石灰用量對(duì)水稻油菜輪作區(qū)土壤酸度、土壤養(yǎng)分及作物生長的影響

閆志浩，胡志華，王士超，槐圣昌，武紅亮，王瑾瑜，邢婷婷，余喜初，李大明，盧昌艾

石灰用量對(duì)水稻油菜輪作區(qū)土壤酸度、土壤養(yǎng)分及作物生長的影響

閆志浩1，胡志華2，王士超1，槐圣昌1，武紅亮1，王瑾瑜1，邢婷婷1，余喜初2，李大明2，盧昌艾1

（1中國農(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)國家工程實(shí)驗(yàn)室/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤質(zhì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2江西省紅壤研究所/國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，南昌 330046）

【】我國南方稻油輪作區(qū)土壤酸化趨勢日趨嚴(yán)重，降低了作物產(chǎn)量。研究酸性土壤施用石灰對(duì)土壤養(yǎng)分及作物生長的影響，明確土壤速效養(yǎng)分、產(chǎn)量與作物養(yǎng)分吸收量對(duì)土壤pH的響應(yīng)關(guān)系，為水田兩熟區(qū)酸化土壤改良提供理論依據(jù)。2015—2018年在江西進(jìn)賢縣選擇pH 4.5的水稻土，以熟石灰作為酸性土壤改良劑，開展田間定位試驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)室模擬，計(jì)算出獲得不同土壤pH情況下的熟石灰用量，試驗(yàn)設(shè)6個(gè)土壤pH梯度，分別為4.5、5.0、5.6、6.3、6.8、7.3，2015年勻地一年，為保證各處理土壤pH與勻地一年后實(shí)測pH基本一致，以一年為周期用熟石灰進(jìn)行定量調(diào)整。（1）隨著石灰用量和土壤pH的增加，土壤速效氮含量呈先增加后降低的趨勢、交換性鈣、交換性鎂含量顯著增加，土壤速效鉀、有效磷含量顯著降低；（2）隨著石灰用量和土壤pH的增加，作物產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢。土壤pH 6.4時(shí)（相當(dāng)于6 145 kg·hm-2熟石灰用量）油菜產(chǎn)量達(dá)到最高，較土壤pH 4.5處理增加了202.2%；土壤pH 6.8時(shí)（相當(dāng)于7 474 kg·hm-2熟石灰用量），水稻產(chǎn)量達(dá)到最高，較土壤pH 4.5處理增加了61.2%。油菜、水稻產(chǎn)量降低50%時(shí)的酸害閾值分別為4.7、4.2；（3）土壤pH顯著影響作物養(yǎng)分吸收量。隨著熟石灰用量的增加，油菜氮磷鉀吸收量呈先增加后降低的趨勢。2016—2018年油菜氮磷鉀吸收量與不施石灰處理相比，施石灰處理平均增幅分別為59.5%—181.4%、36.2%—188.8%、65.7%—198.9%；水稻氮磷鉀吸收量呈先增加后降低的趨勢，在pH 6.8左右水稻氮磷鉀吸收量最大。2016—2018年水稻氮磷鉀吸收量與不施石灰處理相比，施石灰處理平均增幅分別為11.1%—88.6%、13.5%—68.5%、9.7%—66.1%。施用熟石灰的情況下，隨著土壤pH升高，土壤速效氮、交換性鈣鎂等含量增加，提高了產(chǎn)量，促進(jìn)了作物對(duì)氮磷鉀養(yǎng)分的吸收。在本試驗(yàn)條件下，稻油輪作區(qū)酸性土壤（pH 4.5）施用熟石灰的最佳用量為6 500 kg·hm-2左右，改良土壤的目標(biāo)為pH 6.5左右，可獲得我國南方稻油輪作區(qū)的作物穩(wěn)定高產(chǎn)。

