酸性土壤施用石灰提高作物產量的整合分析

曾廷廷，蔡澤江，王小利，梁文君，周世偉，徐明崗

?

酸性土壤施用石灰提高作物產量的整合分析

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貴州大學農學院，貴陽 550025；2中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所/耕地培育技術國家工程實驗室，北京 100081）

【目的】施用石灰是改良土壤酸度獲得作物增產的傳統而有效的方法之一，整合分析石灰增加作物產量的效應和原因，對科學合理施用石灰維持作物高產提供指導。【方法】收集已公開發表有關石灰改良酸性土壤的文獻數據，建立土壤pH和作物產量/生物量數據庫。分析土壤初始pH（3.1—6.6）、作物類型（糧食作物、經濟作物）、石灰施入量（＜750、750—1 500、1 500—3 000、3 000—6 000、＞6 000 kg·hm-2）和石灰類型（生石灰、熟石灰、石灰石粉）下，作物的增產率。【結果】與不施石灰相比，酸性土壤上施用石灰可提高作物產量，增產幅度為2%—255%，糧食類作物和經濟類作物增產率分別為42%和47%，其中糧食類作物增產率大小排序：玉米（149%）＞高粱（142%）＞麥類（55%）＞豆類（32%）＞水稻（4%）＞薯類（2%），經濟類作物增產率排序：蔬菜（255%）＞牧草（89%）＞油菜（26%）＞水果（23%）＞煙草（7%）。施用石灰作物增產率隨土壤初始pH的升高呈先升高后降低趨勢：當pH為4.3時，增產效果最好，達99%；pH 5.8以上出現減產。在常見土壤酸性范圍（pH 4.5—5.5），石灰用量以3 000—6 000 kg·hm-2最佳，增產率達55%—173%。熟石灰的增產效果（100%）要優于生石灰（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，是作物增產的主要原因，且當交換性鈣為6.2 cmol·kg-1時增產率最大，也證實改良土壤酸度時需要中等石灰用量。【結論】酸性土壤添加石灰對蔬菜和玉米的增產效果最好，并優先選用熟石灰。石灰用量以3 000—6 000 kg·hm-2為宜，在pH大于5.8時不宜施用，即酸性土壤改良目標值為pH 5.8。

酸性土壤；石灰；作物產量；整合分析；交換性鈣

0 引言

【研究意義】近年來，土壤酸化加劇[1]，嚴重制約著農業生產的可持續發展[2-3]。石灰作為傳統而有效的土壤酸度改良劑之一，被廣泛應用于作物增產[4-5]。然而，石灰的增產效果除與土壤起始酸度有關外，在很大程度上取決于作物種類、石灰施用量和類型，這也決定了應用石灰改良土壤酸度獲得作物增產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效應，初步探明影響石灰增產效果的主要因素，對科學合理施用石灰改良土壤酸度具有重要指導意義。【前人研究進展】FAGERIA等[6]研究表明不同作物對土壤酸敏感程度存在明顯差異，其中各作物的酸害閾值（作物產量明顯下降時的土壤 pH）大小順序為：小麥（pH 6.3）＞大豆（pH 5.6）＞玉米（pH 5.4）＞水稻（pH 4.9）。HART等[7]研究發現，苜蓿、蔬菜的最適土壤pH高于大多數農作物。即使同一種作物，由于土壤性質和石灰類型的差異，也會得出相反的研究結論，如張天彬[8]在初始pH為4.8的土壤上證實大豆對石灰的響應高于玉米；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石灰的響應程度高于大豆。石灰類物質種類較多，主要包括生石灰、石灰石粉、熟石灰等，它們之間的效應是否有顯著差異，不同研究結果也不盡相同。姜超強等[10]發現，生石灰、白云石粉、熟石灰使煙草生物量分別增加13%、9% 和17%，即熟石灰增產效果最佳，是白云石粉的2倍；但 PAGANI等[9]則表明施用不同來源的石灰對大豆產量的影響沒有差異。盡管大量研究表明酸性土壤施用石灰明顯增加作物產量，但連續或過量施用石灰，也會導致作物減產[11-13]。可見，施用石灰改良土壤酸度獲得作物增產效果與作物的種類、土壤初始酸度、石灰類型和施用量密切相關，而目前習慣上不加區分地將土壤pH目標值定為5.5，以此計算石灰需要量，帶有很大的盲目性[14]。【本研究切入點】對于酸性土壤施用石灰的研究，已有較多報道，但均基于一種或兩種因素（土壤、作物、石灰種類及用量），其結果只能回答特定條件下的增產效應，缺乏整體的綜合分析，因此，對石灰的增產效應及其影響因素仍不清晰。【擬解決的關鍵問題】本研究以公開發表的文獻數據資料為基礎，通過數據整合分析，揭示石灰增產效應的主要影響因素，并針對不同作物和土壤，提出合理的石灰用量，為酸性土壤改良和農田可持續利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 數據庫的建立

