张丽丽，樊 叶，薛兵东，莫姣娇，杨海龙，付 俊

（丹东农业科学院，辽宁 凤城 118109）

1982—2012 年，辽宁省棕壤酸化程度加剧，pH显著降低，弱酸性、酸性耕地棕壤面积增加［1］，其中辽东南地区（宽甸）酸土面积增加28.16%，pH 下降0.84 个单位［2］，严重限制了玉米的种植。玉米是辽东南区域主要农作物，对酸较为敏感，pH 5.4 为玉米酸害阈值［3］，而辽东南地区土壤pH 低于此值的面积较大。生石灰类是较为常用的土壤酸化调节剂，应用较为广泛［4，5］。前人研究表明，施用生石灰可显著提高土壤pH 与交换性钙含量［6］，增加土壤生物多样性［7］，提高作物产量［8］。但也有报道发现连续使用生石灰会加速土壤K+和Mg2+浸出，停止施加会出现更强的复酸化过程，而且长期大量施用生石灰，容易形成CaSO4破坏土壤孔隙结构，进而导致土壤板结［9］，此外还会加速土壤有机质中富里酸和胡敏酸的分解。生石灰用量过高时土壤中全氮、铵态氮、速效钾，有效Fe、Mn、Cu、Zn 含量降低［10］。使用生石灰作为酸化调节剂有其适用范围，pH 大于5.8 时不宜施用生石灰［8］。因此，本研究旨在探明生石灰对辽东南地区酸化土壤的调节作用及其适宜施用量，以期为该地区的土壤改良与玉米生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在丹东农业科学院试验站作物生理实验室采用盆栽方式进行。供试土壤采于丹东农业科学院试验地农田表土0～20 cm，前季作物为玉米。土壤pH 4.75，生石灰pH 12.1。

1.2 生石灰用量计算

为探明生石灰用量，采用氢氧化钙滴定法计算供试土壤生石灰需要量，公式如下［11］：

CaO（kg/hm2）=cV/m×0.028×2 500 000×1/2

式中，c为消耗Ca（OH）2标准溶液的浓度（mol/L）；V为消耗Ca（OH）2标准溶液的体积（mL）；m为风干土样重（g）；0.028 为1/2 CaO 的摩尔质量（kg/mol）；按本地区表层土壤容重1.25 g/cm3、耕作层厚度20 cm计算，每公顷耕层土壤的质量为2 500 000 kg；1/2 是实验室测定值与田间实际情况的差异系数，由施入石灰类型决定［6］，本试验施入的是CaO（生石灰），因此差异系数选用1/2。经计算得出，施用生石灰用量为3 071 kg/hm2，折合盆栽土壤用量为1.23 g/kg土壤。

1.3 试验设计

基于生石灰用量计算结果，进行室内土壤培养与盆栽试验。生石灰设0（对照）、0.5、1.0、1.5、2.0 g/kg土壤5 个处理，将生石灰与土壤混匀，每处理12 盆，其中3 盆每盆装土8 kg，用于土壤培养，共培养32 d，分别为A0（对照）、A0.5、A1.0、A1.5、A2.0 处理。培养期间定期浇去离子水，使土壤保持湿润。另外9盆每盆装土16 kg，在土壤培养15 d 后进行玉米盆栽试验，分别为B0（对照）、B0.5、B1.0、B1.5、B2.0 处理。

1.4 检测指标与方法

土壤pH：培养后每3～7 d 取一次土样，土壤pH测定按水土比5∶1 进行［11］。

玉米幼苗地上部与根系干重：将玉米植株贴近根部切下作为地上部，于105 ℃杀青30 min 后，在80 ℃下烘干至恒重。根系样品用去离子水冲洗干净，烘干称重。根冠比=根系干重/地上部干重×100%。

2 结果与分析

2.1 生石灰用量对土壤pH 的影响

2.1.1 生石灰用量对土壤pH 的影响 图1 显示，与对照相比，施用生石灰后土壤pH 明显提升，但在初期有一个缓慢回落的过程。除对照外，培养的4～10 d，随培养时间的延长，土壤pH 均呈降低趋势，其中培养4～7 d 下降幅度较大，7～10 d 下降幅度较为平缓，10 d 后，各处理 pH 基本趋于稳定。培养 4～10 d，与对照相比，A1.0 与A0.5 处理土壤pH 分别降低6.63%、9.46%，下降幅度高于A1.5 与A2.0 处理。

施用生石灰可明显提高土壤pH，图1 中随生石灰施用量的增加各阶段土壤pH 均有所提高，均表现为 A2.0＞A1.5＞A1.0＞A0.5＞A0。培养 4 d 时，各处理pH 均高于对照，其中A2.0 与A1.5 无显著差异，A1.5显著高于 A0.5，但与A1.0 无显著差异，A1.0 与A0.5无显著差异。培养7 d 后，A1.5 与A2.0 显著高于对照，A0.5、A1.0 与对照无显著差异。可见，生石灰施入量高于1.5 g/kg 土壤才能显著提高土壤pH。

图1 生石灰用量对土壤pH 的影响

2.1.2 生石灰用量与土壤pH 的相关性分析 由图1 可知，施入生石灰10 d 后，土壤pH 基本趋于稳定，因此将生石灰施入量与培养10～32 d 的土壤pH 进行相关分析（进行相关分析时每一施用量处理均为培养后10、18、25、32 d 的数据），如图2 所示。从图2可以看出，生石灰施入量与土壤pH 呈线性关系，方程为y= 0.442 8x+ 4.725 5（R2= 0.955 7***）。如按玉米 pH 生长阈值 5.4 计算［3］，本试验条件下，生石灰施用量应为1.52 g/kg 土壤。如以生石灰能够实现的酸化改良目标 pH 5.8 计算［8］，生石灰施用量应为2.42 g/kg 土壤。

