石灰用量对酸性土壤酸度及大麦幼苗生长的影响

胡 敏，向永生，鲁剑巍

（1华中农业大学资源与环境学院/农业部长江中下游耕地保育重点实验室，武汉 430070；2湖北省恩施州土壤肥料工作站，湖北恩施 445000）

石灰用量对酸性土壤酸度及大麦幼苗生长的影响

胡 敏1，向永生2，鲁剑巍1

（1华中农业大学资源与环境学院/农业部长江中下游耕地保育重点实验室，武汉 430070；2湖北省恩施州土壤肥料工作站，湖北恩施 445000）

【目的】研究生石灰用量对酸性土壤（pH3.9）降酸效果和大麦幼苗生长的影响，以期明确适宜的生石灰用量，为酸性土壤改良及生石灰的合理施用提供科学依据。【方法】试验于华中农业大学盆栽场进行，采用土壤培养和盆栽试验方法，依据Ca（OH）2滴定法计算出石灰需要量，设置不施生石灰和生石灰用量0.3、0.9、1.8、2.4和4.8 g·kg-1等6个处理，分别于培养后10、20、30、40、50、60、70和90 d取样8次，监测土壤pH、土壤交换性酸总量、土壤交换性H+含量和土壤交换性铝含量动态变化；于培养后第90天播种大麦，2周后进行观测，研究不同生石灰用量改良后的土壤对大麦幼苗生物量、根系形态指标及根系活力的影响。【结果】土壤培养试验结果表明，生石灰施入初期（前30 d）可明显提高土壤pH，降低土壤交换性酸总量和土壤交换性铝含量。石灰用量越高，潜在酸的含量越低，以至于石灰用量4.8 g·kg-1处理的土壤交换性酸总量、土壤交换性H+和交换性铝含量均降为零。但受土壤缓冲性能的影响，其降酸效果随着培养时间的延长而降低，到培养第90天，低石灰用量（＜1.8 g·kg-1）对于提高土壤pH已没有明显效果，而对降低土壤潜在酸效果显著。盆栽试验结果表明，施用生石灰可以显著提高大麦株高和生物量，促进大麦根系生长发育。在生石灰用量1.8 g kg-1的范围内，大麦幼苗株高、生物量、根系总根长、总表面积和根系活力均随生石灰用量的增加而提高，大麦幼苗根系平均直径随生石灰用量的增加而降低；用量超过1.8 g·kg-1后，生石灰对大麦幼苗生长的促进作用明显减弱。尤其是当生石灰用量为4.8 g·kg-1时，大麦根系活力显著低于石灰用量0.9 g·kg-1处理，过量生石灰的施用，抑制了根系的生长。这表明生石灰用量1.8 g·kg-1的改良效果最佳，与采用Ca（OH）2滴定法计算出的石灰需要量1.76 g·kg-1相吻合。【结论】在酸性土壤上施用生石灰能明显中和土壤酸性，显著促进大麦幼苗生长。在本试验条件下，酸性土壤（pH3.9）最佳生石灰施用量为1.8 g·kg-1（相当于4 t·hm-2生石灰用量），与采用Ca（OH）2滴定法计算出的石灰需要量一致，证实该方法确定的石灰用量是适宜的。

