石灰用量對(duì)酸化稻田土壤酸度和水稻產(chǎn)量的影響

胡現(xiàn)榮　范存敏　吳萍萍　王靜　李帆　李敏

摘要 石灰施用是改善稻田土壤酸化、提高水稻產(chǎn)量的有效途徑之一。在沿江平原酸化水稻田進(jìn)行大田試驗(yàn)，分析石灰用量（750～3 750 kg/hm）與土壤pH、水稻產(chǎn)量以及經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)系。結(jié)果表明，與對(duì)照不施石灰相比，隨著石灰用量的增加，土壤pH增加0.16～0.33個(gè)單位。石灰用量在750～3 000 kg/hm時(shí)能夠不同程度提高水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素及實(shí)際產(chǎn)量，其中2 250 kg/hm用量時(shí)水稻增產(chǎn)效果最佳；而較高用量3 350 kg/hm則不利于水稻生長。種植水稻收益隨石灰用量的增加而降低，750 kg/hm用量下增收效果最佳。

關(guān)鍵詞石灰；酸化；水稻；產(chǎn)量；效益

中圖分類號(hào)S511文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611（2023）08-0022-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.08.006開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effects of Lime Dosage on Acidification of Paddy Soil and Rice Yield

HU Xian-rong FAN Cun-min WU Ping-ping et al（1.Agricultural Technology Extension Center of Dangtu County，Dangtu，Anhui 243100;2.Soil and Fertilizer Institute，Anhui Academy of Agricultural Sciences/Anhui Provincial Key Laboratory of Nutrient Cycling，Resource & Environment，Hefei，Anhui 230031）

AbstractLime application is one of the effective methods to improve soil acidification and increase rice yield.A field experiment was carried out in the acidified paddy field along the Yangtze plain to determine the relationship between the lime amount （750-3 750 kg/hm） and soil pH，rice yields and economic benefits.The results showed that，compared with CK，the soil pH values increased by 0.16-0.33 units with the increases of lime dosage.Under the lime amount of 750-3 000 kg/hm，the yield components and actual rice yields were enhanced in varying degrees，in which the highest increase of rice yield was observed when the amount of lime was 2 250 kg/hm;However，higher amount of 3 350 kg/hm was not conducive to the growth of rice.The incomes of rice cultivation decreased with the increases of lime dosage，and the effect of increasing income was the best under the dosage of 750 kg/hm.

Key wordsLime;Acidification;Rice;Yield;Benefit

近幾十年來由于人為活動(dòng)增強(qiáng)導(dǎo)致酸沉降增加，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中氮肥過量施用和植物收獲帶走陽離子等，大大加速了土壤酸化進(jìn)程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從20世紀(jì)80年代到現(xiàn)在，我國土壤酸化情況越來越嚴(yán)重，耕地土壤酸化已成為我國糧食主產(chǎn)區(qū)高強(qiáng)度農(nóng)業(yè)利用下糧食持續(xù)穩(wěn)定高產(chǎn)的重要限制因素［1］。土壤酸化也是目前我國水稻田存在的主要障礙因素之一。土壤酸化易造成土壤板結(jié)、養(yǎng)分流失和重金屬活化等危害，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境和制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)［2］。土壤酸化的加劇還會(huì)導(dǎo)致磷酸根離子與酸性土壤中大量存在的Fe3+和Al3+等金屬離子或金屬氧化物發(fā)生沉淀被固定，難以被植物吸收利用，從而降低土壤中養(yǎng)分生物有效性［3］。

土壤酸化會(huì)導(dǎo)致土壤理化和生物學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，從而直接或者間接影響作物生長和產(chǎn)量。不同的作物酸度敏感性不同，水稻是一種耐酸能力強(qiáng)的植物，但是在土壤酸化程度逐漸加劇的情況下，水稻生產(chǎn)也會(huì)受到明顯影響。例如，南方稻油輪作區(qū)的田間試驗(yàn)表明，對(duì)于初始pH 4.5的酸性土壤，改良至土壤pH 6.8時(shí)水稻產(chǎn)量達(dá)到最高，而水稻產(chǎn)量降低50%時(shí)的酸害閾值為4.2［4］。還有研究通過土壤pH-作物產(chǎn)量S型曲線計(jì)算得出，水稻的酸害閾值為pH 5.07［5］。土壤酸化導(dǎo)致作物減產(chǎn)主要與土壤中交換性酸、氫含量過高有關(guān)，土壤中重金屬（鋁、錳）活化產(chǎn)生鋁毒、錳毒等，對(duì)作物產(chǎn)生毒害［6］；同時(shí)，酸化土壤中交換性鹽基離子淋失，與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化有關(guān)的微生物數(shù)量減少，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分缺乏，作物所需大量營養(yǎng)元素供應(yīng)不足［7］，也使得作物生長受限。