土壤酸化；土壤養(yǎng)分；作物生長；土壤pH；熟石灰；水稻油菜輪作

0 引言

【研究意義】土壤酸化是全世界面臨的最大的農(nóng)業(yè)環(huán)境問題之一[1]。我國南方部分水稻土已出現(xiàn)不同程度的酸化[2]，30%以上的稻田土壤pH低于5.5，且酸化面積與強(qiáng)度仍在加劇[3]。水稻和油菜是耐酸性較強(qiáng)的作物，但是在土壤酸化程度逐漸加劇的情況下，水稻和油菜的生產(chǎn)也受到了明顯的影響。因此，明確土壤速效養(yǎng)分、作物養(yǎng)分吸收量及產(chǎn)量對(duì)石灰用量的響應(yīng)關(guān)系，對(duì)稻田土壤酸化改良具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】旱地土壤酸化對(duì)土壤養(yǎng)分含量變化和作物養(yǎng)分吸收的影響已有較多研究。一般認(rèn)為，旱地土壤速效氮在中性、微酸及微堿條件下有效性最高，當(dāng)土壤pH低于6.0時(shí)，硝化速率明顯下降，土壤pH低于4.5時(shí)，硝化作用基本停止[4]。周娟等[5]的研究也表明，我國南方酸化土壤中可被作物吸收利用的有效態(tài)氮含量會(huì)隨土壤pH的下降呈直線下降趨勢。胡敏等[6]用室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，研究不同石灰用量對(duì)酸性土壤有效養(yǎng)分含量影響的試驗(yàn)中表明，熟石灰用量≤2.4 g·kg-1時(shí)，土壤硝態(tài)氮含量隨熟石灰用量的增加而顯著增加，土壤銨態(tài)氮隨著熟石灰用量的增加而減少；當(dāng)熟石灰用量＞0. 9 g·kg-1時(shí)，速效鉀含量隨著石灰用量的增加而顯著降低，土壤有效磷含量隨著熟石灰用量的增加先升高后降低。也有研究表明[7]，旱地酸性植煙土壤與不施石灰處理相比，施石灰處理土壤有效磷、速效鉀含量均顯著增加；胡向丹等[8]研究發(fā)現(xiàn)植煙土壤pH與速效磷之間不存在相關(guān)關(guān)系。前人研究結(jié)果有所差異，可能是因?yàn)槌赏聊纲|(zhì)、耕作方式等不同引起的。大量研究一致表明土壤酸度較低是作物產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量降低的主要原因之一[9-12]；隨著旱地和水田土壤pH增加，油菜和水稻產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量顯著性增加，施用石灰提高土壤pH和交換性鈣、交換性鎂含量，降低交換性鋁含量，是作物增產(chǎn)的主要原因[13-16]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】近年來，長期施肥下旱地土壤酸化的趨勢及其對(duì)作物產(chǎn)量影響的研究較多，稻油輪作區(qū)通過添加熟石灰調(diào)節(jié)不同土壤酸度對(duì)土壤養(yǎng)分含量、作物產(chǎn)量與作物養(yǎng)分吸收量的研究則較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在江西進(jìn)賢縣開展稻油輪作試驗(yàn)，以水稻油菜為研究對(duì)象，分析石灰用量對(duì)土壤養(yǎng)分及作物養(yǎng)分吸收量影響，明確土壤速效養(yǎng)分、產(chǎn)量及作物養(yǎng)分吸收量對(duì)石灰用量的響應(yīng)關(guān)系，為南方稻油輪作區(qū)土壤酸化改良和稻油高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

試驗(yàn)于2015—2018年在江西省進(jìn)賢縣捉牛崗鄉(xiāng)（116°27′E，28°37′N）稻油輪作定位試驗(yàn)田進(jìn)行。試驗(yàn)地點(diǎn)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫17.7℃，無霜期為282 d，全年平均雨量1 587 mm，最高和最低月平均氣溫分別為7月（29.8℃）和1月（5.1℃）。供試土壤為第四紀(jì)紅黏土發(fā)育的中度潴育型水稻土，耕層土壤基本理化性狀見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)pH梯度，分別為pH 4.5、pH 5.0、pH 5.5、pH 6.0、pH 6.5和pH 7.0，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積20 m2。在原有土壤pH 4.5的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)室模擬，計(jì)算出獲得不同土壤pH值情況下的熟石灰用量，如表2所示，并充分將熟石灰與表層（0—15 cm）土壤混勻，2014—2015年油菜季勻地試驗(yàn)后，測得各改良小區(qū)的土壤pH值分別為4.5、5.0、5.6、6.3、6.8、7.3。為保證各處理土壤pH保持穩(wěn)定，于每年稻前用熟石灰進(jìn)行定量調(diào)整。各小區(qū)間使用隔水板隔開，地下埋深40 cm，地上20 cm；田間各小區(qū)的水分植保等管理措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣保持一致。

表1 初始土壤基本理化性狀

表2 設(shè)置不同土壤pH下的石灰添加量

種植制度為稻油輪作。油菜品種為豐油730，于每年的11月初移栽，施用肥料分別為尿素、鈣鎂磷肥、氯化鉀、硼砂，試驗(yàn)施肥量為：N 180 kg·hm-2、P2O554 kg·hm-2、K2O 81 kg·hm-2、硼肥15 kg·hm-2；70% 氮肥、80% 鉀肥、100% 磷肥、100% 硼砂作基肥施用，10% 氮肥作冬前苗期追施，20%氮肥、20%鉀肥作油菜苔、花肥分期追施；株行距：40 cm×30 cm。水稻品種為隆兩優(yōu)1988，于每年的6月初移栽，施用肥料分別為尿素、鈣鎂磷肥、氯化鉀，施肥量分別為：N 180 kg·hm-2、P2O5120 kg·hm-2、K2O150 kg·hm-2；50%氮肥、100%磷肥、50%鉀肥作基肥施用，20%氮肥作蘗肥施用，30%氮肥、50%鉀肥作穗肥施用。株行距：20 cm×20 cm。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 植物樣品采集與測定 油菜收獲前采集植株地上部，每個(gè)小區(qū)取5株植物樣，105℃殺青30 min，70℃烘干至恒重，得到干物質(zhì)重；水稻收獲前采集植株地上部，每個(gè)小區(qū)取10株植物樣，并將植株分為籽粒、莖、葉，于105℃殺青30 min，70℃烘干至恒重。植物樣品磨碎過0.5 mm篩，采用 H2SO4-H2O2消煮法制備氮磷鉀待測液，凱氏定氮法測全氮，鉬銻抗比色法測全磷，火焰光度法測全鉀[17]。