本研究數據主要運用“中國知網”、“Google Scholar”、“Web of Science”和“Science Direct”這4個文獻數據庫，輸入關鍵詞“土壤酸化（soil acidification）”、“石灰（lime）”、“作物產量/生物量（crop yield/biomass）”，搜索1900—2015年文獻，篩選文獻條件為：（1）同一試驗必須包含配對的處理組和對照組，對照為不施石灰，處理組為施石灰；（2）同一個處理組中，土壤pH與作物產量/生物量必須成對出現；（3）施肥均為氮磷鉀平衡施肥。采用 Excel 2003 軟件建立了土壤 pH-作物產量/生物量的數據庫，內容主要包括文獻信息（作者、文獻來源、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、產量/生物量）、作物收獲后土壤信息（pH、交換性鈣，交換性鋁等）。在搜集過程中，如果數據以圖的形式展示，采用 GetData Graph Digitizer 2.24 軟件來獲取。不同來源、不同類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76篇（中文35篇、英文41篇），數據643組。

筆者選定的指標參數為作物種類、土壤初始pH、石灰類型和石灰施入量。樣本分布如表1所示，糧食作物包括水稻、玉米、高粱、豆類、麥類、薯類，大量樣本數主要集中在水稻、麥類、玉米和豆類，關于高粱和薯類的樣本數較少。經濟作物主要包括蔬菜、牧草、水果、煙草、油菜等，關于牧草的樣本數最高，其他幾種樣本較少。土壤初始pH值介于3.1—6.6，在此基礎上按0.5 pH個單位將其劃分為五個階段：＜4.5、4.5—5.0、5.0—5.5、5.5—6.0、≥6.0，大量數據樣本集中在pH＜4.5，4.5—5.0和5.0—5.5 3個階段。石灰類型主要包括生石灰（CaO）、石灰石粉（CaCO3）和熟石灰（Ca(OH)2），其中Ca(OH)2的樣本數最少，僅占總樣本數的5%，CaO和CaCO3的樣本數最高，分別是355和255。數據整理發現，石灰施用量跨度較大，樣本數主要集中在 750—6 000 kg·hm-2處，數據量達到470，占據整個樣本數的73%。

表1 數據庫樣本分布情況

括號內為樣本數Number of samples in brackets

將所收集到的全部增產率數據輸入SPSS運行，檢驗數據是否符合正態分布。檢驗結果顯示，數據符合正態分布（＜0.01），按大小排序，取處于5%—95%區間的樣本進行數據分析。

1.2 整合分析

分別按作物種類、土壤初始pH、石灰類型和石灰施入量對數據進行分組。數據收集于多個相互獨立的研究，采用作物增產率作為計算的效應值, 其計算公式如下：作物增產率（%）=（處理的產量-對照的產量）/對照的產量×100，平均值均取自每組數據按大小排序的5%—95%數據范圍內，利用SigmaPlot 12.5軟件中的隨機效應模型對原始數據進行整合分析，利用SigmaPlot 12.5和Excel 2003軟件進行作圖，用Duncan法檢驗不同處理間的差異顯著性。

