由于銨態(tài)氮肥的過量施用及酸沉降的影響，近年來我國亞熱帶地區(qū)農(nóng)田土壤加速酸化，導(dǎo)致土壤肥力下降，鋁錳毒害加重，危害農(nóng)作物生長，使作物減產(chǎn)，農(nóng)民減收。施用堿性改良劑可中和土壤酸度，減輕酸化的危害，但隨著作物種植和施肥等農(nóng)業(yè)活動的持續(xù)進(jìn)行，土壤酸化會再次發(fā)生。如能通過一定的技術(shù)措施提高土壤的抗酸化能力，則可減緩?fù)寥浪峄倪M(jìn)程，減輕酸化的危害。土壤 pH 緩沖容量是決定土壤酸化難易的關(guān)鍵因素，增加土壤 pH 緩沖容量可提高土壤的抗酸化能力。此前的研究表明，秸稈生物質(zhì)炭可提高土壤 pH 緩沖容量，但相關(guān)機(jī)制至今尚不清楚。

中國科學(xué)院南京土壤研究所徐仁扣課題組通過模擬酸化實(shí)驗結(jié)合衰減全反射紅外光譜(ATR-FTIR)，揭示了秸稈生物質(zhì)炭提高土壤 pH 緩沖容量的機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)添加秸稈生物質(zhì)炭不僅提高土壤 pH，而且顯著提高土壤 pH 緩沖容量，從而提高土壤的抗酸化能力。在常見農(nóng)作物秸稈中，由花生秸稈制備的生物質(zhì)炭提升土壤抗酸化能力的效果最顯著。生物質(zhì)炭表面含豐富的含氧官能團(tuán)，這些弱酸性官能團(tuán)的陰離子與 H+發(fā)生締合反應(yīng)，形成中性分子，同時將原先吸附的交換性鹽基陽離子釋放到溶液中，這一過程是生物質(zhì)炭提高土壤 pH 緩沖容量的主要機(jī)制。實(shí)驗結(jié)果表明，生物質(zhì)炭表面鹽基離子的釋放量與質(zhì)子消耗量呈直線相關(guān);生物質(zhì)炭 ATR-FTIR 光譜上與 -COO-相關(guān)的吸收峰隨體系 pH 降低而減小，而與 -COOH 相關(guān)的吸收峰呈相反的變化趨勢。這些結(jié)果為上述機(jī)制提供實(shí)驗證據(jù)。該項研究將為我國亞熱帶地區(qū)土壤酸化防治提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

相關(guān)研究結(jié)果在線發(fā)表在 Journal of Agricultural and Food Chemistry 上。

南京土壤研究所揭示秸稈生物質(zhì)炭提高土壤抗酸化能力的機(jī)制