1.3.2 土壤樣品采集與測定 采用5點(diǎn)法取樣。在作物移栽后7、14、21和30 d采集0—15 cm土層的土壤樣品，并于4℃保存，用于測定土壤速效氮含量（銨氮與硝氮含量）；在作物收獲前，采集 0—15 cm土層的土壤樣品，土壤風(fēng)干后過2 mm和0.25 mm篩備用。土壤pH采用玻璃電極法（水土比為2.5﹕1）測定；速效氮采用1 mol·L-1KCl浸提，連續(xù)流動(dòng)分析儀測定；有效磷采用pH 8.5 0.5 mol·L-1的NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用1 mol·L-1NH4OAc浸提，火焰光度法測定；土壤交換性鈣鎂采用1 mol·L-1NH4OAc浸提，ICP—MS法測定[17]。

油菜季小區(qū)處理土壤pH實(shí)測值分別為pH 4.5、5.0、5.6、6.3、6.8、7.3；水稻季小區(qū)處理土壤pH實(shí)測值分別為pH 4.5、5.0、5.5、6.0、6.8、7.3。

1.4 土壤pH閾值

利用土壤pH與作物產(chǎn)量之間的定量關(guān)系，確定作物最高產(chǎn)時(shí)的pH值為適宜值，作物最高產(chǎn)量下降一半（50%）時(shí)的pH值為酸害閾值。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

作物養(yǎng)分吸收量（kg·hm-2）=籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2）×籽粒養(yǎng)分含量（%）+秸稈產(chǎn)量（kg·hm-2）×秸稈養(yǎng)分含量（%）。

數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2003和SPSS 22軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan分析進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，采用 Excel 2003制作圖表。

2 結(jié)果

2.1 土壤酸度對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響

2.1.1 土壤速效氮含量 由圖1可知，隨著石灰用量的增加與土壤pH的升高，油菜季土壤速效氮含量呈顯著增加的趨勢，與不施石灰處理相比，施石灰處理速效氮含量增幅為6.3%—61.3%；隨著油菜生育時(shí)期的延長土壤速效氮含量整體呈降低的趨勢。隨著石灰用量的增加與土壤pH升高，水稻季土壤速效氮含量呈先增加后降低的趨勢，與不施石灰處理相比，施石灰處理速效氮含量增幅為0.4%—27.8%，在pH 6.8左右速效氮含量達(dá)到最高，且隨著水稻生育時(shí)期的延長土壤速效氮含量呈降低的趨勢。

圖1 土壤pH與土壤速效氮含量的關(guān)系

2.1.2 土壤速效鉀、有效磷含量 由圖2可知，隨著土壤pH升高，油菜季和水稻季土壤速效鉀、有效磷含量均顯著降低（＜0.01）。油菜季土壤有效磷、速效鉀含量較pH 4.5降幅分別為11.6%— 136.6%、10.1%—45.9%；隨著土壤pH升高，水稻季土壤有效磷、速效鉀含量均呈現(xiàn)降低的趨勢，較pH 4.5降幅分別為20.6%—72.7%、3.3%—31.8%。在相同pH水平下，油菜季有效磷、速效鉀含量略高于水稻季。

2.2 土壤交換性鈣鎂含量

隨著石灰用量的增加與土壤pH升高，水稻季與油菜季土壤交換性鈣、交換性鎂含量均呈極顯著增加的趨勢。油菜季土壤交換性鈣、交換性鎂含量較pH 4.5增幅分別為14.5%—414.7%、19.7%—93.6%；水稻季土壤交換性鈣、交換性鎂含量增幅分別為9.8%— 181.2%、1.4%—62.3%（圖3）。

2.3 作物產(chǎn)量

土壤pH與作物產(chǎn)量極顯著正相關(guān)（＜0.01，圖4）。隨pH升高油菜產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢，土壤pH 6.4時(shí)油菜產(chǎn)量達(dá)到最高，增幅為1.9%—202.2%。與最高產(chǎn)量相比，pH 5.5時(shí)產(chǎn)量降低20.12%，pH 5.0時(shí)產(chǎn)量降低34.08%，pH 4.5時(shí)產(chǎn)量降低64.31%。根據(jù)油菜產(chǎn)量與土壤pH的函數(shù)關(guān)系可得，產(chǎn)量下降50%的酸害閾值為pH 4.7。隨pH上升水稻產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢，土壤pH為6.8時(shí)水稻產(chǎn)量達(dá)到最高，增幅為3.8%—61.2%。與最高產(chǎn)量相比，pH 6.0時(shí)產(chǎn)量降低9.12%；pH 5.5時(shí)產(chǎn)量降低16.38%，pH 5.0時(shí)產(chǎn)量降低30.11%，pH 4.5時(shí)產(chǎn)量降低38.82%。根據(jù)水稻產(chǎn)量與土壤pH的函數(shù)關(guān)系可得，產(chǎn)量下降50%的酸害閾值為pH 4.2。由此可知，不同的作物對(duì)土壤酸度的敏感程度不同，最高產(chǎn)量降低50%時(shí)的酸害閾值也不同。