生石灰用量；土壤酸度；大麦幼苗；根系形态指标

0 引言

【研究意义】从20世纪80年代至今，中国农田土壤pH平均下降了0.13—0.80个单位［1］，日趋严重的土壤酸化问题引起了社会的普遍关注。土壤酸化既会引起土壤理化性质恶化、养分流失，还会致使铝离子和重金属活度提高、土壤微生物活性降低，从而导致农作物减产［2］，严重制约着农业生产可持续发展［3-4］。长期以来，酸性土壤改良都是国内外关注的热点［5］。在所有改良措施中，施用石灰是最有效的方法［6］，至今仍然是中国和世界农业生产中的经典技术［7-9］。同其他的农艺措施一样，石灰施用技术直接影响着改良效果，尤其是石灰用量的确定至关重要。【前人研究进展】CAIRES等［10］研究表明，施用石灰可以显著增加玉米和小麦产量，提高0—5 cm浅层土壤pH及土壤交换性Ca含量。PRIETZEL等［11］在pH仅为3.0—3.2的土壤上施用4 t·hm-2石灰，长期维持了较高的土壤pH。HATI等［12］和MANNA等［13］研究表明，在改良土壤物理性质上，长期施用石灰可以达到与有机肥相同的效果。也有不少研究表明，不恰当地使用石灰也会导致负面影响，过量施用石灰不但影响土壤结构、造成土壤板结，甚至产生次生石灰化，还会使土壤中钾、钙、镁等营养元素出现平衡失调，从而导致作物减产［6，14-16］。【本研究切入点】施用石灰对于改良酸性土壤效果显著，是一项古老的改良措施［17］，石灰适宜用量的确定是决定这一措施是否有效和能否推广应用的关键。20世纪80年代中期以来，中国农业生产逐渐少用或停用石灰就与当时石灰不当施用导致的负面效应有关［18］，而这一停用是导致当前土壤严重酸化全面暴发的重要原因。因此，科学确定石灰用量已成为中国目前农业生产推广石灰应用酸化土壤改良的重要技术。但在石灰用量对土壤酸度动态变化及其施用量的科学确定等方面的报道较少。【拟解决的关键问题】本研究基于土壤培养试验探讨不同石灰用量对酸性土壤的改良效果，并利用对土壤酸度敏感的大麦［19］作为指示作物，通过短期生物盆栽试验，验证Ca（OH）2滴定法确定适宜的石灰需要量，为科学施用石灰、改良酸性土壤提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2015年8—11月在华中农业大学资源与环境学院进行。供试土壤采自湖北省恩施州的农田表土，前季作物为玉米，土壤pH为3.9，土壤交换性酸总量为4.87 cmol·kg-1，土壤交换性H+含量为0.55 cmol·kg-1，土壤交换性铝含量为4.32 cmol·kg-1。盆栽试验供试大麦品种为鄂大麦9号。供试生石灰由天津市福晨化学试剂厂提供，其主要成分CaO含量为98.0%、MgO含量为0.5%，pH为12.27。

1.2 土壤培养试验

在试验设计前，根据Ca（OH）2滴定法计算出供试土壤石灰需要量，计算公式如下［20］：

式中，c、V—滴定时消耗Ca（OH）2标准溶液的浓度（mol·L-1）和体积（mL）；

m—风干土样重（g）；

0.028 —1/2 CaO的摩尔质量（kg·mol-1）；

2250000—每公顷耕层土壤的质量（kg·hm-2），按土壤容重1.15 g·cm-3、耕作层厚度20 cm计算；

1 /2—实验室测定值与田间实际情况的差异系数。由施入的石灰类物质特性决定，当施用的石灰为CaCO3时，其作用相对温和，差异系数大于1（一般选用1.3），而当施用的石灰类物质是CaO（生石灰）时，因其作用强烈，差异系数应该小于1（一般选用0.5）。

计算出石灰施用量为3 950 kg·hm-2，经换算为1.76 g·kg-1土壤。

试验共设6个生石灰用量，分别为0 g·kg-1（CK）、0.3 g·kg-1（L0.3）、0.9 g·kg-1（L0.9）、1.8 g·kg-1（L1.8）、2.4 g·kg-1（L2.4）和4.8 g·kg-1（L4.8）。每盆装土2 kg，将生石灰与土壤混匀，以不施生石灰为对照，每个处理3次重复，随机区组排列，进行3个月培养试验。试验期间用称重法浇去离子水，保持土壤质量含水量为25%左右，定期取样，观测土壤酸度动态变化。

1.3 盆栽试验

上述土壤培养试验的各处理，取经过培养90 d的土样500 g，分别装入12 cm×12 cm（直径×高）的塑料桶后，播种大麦，11月01日播种，11月15日收获。每盆播种10粒，定期用称重法浇去离子水，保证土壤质量含水量在25%左右，整个过程中不施用任何肥料，每个处理3次重复。试验期间播种、浇水等日常管理措施按照常规方法进行。