2 結果

2.1 施石灰對不同作物的增產效果

分析顯示（圖1），酸性土壤施用石灰提高作物產量，增產率為2%—255%，其中糧食類作物和經濟類作物的增產率分別為42%和47%。對糧食類作物之間進行比較發現（圖1-A），玉米（149%）、高粱（142%）對施加石灰的響應效果顯著高于其他作物；麥類（55%）、豆類（32%）的增產率處于中等水平，接近糧食類作物整體的平均值；對石灰的響應程度最低的是薯類和水稻，增產率分別為2%和4%。經濟類作物（圖1-B）中蔬菜對施用石灰的響應程度顯著高于其他作物，增產率達到了255%；牧草、水果、煙草和油菜的增產率之間沒有顯著差異，按增產率大小排序，其產量對石灰的響應為：牧草（85%）＞油菜（26%）＞水果（23%）＞煙草（7%）。

2.2 不同土壤初始pH、石灰類型及施入量下作物的增產效果

從整體看（圖2），酸性土壤施用石灰可顯著提高作物產量，平均增產率為48%，隨土壤初始pH升高，作物增產率對施用石灰的響應呈現先增加后降低的趨勢，當pH為4.3時，增產率達到最大（99%），pH大于5.8時，施用石灰，作物出現減產。

進一步分析同一初始土壤pH下，不同石灰（CaO）用量的增產效應，如（圖3）所示。結果表明，當pH＜4.5 時，作物增產率呈現隨石灰施入量（73—53 000 kg·hm-2）增加而升高的趨勢，增產率達47%—90%，但石灰用量大于6 000 kg·hm-2時，其對作物的增產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，呈現出先增加后降低的趨勢，此階段施用3 000—6 000 kg·hm-2的石灰增產效果最佳，增產率可達到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，施用石灰對作物的增產效果明顯低于前兩個階段，石灰施入量為3 000—6 000 kg·hm-2時增產率最大，達到55%，顯著高于用量低于750 kg·hm-2的石灰處理。pH＞5.5時，施用石灰對作物的增產效果不明顯，甚至出現減產現象，此階段由于數據樣本量總數為7個，其中石灰用量小于750 kg·hm-2的樣本數為4個，750—1 500 kg·hm-2為0個，剩余3個樣本數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個石灰用量階段，無法進行差異顯著性分析。

施用不同類型石灰物質，作物增產效果存在顯著差異（圖4），施用Ca(OH)2的作物增產率達到100%，顯著高于施用CaCO3（64%）和CaO（32%），增產效果分別是它們的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的關系

酸性土壤施用石灰對土壤△pH、交換性鈣及交換性鋁濃度的影響較大。分析發現，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趨勢（圖5-a），同時，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）。結合著產量關系分析顯示，當△pH為1.5時，增產率達到最大，為99%（圖5-b），此時石灰施入量是7 200 kg·hm-2（圖5-a）；土壤交換性鈣濃度的適當增加有利于作物的增產，圖5-d顯示，土壤交換性鈣濃度介于0.56—11.8 cmol·kg-1之間對作物生長有益，當濃度達到6.2 cmol·kg-1時，作物增產最佳（95%），超過11.8 cmol·kg-1后作物減產；交換性鋁濃度過高會對作物生長造成毒害，當鋁濃度降低到0.2 cmol·kg-1以下時，鋁毒的危害不明顯，作物增產顯著（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土壤酸度的敏感程度不同，即酸害閾值不同[16-17]。本研究結果顯示玉米對土壤酸度的敏感程度高于麥類和豆類，土壤pH低時玉米減產嚴重，施入石灰后增產效應高于麥類和豆類。另一方面，石灰對作物產量的影響還與土壤營養元素的豐缺情況有關[18-19]，如蔬菜類對土壤中營養元素的需求量較高，土壤pH降低導致此類元素的缺乏，造成蔬菜類作物的嚴重減產，施用石灰提高土壤pH的同時增加營養元素的濃度，顯著提高蔬菜類作物產量[20-21]。施用石灰后煙草增產效果較低，主要是因為適宜煙草生長的土壤酸度范圍較廣，在此范圍內改良土壤酸度對煙草的增產效果不明顯，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，因此生產上也常常會對酸性植煙土壤施用一定量的石灰，以提高煙葉的品質[22-23]。水稻增產效果較低的原因，可能是淹水條件下土壤還原能力加強，一般來說淹水后土壤pH接近6.0—7.0，而種植水稻只有當pH達到5.0及其以下時，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石灰的響應程度不同，使得數據樣本增產率的范圍較大，除此之外，土壤性質和實驗條件也可能是導致增產率差異較大的原因。