圖2 土壤pH與土壤有效磷、速效鉀含量的關(guān)系

圖3 土壤pH與土壤交換性鈣鎂含量的關(guān)系

圖4 土壤pH與作物產(chǎn)量的關(guān)系

2.4 作物養(yǎng)分吸收量

土壤pH顯著影響油菜和水稻氮磷鉀吸收量（＜0.05，圖5）。在pH梯度范圍內(nèi)，隨著土壤pH升高油菜氮磷鉀吸收量呈先增加后降低的趨勢。2016—2018年油菜氮磷鉀平均吸收量與不施石灰處理相比，施石灰處理增幅分別為59.5%—181.4%、36.2%—188.8%、65.7%—198.9%。在pH梯度范圍內(nèi)，隨著土壤pH升高水稻氮磷鉀吸收量呈先增加后降低的趨勢，在pH 6.8左右水稻氮磷鉀吸收量最大。2016—2018年水稻氮磷鉀平均吸收量與不施石灰處理相比，施石灰處理增幅分別為11.1%—88.6%、13.5%—68.5%、9.7%—66.1%。水稻季氮磷鉀吸收量高于油菜季，但水稻季施石灰處理與不施石灰處理相比，養(yǎng)分吸收量增加幅度小于油菜季。

2.5 土壤pH、土壤養(yǎng)分、作物養(yǎng)分吸收量和產(chǎn)量等指標(biāo)間相關(guān)性分析

由表3可知，油菜產(chǎn)量與氮鉀吸收量、速效氮含量、交換性鈣含量、土壤pH呈顯著或極顯著正相關(guān)，與有效磷、速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)；油菜氮磷鉀吸收量與交換性鈣鎂呈顯著或極顯著正相關(guān)；油菜吸鉀量與土壤速效鉀含量呈顯著負(fù)相關(guān)、油菜吸磷量與土壤有效磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)。水稻產(chǎn)量與氮磷鉀吸收量、土壤速效養(yǎng)分之間的相關(guān)性與油菜類似（表4）。

表3 油菜季土壤pH、土壤養(yǎng)分、養(yǎng)分吸收量和產(chǎn)量等指標(biāo)間相關(guān)性分析

**表示在1%水平相關(guān)性顯著，*表示在5%水平相關(guān)性顯著。表4同 ** and * mean significant at the 1% and 5% level, respectively. The same as Table 4

圖5 土壤pH與作物養(yǎng)分吸收量的關(guān)系

表4 水稻季土壤pH、土壤養(yǎng)分、養(yǎng)分吸收量和產(chǎn)量等指標(biāo)間相關(guān)性分析

3 討論

3.1 石灰用量對(duì)水稻油菜產(chǎn)量的影響

本研究表明，隨著石灰用量的增加，土壤pH升高，油菜、水稻產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢，該研究結(jié)果與曾勇軍、陳平平等[18-19]的研究結(jié)果類似，但水稻產(chǎn)量增加幅度高于曾勇軍等研究中雙季稻產(chǎn)量增加幅度，這可能與本試驗(yàn)pH梯度較大有關(guān)；作物產(chǎn)量呈先增加的趨勢，一方面可能是因?yàn)樘砑邮姨岣呓粨Q性鈣含量，降低交換性鋁含量，減輕鋁的毒害，改善作物生長環(huán)境，利于作物生長[20]；另一方面，土壤pH＞6時(shí)，土壤氮素礦化速率增加、硝化速率增大，土壤速效氮含量增加，進(jìn)而增加產(chǎn)量[21-24]；作物產(chǎn)量后呈現(xiàn)出降低的趨勢，可能是因當(dāng)石灰添加量＞7 500 kg·hm-2時(shí)會(huì)造成銨態(tài)氮揮發(fā)，磷酸鈣鹽沉淀，土壤中鉀、鈣、鎂等營養(yǎng)元素平衡失調(diào)，抑制作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，導(dǎo)致作物減產(chǎn)[25]，因此，適宜的石灰用量對(duì)作物生長至關(guān)重要。本研究表明，油菜的適宜的pH為6.4，水稻適宜pH為6.8，其石灰施用范圍是4 000—7 500 kg·hm-2，本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果[10]一致，在施氮條件下，pH 6.5處理水稻產(chǎn)量較高，水稻和油菜對(duì)中性偏堿環(huán)境的適應(yīng)較強(qiáng)，適宜的環(huán)境pH范圍為6.0—7.4。