1.4 土壤样品采集与分析

分别在培养试验的第10、20、30、40、50、60、70和90天采集土壤样品。采用长450 mm、直径6 mm的圆柱形取样器垂直插入土壤，每盆随机取点4个，实验室风干、磨细过筛，测定土壤pH和土壤潜在酸（土壤交换性酸总量、土壤交换性H+含量和土壤交换性铝含量）。具体测定方法［20］：土壤pH按水土比2.5∶1，pH计测定；土壤交换性酸总量、土壤交换性H+分别采用1 mol·L-1KCl淋洗——NaOH滴定方法测定；土壤交换性铝=土壤交换性酸总量-土壤交换性H+。

1.5 植株样品采集与分析

大麦播种2周后收获，将整个植株带根取出，分离根系与土壤，尽量保持根系的完整性，测定其株高。将获得的完整根系冲洗干净后，在根系扫描仪EPSON（PERFECTION C700）上进行扫描，采用WinRHIZO PRO 2009软件进行分析［21］，得到总根长、根系总表面积和平均直径等指标参数，并采用TTC还原法测定根系活力［22］。将地上部和根系于105℃杀青30 min，70℃烘至恒重，称其干重。

1.6 数据统计

试验数据采用Excel 2003软件进行计算处理，并用OriginPro 8.5软件绘图、Genstat 18.0和SPSS 18.0软件进行统计分析。

2 结果

2.1 生石灰对土壤酸度动态变化的影响

通过测定生石灰用量对土壤酸度动态变化（图1），在培养前30 d，生石灰的施入可以显著提高土壤pH，降低土壤交换性酸总量、土壤交换性H+含量和土壤交换性铝含量；石灰用量越高，潜在酸的含量越低，以至于L4.8处理的土壤交换性酸总量、土壤交换性H+和交换性铝含量均降为零。培养第60天后，L0.3、L0.9及对照处理土壤pH没有差异，其他处理差异显著，但各处理均显著降低了土壤潜在酸含量。培养后期（70 d后），土壤交换性H+含量直线上升，而土壤交换性铝含量明显下降，导致土壤pH降低。不同生石灰用量处理的土壤pH达到平衡的时间不同，L4.8和L2.4均在培养第30天趋于稳定，L1.8、L0.9和L0.3均在培养第50天趋于平稳，对照处理在整个培养过程中变化不大。到培养第90天，L4.8、L2.4、L1.8较对照处理分别提高了2.88、1.16和0.74个pH单位。可见，在酸性土壤上，石灰施入初期（前30 d）可以明显降低土壤酸度，但由于土壤的缓冲作用，其效应逐渐衰减，经过90 d培养后，低石灰用量（＜ 1.8 g·kg-1）对于提高土壤pH已没有明显效果，但对降低土壤潜在酸度效果显著。

2.2 生石灰对大麦幼苗生物量的影响

施用生石灰可以显著提高大麦株高及地上部、地下部生物量（表1、图2）。生石灰用量在0—1.8 g·kg-1，大麦株高及生物量随生石灰用量增加而提高，当生石灰用量为1.8 g·kg-1时，株高及生物量达到最高，而生石灰用量高于1.8 g·kg-1时，则出现下降趋势。因此，生石灰用量为1.8 g·kg-1时，效果最好，这与采用Ca（OH）2滴定法计算出的石灰需要量（1.76 g kg-1）基本吻合。从大麦根冠比数值可以看出，当生石灰用量≤2.4 g·kg-1时，可以促进大麦根系的生长，但当生石灰用量为4.8 g·kg-1时，根冠比明显减小，说明过量的生石灰施入土壤抑制了根系的生长。

图1 生石灰用量对土壤酸度动态变化影响Fig. 1 Effects of lime dosage on the dynamics of soil acidity

表1 生石灰用量对大麦幼苗生长的影响Table1 Effects of lime dosage on barley seeding growth

图2 生石灰用量对大麦幼苗长势的影响Fig. 2 Effects of lime dosage on barley growth

表2 生石灰用量对大麦根系形态指标的影响Table2 Effects of lime dosage on root morphological index of barely

2.3 生石灰对大麦根系形态指标的影响

在酸性土壤上施用生石灰显著增加了大麦幼苗总根长（表2），低石灰用量（≤0.3 g·kg-1）对于根系总表面积及平均直径没有促进效果，生石灰用量≥0.9 g·kg-1，其施入显著促进了根系的生长，根系总表面积显著增大，根系平均直径明显减少；但当生石灰用量超过1.8 g·kg-1，生石灰的施入对根系的促进作用明显减弱。