目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)用較多的土壤酸度改良材料主要有石灰、粉煤灰、生物炭、堿性肥料和有機(jī)物料等，其中石灰是國內(nèi)外農(nóng)業(yè)中應(yīng)用最普遍的改良材料。石灰類改良材料主要有生石灰（CaO）、熟石灰［Ca（OH）］和石灰石粉（CaCO）等，相同用量下生石灰的施用效果最顯著。有報(bào)道指出，在土壤pH 5.64水稻田中，施用石灰3 000 kg/hm可實(shí)現(xiàn)稻谷增產(chǎn)14.74%，調(diào)酸改土和增產(chǎn)增收效果顯著［8］。在pH 5.0左右的酸化水稻田施用石灰可以使土壤pH提高0.50～1.81個(gè)單位，水稻增產(chǎn)3.62%～13.29%［9］。但也有研究發(fā)現(xiàn)，在南方典型雙季稻種植區(qū)施用石灰后，土壤pH、有效磷和堿解氮含量提高，但不利于水稻穩(wěn)產(chǎn)［10］。水稻產(chǎn)量對(duì)石灰施用的響應(yīng)因試驗(yàn)區(qū)域土壤類型、基礎(chǔ)地力、施用量等條件不同而表現(xiàn)出不同結(jié)果。鑒于此，筆者以沿江平原酸化水稻田為研究對(duì)象，通過大田試驗(yàn)，明確不同石灰用量對(duì)土壤酸度、水稻產(chǎn)量以及經(jīng)濟(jì)效益的影響，以期為試驗(yàn)區(qū)域土壤質(zhì)量提升、水稻可持續(xù)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況大田試驗(yàn)在沿江平原當(dāng)涂縣進(jìn)行。當(dāng)涂縣位于安徽省東部、長江下游東岸，是全國主要商品糧生產(chǎn)基地之一。氣候類型為北亞熱帶季風(fēng)氣候，具有溫和濕潤、雨量充沛、四季分明、光照充足等特點(diǎn)。試驗(yàn)地土壤為黃棕壤性水稻土，由下蜀黃土母質(zhì)發(fā)育而來，主要種植制度為水稻—油菜。試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為pH 5.48，有機(jī)質(zhì) 25.8 g/kg，堿解氮128 mg/kg，有效磷19.2 mg/kg，速效鉀94 mg/kg。

1.2試驗(yàn)材料所用生石灰購自市場，鈣含量527 g/kg，鎘等重金屬含量符合GB/ T 23349—2020《肥料中砷、鎘、鉛、汞含量的測定》的標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)置不同石灰用量共6個(gè)處理，其中對(duì)照為不施石灰（CK）、施石灰750 kg/hm（L1處理）、施石灰1 500 kg/hm（L2處理）、施石灰2 250 kg/hm（L3處理）、施石灰3 000 kg/hm（L4處理）、施石灰3 750 kg/hm（L5處理）。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)重復(fù)，各小區(qū)面積20 m。

石灰在稻田整地時(shí)一次性施入。具體為在水稻種植前7 d，將石灰均勻地撒施在耕地土壤表面，然后翻耕20 cm左右使其與表層土壤充分混勻；平衡7 d后開始水稻種植。水稻品種選擇當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)品種，施肥、打藥、灌水等田間管理措施同農(nóng)民習(xí)慣。

水稻季各處理施肥量一致，N-PO-KO用量為180-90-90 kg/hm，所用肥料類型為45% 復(fù)合肥（15-15-15）和尿素（含N 46%）。其中，基肥時(shí)施復(fù)合肥600 kg/hm，尿素78 kg/hm；孕穗期追施尿素117 kg/hm。試驗(yàn)田按小區(qū)作田埂分隔開，每個(gè)小區(qū)設(shè)單獨(dú)進(jìn)水溝。

1.4測定方法水稻收獲時(shí)，各小區(qū)單打、單曬、單獨(dú)計(jì)產(chǎn)，并分小區(qū)采集8～10株代表性水稻植株樣品，考察水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素，包括單位面積有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率及千粒重等。