不同作物對(duì)土壤酸度的敏感程度不同，且酸害對(duì)作物產(chǎn)量降低幅度也有所不同[5,26]。本研究結(jié)果顯示，油菜產(chǎn)量下降50% 時(shí)的酸害閾值為pH 4.7；水稻產(chǎn)量下降50% 時(shí)的酸害閾值為pH 4.2。水稻油菜酸害閾值出現(xiàn)這種差異的原因可能是：（1）當(dāng)pH＜5時(shí)，難溶性鋁轉(zhuǎn)變?yōu)榻粨Q性鋁，植物會(huì)出現(xiàn)鋁毒害癥狀，進(jìn)而抑制植物生長，降低產(chǎn)量[11-12]；（2）在淹水條件下水稻土還原能力較強(qiáng)，水稻根系表面形成一層鐵膜，受鋁毒害作用較弱，旱地土壤還原性較水田弱，因此作為中等耐鋁毒植物的油菜，其酸害閾值較水稻更高一些[27]。

3.2 石灰性土壤改良劑對(duì)土壤速效養(yǎng)分與養(yǎng)分吸收量的影響

本研究表明，土壤pH與有效磷呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（＜0.05），與王光火等[28]的研究結(jié)果相似，這可能是因?yàn)閺?qiáng)酸性土壤加入石灰性調(diào)理劑導(dǎo)致土壤pH升高，交換性鋁水解和羥基鋁聚合物生成，增加對(duì)磷的吸持，降低了土壤有效磷含量。土壤pH與土壤速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（＜0.05），本研究結(jié)果與前人研究結(jié)果類似，有研究表明[7]，低量石灰（≤0.9 g·kg-1）對(duì)土壤速效鉀影響不大，但當(dāng)熟石灰用量＞0.9 g·kg-1時(shí)，其含量隨著熟石灰用量的增加而顯著降低，可能是由于低 pH 促進(jìn)了土壤緩效鉀釋放[29-30]，石灰性土壤調(diào)理劑的施用，造成土壤交換性鈣增加，導(dǎo)致土壤速效鉀固定增加[31-32]，其機(jī)理還需進(jìn)一步研究。在研究中發(fā)現(xiàn)，在相同pH水平下，油菜季有效磷、速效鉀含量略高于水稻季，這可能是因?yàn)樗飾l件下造成養(yǎng)分的流失。速效鉀、有效磷與作物養(yǎng)分吸收量相關(guān)性分析顯示，兩兩之間存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（＜0.05），這表明強(qiáng)酸性土壤添加石灰性調(diào)理劑提高土壤pH過程中，速效鉀和有效磷對(duì)作物養(yǎng)分吸收量的貢獻(xiàn)較小。

土壤pH與土壤交換性鈣、交換性鎂的相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，土壤pH與交換性鈣、交換性鎂存在顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.05），這是因?yàn)槭业氖┤胫苯右脞}鎂離子。隨石灰用量的增加土壤速效氮含量呈先增加后降低的趨勢，這可能是因?yàn)橥寥纏H較低時(shí)，氮素礦化作用基本停止，有機(jī)態(tài)氮難轉(zhuǎn)化為無機(jī)態(tài)氮[33]、速效氮含量較低，隨石灰用量增加氮素礦化作用加速，速效氮含量增加，但當(dāng)石灰過量時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致銨態(tài)氮的揮發(fā)，速效氮總量又會(huì)呈現(xiàn)降低的趨勢；土壤中交換性鋁含量較高，對(duì)植物產(chǎn)生了毒害，限制了作物生物量，降低作物養(yǎng)分吸收量。隨石灰用量增加作物養(yǎng)分吸收量呈現(xiàn)先增加的趨勢，可能是因?yàn)榧尤胧倚哉{(diào)理劑后，土壤鹽基離子增加，作物次生根發(fā)育，硝化作用加速，速效氮含量增加，提高作物生物量，增加作物養(yǎng)分吸收量[16]，這一過程說明土壤pH、交換性鈣、速效氮含量對(duì)作物養(yǎng)分吸收量的貢獻(xiàn)較大；同時(shí)，當(dāng)熟石灰用量超過一定量時(shí)，作物養(yǎng)分吸收量有降低的趨勢，這可能是因?yàn)樵緡?yán)重酸化的土壤因石灰施用導(dǎo)致土壤pH＞7或接近7時(shí)，高pH會(huì)抑制植物組織和器官的分化，降低作物生物量，從而作物養(yǎng)分吸收量降低[34]，其機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

