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、提高水稻產量的有效途徑之一。在沿江平原酸化水稻田進行大田試驗，分析石灰用量（750～3 750 kg/hm）與土壤pH、水稻產量以及經濟效益之間的關系。結果表明，與對照不施石灰相比，隨著石灰用量的增加，土壤pH增加0.16～0.33個單位。石灰用量在750～3 000 kg/hm時能夠不同程度提高水稻產量構成因素及實際產量，其中2 250 kg/hm用量時水稻增產效果最佳；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。

關鍵詞石灰；酸化；水稻；產量；效益

中圖分類號S511文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2023）08-0022-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.08.006開放科學（資源服務）標識碼（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增強導致酸沉降增加，農業(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程。據統(tǒng)計，從20世紀80年代到現(xiàn)在，我國土壤酸化情況越來越嚴重，耕地土壤酸化已成為我國糧食主產區(qū)高強度農業(yè)利用下糧食持續(xù)穩(wěn)定高產的重要限制因素［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、養(yǎng)分流失和重金屬活化等危害，嚴重影響生態(tài)環(huán)境和制約農業(yè)生產［2］。土壤酸化的加劇還會導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］。

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

目前在農業(yè)生產中，應用較多的土壤酸度改良材料主要有石灰、粉煤灰、生物炭、堿性肥料和有機物料等，其中石灰是國內外農業(yè)中應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。有報道指出，在土壤pH 5.64水稻田中，施用石灰3 000 kg/hm可實現(xiàn)稻谷增產14.74%，調酸改土和增產增收效果顯著［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個單位，水稻增產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［10］。水稻產量對石灰施用的響應因試驗區(qū)域土壤類型、基礎地力、施用量等條件不同而表現(xiàn)出不同結果。鑒于此，筆者以沿江平原酸化水稻田為研究對象，通過大田試驗，明確不同石灰用量對土壤酸度、水稻產量以及經濟效益的影響，以期為試驗區(qū)域土壤質量提升、水稻可持續(xù)生產提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況大田試驗在沿江平原當涂縣進行。當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基地之一。氣候類型為北亞熱帶季風氣候，具有溫和濕潤、雨量充沛、四季分明、光照充足等特點。試驗地土壤為黃棕壤性水稻土，由下蜀黃土母質發(fā)育而來，主要種植制度為水稻—油菜。試驗前土壤基礎理化性質為pH 5.48，有機質 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》的標準要求。

1.3試驗設計試驗設置不同石灰用量共6個處理，其中對照為不施石灰（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）。試驗設3個重復，各小區(qū)面積20 m。

石灰在稻田整地時一次性施入。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。水稻品種選擇當地常規(guī)品種，施肥、打藥、灌水等田間管理措施同農民習慣。

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% 復合肥（15-15-15）和尿素（含N 46%）。其中，基肥時施復合肥600 kg/hm，尿素78 kg/hm；孕穗期追施尿素117 kg/hm。試驗田按小區(qū)作田埂分隔開，每個小區(qū)設單獨進水溝。

1.4測定方法水稻收獲時，各小區(qū)單打、單曬、單獨計產，并分小區(qū)采集8～10株代表性水稻植株樣品，考察水稻產量構成因素，包括單位面積有效穗數、穗粒數、結實率及千粒重等。

收獲后采集表層土壤樣品，相關指標測定方法依據《土壤農化分析》［11］。土壤pH按照水土比2.5∶1.0浸提，電極法測定，有機質采用重鉻酸鉀外加熱法，堿解氮用堿解擴散法，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數據統(tǒng)計各處理水稻產值由水稻產量乘以稻谷當年平均收購價所得。投入成本根據化肥與石灰用量來計算，其中復合肥、尿素和石灰的價格分別按3.2、2.5和0.6元/kg折算，同時計入人工、農藥、機械等基礎費用。收益以當年水稻產值去除投入成本計算。產投比為水稻產值與投入成本比值。

