石灰用量对酸化稻田土壤酸度和水稻产量的影响

胡现荣　范存敏　吴萍萍　王静　李帆　李敏

摘要 石灰施用是改善稻田土壤酸化、提高水稻产量的有效途径之一。在沿江平原酸化水稻田进行大田试验，分析石灰用量（750～3 750 kg/hm）与土壤pH、水稻产量以及经济效益之间的关系。结果表明，与对照不施石灰相比，随着石灰用量的增加，土壤pH增加0.16～0.33个单位。石灰用量在750～3 000 kg/hm时能够不同程度提高水稻产量构成因素及实际产量，其中2 250 kg/hm用量时水稻增产效果最佳；而较高用量3 350 kg/hm则不利于水稻生长。种植水稻收益随石灰用量的增加而降低，750 kg/hm用量下增收效果最佳。

关键词石灰；酸化；水稻；产量；效益

中图分类号S511文献标识码A

文章编号0517-6611（2023）08-0022-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.08.006开放科学（资源服务）标识码（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

近幾十年来由于人为活动增强导致酸沉降增加，农业系统中氮肥过量施用和植物收获带走阳离子等，大大加速了土壤酸化进程。据统计，从20世纪80年代到现在，我国土壤酸化情况越来越严重，耕地土壤酸化已成为我国粮食主产区高强度农业利用下粮食持续稳定高产的重要限制因素［1］。土壤酸化也是目前我国水稻田存在的主要障碍因素之一。土壤酸化易造成土壤板结、养分流失和重金属活化等危害，严重影响生态环境和制约农业生产［2］。土壤酸化的加剧还会导致磷酸根离子与酸性土壤中大量存在的Fe3+和Al3+等金属离子或金属氧化物发生沉淀被固定，难以被植物吸收利用，从而降低土壤中养分生物有效性［3］。

土壤酸化会导致土壤理化和生物学性质发生改变，从而直接或者间接影响作物生长和产量。不同的作物酸度敏感性不同，水稻是一种耐酸能力强的植物，但是在土壤酸化程度逐渐加剧的情况下，水稻生产也会受到明显影响。例如，南方稻油轮作区的田间试验表明，对于初始pH 4.5的酸性土壤，改良至土壤pH 6.8时水稻产量达到最高，而水稻产量降低50%时的酸害阈值为4.2［4］。还有研究通过土壤pH-作物产量S型曲线计算得出，水稻的酸害阈值为pH 5.07［5］。土壤酸化导致作物减产主要与土壤中交换性酸、氢含量过高有关，土壤中重金属（铝、锰）活化产生铝毒、锰毒等，对作物产生毒害［6］；同时，酸化土壤中交换性盐基离子淋失，与养分转化有关的微生物数量减少，导致土壤养分缺乏，作物所需大量营养元素供应不足［7］，也使得作物生长受限。

目前在农业生产中，应用较多的土壤酸度改良材料主要有石灰、粉煤灰、生物炭、碱性肥料和有机物料等，其中石灰是国内外农业中应用最普遍的改良材料。石灰类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显著。有报道指出，在土壤pH 5.64水稻田中，施用石灰3 000 kg/hm可实现稻谷增产14.74%，调酸改土和增产增收效果显著［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个单位，水稻增产3.62%～13.29%［9］。但也有研究发现，在南方典型双季稻种植区施用石灰后，土壤pH、有效磷和碱解氮含量提高，但不利于水稻稳产［10］。水稻产量对石灰施用的响应因试验区域土壤类型、基础地力、施用量等条件不同而表现出不同结果。鉴于此，笔者以沿江平原酸化水稻田为研究对象，通过大田试验，明确不同石灰用量对土壤酸度、水稻产量以及经济效益的影响，以期为试验区域土壤质量提升、水稻可持续生产提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验地概况大田试验在沿江平原当涂县进行。当涂县位于安徽省东部、长江下游东岸，是全国主要商品粮生产基地之一。气候类型为北亚热带季风气候，具有温和湿润、雨量充沛、四季分明、光照充足等特点。试验地土壤为黄棕壤性水稻土，由下蜀黄土母质发育而来，主要种植制度为水稻—油菜。试验前土壤基础理化性质为pH 5.48，有机质 25.8 g/kg，碱解氮128 mg/kg，有效磷19.2 mg/kg，速效钾94 mg/kg。

1.2试验材料所用生石灰购自市场，钙含量527 g/kg，镉等重金属含量符合GB/ T 23349—2020《肥料中砷、镉、铅、汞含量的测定》的标准要求。

1.3试验设计试验设置不同石灰用量共6个处理，其中对照为不施石灰（CK）、施石灰750 kg/hm（L1处理）、施石灰1 500 kg/hm（L2处理）、施石灰2 250 kg/hm（L3处理）、施石灰3 000 kg/hm（L4处理）、施石灰3 750 kg/hm（L5处理）。试验设3个重复，各小区面积20 m。

