中国农大发文揭示秸秆还田加剧农田土壤酸化

秸秆还田被广泛推荐为气候智能型农业的一种做法。目前普遍认为秸秆还田能够缓解土壤酸化，尽管这一假设尚未在大面积地区得到检验。在本研究中作者跟据中国的三个数据集评估了其对土壤酸化的贡献。结果表明，在 145 项田间实验研究中大部分点位秸秆还田加剧了土壤酸化。秸秆引起的土壤 pH 值变化幅度与土壤初始 pH 值呈负相关。旱地和水田的临界初始土壤 pH 值分别为 6.7 和 5.4，高于该值秸秆还田会导致土壤进一步酸化。研究估计秸秆还田将分别加剧 77% 和 80% 旱地和水田的土壤酸化。该研究分析揭示了全国范围内秸秆还田加速土壤酸化的第一个证据，为可持续秸秆利用和土壤酸化修复提供了新的见解。

秸秆还田是否也能缓解较大地理区域酸性较弱土壤的土壤酸化，目前尚不清楚。此外，决定弱酸性土壤因秸秆还田而酸化平衡的主要驱动因素尚未得到充分研究。本研究的主要目的是评估秸秆还田对不同土地利用类型和土壤 pH 范围内土壤酸化的影响。为了实现这一目标，研究使用中国各地的三个数据集进行了综合分析。研究首先介绍了过去四十年（1980-2020）秸秆还田量的快速增长。然后，根据 122 篇已发表的科学研究，在全国范围内进行了 145 项田间实验，以评估秸秆引起的土壤 pH 变化及其主要驱动因素。最后，估计了全国范围内和六个农业区秸秆引起的土壤酸化的风险。

3.1 政策驱动秸秆还田量增加

随着粮食产量的增加，中国农作物秸秆产量在过去四十年中几乎翻了一番，到2020年达到7.06×108吨（图2）。此外，一系列政策的出台，使秸秆还田率从20世纪80年代的不足20%提高到了 2010s的53%（图 2）。

3.2 秸秆还田导致的土壤pH值变化

57%的试验点土壤pH下降，39%的试验点土壤pH表现为上升。旱地的临界土壤 pH 值为 6.7（5.9-7.1，95% CI），高于该值秸秆还田会导致 pH 值下降。稻田相应的临界土壤 pH 值为 5.4（4.5-5.9，95% CI）。这表明稻田土壤酸化的风险显着高于旱地。

在酸化土壤中氮肥施用造成的酸化超过秸秆还田，而在一部分试验中发现秸秆还田导致的酸化超过氮肥施用。

3.3 秸秆还田导致土壤酸化的区域风险

西北和华北地区旱地相比于长江中下游平原和西南地区面临更大的pH降低风险。在东北地区，旱地和水田土壤呈弱酸性，秸秆还田引起的酸化风险高于旱地。东南地区旱地实施秸秆还田面临的酸化风险最低。

图1.本综合中包含的实验研究地点的地理分布（n = 145）。橙色和绿色点分别表示旱地和稻田。

表1.中国六大农区耕地面积及土壤pH分布。

图2.1980-2020年中国农作物秸秆产量和还田率变化。

图3.SN 和 N 处理之间土壤 pH 值差异的分布（a）及其对初始土壤 pH 值的依赖性（b）。SN和N分别表示秸秆与矿物氮肥结合的实验处理和单独施用矿物氮肥的参考处理。土壤pH值负差意味着秸秆还田导致土壤酸化。

图4.接受不同施用物的实验处理之间的土壤pH差异。a：仅施氮（即N-CK）和秸秆还田（即SN-N）引起的土壤pH差异的比较。b：秸秆还田水平对 SN 处理与相应氮参考（即 SN-N）之间土壤 pH 值差异的影响。在同一实验中，低水平和高水平分别对应于最低和最高的秸秆还田率。红线和绿色方块分别代表中值和平均值。

图5.中国六大农区秸秆引起的土壤酸化风险风险分别表示为旱地和水田的面积百分比。每列中的条形图和须形图是相应的平均值及其 95% 置信区间。农业地区的代称：NE，中国东北地区；NC，华北；NW，中国西北地区；MLYP，长江中下游平原；SW，中国西南地区；SE，中国东南部。

图6.施氮肥和秸秆还田导致土壤碱基阳离子 (BC) 的变化。

农作物秸秆还田已成为中国的一项强制性农业政策，其主要目的是缓解持续的土壤酸化。然而，我们基于三个国家数据集的荟萃分析表明，除酸性和中性旱地土壤外，秸秆还田加剧而不是逆转了中国主要农田的土壤酸化。秸秆引起的土壤 pH 值变化幅度与土壤初始 pH 值呈负相关。旱地和水田的临界初始土壤 pH 值分别为 6.7 和 5.4，高于该值秸秆还田将导致土壤进一步酸化。根据中国农田土壤pH值的地理分布，我们估计秸秆还田将分别导致77%和80%的旱地和水田土壤酸化。我们的分析揭示了区域范围内秸秆还田加速土壤酸化的首个证据，表明过量的秸秆还田不仅会造成秸秆资源的浪费，还会对农业可持续发展产生负面影响。