曾廷廷，蔡澤江，王小利，梁文君，周世偉，徐明崗

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酸性土壤施用石灰提高作物產(chǎn)量的整合分析

曾廷廷1,2，蔡澤江2，王小利1，梁文君2，周世偉2，徐明崗2

（1貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/耕地培育技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

【目的】施用石灰是改良土壤酸度獲得作物增產(chǎn)的傳統(tǒng)而有效的方法之一，整合分析石灰增加作物產(chǎn)量的效應(yīng)和原因，對(duì)科學(xué)合理施用石灰維持作物高產(chǎn)提供指導(dǎo)?！痉椒ā渴占压_(kāi)發(fā)表有關(guān)石灰改良酸性土壤的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，建立土壤pH和作物產(chǎn)量/生物量數(shù)據(jù)庫(kù)。分析土壤初始pH（3.1—6.6）、作物類(lèi)型（糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物）、石灰施入量（＜750、750—1 500、1 500—3 000、3 000—6 000、＞6 000 kg·hm-2）和石灰類(lèi)型（生石灰、熟石灰、石灰石粉）下，作物的增產(chǎn)率。【結(jié)果】與不施石灰相比，酸性土壤上施用石灰可提高作物產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度為2%—255%，糧食類(lèi)作物和經(jīng)濟(jì)類(lèi)作物增產(chǎn)率分別為42%和47%，其中糧食類(lèi)作物增產(chǎn)率大小排序：玉米（149%）＞高粱（142%）＞麥類(lèi)（55%）＞豆類(lèi)（32%）＞水稻（4%）＞薯類(lèi)（2%），經(jīng)濟(jì)類(lèi)作物增產(chǎn)率排序：蔬菜（255%）＞牧草（89%）＞油菜（26%）＞水果（23%）＞煙草（7%）。施用石灰作物增產(chǎn)率隨土壤初始pH的升高呈先升高后降低趨勢(shì)：當(dāng)pH為4.3時(shí)，增產(chǎn)效果最好，達(dá)99%；pH 5.8以上出現(xiàn)減產(chǎn)。在常見(jiàn)土壤酸性范圍（pH 4.5—5.5），石灰用量以3 000—6 000 kg·hm-2最佳，增產(chǎn)率達(dá)55%—173%。熟石灰的增產(chǎn)效果（100%）要優(yōu)于生石灰（32%）和石灰石粉（64%）。施用石灰提高土壤pH和交換性鈣含量、降低交換性鋁含量，是作物增產(chǎn)的主要原因，且當(dāng)交換性鈣為6.2 cmol·kg-1時(shí)增產(chǎn)率最大，也證實(shí)改良土壤酸度時(shí)需要中等石灰用量。【結(jié)論】酸性土壤添加石灰對(duì)蔬菜和玉米的增產(chǎn)效果最好，并優(yōu)先選用熟石灰。石灰用量以3 000—6 000 kg·hm-2為宜，在pH大于5.8時(shí)不宜施用，即酸性土壤改良目標(biāo)值為pH 5.8。