石灰在稻田整地时一次性施入。具体为在水稻种植前7 d，将石灰均匀地撒施在耕地土壤表面，然后翻耕20 cm左右使其与表层土壤充分混匀；平衡7 d后开始水稻种植。水稻品种选择当地常规品种，施肥、打药、灌水等田间管理措施同农民习惯。

水稻季各处理施肥量一致，N-PO-KO用量为180-90-90 kg/hm，所用肥料类型为45% 复合肥（15-15-15）和尿素（含N 46%）。其中，基肥时施复合肥600 kg/hm，尿素78 kg/hm；孕穗期追施尿素117 kg/hm。试验田按小区作田埂分隔开，每个小区设单独进水沟。

1.4测定方法水稻收获时，各小区单打、单晒、单独计产，并分小区采集8～10株代表性水稻植株样品，考察水稻产量构成因素，包括单位面积有效穗数、穗粒数、结实率及千粒重等。

收获后采集表层土壤样品，相关指标测定方法依据《土壤农化分析》［11］。土壤pH按照水土比2.5∶1.0浸提，电极法测定，有机质采用重铬酸钾外加热法，碱解氮用碱解扩散法，有效磷采用0.5 mol/L NaHCO浸提—钼锑抗比色法测定，速效钾采用1.0 mol/L NHOAc浸提—火焰光度法测定。

1.5数据统计各处理水稻产值由水稻产量乘以稻谷当年平均收购价所得。投入成本根据化肥与石灰用量来计算，其中复合肥、尿素和石灰的价格分别按3.2、2.5和0.6元/kg折算，同时计入人工、农药、机械等基础费用。收益以当年水稻产值去除投入成本计算。产投比为水稻产值与投入成本比值。

采用Excel 2019和SPSS 18.0软件对数据进行处理分析；单因素方差分析（one-way ANOVA）采用Duncan’s法进行多重比較。

2结果与分析

2.1不同处理土壤酸度比较供试区域土壤初始pH<5.5，属于酸性土壤。由图1可知，随石灰用量的增加，土壤pH表现出逐渐升高的趋势。相较于CK处理，施用石灰处理的土壤pH增加0.16～0.33个单位，其中L3、L4和L5处理与CK间差异达显著水平（P<0.05）。对石灰用量与土壤pH进行线性回归分析发现，两者间呈极显著正相关。回归方程为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约增加0.01个单位。

2.2不同处理水稻产量及构成因素比较水稻的穗粒数和有效穗数是影响水稻产量的主要限制因子。由表1可知，L3处理有效穗数最高，较CK处理提高5.2%，其次是为L1、L2和L4处理，增加幅度在2.7%～4.0%，L5处理的有效穗数与CK处理较接近。施用石灰处理的每穗总粒数较CK提高2.3%～4.6%。结实率表现出明显提高的为L3处理，而L5处理则较CK处理降低3百分点。L1、L3处理千粒重较高，分别较CK处理提高3.5%和2.7%。总体来看，L3处理在提高有效穗数、结实率和千粒重等产量构成因素方面表现较优。相应地，L3处理的理论产量也最高，较CK处理提高20.1%；L1、L2、L4处理的理论产量较对照增加幅度在9.5%～12.7%，而L5处理理论产量与对照较接近。由此可见，在微酸水稻土上施用适量石灰能提高水稻有效穗数、穗粒数和千粒重，从而提高增产潜力。

水稻产量结果表明（图2），相较于对照CK，L3和L1处理分别增产11.1%和10.5%，其次是L2和L4处理，增产幅度分别为9.0%和6.7%，差异均达显著水平（P<0.05）；而L5处理水稻产量表现出降低趋势，较CK显著减产5.8%。

以水稻产量y为因变量，石灰用量x为自变量，进行回归分析，得到方程y=-0.000 3x+1.096 7x+8 103.3。方程的决定系数R=0.930 7（P<0.01），表明x对y存在极显著相关性，该回归方程能够反映水稻产量变化与石灰用量之间的关系。随着石灰用量的增加，水稻产量总体上表现出先增后降的抛物线趋势，在L3处理达到峰值。可见，该试验区域石灰用量在750～3 000 kg/hm2时能够不同程度提高水稻产量，其中2 250 kg/hm用量时水稻增产效果最佳；而过高用量3 350 kg/hm则不利于水稻生长。