2.4 生石灰对大麦根系活力的影响

随着生石灰用量的增加，大麦根系活力呈递增的趋势（图3），当生石灰用量＞1.8 g·kg-1土时，促进作用明显减弱，尤其是当生石灰用量为4.8 g·kg-1时，大麦根系活力显著低于L0.9处理。说明过量生石灰的施用，抑制了根系的生长。因此，合理的生石灰用量有利于促进根系生长发育，提高大麦根系对养分的吸收能力及根系活性。

图3 生石灰用量对大麦根系活力的影响Fig. 3 Effects of lime dosage on barely root activity

3 讨论

本研究表明，单纯从土壤施用生石灰培养试验看，土壤的酸度指标均随着生石灰用量的增加而呈现不断改善的趋势，说明生石灰施用量越大，土壤酸度改良效果越好。生石灰施入初期（前30 d）能够明显提高土壤pH，降低土壤交换性酸总量和交换性铝含量，到培养后期（60 d后），土壤交换性H+含量增加，土壤pH呈略微下降趋势。这可能是生石灰施入土壤一段时间后，表层土壤中的Ca2+含量下降导致土壤中阳离子交换量降低，而土壤中阴离子含量的增加又加速了土壤中有机质的分解，从而增加了土壤中H+的含量［23］。随着培养时间的延长和土壤缓冲性能的作用，低石灰用量（≤0.9 g kg-1）对于提高土壤pH已没有明显效果，但其对降低土壤潜在酸（土壤交换性酸总量、土壤交换性H+和土壤交换性铝）效果显著，且大麦幼苗试验结果也表明生石灰的施入能显著增加大麦幼苗生物量。这说明土壤pH作为反映土壤酸度指标虽然有着测试简单、快速的优点，但仅仅只用pH来评估酸性土壤改良效果并不全面；另外，施用石灰可以有效抵抗土壤酸化，且可以保持相当长的时间，这与PRIETZEL等［11］和孟赐福等［23］的研究一致。同时，本研究还表明，当生石灰用量超过1.8 g·kg-1后，对大麦幼苗生长的促进作用明显减弱，这说明对作物而言适宜的石灰用量非常重要。于世举［24］研究表明，在酸性土壤上施石灰超过1 500 kg·hm-2，平均每千克石灰对水稻的增产效果呈明显下降趋势；敖俊华等［25］研究表明，每千克土壤施用石灰1.2 g，甘蔗产量和糖分最佳，当石灰施用过多，单位石灰增施量对其表现出负效；雷宏军等［26］的盆栽试验结果发现，酸性土壤上适当施用石灰能极显著提高蚕豆的产量，且不同土壤类型、不同石灰种类，蚕豆获得最佳产量所需的石灰用量明显不同，这也是本试验结果所得到的最佳石灰施用量与前人研究不同的主要原因。

施用石灰是一项传统的酸性土壤改良措施［17］，然而石灰适宜用量的确定是决定这一措施是否有效和能否推广应用的关键。人们在确定石灰需要量方面进行了大量研究，可以计算石灰适宜用量的方法很多，根据pH确定石灰用量的方法主要有SMP单缓冲法、SMP双缓冲法和Ca（OH）2滴定法［20，27］，相比于SMP单缓冲法和SMP双缓冲法而言，Ca（OH）2滴定法更准确［28-29］。本研究的供试土壤采用Ca（OH）2滴定法计算出生石灰适宜用量为1.76 g·kg-1，与用大麦幼苗法的生物研究结果非常吻合，再次说明采用Ca（OH）2滴定法计算酸性土壤改良适宜石灰用量的可行性。

