氮肥除導致土壤酸化外,是否還會造成其他不良環境影響?

答:氮肥施用過多造成土壤酸化的背後,隱藏著巨大的環境汙染和人體健康風險。

氮肥的過量使用會造成氮素連鎖效應。氮素連鎖效應是引起水體氮素汙染、大氣中氮素痕量氣體及顆粒物濃度升高、氮素沉降和酸雨加劇等的主要原因。

2011年結束的歐洲氮項目(NitroEurope)的結果表明,歐盟主要成員國由於氮素損失導致的生態環境代價高達700億~3200億歐元。我國的氮評估工作尚未結束,初步估計,這方麵的代價不會低於歐盟。

再有,土壤酸化後,釋放的重金屬可能會溶解到水體中,對水生生物和地下水水質都可能產生一定影響。

《百科知識》:酸化後為何重金屬會溶解到地下水中?

答:鋁、錳等重金屬以礦物形式存在於土壤中,在正常酸堿環境中,比如pH值為7時,這些礦物質的溶解度是很低的,pH值越高,它們的溶解性越差,會沉澱下來。隨著pH值的降低,酸化程度增高,礦物質的溶解性將呈幾何級數增加。溶解度急劇增加後,土壤中這些離子就會隨水發生遷移,可能進入地下水體中。特別是地下水水位較高時,影響更大。

《百科知識》:有研究表明,用肥量高的地區,地下水硝酸鹽含量超標。實際情況如何?

答:過量施用氮肥或者偏施氮肥,會導致土壤中硝酸鹽大量累積和向下淋溶,成為水體尤其是淺層地下水的重要汙染源。我國汙染源普查發現,農業是總氮、總磷排放的主要來源,其排放量分別占全國排放總量的57.2%和67.4%。富含硝酸鹽和亞硝酸鹽的水及食品被人類飲用或食用後,能夠誘發疾病。

根據研究,硝酸鹽對環境的汙染程度與氮肥施用量呈正相關。一些地區由於不合理施用氮肥,土層中的硝酸鹽累計量相當高。我們把這種硝酸鹽或硝態氮的累計稱為“化學定時炸彈”。如果不清除掉,危害隨時可能爆發,一場暴雨下來,它們就可能會被淋溶到很深的土壤中甚至地下水中。或者在合適的環境中,通過反硝化作用變成氧化亞氮或氮氣。變成氮氣還好,而氧化亞氮就是一種很強的溫室氣體,它同時能破壞臭氧層,對整個生態係統都有不良影響。

換句話說,硝酸鹽汙染是個很令人頭疼的環境問題,但微生物很難把硝態氮轉化為有機形態的氮,最終回到土壤有機質中去。我們也有同事做過這方麵研究,盡最大可能提供各種碳源和秸稈,頂多有15%~20%硝態氮可以回到土壤有機氮庫中,剩下的70%~80%通過反硝化損失跑掉。可見,隻要轉化成硝態氮,我們唯一能做的就是促進植物的吸收利用,而且要避免硝態氮進入根係以下的深層土壤。研究表明,1~2米土層的硝態氮,植物吸收利用率不到10%,剩下的將通過各種途徑進入環境之中。所以這也是最大的環境問題。

《百科知識》:飲用水中硝酸鹽的允許標準值是多少?目前的超標情況如何?它對健康會有哪些不利影響?

答:我國的標準是20毫克氮/升,比國際標準高了一倍,國際標準是10毫克氮/升。我國和國際標準的差別意味著,在我國沒有超過國家標準的地區,實際上硝酸鹽濃度可能已經危害到了人體健康。曾有中國農業科學院的專家對我國華北地區在1995年前後做過一個調研,華北地區大概有1/3的地下水硝酸鹽濃度超標。通過調查,專家發現,地下水硝酸鹽濃度與當地施肥量呈正相關關係:施肥量越高的地區,超標情況越嚴重。根據我們的研究,情況也是這樣,地下水中硝酸鹽濃度整體呈增加趨勢,尤其是在氮肥施用量高的地區,汙染比較嚴重。