土壤酸化是全球农业发展的重要障碍因子，由于高强度的农业利用等人为活动加速土壤酸化趋势。我国酸性土壤面积约占土壤总面积的 21%，严重限制着生态环境和农业生产的可持续发展，特别是在南方稻区尤为突出^[1-3]。福建耕地土壤酸性面积更为普遍，约占福建耕地面积的 74.2%^[4]。水稻土和红壤是福建省耕地的主要利用类型，分别占全省耕地总面积的 88.84% 和 9.43%^[5]；因长期排灌、风化淋溶或土壤原有特性等因素，这两种类型的土壤大多呈现酸性，限制了作物的生长^[6-7]。为改良土壤、培肥地力、实现化肥减施增效的目的，近年来福建稻区、山地果茶园大力推广冬种豆科绿肥紫云英（Astragalus sinicus L.）。因此，探讨如何有效调控酸性土壤，提供绿肥作物生长适宜环境、保障绿肥鲜草高产稳产物质基础以稳步提升地力是目前迫切需要解决的问题。土壤酸化对植株生长发育造成诸多影响，使植物体内可溶性糖大量累积，质膜透性增大，细胞酶活降低、生物自由基积累、膜脂过氧化作用加剧、引起细胞解体和结构的破坏，导致植株生长不良^[8-9]。曾勇军等^[10]发现，随着土壤 pH 值的下降，双季早稻和晚稻生育期延长，产量降低，当土壤 pH 值 <5.0 时，产量降幅分别达 7.82% 和 8.06%。同样在茶园上，王海斌等^[11]发现，秋茶产量与茶树根际土壤 pH 值呈极显著正相关，相关系数达到 0.90～0.95，随着根际土壤酸化加剧，茶叶产量降低，茶叶品质呈现下降趋势。另外，研究还表明，酸性土壤有机质含量低、生物可利用养分含量低，土壤肥力普遍不高，而长期过量施用化学氮肥是加剧农田土壤酸化的主要因素之一^[12-16]。前人研究表明，石灰类物质可作为有效的土壤酸度改良剂之一，主要包括生石灰、石灰石粉、熟石灰等，它们之间的效应主要取决于土壤起始酸度、作物种类、改良剂施用量和类型^[17]。传统上施用石灰和石灰石粉最为常见，研究发现，在酸性土壤上施用改良剂，可以阻控土壤酸化，提高土壤 pH 值^[17-20]；可以中和土壤酸度，增加有效阳离子交换量^[21-23]；还可以改善土壤物理结构、提高养分，为作物生长提供良好的生长环境，并提高产量^[24-26]。前人对于酸性土壤施用改良剂对作物生长影响的研究，已有较多报道。近年来在福建稻区、山地等大力推广冬种豆科绿肥紫云英，但调查发现近几年紫云英单位面积产量比 20 世纪 80 年代统计结果普遍降低，这是否与土壤酸化有关还需进一步研究确定。此外，酸性土壤施用改良剂对紫云英产量影响及调控适宜用量目前尚不清楚。为此，本文在选取福建典型酸性水稻土和红壤，通过盆栽试验方法研究两类土壤施用酸性改良剂条件下，紫云英产草量、养分截获量变化，探讨酸性土壤下的紫云英产量与养分截获提升途径，从而为福建稻区、旱地紫云英轻简化高效栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验采用盆栽培养的方法，分别在水稻土与红壤上进行。水稻土采自长乐区猴屿乡，为咸酸型水稻土，红壤采自闽侯县白沙镇溪头村，为自然未开垦山地红壤。供试土壤基本理化性状如表1 所示。采集 0～20 cm 表层土壤，自然晾干，再过 1 mm 筛网备用。

