湖南省水稻主產(chǎn)區(qū)酸性土壤施用石灰的改良效果

劉瓊峰，蔣 平，李志明，李明德，吳海勇，文 星

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

土壤酸化作為土壤退化的一個(gè)重要方面，加速了土壤酸度的提高、大量營(yíng)養(yǎng)元素的淋失，造成土壤肥力下降，嚴(yán)重影響作物生長(zhǎng)[1]，已經(jīng)成為制約區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要因素。湖南省是我國(guó)重要的水稻主產(chǎn)區(qū)，近30年來耕地土壤酸化面積明顯增加，尤其是強(qiáng)酸性土壤，目前湖南省耕地土壤酸化面積占全省耕地面積的72.6%，同時(shí)還將有進(jìn)一步酸化的趨勢(shì)[2]。因此，對(duì)湖南省水稻主產(chǎn)區(qū)酸性土壤進(jìn)行改良是保障土壤資源可持續(xù)利用的必要措施。

施用石灰是酸化土壤改良和消除鋁毒最有效、最經(jīng)典的方法[3]。但是，頻繁地通過施用石灰來調(diào)節(jié)土壤的酸度可能會(huì)加劇土壤的酸化，大量或長(zhǎng)期施用石灰不但影響土壤結(jié)構(gòu)、造成土壤板結(jié)，而且會(huì)引起土壤鈣、鉀、鎂等元素的平衡失調(diào)而導(dǎo)致減產(chǎn)[4-7]。國(guó)內(nèi)針對(duì)酸性土壤改良的石灰施用量已進(jìn)行了一些研究，如孟賜福通過15年田間施用石灰的定位試驗(yàn)，結(jié)果表明，紅壤施用3.75～15.00 t/hm2石灰石粉降低土壤酸度的后效可以維持4～15a[3]。唐莉娜等通過酸性土壤施石灰對(duì)煙稻輪作后效的影響盆栽試驗(yàn)表明，每千克土施石灰0.2~0.4 g為宜，且隔季施用效果較好[8]。而目前針對(duì)水稻主產(chǎn)區(qū)域土壤酸化問題，施用石灰及不同施用量對(duì)酸性土壤的改良效果研究尚較少報(bào)道。本研究在湖南省水稻主產(chǎn)區(qū)瀏陽市、漢壽縣、衡陽縣、洞口縣、藍(lán)山縣、郴州市蘇仙區(qū)和北湖區(qū)，根據(jù)不同種植制度，選擇典型酸性土壤進(jìn)行不同石灰施用量對(duì)酸性土壤改良的田間試驗(yàn)，研究施用石灰及不同施用量對(duì)酸性土壤的應(yīng)用效果，為我省水稻主產(chǎn)區(qū)域酸性土壤改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

2012年度在湖南省水稻主產(chǎn)區(qū)選擇水田土壤嚴(yán)重酸化（pH值≤5.5）的典型稻作區(qū)，根據(jù)典型種植制度早稻—晚稻、油菜—中稻、烤煙—晚稻選擇排灌方便、地形平坦、田塊方正、肥力均勻、pH值5.5以下、田塊面積0.13hm2以上的稻田進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)點(diǎn)基本信息Table 1 The basic information of test point

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理：①對(duì)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。重復(fù)3次，15個(gè)小區(qū)，隨機(jī)排列，小區(qū)面積30 m2（5m×6m），小區(qū)之間田埂用塑料薄膜鋪蓋，防止小區(qū)間串水串肥。試驗(yàn)小區(qū)均采用移栽，早稻移栽密度為13.3 cm×20 cm，晚稻移栽密度為20cm×20cm。

試驗(yàn)材料統(tǒng)一為生石灰粉，即生石灰直接粉碎后的產(chǎn)品，其CaO的含量在80%以上。早稻—晚稻種植區(qū)在早稻移栽前1個(gè)月把試驗(yàn)小區(qū)做好；油菜—中稻種植區(qū)在油菜收獲后中稻移栽前15天把試驗(yàn)小區(qū)做好；烤煙—晚稻種植區(qū)在烤煙移栽前1個(gè)月把試驗(yàn)小區(qū)做好。然后均按處理用量把石灰均勻撒施在小區(qū)內(nèi)，隨即翻耕。各小區(qū)除石灰施用量不同外，其化肥施用品種、施用量、施用方法、施用時(shí)期及各小區(qū)的田間管理按當(dāng)?shù)赝扑]的施肥方案和栽培技術(shù)進(jìn)行。

