土壤酸化和重金属污染是我国农业环境领域面临的两个突出问题。土壤污染致使南方部分地区农产品重金属含量超标，其中土壤酸化是一个重要的因素。以超标率排在首位的耕地土壤污染物镉为例，土壤镉有效性与土壤pH关系密切，当pH下降一个单位，土壤镉的有效性平均提高4-5倍。土壤酸化是一个全球性问题。我国南方土壤普遍偏酸性，由于氮肥大量使用和大气酸沉降，使得土壤进一步酸化，我国南方部分双季稻地区的土壤pH在过去30年下降了近1个单位。土壤酸化是南方稻米镉含量超标的重要原因。

酸性土壤可以通过施用碱性物料进行改良。国外有关酸性土壤改良技术研究较早，也开发了碱性物料施用量的计算模型。这些模型均是针对国外的土壤类型开发的，可能并不适用于我国的土壤类型。其次，土壤对酸的缓冲能力受土壤质地、有机质含量和起始土壤pH值等理化性质影响，碱性物料施用量与pH提高量之间并不是线性关系，例如将土壤pH值从5提高到6与从6提高到7所需要的碱性物料用量有很大差异，国外计算模型都是基于线性关系，忽略了这个重要因素。

我院环境生物学团队选取了我国南方23个酸性稻田土壤，利用石灰石（CaCO₃）粉末作为碱性物料进行培养试验，建立了土壤pH变化量与CaCO₃用量间的量化关系（图1）。在此基础上发展了适合我国南方酸性稻田土壤pH改良的石灰质物料用量计算模型，该模型考虑了土壤质地、有机质以及土壤在不同pH下的缓冲能力等影响因素，模型根据石灰质物料用量预测的土壤目标pH与实测pH值之间存在较高的相关性（R²= 0.74）。此外，该模型还能计算不同类型碱性物料的施用量。为了方便科研和技术推广人员使用，团队还将该模型开发了微信小程序（图1）。

图1.南京农业大学酸性稻田土壤pH改良石灰质物料用量计算软件（微信小程序）

从镉污染农田土壤安全利用的目的，利用碱性物料提高土壤pH至6.5能有效降低土壤镉的有效性和稻米镉的积累。连续三年的大田试验结果表明，一次性施用CaCO₃粉末将土壤pH提高至6.5，降低稻米镉含量的效果可维持三年以上（图2），而且不影响水稻产量。后续可每隔3-5年追踪土壤pH变化，适当少量追施碱性物料，将土壤pH维持在6.5左右，可达持续的稻米降镉效果。

图2.施用石灰对两个水稻品种籽粒镉含量的影响（大田试验）。土壤镉含量为0.67 mg/kg，土壤起始pH为5.5，一次性施用500 kg CaCO₃/亩提高土壤pH至6.5，降镉效果持续多年。

该模型由南京农业大学环境生物学团队赵方杰教授、陈宏坪博士、唐仲副教授和汪鹏教授共同研发。如使用过程中遇到任何问题或有任何建议，欢迎反馈（联系人：汪鹏；电话：138 1541 6627）。

参考文献：

Chen H, Zhang W, Yang X, Wang P, McGrath SP, Zhao FJ. Effective methods to reduce cadmium accumulation in rice grain.Chemosphere2018, 207: 699-707.

Wang P, Chen H, Kopittke PM, Zhao FJ. Cadmium contamination in agricultural soils of China and the impact on food safety.Environmental Pollution2019, 249: 1038-1048.

Zhao FJ, Wang P. Arsenic and cadmium accumulation in rice and mitigation strategies.Plant and Soil2020, 446: 1-21.