酸性土壤施用石灰提高作物產量主要是通過提高土壤pH和交換性鈣，同時降低交換性鋁濃度來實現的[25]。在不同酸度土壤上施用石灰，作物增產效果差異較大，這主要是因為土壤不同酸度情況下，達到目標pH所需的石灰量不同[26]。本研究結果顯示，初始pH為5.8時使用石灰作物不再增產，考慮大多數作物生長對土壤酸度的需求[4]，將 pH 5.8作為酸性土壤改良的目標值，再結合土壤△pH為1.5時施用7 200 kg·hm-2石灰作物增產效果最好的結果分析，可推算出土壤 pH 為4.3時石灰施入量應為7 200 kg·hm-2，這將是最大的石灰需要量，而對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這個結論一致。酸性土壤施用石灰提高土壤pH的同時，向土壤中引入了外源鈣，提高了土壤中交換性鈣的濃度。鈣是作物生長發育必需的營養元素，其在土壤中的有效含量過低易造成作物鈣素缺乏，影響作物的生長；過剩則會造成土壤中鉀、鈣、鎂等營養元素平衡失調，抑制作物對其他元素的吸收，導致作物減產[27-29]。王文軍等[30]研究發現，酸性黃紅壤施用白云石可以提高土壤交換性鈣濃度，當交換性鈣濃度介于1.76—2.40 cmol·kg-1之間時，小麥增產顯著；當交換性鈣濃度大于1.00 cmol·kg-1時，玉米增產顯著，與本研究土壤交換性鈣濃度介于0.56—11.8 cmol·kg-1之間對作物生長有益的結果一致。因此，土壤適宜的交換性鈣濃度有助于作物的增產，這也從另一層面說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養，又防治鈣過剩造成的營養失衡和資源浪費。此外，石灰的施用對降低土壤交換性鋁濃度具有重要意義。土壤酸化程度越嚴重，交換性鋁濃度越高，抑制或毒害作物根系生長后間接影響作物對養分的吸收，造成作物減產甚至絕產[31-32]。pH為3.9的土壤上，低石灰用量對提高土壤pH沒有明顯效果，但對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的變化呈負相關[33-34]，當土壤pH小于5.0時，交換性鋁濃度增加，危害作物生長[35]，土壤pH大于5時，有效緩解了土壤中有毒形態的活性鋁離子，提高了作物產量。因此，土壤交換性鋁濃度也可作為一個衡量酸性土壤施用石灰提高作物產量的指標。

作物增產效果也與石灰種類密切相關，不同石灰種類因所含成分和組分比例不同，對植物體營養吸收的影響也不盡相同[29]。相比于CaCO3和CaO，Ca(OH)2增產效果更好（圖4），因為Ca(OH)2具有較強的殺菌消毒效果，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的活性，易使作物發生病害，此時施用Ca(OH)2，可以降低病害的發生率，提高作物產量和品質[36]。