收獲后采集表層土壤樣品，相關(guān)指標(biāo)測定方法依據(jù)《土壤農(nóng)化分析》［11］。土壤pH按照水土比2.5∶1.0浸提，電極法測定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法，堿解氮用堿解擴(kuò)散法，有效磷采用0.5 mol/L NaHCO浸提—鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用1.0 mol/L NHOAc浸提—火焰光度法測定。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)各處理水稻產(chǎn)值由水稻產(chǎn)量乘以稻谷當(dāng)年平均收購價(jià)所得。投入成本根據(jù)化肥與石灰用量來計(jì)算，其中復(fù)合肥、尿素和石灰的價(jià)格分別按3.2、2.5和0.6元/kg折算，同時(shí)計(jì)入人工、農(nóng)藥、機(jī)械等基礎(chǔ)費(fèi)用。收益以當(dāng)年水稻產(chǎn)值去除投入成本計(jì)算。產(chǎn)投比為水稻產(chǎn)值與投入成本比值。

采用Excel 2019和SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析；單因素方差分析（one-way ANOVA）采用Duncan’s法進(jìn)行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理土壤酸度比較供試區(qū)域土壤初始pH<5.5，屬于酸性土壤。由圖1可知，隨石灰用量的增加，土壤pH表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。相較于CK處理，施用石灰處理的土壤pH增加0.16～0.33個(gè)單位，其中L3、L4和L5處理與CK間差異達(dá)顯著水平（P<0.05）。對(duì)石灰用量與土壤pH進(jìn)行線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，兩者間呈極顯著正相關(guān)。回歸方程為y（土壤pH）=0.000 1x（石灰用量）+5.541 9，即石灰用量每增加100 kg/hm，土壤pH約增加0.01個(gè)單位。

2.2不同處理水稻產(chǎn)量及構(gòu)成因素比較水稻的穗粒數(shù)和有效穗數(shù)是影響水稻產(chǎn)量的主要限制因子。由表1可知，L3處理有效穗數(shù)最高，較CK處理提高5.2%，其次是為L1、L2和L4處理，增加幅度在2.7%～4.0%，L5處理的有效穗數(shù)與CK處理較接近。施用石灰處理的每穗總粒數(shù)較CK提高2.3%～4.6%。結(jié)實(shí)率表現(xiàn)出明顯提高的為L3處理，而L5處理則較CK處理降低3百分點(diǎn)。L1、L3處理千粒重較高，分別較CK處理提高3.5%和2.7%?？傮w來看，L3處理在提高有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素方面表現(xiàn)較優(yōu)。相應(yīng)地，L3處理的理論產(chǎn)量也最高，較CK處理提高20.1%；L1、L2、L4處理的理論產(chǎn)量較對(duì)照增加幅度在9.5%～12.7%，而L5處理理論產(chǎn)量與對(duì)照較接近。由此可見，在微酸水稻土上施用適量石灰能提高水稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，從而提高增產(chǎn)潛力。

水稻產(chǎn)量結(jié)果表明（圖2），相較于對(duì)照CK，L3和L1處理分別增產(chǎn)11.1%和10.5%，其次是L2和L4處理，增產(chǎn)幅度分別為9.0%和6.7%，差異均達(dá)顯著水平（P<0.05）；而L5處理水稻產(chǎn)量表現(xiàn)出降低趨勢，較CK顯著減產(chǎn)5.8%。

以水稻產(chǎn)量y為因變量，石灰用量x為自變量，進(jìn)行回歸分析，得到方程y=-0.000 3x+1.096 7x+8 103.3。方程的決定系數(shù)R=0.930 7（P<0.01），表明x對(duì)y存在極顯著相關(guān)性，該回歸方程能夠反映水稻產(chǎn)量變化與石灰用量之間的關(guān)系。隨著石灰用量的增加，水稻產(chǎn)量總體上表現(xiàn)出先增后降的拋物線趨勢，在L3處理達(dá)到峰值?？梢?，該試驗(yàn)區(qū)域石灰用量在750～3 000 kg/hm2時(shí)能夠不同程度提高水稻產(chǎn)量，其中2 250 kg/hm用量時(shí)水稻增產(chǎn)效果最佳；而過高用量3 350 kg/hm則不利于水稻生長。