1.2 试验设计

采用盆栽试验设计。用塑料营养钵装土，每盆土壤 2 kg。试验设 7 个处理：1）不施改良剂（T₀， CK）；2）施石灰石粉 0.267 g/ 盆（T₁）；3） 施石灰石粉 0.534 g/ 盆（T₂）；4）施石灰石粉 0.801 g/ 盆（T₃）；5）施石灰石粉 1.068 g/ 盆（T₄）；6） 施石灰石粉 1.335 g/ 盆（T₅）；7）施石灰石粉 1.602 g/ 盆（T₆）。每处理设 3 个重复，2 种土壤共 42 盆。折算每公顷用量分别为 600、1200、1800、2400、 3000、3600 kg/hm²。土壤与改良剂充分混合，施后 10 d 开始播种。播种量按公顷 22.5 kg 紫云英种子计算，千粒重 3.5 g，即每平方米约 600 粒种子，每千克种子拌 5 kg 钙镁磷肥。石灰石粉用碳酸钙化学纯试剂，含钙 40%，pH 值 9.56。

试验前取一次土样，测定基础土壤常规化学性状。在紫云英盛花期测定草产量及采集植株样品测定氮、磷、钾养分，同时采集对应的土壤分析土壤化学性状。采用电位法测定土壤 pH 值（土水质量比为 1∶5）；采用重铬酸钾容量法-外加热法测定有机质含量；采用碱解扩散法测定碱解氮含量；采用盐酸-氟化铵浸提和钼锑抗比色法测定酸性土壤有效磷含量；采用乙酸氢钠浸提-火焰光度法测定速效钾含量；用 H₂SO₄-H₂O₂ 消煮后，分别采用凯氏定氮法、钒钼黄比色法和火焰光度法测定植株氮、磷、钾含量；采用氯化钾交换-中和滴定法测定交换性氢、铝含量，方法均参照鲁如坤^[27]。

1.3 数据处理

采用 Excel 2016 和 DPS 7.05 进行数据处理、统计与方差分析，采用 Origin 8 作图。

2 结果与分析

2.1 酸性土壤施用改良剂对紫云英产量的影响

图1 显示，施用石灰石粉改良剂均不同程度地提高了水稻土与红壤紫云英鲜草产量。与 CK 相比，水稻土鲜草产量增幅为 41.5%～122.8%，红壤增幅为 175.2%～989.1%。对水稻土而言，鲜草产量随着改良剂用量的增加呈先增加后降低的趋势，当施用量为 1.068 g/ 盆（T₄）时，鲜草产量最高，为 CK 的 2.2 倍；对红壤而言，鲜草产量总体随着改良剂用量的增加而增加，当施用量为 1.602 g/ 盆（T₆） 时，鲜草产量最高，为 CK 的 10.9 倍。不同改良剂用量下的紫云英干草产量与鲜草产量表现趋势相似 （图2），水稻土干草产量增幅为 104.4%～471.6%，红壤干草产量增幅为 165.3%～1163.8%。从中也可看出，相同用量下，红壤施用改良剂对紫云英增产效果要优于水稻土。

注：不同小写字母表示不同处理间差异显著（P <0.05）。下同。

2.2 酸性土壤施用改良剂对紫云英养分截获量的影响

施用改良剂能有效提高紫云英地上部植株养分截获量（表2）。在水稻土上，与 CK 相比，施用改良剂氮素截获量增幅为 147.5%～614.7%，磷素增幅为 73.3%～452.9%，钾素增幅为 111.2%～545.0%。当施用量达到 1.068 g/ 盆（T₄）时，除 T₅ 处理的氮截获量和 T₆ 处理的钾截获量外，其余处理氮、磷、钾养分截获量均显著高于对照，其中施用量为 1.068 g/ 盆（T₄）时，养分截获量较 CK 增幅最多。对红壤而言，与 CK 相比，施用改良剂氮素截获量增幅为 285.7%～1316.8%，磷素增幅为 267.2%～1048.3%，钾素增幅为 145.7%～982.5%，当施用量达到 0.801 g/ 盆（T₃）时，植株地上部养分截获量显著高于 CK，其中氮、磷、钾养分截获量均在 1.602 g/ 盆 （T₆）时增长最多；这与产量表现趋势一致。