4 結論

整合分析表明，酸性土壤上施用石灰可提高作物產量，增產幅度為2%—255%，其中以蔬菜（255%）和玉米（149%）的增產最突出，水稻（4%）、薯類（2%）及煙草（7%）的增產效應較小，因此，石灰的使用應優先用在蔬菜和玉米上。熟石灰的增產效果（100%）要優于生石灰（32%）和石灰石粉（64%），因而，實際酸性土壤改良時，應優先選用熟石灰。以 pH 等于5.8 作為改良目標值，施用石灰以提高小于1.5個土壤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，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，但過高的鈣（11.8 cmol·kg-1）導致作物減產，而交換性鋁濃度隨石灰用量的增加呈快速下降趨勢，土壤低于0.2 cmol·kg-1的交換性鋁濃度有利于作物生長，進一步表明施用石灰改良酸性土壤需要適合的石灰用量。

References

[1] ANDERSON N P, HART J M, SULLIVAN D M, HORNECK D A, PIRELLI G J, CHIRSTENSEN N W.. Oregon: Corvallis or Extension Service Oregon State University, 2013.

[2] 魯艷紅, 廖育林, 聶軍, 周興, 謝堅, 楊曾平, 吳浩杰. 長期施用氮磷鉀肥和石灰對紅壤性水稻土酸性特征的影響. 土壤學報, 2016,53(1): 202-212. LU Y H, LIAO Y L, NIE J, ZHOU X, XIE J, YANG Z P, WU H J.Effect of long-term fertilization and lime application on soil acidity of reddish paddysoil., 2016, 53(1): 202-212. (inChinese)

[3] 李嵐濤, 魯劍巍, 任濤, 李小坤, 叢日環. 酸化土壤調理劑在油菜上的應用效果. 華中農業大學學報, 2014, 33(5): 57-60. LI L T, LU J W, REN T, LI X K, CONG R H. Application effects of acid soil conditioner on winter oilseed rape.ty, 2014, 33(5): 57-60. (in Chinese)

[4] FAGERIA N K, BALIGAR V C. Ameliorating soil acidity of tropical oxisols by liming for sustainable crop production., 2008, 99(8): 345-399.

[5] CHAPLAIN V, DEFOSSEZ P, DELARUE G, ROGER J, DEXTER A R, RICHARD G, TESSIER D. Impact of lime and mineral fertilizers on mechanical strength for various soil pHs., 2011, 167/168(8): 360-368.

[6] FAGERIA N K, BALIGAR V C. Growth and nutrient concentrations of common bean, lowland rice, corn, soybean, and wheat at different soil pH on an inceptisol., 1999, 22(9): 1495-1507.

[7] HART J M, SULLIVAN D M, ANDERSON N P, HULTING A G, HORNECK D A, CHRISTENSEN N W.. Oregon: Corvallis or Extension Service Oregon State University,2013.

[8] 張天彬, 利用石灰改良四川酸性土壤的研究[D]. 四川: 四川農業大學, 2001.

ZHANG T B. Study on improvement of acidic soil with lime in Sichuan[D]. Sichuan: Sichuan Agricultural University, 2001. (in Chinese)

[9] PAGANI A, MALLARINO A P. Soil pH and crop grain yield as affected by the source and rate of lime., 2012, 76(5): 1877-1886.

[10] 姜超強, 董建江, 徐經年, 沈嘉, 薛寶燕, 祖朝龍. 改良劑對土壤酸堿度和烤煙生長及煙葉中重金屬含量的影響. 土壤, 2015, 47(1): 171-176.

JIANG C Q, DONG J J, XU J N, SHEN J, XUE B Y, ZU Z L. Effects of soil amendment on soil pH, plant growth and heavy metal accumulation of flue-cured tobacco in acid soil., 2015, 47(1): 171-176. (in Chinese)

[11] 張效仆, 鄭根寶. 連續施石灰對作物生長及其養分吸收的影響. 土壤學報, 1987, 24(4): 343-350.

ZHANG X P, ZHENG G B. Effects of continuous liming on crop growth and their absorption of nutrients., 1987, 24(4): 343-350. (in Chinese)

[12] 李兆林, 趙敏, 王建國, 潘相文, 陳淵,丁希武. 施用生石灰對土壤酶活性及大豆產量的影響. 農業系統科學與綜合研究, 2008, 24(4): 480-484.