酸性土壤；石灰；作物產(chǎn)量；整合分析；交換性鈣

0 引言

【研究意義】近年來(lái)，土壤酸化加劇[1]，嚴(yán)重制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[2-3]。石灰作為傳統(tǒng)而有效的土壤酸度改良劑之一，被廣泛應(yīng)用于作物增產(chǎn)[4-5]。然而，石灰的增產(chǎn)效果除與土壤起始酸度有關(guān)外，在很大程度上取決于作物種類(lèi)、石灰施用量和類(lèi)型，這也決定了應(yīng)用石灰改良土壤酸度獲得作物增產(chǎn)還存在一定的不確定性。因此，本文整合分析了在酸性土壤上添加石灰后的作物增產(chǎn)效應(yīng)，初步探明影響石灰增產(chǎn)效果的主要因素，對(duì)科學(xué)合理施用石灰改良土壤酸度具有重要指導(dǎo)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】FAGERIA等[6]研究表明不同作物對(duì)土壤酸敏感程度存在明顯差異，其中各作物的酸害閾值（作物產(chǎn)量明顯下降時(shí)的土壤 pH）大小順序?yàn)椋盒←湥╬H 6.3）＞大豆（pH 5.6）＞玉米（pH 5.4）＞水稻（pH 4.9）。HART等[7]研究發(fā)現(xiàn)，苜蓿、蔬菜的最適土壤pH高于大多數(shù)農(nóng)作物。即使同一種作物，由于土壤性質(zhì)和石灰類(lèi)型的差異，也會(huì)得出相反的研究結(jié)論，如張?zhí)毂騕8]在初始pH為4.8的土壤上證實(shí)大豆對(duì)石灰的響應(yīng)高于玉米；而 PAGANI等[9]在初始pH為5.37—5.71的土壤上的研究則顯示玉米對(duì)石灰的響應(yīng)程度高于大豆。石灰類(lèi)物質(zhì)種類(lèi)較多，主要包括生石灰、石灰石粉、熟石灰等，它們之間的效應(yīng)是否有顯著差異，不同研究結(jié)果也不盡相同。姜超強(qiáng)等[10]發(fā)現(xiàn)，生石灰、白云石粉、熟石灰使煙草生物量分別增加13%、9% 和17%，即熟石灰增產(chǎn)效果最佳，是白云石粉的2倍；但 PAGANI等[9]則表明施用不同來(lái)源的石灰對(duì)大豆產(chǎn)量的影響沒(méi)有差異。盡管大量研究表明酸性土壤施用石灰明顯增加作物產(chǎn)量，但連續(xù)或過(guò)量施用石灰，也會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)[11-13]?？梢?jiàn)，施用石灰改良土壤酸度獲得作物增產(chǎn)效果與作物的種類(lèi)、土壤初始酸度、石灰類(lèi)型和施用量密切相關(guān)，而目前習(xí)慣上不加區(qū)分地將土壤pH目標(biāo)值定為5.5，以此計(jì)算石灰需要量，帶有很大的盲目性[14]。【本研究切入點(diǎn)】對(duì)于酸性土壤施用石灰的研究，已有較多報(bào)道，但均基于一種或兩種因素（土壤、作物、石灰種類(lèi)及用量），其結(jié)果只能回答特定條件下的增產(chǎn)效應(yīng)，缺乏整體的綜合分析，因此，對(duì)石灰的增產(chǎn)效應(yīng)及其影響因素仍不清晰?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究以公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)整合分析，揭示石灰增產(chǎn)效應(yīng)的主要影響因素，并針對(duì)不同作物和土壤，提出合理的石灰用量，為酸性土壤改良和農(nóng)田可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

本研究數(shù)據(jù)主要運(yùn)用“中國(guó)知網(wǎng)”、“Google Scholar”、“Web of Science”和“Science Direct”這4個(gè)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，輸入關(guān)鍵詞“土壤酸化（soil acidification）”、“石灰（lime）”、“作物產(chǎn)量/生物量（crop yield/biomass）”，搜索1900—2015年文獻(xiàn)，篩選文獻(xiàn)條件為：（1）同一試驗(yàn)必須包含配對(duì)的處理組和對(duì)照組，對(duì)照為不施石灰，處理組為施石灰；（2）同一個(gè)處理組中，土壤pH與作物產(chǎn)量/生物量必須成對(duì)出現(xiàn)；（3）施肥均為氮磷鉀平衡施肥。采用 Excel 2003 軟件建立了土壤 pH-作物產(chǎn)量/生物量的數(shù)據(jù)庫(kù)，內(nèi)容主要包括文獻(xiàn)信息（作者、文獻(xiàn)來(lái)源、出版年份等）、土壤原始信息（pH、交換性鈣，交換性鋁）、處理信息（施肥、施石灰、其他）、作物（種類(lèi)、產(chǎn)量/生物量）、作物收獲后土壤信息（pH、交換性鈣，交換性鋁等）。在搜集過(guò)程中，如果數(shù)據(jù)以圖的形式展示，采用 GetData Graph Digitizer 2.24 軟件來(lái)獲取。不同來(lái)源、不同類(lèi)型石灰均按其純度和酸中和值（CaCO3：100%，CaO：179%，Ca(OH)2：136%）折算成CaO的施入量[15]。共收集到文獻(xiàn)76篇（中文35篇、英文41篇），數(shù)據(jù)643組。