隨著石灰用量的增加，能顯著提高土壤pH，增加土壤速效氮、交換性鈣、交換性鎂等含量，提高作物產(chǎn)量，從而增加作物養(yǎng)分吸收量。不同作物對(duì)土壤酸度的敏感程度不同，土壤pH較低會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生酸害，油菜、水稻產(chǎn)量降低50%時(shí)的酸害閾值分別為pH 4.7、4.2。隨著石灰用量的增加，不同作物的產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量提高幅度有所不同，在pH為6.4（相當(dāng)于6 145 kg·hm-2熟石灰用量）和6.8（相當(dāng)于7 474 kg·hm-2熟石灰用量）時(shí)，油菜、水稻的產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收量達(dá)到最高。在本試驗(yàn)條件下，水稻與油菜輪作區(qū)酸性土壤（pH 4.5）施用熟石灰的最佳用量為6 477 kg·hm-2，改良土壤pH的目標(biāo)約為6.5（6 477 kg·hm-2），可實(shí)現(xiàn)我國南方水稻油菜輪作區(qū)作物達(dá)到穩(wěn)定高產(chǎn)的目標(biāo)。

[1] GUO J H, LIU X J, ZHANG Y, SHEN J L, HAN W X, ZHANG W F, CHRITIE P, GOULDING K W T, VITOUSEK P M, ZHANG F S. Significant acidification in major Chinese croplands., 2010, 327(5968): 1008-1010.

[2] 周曉陽, 徐明崗, 周世偉, Colinet Gilles. 長期施肥下我國南方典型農(nóng)田土壤的酸化特征. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2015, 21(6): 1615-1621.

ZHOU X Y, XU M G, ZHOU S W, Gilles C. Soil acidification characteristics of typical farmland in south China under long-term fertilization., 2015, 21(6): 1615-1621. (in Chinese)

[3] 于天一, 孫秀山, 石程仁, 王才斌. 土壤酸化危害及防治技術(shù)研究進(jìn)展. 生態(tài)學(xué)雜志, 2014, 33(11): 3137-3143.

YU T Y, SUN X S, SHI C R, WANG C B. Advances in soil acidification hazards and control techniques., 2014, 33(11): 3137-3143. (in Chinese)

[4] 呂貽忠, 李保國. 土壤學(xué). 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2006.

Lü Y Z, LI B G.. Beijing: China Agriculture Press, 2006. (in Chinese)

[5] 周娟, 袁珍貴, 郭莉莉, 屠乃美, 易鎮(zhèn)邪, 李海林, 江巨鰲. 土壤酸化對(duì)作物生長發(fā)育的影響及改良措施. 作物研究, 2013, 27(1): 96-101.

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): 96-101. (in Chinese)

[6] 胡敏, 向永生, 魯劍巍. 石灰用量對(duì)酸性土壤pH值及有效養(yǎng)分含量的影響. 中國土壤與肥料, 2017(4): 72-77.

HU M, XIANG Y S, LU J W. Effects of lime application rates on soil pH and available nutrient content in acidic soils, 2017(4): 72-77. (in Chinese)

[7] 唐明, 向金友, 袁茜, 謝冰, 程智敏, 蔡毅, 黃勝, 楊蘋. 酸性土壤施石灰對(duì)土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量及煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 43(12): 91-93.

TANG M, XIANG Y S, YUAN Q, XIE B, CHENG Z M, CAI Y, HUANG S, YANG P. Effects of applying lime on physical and chemical properties, microbial quantities of acid soil and yield and quality of flue-cured tobacco.2015, 43(12): 91-93. (in Chinese)

[8] 胡向丹, 鄧小華, 王豐, 王少先, 馬瑩, 彭宇, 鄧井青, 郭亞利. 黔西南州植煙土壤pH分布特征及其與土壤養(yǎng)分的關(guān)系. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 41(6): 1070-1074 .

HU X D, DENG X H, WANG F, WANG S X, MA Y, PENG Y, DENG J Q, GUO Y L. Soil pH characteristics and its relation to soil nutrients in Qianxi’nan tobacco-growing region., 2014, 41(6): 1070 -1074. (in Chinese)

[9] HOLLAND J E, WHITE P J, GLENDINING M J, GOULDING, K W T, MCGRATH S P. Yield responses of arable crops to liming-An evaluation of relationships between yields and soil pH from a long-term liming experiment., 2019, 105: 176-188.

[10] 喻崎雯, 馬祖陸, 伊文超, 梁曉. 不同土壤pH對(duì)普通野生稻生理特性的影響. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 41(2): 473- 475, 478.

YU Q W, MA Z L, YI W C, LIANG X. Effects of soil pH on physiological characteristics ofGriff., 2013, 41(2): 473-475, 478. (in Chinese)

[11] 吳道銘, 傅友強(qiáng), 于智衛(wèi), 沈宏. 我國南方紅壤酸化和鋁毒現(xiàn)狀及防治. 土壤, 2013, 45(4): 577-584.

WU D M, FU Y Q, YU Z W, SHEN H. Status of red soil acidification and aluminum toxicity in south China and prevention., 2013, 45(4): 577-584. (in Chinese)

[12] KOCHIAN L V, HOEKENGA O A, PINEROS M A. How do crop plants tolerate acid soils? Mechanisms of aluminum tolerance and phosphorous efficiency., 2004, 55: 459-493.