在酸性土壤上施用石灰使大麦增产的原因主要是施用石灰提高了土壤pH，改善了土壤酸度，减少了土壤交换性铝含量，从而促进根系发育［30-32］，这与本研究结果一致。但本研究还表明，生石灰用量在超过1.8 g·kg-1范围后，随着用量的增加大麦幼苗生长状况不断变差。前人在石灰过量施用产生负面效果的机制上进行了系列研究［33］，例如过量石灰施用可能会因形成磷酸钙盐沉淀，或者被新形成的高度活性的Al—OH多聚体所吸附而导致大麦吸磷量的降低［34］；此外，石灰过多施用，还可能造成土壤溶液中K/Ca比例失调，降低钾素吸收［35］，进而影响大麦生长。在本研究中，幼苗试验只进行了2周，大麦的生长主要还是利用种籽自身的养分，因此，大麦幼苗在石灰施用量高于1.8 g·kg-1后受抑制的主要原因可能不是养分，估计是土壤溶液的pH变化对植物矿质营养产生间接影响，造成某些营养离子的亏缺而破坏细胞中的离子稳态［36］。同时，当生石灰用量超过一定量时，原本严重酸化的土壤因石灰施用导致土壤pH＞7或接近7时，高pH会抑制植物组织和器官的分化［37］。在本研究中，当石灰用量超过1.8 g·kg-1后抑制大麦幼苗生长的确切原因及其机理还有待进一步研究。

本研究采用的是室内培养试验，与在开放自然条件下进行的田间试验相比，属于半封闭式体系，土壤缓冲性能也相对较弱，几乎不存在H+和Al3+淋洗作用，并且在整个培养过程中的水分条件与田间差异较大，会导致与田间实际情况有一定差异，因此，还需进一步结合田间试验研究确定最佳生石灰用量。另外，大麦盆栽试验只考虑了幼苗期，对其生长后期及产量的影响还不清楚，且石灰施入土壤后必定会引起土壤养分有效性及土壤结构的改变［17］。因此，在以后的研究中，可进一步探讨生石灰施入对大麦收获期产量、养分吸收等影响，根据不同土壤酸碱环境确定更优方案及施用量，为石灰的科学施用提供依据。

4 结论

4.1 在酸性土壤（pH3.9）上，施用生石灰初期（前30 d）能够显著提高土壤pH，降低土壤交换性酸总量和交换性铝含量；由于土壤的缓冲性能，这种效果随着培养时间逐渐降低，低石灰用量（＜1.8 g·kg-1）对于提高土壤pH失去效果，但对降低土壤潜在酸效果仍然显著。

4.2 在研究条件下，施用生石灰改良后的土壤显著促进了大麦幼苗生长，且生石灰用量与土壤改良效果密切相关，以每千克土施用生石灰1.8 g（相当于4 t·hm-2生石灰用量）改良土壤酸性效果最佳，这与采用Ca（OH）2滴定法计算出的石灰需要量1.76 g·kg-1相吻合。

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

［2］ ANDERSON N P， HART J M， SULLIVAN D M， HORNECK D A，PIRELLI G J， CHIRSTENSEN N W. Applying lime to raise soil pH for crop production （Western Oregon）. Corvallis or Extension Service Oregon State University， 2013.

［3］ 鲁艳红， 廖育林， 聂军， 周兴， 谢坚， 杨曾平， 吴浩杰. 长期施用氮磷钾肥和石灰对红壤性水稻土酸性特征的影响. 土壤学报， 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 paddy soil. Acta Pedologica Sinica， 2016， 53（1）: 202-212. （in Chinese）

［4］ 李岚涛， 鲁剑巍， 任涛， 李小坤， 丛日环. 酸化土壤调理剂在油菜上的应用效果. 华中农业大学学报， 2014（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. Journal of Huazhong Agricultural University， 2014（5）: 57-60. （in Chinese）

［5］ 于天一， 孙秀山， 石程仁， 王才斌. 土壤酸化危害及防治技术研究进展. 生态学杂志， 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. Chinese Journal of Ecology， 2014， 33（11）: 3137-3143. （in Chinese）

［6］ 孟赐福， 水建国， 吴益伟， 傅庆林. 红壤旱地施用石灰对土壤酸度、油菜产量和肥料利用率的长期影响. 中国油料作物学报， 1999，21（2）: 45-48.

MENG C F， SHUI J G， WU Y W， FU Q L. Effects of liming on soil acidity， yields and fertilizer utilization efficiency of rapeseed grown on a red soil. Chinese Journal of Oil Crop Sciences， 1999， 21（2）: 45-48. （in Chinese）

［7］ BØRJA I， NILSEN P. Long term effect of liming and fertilization on ectomycorrhizal colonization and tree growth in old Scots pine （Pinus sylvestris L.） stands. Plant and Soil， 2009， 314（1）: 109-119.