LI Z L, ZHAO M, WANG J G, PAN X W, CHEN Y, DING X W. Effect of quicklime application on soil enzymes activity and soybean yield., 2008, 24(4): 480-484. (in Chinese)

[13] 易杰祥, 呂亮雪, 劉國道. 土壤酸化和酸性土壤改良研究. 華南熱帶農學大學學報, 2006, 12(1): 23-28. YI J X, Lü L X, LIU G D. Research on soil acidification and acidicsoil’s melioration.2006, 12(l): 23-28. (in Chinese)

[14] 安徽省質量技術監督局. 農用石灰質物料酸性土壤改良技術規程. 2009.

Anhui Bureau of Quality and Technical Supervision. Technical specification for acid soil improvement of agricultural limestone materials.2009.(inChinese)

[15] 范葉寬, 葉坤合. 土壤肥料學. 武漢: 武漢大學出版社, 2002: 127-129.

FAN Y K, YE K H.

[16] 蔡澤江. 長期施肥下紅壤酸化特征及影響因素[D]. 北京: 中國農業科學院, 2010.

CAI Z J. Acidification characteristics of red soil under long-term fertilization and effect factors[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences,2010. (inChinese)

[17] CAIRES E F, GARBUIO F J, CHURKA S, BARTH G, CORREA J C L. Effects of soil acidity amelioration by surface liming on no-till corn, soybean, and wheat root growth and yield., 2008, 28(1): 57-64.

[18] SHAMSUN N, SOHELA A,Monirul Islam MD, NIRMAL C S, Abu Kawochar MD. Effect of magnesium on crop yields within maize-green manure–T.aman rice cropping pattern on acid soil., 2015, 61(10): 1381-1392.

[19] 周娟, 袁珍貴, 郭莉莉, 屠乃美, 易鎮邪, 李海林, 江巨鰲. 土壤酸化對作物生長發育的影響及改良措施. 作物研究, 2013, 27(1):96-102.

ZHOU J, YUAN Z G, GUO L L, TU N M, YI Z X, LI H L, JIANG J A. Effects of soil acidification on crop growth and development and improvement measures., 2013, 27(1):96-102. (in Chinese)

[20] 魏嵐, 楊少海, 鄒獻中, 巫金龍, 寧建鳳. 不同土壤調理劑對酸性土壤的改良效果. 湖南農業大學學報(自然科學版), 2010, 36(1): 77-81.

WEI L, YANG S H, ZOU X Z, WU J L, NING J F. Effects of different modifiers on improvement of acid soils., 2010, 36(1): 77-81. (in Chinese)

[21] 劉夢龍, 張魯剛, 丁海燕. 鈣脅迫對大白菜幼苗生長的影響. 西北農業學報, 2014, 23(8): 128-134.

LIU M L, ZHANG L G, DING H Y. Effects of calcium stress on seedling growth of heading Chinese cabbage., 2014, 23(8): 128-134. (in Chinese)

[22] 林躍平, 周清明, 王業建. 影響煙草生長、產量和品質的因子的研究進展. 作物研究, 2006, 5(4):490-493.

LING Y P, ZHOU Q M, WANG Y J. Advances in factors affecting tobacco growth, yield and quality., 2006, 5(4):490-493. (in Chinese)

[23] 郭培國, 陳建軍, 李榮華. pH值對烤煙根系活力及烤后煙葉化學成分的影響. 中國農業科學, 2000, 33(1): 39-45.

GUO P G, CHEN J J, LI R H. Effects of pH values on the activity of roots and chemical compositions of the cured leaves in flue-cured tobacco., 2000, 33(1): 39- 45.(in Chinese)

[24] 何電源. 關于稻田施用石灰的研究. 土壤學報, 1992, 29(1): 87-93.

HE D Y. A review about studies liming paddy soil., 1992, 29(1): 87-93. (in Chinese)

[25] 蔡東, 肖文芳, 李國懷. 施用石灰改良酸性土壤的研究進展. 中國農學通報, 2016, 26(9): 206-213.