[13] 蔡澤江, 孫楠, 王伯仁, 徐明崗, 黃晶, 張會(huì)民. 長期施肥對(duì)紅壤pH、作物產(chǎn)量及氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2011, 17(1): 71-78.

CAI Z J, SUN N, WANG B R, XU M G, HUANG J, ZHANG H M. Effects of long-term fertilization on pH of red soil, crop yields and uptakes of nitrogen, phosphorous and potassium., 2011, 17(1): 71-78. (in Chinese)

[14] 武際, 郭熙盛, 王文軍, 朱宏斌. 施用白云石粉對(duì)黃紅壤酸度和油菜產(chǎn)量的影響. 中國油料作物學(xué)報(bào), 2006, 28(1): 55-58.

WU J, GUO X S, WANG W J, ZHU H B. Effect of dolomite application on soil acidity and yield of rapeseed on yellow-red soil.2006, 28(1): 55-58. (in Chinese)

[15] 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(chǎn)量的整合分析. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(13): 2519-2527.

ZENG T T, CAI Z J, WANG X L, LIANG W J, ZHOU S W, XU M G. Integrated analysis of liming for increasing crop yield in acidic soils.2017, 50(13): 2519-2527. (in Chinese)

[16] 梅旭陽, 高菊生, 楊學(xué)云, 黃晶, 蔡澤江, 李冬初, 王伯仁, 柳開樓, 徐明崗, 張會(huì)民. 紅壤酸化及石灰改良影響冬小麥根際土壤鉀的有效性. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2016, 22(6): 1568-1577.

MEI X Y, GAOJ S, YANG X Y, HUANG J, CAI Z J, LI D C, WANG B R, LIU K L, XU M G, ZHANG H M. The response of soil potassium availability in rhizospheric soil of winter wheat to acidified and limed red soil., 2016, 22(6): 1568-1577. (in Chinese)

[17] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析. 3版. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

BAO S D.. Beijing: China Agricultural Press2000. (in Chinese)

[18] 曾勇軍, 周慶紅, 呂偉生, 譚雪明, 潘曉華, 石慶華. 土壤酸化對(duì)雙季早、晚稻產(chǎn)量的影響. 作物學(xué)報(bào), 2014, 40(5): 899-907.

ZENG Y J, ZHOU Q H, Lü W S, TAN X M, PAN X H, SHI Q H. Effects of soil acidification on the yield of double season rice., 2014, 40(5): 899-907. (in Chinese)

[19] 陳平平. 酸化土壤對(duì)水稻產(chǎn)量和氮素利用效率的影響途徑研究[D]. 長沙: 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué), 2015.

CHEN P P. Research on the influence of acidified soil on rice yield and nitrogen use efficiency[D]. Changsha: Hunan Agricultural University, 2015. (in Chinese)

[20] 蔡?hào)|, 肖文芳, 李國懷. 施用石灰改良酸性土壤的研究進(jìn)展. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2010, 26(9): 206-213.

CAI D, XIAO W F, LI G H. Advance on study of liming on acid soils., 2010, 26(9): 206-213. (in Chinese)

[21] 楊靜, 譚永鋒, 肖志強(qiáng), 劉建華, 龍衛(wèi)平, 匡大春, 韋趙海, 劉益仁. 不同劑量石灰對(duì)酸化稻田土壤養(yǎng)分含量及水稻產(chǎn)量的影響. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 43(36): 175-176, 179.

YANG J, TAN Y F, XIAO Z Q, LIU J H, LONG W P, KUANG D C, WEI Z H, LIU Y R. Effects of different application doses of lime on acidification paddy soil and rice yield., 2015, 43(36): 175-176, 179. (in Chinese)

[22] FAGERIA, N K, BALIGER V C. Ameliorating soil acidity of tropical oxisols by liming for sustainable crop production., 2008, 99: 345-399.

[23] ZHENG S J. Crop production on acidic soils: Overcoming aluminum toxicity and phosphorus deficiency.2010, 106: 183-184.

[24] CHEN D M, LAN Z C, BAI X. Evidence that acidification induced declines in plant diversity and productivity are mediated by changes in below-ground communities and soil properties in a semi-arid steppe.2013, 101(5): 1322-1334.

[25] 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.

[26] 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.

[27] 周楠. 鋁脅迫下油菜根系分泌物的分泌特性及其對(duì)根際環(huán)境的影響[D]. 金華: 浙江師范大學(xué), 2010.

ZHOU N. Rape (L.) root exudates characteristics and effects on rhizosphere soil under aluminum stress[D]. Jinhua:Zhejiang Normal University, 2010. (in Chinese)

[28] 王光火, 朱祖祥. pH對(duì)土壤吸持磷酸根的影響及其原因. 土壤學(xué)報(bào), 1991, 28 (l): 1 -6.

WANG G H, ZHU Z X. The effect of pH on phosphate adsorption in soils and its possible mechanism., 1991, 28 (l): 1-6. (in Chinese)

[29] 岳龍凱. 長期施肥及不同下紅壤鉀素有效性研究[D]. 北京: 中囯農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 2014.