2.3不同处理水稻经济效益比较由表2可知，各处理水稻产值在19 000～22 400元/hm，其中L1和L3处理水稻产值较高，其次是L2和L4处理，CK和L5处理产值处于较低水平。随着石灰用量的增加，成本投入逐渐升高，由CK处理中的7 808元/hm升高至L5处理中的10 258元/hm。水稻收益在L1处理最高，较CK处理增收1 627元/hm；其次是L2和L3处理，分别增收837和764元/hm，L4和L5处理中水稻收益表现出负增长趋势，分别较CK处理减少610和3 616元/hm。各处理产投比在1.9～2.7，其中L1和CK处理的产投比较高，产投比较低的为L4和L5处理。

该研究结果表明，在酸化水稻土上施用适宜用量的石灰具有一定的经济效益，而过量施用石灰会导致水稻收益不同幅度的降低。因此，在施用石灰治理水稻田时，需要综合考虑水稻增产与成本投入之间的平衡关系。该研究区域适宜的石灰用量在750～2 250 kg/hm，随着石灰用量增加，收益增加值降低，其中750 kg/hm用量处理表现出最佳的增收效果。

3讨论

该研究结果表明，在酸性土壤中，石灰用量与土壤pH之间呈现极显著的线性关系，这与以往的研究结论一致［12］。石灰添加可以有效中和土壤中的活性酸和潜性酸，并降低交换性Al含量和提高交换性Ca含量，从而缓解土壤酸化［4］。

该研究中，随石灰施用量的增加，水稻产量总体上表现出先增后降的抛物线趋势。水稻生产受到土壤酸化的影响，有研究表明，随着浇灌水的pH降低，与产量相关的水稻农艺性状显著降低［13］。土壤酸化可使水稻减产降幅达20%［14］。这可能是因为酸化土壤中存在大量Al和H等交换性阳离子，一方面对植物的根系产生毒害，降低植物对营养元素的吸收能力；另一方面，土壤pH下降，土壤微生物生长和活动也受到抑制，从而影响了土壤养分循环和有机质的分解过程，导致供肥能力下降［15］。在适宜用量范围内，施用石灰引入钙离子，增加土壤盐基饱和度，直接提高土壤pH，降低了土壤交换性酸和交换性铝含量，减轻铝的毒害［16］；同时，土壤pH＞6时，土壤的生物活性和养分循环能力相应增加，土壤氮素矿化速率增加，提高土壤速效氮含量［7］，从而改善改善植株营养和生长状况，提高作物产量。

不同试验地点的适宜石灰用量不同，杨静等［12］报道显示，pH 5.0左右的酸性稻田中，施用600～750 kg/hm石灰时水稻增产4.41%～4.62%。而在稻油轮作区酸性土壤（pH 4.5）的研究表明，石灰施用6 500 kg/hm左右可获得我国南方稻油轮作区的作物稳定高产［4］。该研究中，石灰适宜用量在750～3 000 kg/hm，2 250 kg/hm用量时水稻增产幅度最大。水稻产量对石灰用量的响应不同可能与土壤初始pH、有機质、阳离子交换量等理化性质有关。

该研究结果表明，在石灰用量过高（3 750 kg/hm）的情况下，水稻产量表现出降低趋势。闫志浩等［4］也发现，当石灰添加量> 7 500 kg/hm时作物减产，这可能是因为过量施用石灰可能会导致铵态氮的挥发，加速有机质的分解，或者抑制参与氮素转化的功能菌活性，从而降低矿质氮含量［17］；同时外源钙的过量输入可能导致土壤中钾、钙、镁等营养元素平衡失调，钙离子还会与磷酸根离子结合，生成难溶于水的磷酸钙盐沉淀，抑制作物对养分的吸收［18］。有研究表明，当土壤交换性钙含量超过11.8 cmol/kg时，作物就会减产［19］。因此，使用石灰进行酸性水稻田改良时需要注意用量，避免过度使用不利于水稻生长。

从经济效益方面来看，石灰用量在750～2 250 kg/hm时，随石灰用量增加收益逐渐降低；而石灰用量大于2 250 kg/hm时，水稻收益表现出负增长。除了石灰材料本身的成本之外，田间实际施用石灰时额外产生的人力成本也是影响水稻收益的关键因素之一。大多数石灰材料为粉末状，且遇水放热易灼伤皮肤，进一步增加了施用难度。较高用量的石灰常伴随投入成本的大幅增加。因此，在施用石灰治理水稻田时，需要综合考虑水稻增产与成本投入之间的平衡关系，该研究中750 kg/hm用量下增收效果最佳。

4结论

沿江平原pH 5.49的酸性水稻田中，石灰用量在750～3 000 kg/hm时能够不同程度提高水稻产量，其中2 250 kg/hm用量时水稻增产效果最佳；而过高用量3 350 kg/hm处理则不利于水稻生长。随着石灰用量增加，水稻种植收益增加值降低，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时，需要综合考虑水稻增产与成本投入之间的平衡关系。

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