采用Excel 2019和SPSS 18.0軟件對數據進行處理分析；單因素方差分析（one-way ANOVA）采用Duncan’s法進行多重比較。

2結果與分析

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個單位，其中L3、L4和L5處理與CK間差異達顯著水平（P<0.05）。對石灰用量與土壤pH進行線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，兩者間呈極顯著正相關?；貧w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個單位。

2.2不同處理水稻產量及構成因素比較水稻的穗粒數和有效穗數是影響水稻產量的主要限制因子。由表1可知，L3處理有效穗數最高，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處理的有效穗數與CK處理較接近。施用石灰處理的每穗總粒數較CK提高2.3%～4.6%。結實率表現(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。L1、L3處理千粒重較高，分別較CK處理提高3.5%和2.7%。總體來看，L3處理在提高有效穗數、結實率和千粒重等產量構成因素方面表現(xiàn)較優(yōu)。相應地，L3處理的理論產量也最高，較CK處理提高20.1%；L1、L2、L4處理的理論產量較對照增加幅度在9.5%～12.7%，而L5處理理論產量與對照較接近。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、穗粒數和千粒重，從而提高增產潛力。

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

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

2.3不同處理水稻經濟效益比較由表2可知，各處理水稻產值在19 000～22 400元/hm，其中L1和L3處理水稻產值較高，其次是L2和L4處理，CK和L5處理產值處于較低水平。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)出負增長趨勢，分別較CK處理減少610和3 616元/hm。各處理產投比在1.9～2.7，其中L1和CK處理的產投比較高，產投比較低的為L4和L5處理。

該研究結果表明，在酸化水稻土上施用適宜用量的石灰具有一定的經濟效益，而過量施用石灰會導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，需要綜合考慮水稻增產與成本投入之間的平衡關系。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)極顯著的線性關系，這與以往的研究結論一致［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，水稻產量總體上表現(xiàn)出先增后降的拋物線趨勢。水稻生產受到土壤酸化的影響，有研究表明，隨著澆灌水的pH降低，與產量相關的水稻農藝性狀顯著降低［13］。土壤酸化可使水稻減產降幅達20%［14］。這可能是因為酸化土壤中存在大量Al和H等交換性陽離子，一方面對植物的根系產生毒害，降低植物對營養(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也受到抑制，從而影響了土壤養(yǎng)分循環(huán)和有機質的分解過程，導致供肥能力下降［15］。在適宜用量范圍內，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，土壤pH＞6時，土壤的生物活性和養(yǎng)分循環(huán)能力相應增加，土壤氮素礦化速率增加，提高土壤速效氮含量［7］，從而改善改善植株營養(yǎng)和生長狀況，提高作物產量。

不同試驗地點的適宜石灰用量不同，楊靜等［12］報道顯示，pH 5.0左右的酸性稻田中，施用600～750 kg/hm石灰時水稻增產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［4］。該研究中，石灰適宜用量在750～3 000 kg/hm，2 250 kg/hm用量時水稻增產幅度最大。水稻產量對石灰用量的響應不同可能與土壤初始pH、有機質、陽離子交換量等理化性質有關。

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

從經濟效益方面來看，石灰用量在750～2 250 kg/hm時，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，水稻收益表現(xiàn)出負增長。除了石灰材料本身的成本之外，田間實際施用石灰時額外產生的人力成本也是影響水稻收益的關鍵因素之一。大多數石灰材料為粉末狀，且遇水放熱易灼傷皮膚，進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，需要綜合考慮水稻增產與成本投入之間的平衡關系，該研究中750 kg/hm用量下增收效果最佳。

4結論

沿江平原pH 5.49的酸性水稻田中，石灰用量在750～3 000 kg/hm時能夠不同程度提高水稻產量，其中2 250 kg/hm用量時水稻增產效果最佳；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，需要綜合考慮水稻增產與成本投入之間的平衡關系。

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