湖南省水稻主产区酸性土壤施用石灰的改良效果

刘琼峰，蒋 平，李志明，李明德，吴海勇，文 星

（1.湖南省土壤肥料研究所，湖南长沙410125；2.湖南省土壤肥料工作站，湖南长沙410005）

土壤酸化作为土壤退化的一个重要方面，加速了土壤酸度的提高、大量营养元素的淋失，造成土壤肥力下降，严重影响作物生长[1]，已经成为制约区域农业可持续发展的一个重要因素。湖南省是我国重要的水稻主产区，近30年来耕地土壤酸化面积明显增加，尤其是强酸性土壤，目前湖南省耕地土壤酸化面积占全省耕地面积的72.6%，同时还将有进一步酸化的趋势[2]。因此，对湖南省水稻主产区酸性土壤进行改良是保障土壤资源可持续利用的必要措施。

施用石灰是酸化土壤改良和消除铝毒最有效、最经典的方法[3]。但是，频繁地通过施用石灰来调节土壤的酸度可能会加剧土壤的酸化，大量或长期施用石灰不但影响土壤结构、造成土壤板结，而且会引起土壤钙、钾、镁等元素的平衡失调而导致减产[4-7]。国内针对酸性土壤改良的石灰施用量已进行了一些研究，如孟赐福通过15年田间施用石灰的定位试验，结果表明，红壤施用3.75～15.00 t/hm2石灰石粉降低土壤酸度的后效可以维持4～15a[3]。唐莉娜等通过酸性土壤施石灰对烟稻轮作后效的影响盆栽试验表明，每千克土施石灰0.2~0.4 g为宜，且隔季施用效果较好[8]。而目前针对水稻主产区域土壤酸化问题，施用石灰及不同施用量对酸性土壤的改良效果研究尚较少报道。本研究在湖南省水稻主产区浏阳市、汉寿县、衡阳县、洞口县、蓝山县、郴州市苏仙区和北湖区，根据不同种植制度，选择典型酸性土壤进行不同石灰施用量对酸性土壤改良的田间试验，研究施用石灰及不同施用量对酸性土壤的应用效果，为我省水稻主产区域酸性土壤改良提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2012年度在湖南省水稻主产区选择水田土壤严重酸化（pH值≤5.5）的典型稻作区，根据典型种植制度早稻—晚稻、油菜—中稻、烤烟—晚稻选择排灌方便、地形平坦、田块方正、肥力均匀、pH值5.5以下、田块面积0.13hm2以上的稻田进行试验。

表1 试验点基本信息Table 1 The basic information of test point

1.2 试验方案

试验共设5个处理：①对照（CK），不施石灰；②施生石灰粉25 kg/667m2；③施生石灰粉50 kg/667m2；④施生石灰粉75 kg/667m2；⑤施生石灰粉100 kg/667m2。重复3次，15个小区，随机排列，小区面积30 m2（5m×6m），小区之间田埂用塑料薄膜铺盖，防止小区间串水串肥。试验小区均采用移栽，早稻移栽密度为13.3 cm×20 cm，晚稻移栽密度为20cm×20cm。

试验材料统一为生石灰粉，即生石灰直接粉碎后的产品，其CaO的含量在80%以上。早稻—晚稻种植区在早稻移栽前1个月把试验小区做好；油菜—中稻种植区在油菜收获后中稻移栽前15天把试验小区做好；烤烟—晚稻种植区在烤烟移栽前1个月把试验小区做好。然后均按处理用量把石灰均匀撒施在小区内，随即翻耕。各小区除石灰施用量不同外，其化肥施用品种、施用量、施用方法、施用时期及各小区的田间管理按当地推荐的施肥方案和栽培技术进行。

1.3 样品采集与分析

试验前采取基础土样1 kg，各季作物收获后采集耕作层(0~20 cm）混合土壤样品1 kg，充分风干，并制备成10目(500g)与60目(200 g)的分析样品检测土壤pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾。水稻收获时每个小区取样调查其有效穗数、每穗（株）总粒数、实粒数、结实率和千粒重，测定每个小区的实际产量。烤烟测定每个小区各级烤烟的实际产量产值。

2 结果与分析

2.1 施用石灰对酸性土壤的改良效果

2.1.1 土壤pH值 湖南省水稻主产区各县（市）的田间试验结果表明（图1），对于pH5.5以下的酸性土壤，与不施用石灰的处理1（对照）相比，施用石灰的处理2~处理5均能提高土壤的pH值，处理2~处理5分别提高土壤pH 值 0.1~0.6、0.1~0.5、0.16~0.9、0.2~0.6。在早稻—晚稻种植区蓝山县和洞口县、油菜—中稻种植区浏阳市、烤烟—晚稻种植区郴州市北湖区的田间试验中，处理4（75 kg/667m2）和处理 5（100 kg/667m2）对于提高土壤 pH 值的效果较其它处理更明显。

图1 试验点不同石灰施用量对土壤pH值的影响Fig.1 Effects of different lime treatments on soil pH value

图2 pH值与石灰施用量的相关性Fig.2 Correlation of pH value and the amount of Liming

通过对田间试验pH值平均增加量与石灰施用量的回归分析（图2），结果表明，各试验点的pH值平均增加量与石灰施用量呈显著线性相关(0.01水平)，相关系数R为0.95，决定系数R2为0.90，拟合线性回归方程为y=202.06x-5.97。根据方程估计，pH值初始值为4.5~5.4的酸性土壤，pH值提高0.2、0.3、0.4、0.5分别需施用石灰34 、55、75、95kg。