图2 生石灰用量与土壤pH 的相关性分析

2.2 生石灰用量对玉米生长的影响

2.2.1 生石灰用量对玉米幼苗株高的影响 施用生石灰对玉米植株生长影响明显，从图3 可见，B0.5 和B1.0 处理玉米幼苗株高与对照无显著差异，B1.5 与B2.0 处理玉米幼苗株高无显著差异，但二者显著高于其他处理。由此可见，为了缓解土壤酸化对玉米幼苗株高的影响，生石灰施用量应高于1.5 g/kg 土壤，继续提高生石灰用量，对玉米幼苗株高无显著促进作用。

图3 生石灰用量对玉米幼苗株高的影响

2.2.2 生石灰用量对玉米幼苗干重的影响 由图4可见，玉米幼苗地上部干重随生石灰用量增加而增大，B1.0、B1.5 与 B2.0 处理较对照分别高 9.35%、14.1%、13.7%，均显著高于对照。由图5 可见，B1.0、B1.5 与B2.0 处理玉米幼苗根系干重较对照分别高83.8%、129.5%、125.8%，差异均达显著水平。各处理间玉米幼苗地上部干重表现为，B1.5 与B2.0 处理显著高于B0.5 处理，与B1.0 无显著差异。由此可见，为促进酸化土壤玉米幼苗地上部的生长，生石灰施用量应高于1.0 g/kg 土壤，但为了同时兼顾玉米幼苗地上部株高与干重，生石灰用量应高于1.5 g/kg 土壤，继续提高施用量至2.0 g/kg 土壤对玉米幼苗无负作用。

图4 生石灰用量对玉米幼苗地上部干重的影响

图5 生石灰施用量对玉米幼苗根系干重的影响

2.2.3 生石灰用量对玉米幼苗根冠比的影响 由图6 可见，随生石灰用量的增加，玉米幼苗根冠比增大，说明施用生石灰量可以促进玉米幼苗根系的生长，在0.5～1.5 g/kg 土壤范围内，根冠比增加幅度较大，1.5～2.0 g/kg 土壤范围内增加幅度较小。各处理间，B1.0、B1.5、B2.0 处理根冠比均显著高于对照，其中B2.0 与B1.5 无显著差异。

图6 生石灰施用量对玉米幼苗根冠比的影响

3 小结与讨论

试验结果表明，施入生石灰后，土壤pH 迅速提高，之后小幅回落，继而进入相对稳定的状态。本研究中土壤培养结果表明，施入生石灰10 d 内，土壤pH 升高，培养10 d 后趋于稳定。而有些土壤培养结果显示，培养 30 d 后土壤 pH 趋于稳定［6，12］。詹绍军等［13］研究认为土壤培养30～60 d，土壤 pH 趋于稳定，这可能与土壤基础pH 不同有关。

土壤酸碱性对植株种子萌发及幼苗生长影响显著［14］。施入生石灰提高了土壤pH，缓解土壤酸度，降低土壤交换性铝含量，从而促进根系发育［15］，有利于植株干重增加。本研究盆栽试验结果显示，生石灰用量大于1.0 g/kg 土壤时，玉米幼苗株高与根冠比显著高于对照，施入量大于1.5 g/kg 土壤时，玉米幼苗地上部干重显著高于对照。

土壤pH 随生石灰施入量的增加而提高，但由于土壤存在一定的缓冲作用，在培养10 d 后，低浓度（A0.5、A1.0 处理）的生石灰对土壤无显著调节作用，用量高于1.5 g/kg 土壤才能够显著提高土壤pH。王孟等［16］研究显示，Ca（OH）2施入量与土壤 pH 显著线性相关。本研究结果显示，在生石灰施入量为0～2 g/kg 土壤范围内，生石灰施用量与土壤pH 显著线性相关，这与前人研究结果较为一致［16］。有研究认为，玉米是对酸较为敏感的作物，玉米生长pH 阈值为5.4［3］，低于阈值玉米生长将受到抑制。生石灰作为调节剂对土壤pH 的促进有一定范围，研究认为只有当土壤pH 低于5.0 时，施生石灰才可获得明显效益，而土壤pH 为5.8 的土壤施用生石灰，作物产量不再提高，因此认为pH 5.8 是酸化改良的目标，土壤pH 介于4.3～5.8 时，施用石灰改良效果最好，适宜石灰施用量在 3 000～6 000 kg/hm2［8］。本试验土壤 pH为4.75，通过计算得出，如果以玉米酸害阈值为目标，生石灰施用量应为1.52 g/kg 土壤，相当于每公顷施生石灰3 800 kg，这与使用盆栽试验结果一致，与Ca（OH）2滴定法计算出的石灰需要量基本吻合。如以生石灰能够实现的酸化改良目标pH 5.8 计算，生石灰施用量应为2.42 g/kg 土壤，折合每公顷施生石灰6 050 kg。分析显示生石灰用量3 800 kg/hm2显著提高玉米幼苗株高、地上部干重，同时促进根系生长、提高根冠比，因此，可作为辽东南地区生石灰低适宜施用量。