［8］ 徐俊祥， 唐永良， 徐永福. 红壤施用石灰和硼对油菜的增产效应及钙硼平衡. 土壤学报， 1994（1）: 109-112.

XU J X， TANG Y L， XU Y F. Response of rape yield to lime and boron application and calcium-boron balance in red soils. Acta Pedologica Sinica， 1994（1）: 109-112. （in Chinese）

［9］ 徐俊祥， 徐永福， 唐永良. 红壤上施石灰对硼的有效性及油菜生长的影响. 土壤， 1995， 27（1）: 38-42.

XU J X， XU Y F， TANG Y L. Effects of lime application on the effectiveness of the boron and rape growth. Soils， 1995， 27（1）: 38-42.（in Chinese）

［10］ 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. European Journal of Agronomy， 2008， 28（1）: 57-64.

［11］ PRIETZEL J， REHFUESS K E， STETTER U， PRETZSCH H. Changes of soil chemistry， stand nutrition， and stand growth at two Scots pine （Pinus sylvestris L.） sites in Central Europe during 40 years after fertilization， liming， and lupine introduction. European Journal of Forest Research， 2007， 127（1）: 43-61.

［12］ HATI K M， SWARUP A， MISHRA B， MANNA M C， WANJARI R H， MANDAL K G， MISRA A K. Impact of long-term application of fertilizer， manure and lime under intensive cropping on physical properties and organic carbon content of an Alfisol. Geoderma， 2008，148（2）: 173-179.

［13］ MANNA M C， SWARUP A， WANJARI R H， MISHRA B， SHAHI D K. Long-term fertilization， manure and liming effects on soil organic matter and crop yields. Soil & Tillage Research， 2007， 94（2）: 397-409.

［14］ 姜勇， 张玉革， 梁文举. 温室蔬菜栽培对土壤交换性盐基离子组成的影响. 水土保持学报， 2005， 19（6）: 78-81.

JIANG Y， ZHANG Y G， LIANG W J. Influence of greenhouse vegetable cultivation on composition of soil exchangeable base cations. Journal of Soil and Water Conservation， 2005， 19（6）: 78-81.（in Chinese）

［15］ HALING R E， SIMPSON R J， DELHAIZE E， HOCKING P J，RICHARDSON A E. Effect of lime on root growth， morphology and the rhizosheath of cereal seedlings growing in an acid soil. Plant and Soil， 2010， 327（1/2）: 199-212.

［16］ 刘琼峰， 蒋平， 李志明， 李明德， 吴海勇， 文星. 湖南省水稻主产区酸性土壤施用石灰的改良效果. 湖南农业科学， 2014（7）: 29-32.

LIU Q F， JIANG P， LI Z M， LI M D， WU H Y， WEN X. Amelioration effects of liming on acid soil in main rice producing areas in Hunan. Hunan Agricultural Sciences， 2014（7）: 29-32. （in Chinese）

［17］ 蔡东， 肖文芳， 李国怀. 施用石灰改良酸性土壤的研究进展. 中国农学通报， 2010， 26（9）: 206-213.

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

［18］ 何电源， 廖先苓. 稻田合理施用石灰的试验研究. 土壤通报，1989（3）: 108-112.

HE D Y， LIAO X L. The experimental study on reasonable liming in rice paddies. Chinese Journal of Soil Science， 1989（3）: 108-112. （in Chinese）

［19］ 臧惠林， 张效朴， 何电源. 大麦生长与土壤酸度的关系. 土壤学报，1980（3）: 291-298.

ZANG H L， ZHANG X P， HE D Y. Growth of barley in relation to soil acidity. Acta Pedologica Sinica， 1980（3）: 291-298. （in Chinese）

［20］ 鲍士旦. 土壤农化分析. 第3版. 北京: 中国农业出版社， 2000.

BAO S D. Soil and Agricultural Chemistry Analysis. 3rd ed. Beijing: China Agriculture Press， 2000. （in Chinese）

［21］ 孙浩燕， 李小坤， 任涛， 丛日环， 鲁剑巍. 浅层施肥对水稻苗期根系生长及分布的影响. 中国农业科学， 2014， 47（12）: 2476-2484.