筆者選定的指標(biāo)參數(shù)為作物種類(lèi)、土壤初始pH、石灰類(lèi)型和石灰施入量。樣本分布如表1所示，糧食作物包括水稻、玉米、高粱、豆類(lèi)、麥類(lèi)、薯類(lèi)，大量樣本數(shù)主要集中在水稻、麥類(lèi)、玉米和豆類(lèi)，關(guān)于高粱和薯類(lèi)的樣本數(shù)較少。經(jīng)濟(jì)作物主要包括蔬菜、牧草、水果、煙草、油菜等，關(guān)于牧草的樣本數(shù)最高，其他幾種樣本較少。土壤初始pH值介于3.1—6.6，在此基礎(chǔ)上按0.5 pH個(gè)單位將其劃分為五個(gè)階段：＜4.5、4.5—5.0、5.0—5.5、5.5—6.0、≥6.0，大量數(shù)據(jù)樣本集中在pH＜4.5，4.5—5.0和5.0—5.5 3個(gè)階段。石灰類(lèi)型主要包括生石灰（CaO）、石灰石粉（CaCO3）和熟石灰（Ca(OH)2），其中Ca(OH)2的樣本數(shù)最少，僅占總樣本數(shù)的5%，CaO和CaCO3的樣本數(shù)最高，分別是355和255。數(shù)據(jù)整理發(fā)現(xiàn)，石灰施用量跨度較大，樣本數(shù)主要集中在 750—6 000 kg·hm-2處，數(shù)據(jù)量達(dá)到470，占據(jù)整個(gè)樣本數(shù)的73%。

表1 數(shù)據(jù)庫(kù)樣本分布情況

括號(hào)內(nèi)為樣本數(shù)Number of samples in brackets

將所收集到的全部增產(chǎn)率數(shù)據(jù)輸入SPSS運(yùn)行，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布。檢驗(yàn)結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布（＜0.01），按大小排序，取處于5%—95%區(qū)間的樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.2 整合分析

分別按作物種類(lèi)、土壤初始pH、石灰類(lèi)型和石灰施入量對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分組。數(shù)據(jù)收集于多個(gè)相互獨(dú)立的研究，采用作物增產(chǎn)率作為計(jì)算的效應(yīng)值, 其計(jì)算公式如下：作物增產(chǎn)率（%）=（處理的產(chǎn)量-對(duì)照的產(chǎn)量）/對(duì)照的產(chǎn)量×100，平均值均取自每組數(shù)據(jù)按大小排序的5%—95%數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，利用SigmaPlot 12.5軟件中的隨機(jī)效應(yīng)模型對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，利用SigmaPlot 12.5和Excel 2003軟件進(jìn)行作圖，用Duncan法檢驗(yàn)不同處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果

2.1 施石灰對(duì)不同作物的增產(chǎn)效果

分析顯示（圖1），酸性土壤施用石灰提高作物產(chǎn)量，增產(chǎn)率為2%—255%，其中糧食類(lèi)作物和經(jīng)濟(jì)類(lèi)作物的增產(chǎn)率分別為42%和47%。對(duì)糧食類(lèi)作物之間進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)（圖1-A），玉米（149%）、高粱（142%）對(duì)施加石灰的響應(yīng)效果顯著高于其他作物；麥類(lèi)（55%）、豆類(lèi)（32%）的增產(chǎn)率處于中等水平，接近糧食類(lèi)作物整體的平均值；對(duì)石灰的響應(yīng)程度最低的是薯類(lèi)和水稻，增產(chǎn)率分別為2%和4%。經(jīng)濟(jì)類(lèi)作物（圖1-B）中蔬菜對(duì)施用石灰的響應(yīng)程度顯著高于其他作物，增產(chǎn)率達(dá)到了255%；牧草、水果、煙草和油菜的增產(chǎn)率之間沒(méi)有顯著差異，按增產(chǎn)率大小排序，其產(chǎn)量對(duì)石灰的響應(yīng)為：牧草（85%）＞油菜（26%）＞水果（23%）＞煙草（7%）。