注：同一行不同字母表示同一指标在不同处理间差异显著（P <0.05）。下同。

2.3 酸性土壤施用改良剂对土壤 pH 值的影响

由图3 可知，施用石灰石粉后水稻土与红壤 pH 值，整体表现为随着石灰石粉施用量的提高呈增长趋势，当施用量为 1.602 g/ 盆（T₆）时，土壤 pH 值最高。在强酸性水稻土上，施用石灰石粉较 CK 土壤 pH 值增长了 1.5%～5.1%，施用量为 1.068～1.602 g/ 盆（T₄～T₆）的处理与 CK 差异均显著；在酸性红壤上，与 CK 相比，施用石灰石粉 pH 值增幅为 3.4%～18.8%，施用量为 0.537～1.602 g/ 盆（T₂～T₆）处理与 CK 差异均显著。

2.4 酸性土壤施用改良剂对土壤交换性酸的影响

由表3 可知，水稻土施用石灰石粉的土壤交换性氢含量与 CK 相比无显著差异，但交换性铝含量较 CK 降幅为 7.3%～55.9%，其中施用量为 0.534～1.062 g/ 盆（T₂～T₆）处理与 CK 差异达到显著水平，且随着石灰石粉用量的增加，交换性铝含量呈逐步降低的趋势；红壤施用石灰石粉的交换性氢与交换性铝含量变化与水稻土趋势基本一致，施用石灰石粉对土壤交换性氢含量无显著影响，但交换性铝含量降幅为 32.3%～95.4%，其中施用量为 0.534～1.062 g/ 盆（T₂～T₆） 处理与 CK 差异达到显著水平。以上说明，施用石灰石粉主要通过降低交换性铝来调控土壤酸度。

2.5 产量与土壤 pH 值及交换性酸的相关性分析

表4 显示，红壤施用石灰石粉后紫云英鲜草及干草产量与土壤 pH 值呈极显著正相关，从线性拟合方程可知，红壤 pH 值每提高 1 个单位，鲜草产量提高约 41.28 g，干草产量提高约 9.33 g。从表4 中也可看出，红壤施用石灰石粉后紫云英鲜草及干草产量与土壤交换性铝呈极显著负相关（P <0.01）。

续表

注：** 表示极显著相关（P <0.01）。

3 讨论

3.1 石灰类物质对土壤酸度调控效果

亚热带区的红黄壤伴随脱硅富铝化的成土过程，土壤酸度主要以土壤交换性铝离子为基础，铝毒害是酸性土壤中限制作物生长的主要因素^[26，28-29]，以往的研究结果表明，酸化土壤可施用碱性改良剂中和土壤酸度，以降低有毒形态铝的浓度，恢复酸性土壤的生产力^[29]。石灰类物质是传统上常用的有效方法，能中和土壤酸度、降低土壤交换性铝，还能提供营养元素钙，提高作物的产量和品质^[29-30]。本研究发现，在红壤和水稻土上施用石灰石粉均能显著提高紫云英草产量，由相关性分析可知，红壤紫云英鲜草和干草产量与土壤 pH 值呈显著正相关关系，与交换性铝呈显著负相关关系。另外，由表3 可知，施用石灰石粉可显著降低水稻土和红壤中土壤交换性铝离子含量，说明紫云英对土壤酸度较敏感，在酸性土壤上施用石灰石粉，可以显著降低土壤铝毒，提高土壤 pH 值，从而提高紫云英产量。前人研究发现不同作物对土壤酸度敏感程度和对改良剂的响应存在明显差异，各种作物都存在一个临界 pH 值，当土壤 pH 值小于临界值时，施用改良剂才可以提高作物产量^[17，29]。本研究条件下，与对照比较，红壤和水稻土施用改良剂均能明显提高土壤 pH 值、紫云英产量、养分截获量，降低土壤交换性铝含量，在红壤上的改良效果优于水稻土；另外，水稻土和红壤土壤 pH 值均小于紫云英生长适宜的土壤临界 pH 值（5.5～7.5）^[31]，说明石灰石粉可用于改良福建水稻土和红壤紫云英种植土壤酸化的问题，当前福建等南方省份正在大力恢复发展绿肥，改良剂 + 绿肥模式既可以改良土壤酸性，又可提升紫云英绿肥产量与养分截获，是适合区域绿肥发展的种植模式。