SUN H Y， LI X K， REN T， CONG R H， LU J W. Effects of fertilizer in shallow soils on growth and distribution of rice roots at seedling stage. Scientia Agricultura Sinica， 2014， 47（12）: 2476-2484. （in Chinese）

［22］ 高俊凤. 植物生理学实验指导. 北京: 高等教育出版社， 2006.

GAO J F. Experimental Guidance for Plant Physiology. Beijing: Higher Education Press， 2006. （in Chinese）

［23］ 孟赐福， 傅庆林， 水建国， 吴益伟. 浙江中部红壤施用石灰对土壤交换性钙、镁及土壤酸度的影响. 植物营养与肥料学报， 1999， 5（2）: 129-136.

MENG C F， FU Q L， SHUI J G， WU Y W. Effect of liming on acidity and exchangeable calcium and magnesium of red soil in central Zhejiang. Plant Nutrition and Fertilizer Science， 1999， 5（2）: 129-136.（in Chinese）

［24］ 于世举. 石灰改良酸性土壤的效果. 现代农业科技， 2012（1）: 278.

YU S J. The effect of lime on improving acid soil. Modern Agricultural Sciences and Technology， 2012（1）: 278. （in Chinese）

［25］ 敖俊华， 黄振瑞， 江永， 邓海华， 陈顺， 李奇伟. 石灰施用对酸性土壤养分状况和甘蔗生长的影响. 中国农学通报， 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 growth of sugarcane. Chinese Agricultural Science Bulletin， 2010， 26（15）: 266-269. （in Chinese）

［26］ 雷宏军， 朱端卫， 刘鑫， 周文兵， 耿明建， 刘武定， 洪丽芳. 施用石灰对酸性土壤上蚕豆生长的影响. 华中农业大学学报， 2003， 22（1）: 35-39.

LEI H J， ZHU D W， LIU X， ZHOU W B， GENG M J， LIU W D，HONG M F. Effect of lime application on the growth of broad bean in the acid soils. Journal of Huazhong Agricultural University， 2003，22（1）: 35-39. （in Chinese）

［27］ PAGE L. Method of Soil Analysis. 2nd ed. Madison， Wisconsin: American Society of Agronomy， 1982.

［28］ 何电源. 关于稻田施用石灰的研究. 土壤学报， 1992（1）: 87-93.

HE D Y. A review about studies on liming of paddy soil. Acta Pedologica Sinica， 1992（1）: 87-93. （in Chinese）

［29］ 张天彬， 涂仕华， 冯文强， 万洪富. 四川酸性土壤石灰需求量方法的比较研究. 生态环境， 2003， 12（1）: 63-65.

ZHANG T B， XU S H， FENG W Q， WAN H F. Comparison of several lime requirement methods on acid soils in Sichuan. Ecology and Environment， 2003， 12（1）: 63-65. （in Chinese）

［30］ 张效朴， 郑根宝. 连续施石灰对作物生长及其养分吸收的影响. 土壤学报， 1987， 24（4）: 343-351.

ZHANG X P， ZHENG G B. The effects on crop growth and nutrient uptake of putting lime for hours. Acta Pedologica Sinica， 1987， 24（4）: 343-351. （in Chinese）

［31］ 孟赐福. 红壤大麦施用石灰和多效唑的效应. 大麦科学， 1991（3）: 24-28.

MENG C F. The effect of liming and multi-effect azole on red soil of barley. Barley Science， 1991（3）: 24-28. （in Chinese）

［32］ 杨肖娥， 秦遂初. 土壤酸害对大麦生长和养分吸收的影响. 浙江农业科学， 1988（5）: 212-215.

YANG X E， QIN S C. The effects of barley growth and nutrient absorption on soil acidity. Journal of Zhejiang Agricultural Sciences，1988（5）: 212-215. （in Chinese）

［33］ 易杰祥， 吕亮雪， 刘国道. 土壤酸化和酸性土壤改良研究. 华南热带农学大学学报， 2006， 12（l）: 23-28.

YI J X， LÜ L X， LIU G D. Research on soil acidification and acidic soil’s melioration. Journal of South China University of Tropical Agriculture， 2006， 12（l）: 23-28. （in Chinese）

［34］ SIMS J T， ELLIS B G. Adsorption and availability of phosphorous following the application of limestone to an acid， aluminous soil1. Soil Science Society of America Journal， 1983（5）: 888-893.