2.3不同處理水稻經(jīng)濟(jì)效益比較由表2可知，各處理水稻產(chǎn)值在19 000～22 400元/hm，其中L1和L3處理水稻產(chǎn)值較高，其次是L2和L4處理，CK和L5處理產(chǎn)值處于較低水平。隨著石灰用量的增加，成本投入逐漸升高，由CK處理中的7 808元/hm升高至L5處理中的10 258元/hm。水稻收益在L1處理最高，較CK處理增收1 627元/hm；其次是L2和L3處理，分別增收837和764元/hm，L4和L5處理中水稻收益表現(xiàn)出負(fù)增長趨勢，分別較CK處理減少610和3 616元/hm。各處理產(chǎn)投比在1.9～2.7，其中L1和CK處理的產(chǎn)投比較高，產(chǎn)投比較低的為L4和L5處理。

該研究結(jié)果表明，在酸化水稻土上施用適宜用量的石灰具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，而過量施用石灰會(huì)導(dǎo)致水稻收益不同幅度的降低。因此，在施用石灰治理水稻田時(shí)，需要綜合考慮水稻增產(chǎn)與成本投入之間的平衡關(guān)系。該研究區(qū)域適宜的石灰用量在750～2 250 kg/hm，隨著石灰用量增加，收益增加值降低，其中750 kg/hm用量處理表現(xiàn)出最佳的增收效果。

3討論

該研究結(jié)果表明，在酸性土壤中，石灰用量與土壤pH之間呈現(xiàn)極顯著的線性關(guān)系，這與以往的研究結(jié)論一致［12］。石灰添加可以有效中和土壤中的活性酸和潛性酸，并降低交換性Al含量和提高交換性Ca含量，從而緩解土壤酸化［4］。

該研究中，隨石灰施用量的增加，水稻產(chǎn)量總體上表現(xiàn)出先增后降的拋物線趨勢。水稻生產(chǎn)受到土壤酸化的影響，有研究表明，隨著澆灌水的pH降低，與產(chǎn)量相關(guān)的水稻農(nóng)藝性狀顯著降低［13］。土壤酸化可使水稻減產(chǎn)降幅達(dá)20%［14］。這可能是因?yàn)樗峄寥乐写嬖诖罅緼l和H等交換性陽離子，一方面對(duì)植物的根系產(chǎn)生毒害，降低植物對(duì)營養(yǎng)元素的吸收能力；另一方面，土壤pH下降，土壤微生物生長和活動(dòng)也受到抑制，從而影響了土壤養(yǎng)分循環(huán)和有機(jī)質(zhì)的分解過程，導(dǎo)致供肥能力下降［15］。在適宜用量范圍內(nèi)，施用石灰引入鈣離子，增加土壤鹽基飽和度，直接提高土壤pH，降低了土壤交換性酸和交換性鋁含量，減輕鋁的毒害［16］；同時(shí)，土壤pH＞6時(shí)，土壤的生物活性和養(yǎng)分循環(huán)能力相應(yīng)增加，土壤氮素礦化速率增加，提高土壤速效氮含量［7］，從而改善改善植株?duì)I養(yǎng)和生長狀況，提高作物產(chǎn)量。

不同試驗(yàn)地點(diǎn)的適宜石灰用量不同，楊靜等［12］報(bào)道顯示，pH 5.0左右的酸性稻田中，施用600～750 kg/hm石灰時(shí)水稻增產(chǎn)4.41%～4.62%。而在稻油輪作區(qū)酸性土壤（pH 4.5）的研究表明，石灰施用6 500 kg/hm左右可獲得我國南方稻油輪作區(qū)的作物穩(wěn)定高產(chǎn)［4］。該研究中，石灰適宜用量在750～3 000 kg/hm，2 250 kg/hm用量時(shí)水稻增產(chǎn)幅度最大。水稻產(chǎn)量對(duì)石灰用量的響應(yīng)不同可能與土壤初始pH、有機(jī)質(zhì)、陽離子交換量等理化性質(zhì)有關(guān)。

該研究結(jié)果表明，在石灰用量過高（3 750 kg/hm）的情況下，水稻產(chǎn)量表現(xiàn)出降低趨勢。閆志浩等［4］也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)石灰添加量> 7 500 kg/hm時(shí)作物減產(chǎn)，這可能是因?yàn)檫^量施用石灰可能會(huì)導(dǎo)致銨態(tài)氮的揮發(fā)，加速有機(jī)質(zhì)的分解，或者抑制參與氮素轉(zhuǎn)化的功能菌活性，從而降低礦質(zhì)氮含量［17］；同時(shí)外源鈣的過量輸入可能導(dǎo)致土壤中鉀、鈣、鎂等營養(yǎng)元素平衡失調(diào)，鈣離子還會(huì)與磷酸根離子結(jié)合，生成難溶于水的磷酸鈣鹽沉淀，抑制作物對(duì)養(yǎng)分的吸收［18］。有研究表明，當(dāng)土壤交換性鈣含量超過11.8 cmol/kg時(shí)，作物就會(huì)減產(chǎn)［19］。因此，使用石灰進(jìn)行酸性水稻田改良時(shí)需要注意用量，避免過度使用不利于水稻生長。