1.3 樣品采集與分析

試驗(yàn)前采取基礎(chǔ)土樣1 kg，各季作物收獲后采集耕作層(0~20 cm）混合土壤樣品1 kg，充分風(fēng)干，并制備成10目(500g)與60目(200 g)的分析樣品檢測(cè)土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀。水稻收獲時(shí)每個(gè)小區(qū)取樣調(diào)查其有效穗數(shù)、每穗（株）總粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，測(cè)定每個(gè)小區(qū)的實(shí)際產(chǎn)量。烤煙測(cè)定每個(gè)小區(qū)各級(jí)烤煙的實(shí)際產(chǎn)量產(chǎn)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用石灰對(duì)酸性土壤的改良效果

2.1.1 土壤pH值 湖南省水稻主產(chǎn)區(qū)各縣（市）的田間試驗(yàn)結(jié)果表明（圖1），對(duì)于pH5.5以下的酸性土壤，與不施用石灰的處理1（對(duì)照）相比，施用石灰的處理2~處理5均能提高土壤的pH值，處理2~處理5分別提高土壤pH 值 0.1~0.6、0.1~0.5、0.16~0.9、0.2~0.6。在早稻—晚稻種植區(qū)藍(lán)山縣和洞口縣、油菜—中稻種植區(qū)瀏陽市、烤煙—晚稻種植區(qū)郴州市北湖區(qū)的田間試驗(yàn)中，處理4（75 kg/667m2）和處理 5（100 kg/667m2）對(duì)于提高土壤 pH 值的效果較其它處理更明顯。

圖1 試驗(yàn)點(diǎn)不同石灰施用量對(duì)土壤pH值的影響Fig.1 Effects of different lime treatments on soil pH value

圖2 pH值與石灰施用量的相關(guān)性Fig.2 Correlation of pH value and the amount of Liming

通過對(duì)田間試驗(yàn)pH值平均增加量與石灰施用量的回歸分析（圖2），結(jié)果表明，各試驗(yàn)點(diǎn)的pH值平均增加量與石灰施用量呈顯著線性相關(guān)(0.01水平)，相關(guān)系數(shù)R為0.95，決定系數(shù)R2為0.90，擬合線性回歸方程為y=202.06x-5.97。根據(jù)方程估計(jì)，pH值初始值為4.5~5.4的酸性土壤，pH值提高0.2、0.3、0.4、0.5分別需施用石灰34 、55、75、95kg。

2.1.2 土壤交換性氫、交換性鋁、CEC 土壤的酸化始于土壤中活性質(zhì)子（氫離子），當(dāng)土壤溶液中的氫離子取代土壤中陽離子交換位上的鹽基離子，打破土壤中原來的化學(xué)平衡，土壤中的鹽基離子進(jìn)入土壤溶液中，隨著雨水不斷流失，造成土壤的鹽基飽和度下降，而氫飽和度增加，土壤酸度就變大[9-10]。隨著土壤pH值的降低，土壤陽離子代換量（CEC）也降低，活性鋁大量溶出，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分活性降低、影響作物生長(zhǎng)。

試驗(yàn)表明，施用石灰對(duì)于酸性土壤交換性能也有一定影響，以洞口縣試驗(yàn)為例（表2），與不施用石灰的處理1（對(duì)照）相比，施用石灰的處理對(duì)于降低土壤交換性氫、交換性鋁含量、提高土壤陽離子交換量具有改良效果。與施石灰25 kg/667m2的處理2相比,施石灰50~100 kg/667m2的處理3~處理5對(duì)于降低土壤交換性鋁含量、提高土壤陽離子交換量的效果更明顯。

表2 洞口試點(diǎn)早稻不同石灰施用量處理土壤交換性氫、交換性鋁、CEC值變化Table 2 The exchangeable hydrogen,exchangeable Al and CEC valuechangeofdifferentlimetreatmertsin earlyrice soil ofDongkou

2.1.3 土壤有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀 試驗(yàn)點(diǎn)不同石灰施用量對(duì)土壤養(yǎng)分平均含量的變化表明（表3），施用石灰的處理2~處理4的土壤有機(jī)質(zhì)含量較對(duì)照有所下降，其原因可能是由于施用石灰加速了土壤C、N的礦化速率，增加了土壤C、N的損失[11]。與對(duì)照相比，施用石灰的各處理土壤有效磷平均含量變化不明顯，土壤堿解氮和速效鉀平均含量均有所增加，表明施用石灰對(duì)于提高酸性土壤有效養(yǎng)分的供給具有一定作用。

表3 不同石灰施用量處理土壤養(yǎng)分平均含量變化Table 3 The average content change of soil nutrients of different lime treatments

2.2 施用石灰對(duì)酸性土壤作物的增產(chǎn)效應(yīng)