2.2 不同土壤初始pH、石灰類(lèi)型及施入量下作物的增產(chǎn)效果

從整體看（圖2），酸性土壤施用石灰可顯著提高作物產(chǎn)量，平均增產(chǎn)率為48%，隨土壤初始pH升高，作物增產(chǎn)率對(duì)施用石灰的響應(yīng)呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)pH為4.3時(shí)，增產(chǎn)率達(dá)到最大（99%），pH大于5.8時(shí)，施用石灰，作物出現(xiàn)減產(chǎn)。

進(jìn)一步分析同一初始土壤pH下，不同石灰（CaO）用量的增產(chǎn)效應(yīng)，如（圖3）所示。結(jié)果表明，當(dāng)pH＜4.5 時(shí)，作物增產(chǎn)率呈現(xiàn)隨石灰施入量（73—53 000 kg·hm-2）增加而升高的趨勢(shì)，增產(chǎn)率達(dá)47%—90%，但石灰用量大于6 000 kg·hm-2時(shí)，其對(duì)作物的增產(chǎn)效果并未顯著高于施用量為750—1 500 kg·hm-2和3 000—6 000 kg·hm-2石灰處理，僅顯著高于用量小于750 kg·hm-2和1 500—3 000 kg·hm-2的石灰處理。pH處在4.5—5.0之間時(shí)，呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，此階段施用3 000—6 000 kg·hm-2的石灰增產(chǎn)效果最佳，增產(chǎn)率可達(dá)到173%，顯著高于除750—1 500 kg·hm-2石灰處理外的其他石灰用量。pH處在5.0—5.5之間時(shí)，施用石灰對(duì)作物的增產(chǎn)效果明顯低于前兩個(gè)階段，石灰施入量為3 000—6 000 kg·hm-2時(shí)增產(chǎn)率最大，達(dá)到55%，顯著高于用量低于750 kg·hm-2的石灰處理。pH＞5.5時(shí)，施用石灰對(duì)作物的增產(chǎn)效果不明顯，甚至出現(xiàn)減產(chǎn)現(xiàn)象，此階段由于數(shù)據(jù)樣本量總數(shù)為7個(gè)，其中石灰用量小于750 kg·hm-2的樣本數(shù)為4個(gè)，750—1 500 kg·hm-2為0個(gè)，剩余3個(gè)樣本數(shù)分別分布在石灰用量為1 500— 3 000 kg·hm-2、3 000—6 000 kg·hm-2、大于6 000 kg·hm-23個(gè)石灰用量階段，無(wú)法進(jìn)行差異顯著性分析。

施用不同類(lèi)型石灰物質(zhì)，作物增產(chǎn)效果存在顯著差異（圖4），施用Ca(OH)2的作物增產(chǎn)率達(dá)到100%，顯著高于施用CaCO3（64%）和CaO（32%），增產(chǎn)效果分別是它們的1.5倍和3倍；CaCO3和 CaO 間也存在顯著差異，以生石灰施用的作物增產(chǎn)效果最差。