3.2 不同类型土壤下紫云英对酸度调节的响应

Adams^[32]对美国南部地区的研究表明，即使是同一种作物，由于土壤性质和石灰类型的差异，结果也不相一致。张天彬^[33]在基础 pH 值为 4.8 土壤上发现大豆对石灰的响应高于玉米；而 Paganl 等^[34] 发现 pH 值为 5.37～5.71 的土壤表现为玉米对石灰的改良响应程度高于大豆。本研究条件下，不同土壤类型上施用改良剂对紫云英影响效果不一，石灰石粉处理后，红壤上紫云英产量、土壤 pH 值、养分截获较对照增幅均高于水稻土，土壤交换性酸降幅同样高于水稻土，其改良效果优于水稻土。究其原因，首先，土壤 pH 值是改良剂施用量的重要考虑因子^[30]，由基础理化性质可知，本试验水稻土 pH 值明显低于红壤，因此水稻土改良酸度需要的改良剂用量就越高。而试验中两种类型土壤的施用量一致，导致水稻土酸度调节力度不够。由土壤有机质含量也可进一步验证该结果（表1）。因土壤有机质含量高低与土壤对酸、碱的缓冲能力呈正相关，当土壤缓冲量越大，改变相同 pH 单位所需的碱量就越多^[30，35]。水稻土有机质含量高于红壤，改良土壤酸性需要更多用量的碱性调理剂。另外，土壤交换性酸包括土壤胶体上吸附氢离子、铝离子可反映土壤的潜性酸度，土壤交换性酸量对调节和估算外源改良剂添加量同样具有重要的参考价值^[36]。由表3 可知，水稻土的交换性酸远高于红壤，需添加的改良剂就越多。第二，紫云英适宜的土壤 pH 值是 5.5～7.5^[31]，由改良后的土壤 pH 值可知，水稻土 pH 值为 4.57～4.80，红壤 pH 值为 5.93～7.05。因此，本研究条件下红壤更适宜紫云英生长，产量增幅较多。一般而言，作物最大生物量时的土壤 pH 值为临界值^[37-38]，由此可知，本试验施用石灰石粉后，紫云英在红壤和水稻土临界 pH 值分别 7.05 和 4.66，从中可知紫云英在红壤上的生长土壤临界 pH 值更接近紫云英生长适宜酸碱度，从而获得更高产量。综上所述，在酸性红壤和强酸性水稻土上施用石灰类物质，可改良土壤酸度，促进紫云英生长，使紫云英获得更高产量和养分截获。值得一提的是，部分学者研究认为豆科是加速土壤酸化的重要原因之一，但同时豆科类植物还田，因地上部植株还含一定量的碱性物质，对土壤酸度具有明显的改良作用^[29-30]。此外，本研究表明土壤酸化对紫云英生长造成明显的胁迫，而植物应答酸胁迫的各种生理防御变化的根本原因是基因表达的改变，在酸胁迫下植物体内耐受性基因能直接感受并做出响应，包括转录水平和蛋白水平的调控^[39]。通过探究这些应激反应机制，以实现制定生产上缓解酸胁迫的措施。然而，目前这些研究在紫云英上都属于未知，具有进一步研究和探索价值。

4 结论

酸化土壤是限制紫云英产量与养分截获提升的重要因素。在酸性红壤和强酸性水稻土上施用石灰石粉可显著提高紫云英产量、养分截获、土壤 pH 值，降低土壤交换性铝含量。在强酸性水稻土上，紫云英鲜草和干草产量增幅分别为 41.5%～122.8% 和 104.4%～471.6%，改良剂的最佳用量为 1.068 g/ 盆，相当于 2400 kg/hm²；在酸性红壤上，紫云英鲜草和干草产量增幅分别为 175.2%～989.1% 和 165.3%～1163.8%，改良剂最佳用量为 1.602 g/ 盆，相当于 3600 kg/hm²。因此，在相同的改良剂用量下，酸性红壤上的改良效果优于强酸性水稻土。强酸性水稻土与酸性红壤施用石灰石粉后土壤 pH 值分别为 4.66 和 7.05 时，紫云英鲜草和干草产量最高。

参考文献