［35］ AMARASIRI S L， OLSEN S R. Liming as related to solubility of P and plant growth in an acid tropical soil. Soil Science Society of America Journal， 1973， 37（5）:716-721.

［36］ 武维华. 植物生理. 北京: 科学技术出版社， 2008.

WU W H. Plant Physiology. Beijing: Science and Technology Press，2008. （in Chinese）

［37］ 易善军， 孙振元， 韩蕾， 巨关升， 钱永强. 植物耐碱机理及相关基因研究进展. 世界林业研究， 2011， 24（1）: 28-32.

YI S J， SUN Z Y， HAN L， JU G S， QIAN Y Q. Research advance on alkali-resistant mechanism of plants and related genes. World Forestry Research， 2011， 24（1）: 28-32. （in Chinese）

（责任编辑 李莉）

Effects of Lime Application Rates on Soil Acidity and Barley Seeding Growth in Acidic Soils

HU Min1， XIANG Yong-sheng2， LU Jian-wei1
（1College of Resources and Environment， Huazhong Agricultural University/Key Laboratory of Arable Land Conservation（Middle and Lower Reaches of Yangtse River）， Ministry of Agriculture， Wuhan 430070；2Soil and Fertilizer Station of Enshi Prefecture， Enshi 445000， Hubei）

【Objective】The aim of this study was to assess the effects of lime on soil acidity and barley seedling growth in an acidic soil （pH 3.9）， and to determine the suitable dosage of lime and thus providing scientific proof for acidic soil improvement and reasonable application rate. 【Method】 The trial was conducted at the experimental base of Huazhong Agricultural University. Soil incubation and pot experiments were used. The Ca（OH）2titration method was employed to estimate the lime requirement， andsix treatments were designed: no lime， 0.3 g·kg-1， 0.9 g·kg-1， 1.8 g·kg-1， 2.4 g·kg-1and 4.8 g·kg-1lime application rates. Samples were collected on 10， 20， 30， 40， 50， 60， 70 and 90 days after incubation to monitor the dynamic changes of soil pH， soil exchangeable acidity， exchangeable H+and exchangeable Al3+. Barley was sowed on the 90th day and harvested after 2 weeks to assess the effects of liming rates on barley biomass， morphological parameters， and root activity. 【Result】 Soil incubation results demonstrated that lime application significantly improved soil pH， however the content of exchangeable acidity and exchangeable Al3+were decreased significantly during the first 30 days. The content of potential acid decreased gradually with the increasing dosage of lime， therefore the content of soil exchangeable acid， exchangeable H+and exchangeable Al3+were zero in the treatment of 4.8 g·kg-1. From then on， due to the influences of soil buffer， low lime dosages （＜ 1.8 g·kg-1） showed no obvious effects on improving soil pH but significantly reduced soil potential acidity. The results of pot experiment showed that application of lime significantly enhanced barley growth through improving plant height， biomass and root development. Barely seedlings plant height，dry mass， total root length and surface area， and root activity improved with the lime application rate from 0 to 1.8 g·kg-1. Whereas，lime input decreased root average diameter. Barley growth was inhibited significantly when lime application rate was above 1.8 g·kg-1. The root activity in the treatment of 4.8 g·kg-1was lower than that of 0.9 g·kg-1， the excess of lime application retarded the root growth. Thus， the optimum liming rate was 1.8 g·kg-1， which agreed with the lime requirement calculated using the Ca（OH）2titration method. 【Conclusion】 Lime application is capable of neutralizing soil acidity and promoting barley seedling growth. Under the conditions of this study （soil pH 3.9）， the appropriate liming rate was 1.8 g·kg-1（4 t·hm-2）. This rate was consistent with that from the Ca （OH）2titration method， confirming that the approach adopted in this study is appropriate for determining the lime application rate.

lime application rate； soil acidity； barley seedling； root morphological index parameters

2016-04-08；接受日期：2016-07-14

国家“十二五”科技支撑计划（2014BAD11B03）、国家测土配方施肥补贴资金（财农［2009］211号）、恩施州科技计划（XYJ2014000039）

联系方式：胡敏，E-mail：huxiaomin@webmail.hzau.edu.cn。通信作者鲁剑巍，E-mail：lunm@mail.hzau.edu.cn