2.3 土壤pH增加量（△pH）、交換性鋁和交換性鈣濃度與石灰用量及作物增產(chǎn)的關(guān)系

酸性土壤施用石灰對(duì)土壤△pH、交換性鈣及交換性鋁濃度的影響較大。分析發(fā)現(xiàn)，土壤△pH隨石灰施入量的增加呈快速上升漸至平緩的二次函數(shù)趨勢(shì)（圖5-a），同時(shí)，石灰的施入向土壤中增加了外源鈣，土壤交換性鈣濃度隨石灰施入量的加大呈直線增加（圖5-c）；石灰用量越高，土壤潛在酸的含量越低，交換性鋁濃度明顯降低（圖5-e）。結(jié)合著產(chǎn)量關(guān)系分析顯示，當(dāng)△pH為1.5時(shí)，增產(chǎn)率達(dá)到最大，為99%（圖5-b），此時(shí)石灰施入量是7 200 kg·hm-2（圖5-a）；土壤交換性鈣濃度的適當(dāng)增加有利于作物的增產(chǎn)，圖5-d顯示，土壤交換性鈣濃度介于0.56—11.8 cmol·kg-1之間對(duì)作物生長(zhǎng)有益，當(dāng)濃度達(dá)到6.2 cmol·kg-1時(shí)，作物增產(chǎn)最佳（95%），超過(guò)11.8 cmol·kg-1后作物減產(chǎn)；交換性鋁濃度過(guò)高會(huì)對(duì)作物生長(zhǎng)造成毒害，當(dāng)鋁濃度降低到0.2 cmol·kg-1以下時(shí)，鋁毒的危害不明顯，作物增產(chǎn)顯著（圖5-f）。

3 討論

整體而言，與不施石灰相比，酸性土壤上施用石灰可以提高作物產(chǎn)量，但不同作物的提高幅度有所不同，一方面原因在于不同作物對(duì)土壤酸度的敏感程度不同，即酸害閾值不同[16-17]。本研究結(jié)果顯示玉米對(duì)土壤酸度的敏感程度高于麥類(lèi)和豆類(lèi)，土壤pH低時(shí)玉米減產(chǎn)嚴(yán)重，施入石灰后增產(chǎn)效應(yīng)高于麥類(lèi)和豆類(lèi)。另一方面，石灰對(duì)作物產(chǎn)量的影響還與土壤營(yíng)養(yǎng)元素的豐缺情況有關(guān)[18-19]，如蔬菜類(lèi)對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的需求量較高，土壤pH降低導(dǎo)致此類(lèi)元素的缺乏，造成蔬菜類(lèi)作物的嚴(yán)重減產(chǎn)，施用石灰提高土壤pH的同時(shí)增加營(yíng)養(yǎng)元素的濃度，顯著提高蔬菜類(lèi)作物產(chǎn)量[20-21]。施用石灰后煙草增產(chǎn)效果較低，主要是因?yàn)檫m宜煙草生長(zhǎng)的土壤酸度范圍較廣，在此范圍內(nèi)改良土壤酸度對(duì)煙草的增產(chǎn)效果不明顯，但由于煙葉中總糖、煙堿等成分的形成受到土壤pH和鉀、鈣等元素的限制，因此生產(chǎn)上也常常會(huì)對(duì)酸性植煙土壤施用一定量的石灰，以提高煙葉的品質(zhì)[22-23]。水稻增產(chǎn)效果較低的原因，可能是淹水條件下土壤還原能力加強(qiáng)，一般來(lái)說(shuō)淹水后土壤pH接近6.0—7.0，而種植水稻只有當(dāng)pH達(dá)到5.0及其以下時(shí)，施石灰才可獲得明顯效益[24]。因此，不同作物在同一土壤酸度條件下對(duì)石灰的響應(yīng)程度不同，使得數(shù)據(jù)樣本增產(chǎn)率的范圍較大，除此之外，土壤性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)條件也可能是導(dǎo)致增產(chǎn)率差異較大的原因。