從經(jīng)濟(jì)效益方面來看，石灰用量在750～2 250 kg/hm時(shí)，隨石灰用量增加收益逐漸降低；而石灰用量大于2 250 kg/hm時(shí)，水稻收益表現(xiàn)出負(fù)增長。除了石灰材料本身的成本之外，田間實(shí)際施用石灰時(shí)額外產(chǎn)生的人力成本也是影響水稻收益的關(guān)鍵因素之一。大多數(shù)石灰材料為粉末狀，且遇水放熱易灼傷皮膚，進(jìn)一步增加了施用難度。較高用量的石灰常伴隨投入成本的大幅增加。因此，在施用石灰治理水稻田時(shí)，需要綜合考慮水稻增產(chǎn)與成本投入之間的平衡關(guān)系，該研究中750 kg/hm用量下增收效果最佳。

4結(jié)論

沿江平原pH 5.49的酸性水稻田中，石灰用量在750～3 000 kg/hm時(shí)能夠不同程度提高水稻產(chǎn)量，其中2 250 kg/hm用量時(shí)水稻增產(chǎn)效果最佳；而過高用量3 350 kg/hm處理則不利于水稻生長。隨著石灰用量增加，水稻種植收益增加值降低，750 kg/hm用量下增收效果最佳。因此，在施用石灰治理酸化水稻田時(shí)，需要綜合考慮水稻增產(chǎn)與成本投入之間的平衡關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

［1］ 李繼紅.我國土壤酸化的成因與防控研究［J］.農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究，2012，2（6）：42-45.

［2］ 張福鎖.我國農(nóng)田土壤酸化現(xiàn)狀及影響［J］.民主與科學(xué)，2016（6）：26-27.

［3］ HONG C，LU S G.Does biochar affect the availability and chemical fractionation of phosphate in soils？ ［J］.Environmental science and pollution research，2018，25（9）：8725-8734.

［4］ 閆志浩，胡志華，王士超，等.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［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，52（23）：4285-4295.

［5］ 周世偉.長期施肥下紅壤酸化特征及主要作物的酸害閾值［D］.北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2017.

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

［7］ FAGERIA N K，BALIGAR V.Chapter 7 ameliorating soil acidity of tropical oxisols by liming for sustainable crop production ［J］.Advances in agronomy，2008，99：345-399.

［8］ 方克明，肖欣，王美玲，等.農(nóng)用石灰在酸性及鎘污染稻田中試效果［J］.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2021，37（26）：93-97.

［9］ 潘香玉.施用石灰對(duì)稻田土壤pH值、水稻產(chǎn)量和重金屬積累的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2020，40（35）：15-18.

［10］ 馬國柱，屠乃美，方暢宇，等.有機(jī)無機(jī)肥配施鋅肥和石灰對(duì)雙季稻產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分特性的影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2020，34（4）：171-177.

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

［12］ 楊靜，譚永鋒，肖志強(qiáng)，等.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［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（36）：175-176，179.

［13］ 曾勇軍，周慶紅，呂偉生，等.土壤酸化對(duì)雙季早、晚稻產(chǎn)量的影響［J］.作物學(xué)報(bào)，2014，40（5）：899-907.

［14］ 袁珍貴，陳平平，唐琨，等.土壤酸化對(duì)晚稻產(chǎn)量的影響及品種耐酸性比較［J］.作物研究，2014，28（6）：585-588.

［15］ 周娟，袁珍貴，郭莉莉，等.土壤酸化對(duì)作物生長發(fā)育的影響及改良措施［J］.作物研究，2013，27（1）：96-102.

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

［17］ 唐琨，朱偉文，周文新，等.土壤pH對(duì)植物生長發(fā)育影響的研究進(jìn)展［J］.作物研究，2013，27（2）：207-212.

［18］ AZMAN E A，JUSOP S，ISHAK C F，et al.Increasing rice production using different lime sources on an acid sulphate soil in Merbok，Malaysia［J］.Pertanika journal of tropical agricultural science，2014，37（2）：223-247.

［19］ 曾廷廷.紅壤區(qū)作物產(chǎn)量對(duì)酸化的響應(yīng)及pH閾值［D］.貴陽：貴州大學(xué)，2017.