2.1.2 土壤交换性氢、交换性铝、CEC 土壤的酸化始于土壤中活性质子（氢离子），当土壤溶液中的氢离子取代土壤中阳离子交换位上的盐基离子，打破土壤中原来的化学平衡，土壤中的盐基离子进入土壤溶液中，随着雨水不断流失，造成土壤的盐基饱和度下降，而氢饱和度增加，土壤酸度就变大[9-10]。随着土壤pH值的降低，土壤阳离子代换量（CEC）也降低，活性铝大量溶出，导致土壤养分活性降低、影响作物生长。

试验表明，施用石灰对于酸性土壤交换性能也有一定影响，以洞口县试验为例（表2），与不施用石灰的处理1（对照）相比，施用石灰的处理对于降低土壤交换性氢、交换性铝含量、提高土壤阳离子交换量具有改良效果。与施石灰25 kg/667m2的处理2相比,施石灰50~100 kg/667m2的处理3~处理5对于降低土壤交换性铝含量、提高土壤阳离子交换量的效果更明显。

表2 洞口试点早稻不同石灰施用量处理土壤交换性氢、交换性铝、CEC值变化Table 2 The exchangeable hydrogen,exchangeable Al and CEC valuechangeofdifferentlimetreatmertsin earlyrice soil ofDongkou

2.1.3 土壤有机质和氮磷钾 试验点不同石灰施用量对土壤养分平均含量的变化表明（表3），施用石灰的处理2~处理4的土壤有机质含量较对照有所下降，其原因可能是由于施用石灰加速了土壤C、N的矿化速率，增加了土壤C、N的损失[11]。与对照相比，施用石灰的各处理土壤有效磷平均含量变化不明显，土壤碱解氮和速效钾平均含量均有所增加，表明施用石灰对于提高酸性土壤有效养分的供给具有一定作用。

表3 不同石灰施用量处理土壤养分平均含量变化Table 3 The average content change of soil nutrients of different lime treatments

2.2 施用石灰对酸性土壤作物的增产效应

2.2.1 不同石灰施用量对水稻经济性状及产量的影响施用石灰对水稻的增产效果较明显，以早稻-晚稻种植区洞口县试验为例（表4），与处理1（对照）相比，酸性土壤施用石灰可不同程度的促进水稻生长、增加水稻产量，施用石灰的处理2~处理5的实际产量比处理1高出11.13~38.62 kg，按早稻谷2.2元/kg计算，产值比处理1高出24.48~84.96元。不同石灰施用量对早稻经济性状有效穗、穗长、每穗总粒数、每穗实粒数、千粒重及产量产值的影响均呈现出处理4（施生石灰75 kg/667m2）>处理3（施生石灰50 kg/667m2）>处理5（施生石灰100 kg/667m2）> 处理 2（施生石灰 25 kg/667m2）的趋势，以处理4和处理3的产量较高，经济效益较好。

表4 洞口试点不同石灰施用量处理对早稻经济性状及产量的影响Table 4 Effects of different lime treatments on economic characters and yield of early rice in Dongkou

从各试验点早稻和晚稻产量的总体状况来看（图3），施用石灰的各处理水稻产量均要高于对照，增产效果明显,其中处理3~处理5（施生石灰50~100 kg/667m2）的水稻产量整体水平较高。通过对石灰施用量与水稻产量的回归分析表明（图4），石灰施用量与水稻平均产量呈显著相关（0.05水平），决定系数R2为0.95,相关性以二次曲线拟合较好，拟合曲线回归方程为y=-0.007 8x2+1.25x+435.88。施用生石灰粉25~75kg/667m2呈现随石灰施用量的增加水稻产量也增长的趋势，但生石灰粉施用量达到100 kg/667m2后，水稻产量反而有所下降，可能是由于生石灰粉施用量过大，影响禾苗的正常生长发育，因此，酸性水稻田施生石灰75 kg/667m2为水稻高产的适宜施用量。

图3 湖南省水稻主产区试验点不同石灰施用量处理的水稻产量变化Fig.3 Test sites’rice yield change of different lime treatments of rice production areas in Hunan

图4 石灰施用量与水稻产量的相关性Fig.4 Correlation of lime application rate and rice yield

2.2.2 不同石灰施用量对烤烟产量的影响 施用石灰对烤烟的产量产值也有一定影响，以烤烟-晚稻种植区郴州市北湖区试验为例（表5），各处理烟叶产量较对照均有增产，小区（30m2）产量处理2~处理5比处理1(对照)分别增产 0.63、1.16、1.1 和 2.16 kg，增产幅度分别为11.52%、21.21%、20.11%和39.49%，处理3~处理5的增产效果比处理2更明显。根据烟草部门烟叶分级标准和收购价格进行产值分析,各处理烟叶产值较对照均有增加，小区（30m2）产值处理2~处理5比对照分别增加0.39、29.20、20.98、44.64 元，增收幅度分别为 0.41%、30.67%、22.03%和46.89%，以施用生石灰100 kg/667m2的增产效果最好。

表5 郴州市北湖区试验点烤烟不同石灰用量烟叶产量及分级表Table5 Flue-cured tobacco leaf yield and scale of different lime treatments at test site in Beihu District,Chenzhou

3 结论

（1）酸性水稻土施用生石灰能提高土壤pH值、降低土壤交换性氢和交换性铝的含量、增加土壤盐基离子含量，对于增加土壤有效养分含量也有一定作用。pH值小于5.5的酸性土壤，施用生石灰粉50~100 kg/667m2对于酸性水稻土改良有较好的应用效果。

（2）酸性水稻土施用生石灰能显著增加作物的产量，施用生石灰粉50~100 kg/667m2对于水稻、烤烟的增产效果较明显，种植水稻以施用生石灰75 kg/667m2为较适宜的施用量，种植烤烟施用生石灰100 kg/667m2的增产效果较好。

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