酸性土壤施用石灰提高作物產(chǎn)量主要是通過(guò)提高土壤pH和交換性鈣，同時(shí)降低交換性鋁濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)的[25]。在不同酸度土壤上施用石灰，作物增產(chǎn)效果差異較大，這主要是因?yàn)橥寥啦煌岫惹闆r下，達(dá)到目標(biāo)pH所需的石灰量不同[26]。本研究結(jié)果顯示，初始pH為5.8時(shí)使用石灰作物不再增產(chǎn)，考慮大多數(shù)作物生長(zhǎng)對(duì)土壤酸度的需求[4]，將 pH 5.8作為酸性土壤改良的目標(biāo)值，再結(jié)合土壤△pH為1.5時(shí)施用7 200 kg·hm-2石灰作物增產(chǎn)效果最好的結(jié)果分析，可推算出土壤 pH 為4.3時(shí)石灰施入量應(yīng)為7 200 kg·hm-2，這將是最大的石灰需要量，而對(duì)pH高于4.3的酸性土壤（pH 4.4—5.5）而言，△pH＜1.5，所需的石灰用量應(yīng)低于 7 200 kg·hm-2，此推論與圖3中pH處于4.5—5.5范圍的土壤，其適宜石灰施用范圍是3 000—6 000 kg·hm-2這個(gè)結(jié)論一致。酸性土壤施用石灰提高土壤pH的同時(shí)，向土壤中引入了外源鈣，提高了土壤中交換性鈣的濃度。鈣是作物生長(zhǎng)發(fā)育必需的營(yíng)養(yǎng)元素，其在土壤中的有效含量過(guò)低易造成作物鈣素缺乏，影響作物的生長(zhǎng)；過(guò)剩則會(huì)造成土壤中鉀、鈣、鎂等營(yíng)養(yǎng)元素平衡失調(diào)，抑制作物對(duì)其他元素的吸收，導(dǎo)致作物減產(chǎn)[27-29]。王文軍等[30]研究發(fā)現(xiàn)，酸性黃紅壤施用白云石可以提高土壤交換性鈣濃度，當(dāng)交換性鈣濃度介于1.76—2.40 cmol·kg-1之間時(shí)，小麥增產(chǎn)顯著；當(dāng)交換性鈣濃度大于1.00 cmol·kg-1時(shí)，玉米增產(chǎn)顯著，與本研究土壤交換性鈣濃度介于0.56—11.8 cmol·kg-1之間對(duì)作物生長(zhǎng)有益的結(jié)果一致。因此，土壤適宜的交換性鈣濃度有助于作物的增產(chǎn)，這也從另一層面說(shuō)明石灰施用并非越多越好，適宜的用量既保證提供足夠的鈣營(yíng)養(yǎng)，又防治鈣過(guò)剩造成的營(yíng)養(yǎng)失衡和資源浪費(fèi)。此外，石灰的施用對(duì)降低土壤交換性鋁濃度具有重要意義。土壤酸化程度越嚴(yán)重，交換性鋁濃度越高，抑制或毒害作物根系生長(zhǎng)后間接影響作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，造成作物減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)[31-32]。pH為3.9的土壤上，低石灰用量對(duì)提高土壤pH沒(méi)有明顯效果，但對(duì)降低土壤交換性鋁濃度效果顯著[31]，土壤交換性鋁濃度與pH的變化呈負(fù)相關(guān)[33-34]，當(dāng)土壤pH小于5.0時(shí)，交換性鋁濃度增加，危害作物生長(zhǎng)[35]，土壤pH大于5時(shí)，有效緩解了土壤中有毒形態(tài)的活性鋁離子，提高了作物產(chǎn)量。因此，土壤交換性鋁濃度也可作為一個(gè)衡量酸性土壤施用石灰提高作物產(chǎn)量的指標(biāo)。

作物增產(chǎn)效果也與石灰種類(lèi)密切相關(guān)，不同石灰種類(lèi)因所含成分和組分比例不同，對(duì)植物體營(yíng)養(yǎng)吸收的影響也不盡相同[29]。相比于CaCO3和CaO，Ca(OH)2增產(chǎn)效果更好（圖4），因?yàn)镃a(OH)2具有較強(qiáng)的殺菌消毒效果，連作障礙的土壤上有害真菌含量較高，且真菌在pH較低的土壤中有很強(qiáng)的活性，易使作物發(fā)生病害，此時(shí)施用Ca(OH)2，可以降低病害的發(fā)生率，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[36]。