YUE L K. Potassium availability of red soil with different pH under long-term fertilizations[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2014. (in Chinese)

[30] CURTIN, D, SMILLIE G W. Effects of liming on soil chemical characteristics and grass growth in laboratory and long-term field amended soils., 1986, 95(1): 15-22.

[31] JASKULSKA I, JASKULAKI D, KOBIERSKI M. Effect of liming on the change of some agrochemical soil properties in a long-term fertilization experiment., 2014, 60(4): 146-150.

[32] VALENTINUZZI F, MIMMO T, CESCO S, AL MAMUN S, SANTNER J, HOEFER C, OBURGER E, ROBINSON B, LEHTO N. The effect of lime on the rhizospheric processes and elemental uptake of white lupin., 2015, 118: 85-94.

[33] BACKMAN J S K, HERMANSSON A, TEBBE C C. Liming in-duces growth of a diverse flora of ammonia-oxidising bacteria in acid spruce forest soil as determined by SSCP and DGGE., 2003, 35(10): 1337 - 1347.

[34] 胡敏, 向永生, 魯劍巍. 石灰用量對(duì)酸性土壤酸度及大麥幼苗生長的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 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)

Effects of Lime Content on Soil Acidity, Soil Nutrients and Crop Growth in Rice-Rape Rotation System

YAN ZhiHao1, HU ZhiHua2, WANG ShiChao1, HUAI ShengChang1, WU HongLiang1, WANG JinYu1, XING TingTing1, YU XiChu2, LI DaMing2, LU ChangAi1

(1Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Laboratory for Improving Arable Land/Key Laboratory of Soil Quality, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081;2Jiangxi Institute of Red Soil/ National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement, Nanchang 330046)

【】Soil acidification is becoming more and more serious, which reducing crop yield in rice-rape rotation system of southern of China. In this study, the effects of lime application on soil nutrients and crop growth in acidic soil were studied, and the response relationship between soil available nutrients, yield and crop nutrient uptake to soil pH was clarified, so as to provide theoretical basis for the improvement of acidified soil in paddy fields. 【】From 2015 to 2018, the paddy field with soil pH 4.5 was selected in Jinxian county, Jiangxi province, and hydrated lime was used as acid soil modifier. Through laboratory simulation, the amount of hydrated lime under different soil pH values was calculated. Then field experiments were carried out with six soil pH gradients of pH 4.5, pH 5.0, pH 5.6, pH 6.3, pH 6.8, and pH 7.3. In 2015, in order to ensure that the pH value of the treated soil was basically consistent with the measured pH value, one year after the soil was uniformly planted, the hydrated lime was used for quantitative adjustment with a period of one year. 【】(1) With the amounts of lime and soil pH increase, the contents of soil available nitrogen increased first and then decreased, the content of soil exchangeable Ca2+and exchangeable Mg2+increased significantly, and the content of soil available potassium and available phosphorus decreased significantly. (2) With the increase of lime contents and soil pH, crop yield first increased and then decreased. At pH 6.4 (equivalent to the amount of 6 145 kg·hm-2hydrated lime), the yield of rape reached the highest; compared with pH 4.5, the yield increased by 202.2%. At pH 6.8 (equivalent to the amount of 7 474 kg·hm-2hydrated lime), the rice yield reached the highest; compared with pH 4.5, the yield increased by 61.2%. When the yield was reduced by 50%, the soil pH thresholds of rape and rice were 4.7 and 4.2, respectively. (3) Soil pH significantly affected crop nutrient uptake content. With the increase of the amount of hydrated lime, the nitrogen, phosphorus and potassium uptake contents in rape increased first and then decreased. The average increase of nitrogen, phosphorus and potassium uptake contents in rape from 2016 to 2018 was 59.5%-181.4%, 36.2%-188.8% and 65.7%-198.9%, respectively. The nitrogen, phosphorus and potassium uptake contents in rice first increased and then decreased. The uptake content of rice was the highest at pH 6.8. Compared with that without lime application the average increase of nitrogen, phosphorus and potassium uptake of rice from 2016 to 2018 was 11.1%-88.6%, 13.5%-68.5% and 9.7%-66.1%, respectively.【】Under the application of lime conditioner, the contents of soil available nitrogen and exchangeable Ca2+and exchangeable Mg2+were increased with the increase of soil pH, which promoted the uptake of nitrogen, phosphorus and potassium nutrients of crops and increased the crop yield. Under the experiments conditions, the optimal dosage of lime in acid soil (pH 4.5) of rice -rape rotation system was about 6 500 kg·hm-2, which could obtain stable and high yield of crops in rice-rape rotation system of southern China.

soil acidity; soil nutrients; crop growth; soil pH; lime conditioner; rice-rape rotation

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.23.009

2019-06-06；

2019-09-18

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201503122）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（161013201952）

閆志浩，Tel：17810264236；E-mail：zhyan1813@163.com。

盧昌艾，Tel：010-82108703；E-mail：luchangai@caas.cn

（責(zé)任編輯 李云霞）