2.2.1 不同石灰施用量對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量的影響施用石灰對(duì)水稻的增產(chǎn)效果較明顯，以早稻-晚稻種植區(qū)洞口縣試驗(yàn)為例（表4），與處理1（對(duì)照）相比，酸性土壤施用石灰可不同程度的促進(jìn)水稻生長(zhǎng)、增加水稻產(chǎn)量，施用石灰的處理2~處理5的實(shí)際產(chǎn)量比處理1高出11.13~38.62 kg，按早稻谷2.2元/kg計(jì)算，產(chǎn)值比處理1高出24.48~84.96元。不同石灰施用量對(duì)早稻經(jīng)濟(jì)性狀有效穗、穗長(zhǎng)、每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量產(chǎn)值的影響均呈現(xiàn)出處理4（施生石灰75 kg/667m2）>處理3（施生石灰50 kg/667m2）>處理5（施生石灰100 kg/667m2）> 處理 2（施生石灰 25 kg/667m2）的趨勢(shì)，以處理4和處理3的產(chǎn)量較高，經(jīng)濟(jì)效益較好。

表4 洞口試點(diǎn)不同石灰施用量處理對(duì)早稻經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量的影響Table 4 Effects of different lime treatments on economic characters and yield of early rice in Dongkou

從各試驗(yàn)點(diǎn)早稻和晚稻產(chǎn)量的總體狀況來看（圖3），施用石灰的各處理水稻產(chǎn)量均要高于對(duì)照，增產(chǎn)效果明顯,其中處理3~處理5（施生石灰50~100 kg/667m2）的水稻產(chǎn)量整體水平較高。通過對(duì)石灰施用量與水稻產(chǎn)量的回歸分析表明（圖4），石灰施用量與水稻平均產(chǎn)量呈顯著相關(guān)（0.05水平），決定系數(shù)R2為0.95,相關(guān)性以二次曲線擬合較好，擬合曲線回歸方程為y=-0.007 8x2+1.25x+435.88。施用生石灰粉25~75kg/667m2呈現(xiàn)隨石灰施用量的增加水稻產(chǎn)量也增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但生石灰粉施用量達(dá)到100 kg/667m2后，水稻產(chǎn)量反而有所下降，可能是由于生石灰粉施用量過大，影響禾苗的正常生長(zhǎng)發(fā)育，因此，酸性水稻田施生石灰75 kg/667m2為水稻高產(chǎn)的適宜施用量。

圖3 湖南省水稻主產(chǎn)區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)不同石灰施用量處理的水稻產(chǎn)量變化Fig.3 Test sites’rice yield change of different lime treatments of rice production areas in Hunan

圖4 石灰施用量與水稻產(chǎn)量的相關(guān)性Fig.4 Correlation of lime application rate and rice yield

2.2.2 不同石灰施用量對(duì)烤煙產(chǎn)量的影響 施用石灰對(duì)烤煙的產(chǎn)量產(chǎn)值也有一定影響，以烤煙-晚稻種植區(qū)郴州市北湖區(qū)試驗(yàn)為例（表5），各處理煙葉產(chǎn)量較對(duì)照均有增產(chǎn)，小區(qū)（30m2）產(chǎn)量處理2~處理5比處理1(對(duì)照)分別增產(chǎn) 0.63、1.16、1.1 和 2.16 kg，增產(chǎn)幅度分別為11.52%、21.21%、20.11%和39.49%，處理3~處理5的增產(chǎn)效果比處理2更明顯。根據(jù)煙草部門煙葉分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和收購價(jià)格進(jìn)行產(chǎn)值分析,各處理煙葉產(chǎn)值較對(duì)照均有增加，小區(qū)（30m2）產(chǎn)值處理2~處理5比對(duì)照分別增加0.39、29.20、20.98、44.64 元，增收幅度分別為 0.41%、30.67%、22.03%和46.89%，以施用生石灰100 kg/667m2的增產(chǎn)效果最好。

表5 郴州市北湖區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)烤煙不同石灰用量煙葉產(chǎn)量及分級(jí)表Table5 Flue-cured tobacco leaf yield and scale of different lime treatments at test site in Beihu District,Chenzhou

3 結(jié)論

（1）酸性水稻土施用生石灰能提高土壤pH值、降低土壤交換性氫和交換性鋁的含量、增加土壤鹽基離子含量，對(duì)于增加土壤有效養(yǎng)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對(duì)于酸性水稻土改良有較好的應(yīng)用效果。

（2）酸性水稻土施用生石灰能顯著增加作物的產(chǎn)量，施用生石灰粉50~100 kg/667m2對(duì)于水稻、烤煙的增產(chǎn)效果較明顯，種植水稻以施用生石灰75 kg/667m2為較適宜的施用量，種植烤煙施用生石灰100 kg/667m2的增產(chǎn)效果較好。

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