4 結(jié)論

整合分析表明，酸性土壤上施用石灰可提高作物產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度為2%—255%，其中以蔬菜（255%）和玉米（149%）的增產(chǎn)最突出，水稻（4%）、薯類(lèi)（2%）及煙草（7%）的增產(chǎn)效應(yīng)較小，因此，石灰的使用應(yīng)優(yōu)先用在蔬菜和玉米上。熟石灰的增產(chǎn)效果（100%）要優(yōu)于生石灰（32%）和石灰石粉（64%），因而，實(shí)際酸性土壤改良時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用熟石灰。以 pH 等于5.8 作為改良目標(biāo)值，施用石灰以提高小于1.5個(gè)土壤pH單位為最佳，因此推論施用石灰改良初始pH介于4.3—5.8之間的土壤效果最好，且初始土壤pH為4.3時(shí)，適宜的石灰用量為 3 000—6 000 kg·hm-2。土壤交換性鈣濃度隨石灰用量的增加呈線性增加，但過(guò)高的鈣（11.8 cmol·kg-1）導(dǎo)致作物減產(chǎn)，而交換性鋁濃度隨石灰用量的增加呈快速下降趨勢(shì)，土壤低于0.2 cmol·kg-1的交換性鋁濃度有利于作物生長(zhǎng)，進(jìn)一步表明施用石灰改良酸性土壤需要適合的石灰用量。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Integrated Analysis of Liming for Increasing Crop Yield in Acidic Soils

ZENG TingTing1,2, CAI ZeJiang2, WANG XiaoLi1, LIANG WenJun2, ZHOU ShiWei2, Xu MingGang2

(1College of Agronomy, Guizhou University, Guiyang 550025;2Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Laboratory for Improving Quality of Arable Land, Beijing 100081)

【Objective】 Application of lime is one of the traditional and effective methods for improving soil acidity to obtain crop yield, so it is very important to integratedly analysis of the effect and cause during liming to increase yield of crops by scientific and rational application of lime to maintain crop yield. Sustain crop production in acidic soils by rational application of lime.【Method】 The published data from 76 studies were collected, a relational database of soil pH-crop yield/biomass was developed. Then the crop growth rate (CGR) was assessed under initial soil pH (3.1-6.6), crop species (cereal crops, cash crops), application rate of lime (＜750, 750-1 500, 1 500-3 000, 3 000-6 000,＞6 000 kg·hm-2) and lime type (calcium lime, slacked lime, limestone powder). 【Result】Compared to control (without liming), crop yield was promoted by liming in acidic soils, with CGR ranging from 2% to 255%, where CGR was 42% and 47% for cereal crops and cash crops, respectively, and where the order for cereal crops was maize (149%)＞sorghum (142%)＞wheat (55%)＞bean (32%)＞rice (4%)＞tuber (2%), whereas the order for cash crops was vegetable (255%)＞pasture (89%)＞rape (26%)＞fruit (23%)＞tobacco (7%). Under application of lime, with increasing initial soil pH, CGR first increased, reached a maximum where 99% at pH 4.3 was found, and then decreased, even less than zero at pH 5.8. In common acidic soils (pH 4.5-5.5), the optimal application rate of lime ranged from 3 000 to 6 000 kg·hm-2, where CGR could reach 55%-173%. In addition, slacked lime showed the best effect on increasing crop yield, where CGR was 100%, higher than that of calcium lime (32%) and limestone powder (64%). Application of lime to improve soil pH and exchangeable calcium, decreased exchangeable aluminum content, which was the main cause of increased crop yield under application of lime to acidic soils. However, CGR reached the maximum at ΔpH was 1.5 and exchangeable calcium was 6.2 cmol·kg-1, suggesting that a moderate amount of lime should be applied during ameliorating soil acidity. 【Conclusion】 The highest priority should be given to vegetable and maize when application of lime to acidic soils, and slacked lime would be employed as the first choice. The application rate of lime was recommended to be 3 000-6 000 kg·hm-2, and no lime was applied at pH more than 5.8. That is, the pH target 5.8 should be set and correspondingly lime requirement be determined for amelioration of soil acidity.

acidic soil; lime; crop yield; integrated analysis; exchangeable calcium

2017-01-20；接受日期：2017-04-10

國(guó)家“973”計(jì)劃（2014CB441001）、中國(guó)博士后科學(xué)基金（2015M571178）、國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)項(xiàng)目（31360503）

曾廷廷，E-mail：zengtingting007@163.com。通信作者王小利，E-mail：ls.wangxl@gzu.edu.cn。通信作者周世偉，E-mail：swzhou77@163.com