CAI D, XIAO W F, LI G H. Advance on study of liming on acid soils., 2016,26(9): 206-213. (in Chinese)

[26] LIU D L, HELYAI K R, CONYERS M K, FISHER R, POILE G J. Response of wheat, triticale and barley to lime application in semi-arid soils., 2004, 90(2): 287-301.

[27] 敖俊華, 黃振瑞, 江永, 鄧海華, 陳順, 李奇偉. 石灰施用對酸性土壤養分狀況和甘蔗生長的影響. 中國農學通報, 2010, 26(15):266-269. AO J H, HUANG Z R, JIANG Y, DENG H H, CHEN S, LI Q W.Effects of applying lime on the properties of acid soil and the growthof sugarcane., 2010, 26(15):266-269. (in Chinese)

[28] SIMS J T, ELLIS B G. Adsorption and availability of phosphorous following the application of limestone to an acid, aluminous soil., 1983, 47(5): 888-893.

[29] ELISAL A A, SHAMSHUDDIN J, CHE F I, ROSLAN I. Increasing rice production using different lime sources on an acid sulphate soil in merbok, malaysia., 2014, 37(2): 223-247.

[30] 王文軍, 郭熙盛, 武際, 朱宏斌. 施用白云石對酸性黃紅壤作物產量及化學性質的影響. 土壤通報, 2006, 37(4): 723-726.

WANG W J, GUO X S, WU J, ZHU H B. Effects of applying dolomite on crop yield and soil chemical properties in acid yellow-red soils areas., 2006, 37(4): 723-726.(in Chinese)

[31] 胡敏, 向永生, 魯劍巍. 石灰用量對酸性土壤酸度及大麥幼苗生長的影響. 中國農業科學, 2016, 49(20): 3896-3903.

HU M, XIANG Y S, LU J W. Effects of lime application rates on soil acidity and barley seeding growth in acidic soils., 2016, 49(20): 3896-3903. (in Chinese)

[32] DU Y M, JIANG T, Liao H, BAI C J, YAN X L, LIU G D. Aluminium tolerance and high phosphorus efficiency helps stylosanthes better adapt to low-P acid soils., 2009, 103(74): 1239-1247.

[33] 李潔, 譚珊珊, 羅蘭芳, 張楊珠, 黃運湘, 盛浩, 廖超林. 不同施肥結構對紅菜園土有機質, 酸性和交換性能的影響. 水土保持學報,2013,27(4):258-262.

LI J, TANG S S, LUO L F, ZHANG Y Z, HUANG Y X, CHENG H, LIAO C L. Effects of different fertilization structure on soil organic matter, acidity and exchange capacity in acid red garden soil., 2013,27(4):258-262. (in Chinese)

[34] 呂煥哲, 王凱榮, 謝小立, 王開峰. 有機物料對酸性紅壤鋁毒的緩解效應. 植物營養與肥料學報, 2007, 3(4):637-641.

Lü H Z, WANG K R, XIE X L, WANG K F. Alleviation of organic manure on aluminum toxicity in acid red soil., 2007, 3(4):637-641.(in Chinese)

[35] Poschenrieder C, Gunsé B, Corrales i, Barceló J. A glance into aluminum toxicity and resistance in plant., 2008, 400(1): 356-368.

[36] 舒秀麗, 趙柳, 孫學振, 平華, 潘立剛, 王晶. 不同土壤改良劑處理對連作西洋參根際微生物數量, 土壤酶活性及產量的影響. 中國生態農業學報, 2011, 19(6): 1289-1294.

SHU X L, ZHAO L, SUN X Z, PING H, PAN L G, WANG J. Effects of soil amendments on rhizosphere microbial number, soil enzyme activity and yield of continuous cropped American ginseng., 2011, 19(6): 1289-1294. (in Chinese)

（責任編輯 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

國家“973”計劃（2014CB441001）、中國博士后科學基金（2015M571178）、國家自然科學基金地區項目（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