摘要
近几十年河南省耕地酸化面积和酸化程度日趋增加，威胁粮食安全和生态环境质量。采用原位酸性农田土壤进行培育试验，比较不同物料单施和配合施用对豫南酸性土壤的改良效果。分别设置两种无机物料（A：石灰，B：钙镁磷肥）和 3 种有机物料（C：生物炭，D：黄腐酸钾，E：炭吸附聚谷氨酸）单独和随机组合施用，测定土壤 pH、电导率、土壤养分、团聚体和酶活性等指标，并采用最小数据集法评估改良后的土壤质量。结果表明：无机物料处理 A 和 AB 提升土壤 pH 效果最好，而有机物料处理提升土壤质量幅度显著大于无机物料处理，其中，有机碳、氮物料减量配施处理（处理 CE）土壤质量提升效果最好，其次是有机物料无机物料混用处理，无机物料处理提升幅度最小。含生物炭处理（处理 C、BC、AC、CD、CE、ACD、ACE 和 CDE）显著增加土壤 pH、电导率、速效钾和微团聚体比例；含石灰处理（处理 AB、AC、AD、AE、ABD 和 ABE）显著增加土壤全氮含量； 含钙镁磷肥处理（处理 B、AB、BC、BD、BE 和 ABD）显著增加土壤全氮和有效磷含量；处理 CE 显著增加土壤蔗糖酶和脲酶活性。处理 CE、C、BCDE、ACD、ACE、ABCD、ABC、CD 和 ABCDE 土壤质量综合指数（SQI）的提高幅度为 31%~52%。SQI 与土壤 pH、电导率、速效钾和土壤微团聚体显著正相关。综上，无机物料缓解土壤酸化效果显著，有机物料提升土壤质量幅度更大；多物料配施可以改善土壤结构，增加土壤含盐量，缓解土壤酸化，提高土壤酶活性和养分有效性，进而提升土壤质量。
Abstract
The area and degree of soil acidification are increasing in southern Henan province，threatening food production and the ecological environment. This study conducted a cultivated experiment using in-situ acidic farmland soils to explore the impact of different remediation materials on soil quality in southern Henan. Two inorganic materials（A：lime，B：calcium-magnesium phosphate fertilizer）and three organic materials（C：biochar，D：potassium humate，and E：carbon adsorption polyglutamic acid）were separately and randomly combined for application. Soil pH，electrical conductivity，soil nutrients， aggregates and enzyme activity were measured，and the minimum data set analysis was used to evaluate the soil quality after amendment. The results showed that the inorganic amendment treatments A and AB showed the most effective in raising soil pH，while the organic amendment treatments significantly improved soil quality. The combined application of organic carbon and nitrogen materials（treatment CE）had the best effect on improving soil quality，followed by the mixture of organic and inorganic materials，with inorganic materials showing the smallest improvement. Biochar applied independently or combined with other materials（treatments C，BC，AC，CD，CE，ACD，ACE，and CDE）significantly increased soil pH， electrical conductivity，available potassium content，and the proportion of micro-aggregates；lime applied independently or combined with other materials（treatments AB，AC，AD，AE，ABD，and ABE）significantly increased soil total nitrogen；calcium-magnesium phosphate fertilizer applied independently or combined with other materials（treatments B，AB，BC，BD，BE，ABC，and ABD）significantly increased soil available phosphorus；treatment CE significantly increased soil sucrase and urease activities. Treatments CE，C，BCDE，ACD，ACE，ABCD，ABC，CD and ABCDE increased soil quality composite index（SQI）by 31%~52%. The SQI was significantly positively correlated with soil pH， electrical conductivity，available potassium，and soil micro-aggregates. In summary，inorganic materials significantly mitigated soil acidification，while organic materials predominantly enhanced soil quality；the combined application of multiple materials could improve soil structure，increase soil salinity，alleviate soil acidification，enhance soil enzyme activity and nutrient availability，thereby improving soil quality.
河南省作为全国重要的粮食产区，在保障我国粮食输出与自给方面占有重要地位。近 30 年河南省土壤 pH 总体呈下降趋势，全省碱性土壤与中性土壤面积大幅度下降[1]。土壤酸化会使土壤结构退化、土壤钾钠钙镁等养分缺乏，土壤酶活性降低，影响土壤养分供应和作物生长发育，使作物产量和品质下降[2-3]，因此，采用有效的酸性土壤改良措施、防治土壤酸化是改善土壤质量和农田生态环境的重要途径。
传统的石灰改良操作简单，治理土壤酸化见效快，但易导致土壤板结、复酸，加重酸化程度[3]。土壤改良物料或土壤调理剂的多元化，如钙镁磷肥、生物炭、黄腐酸和炭吸附聚谷氨酸等研发和应用为建立高效、可持续的土壤酸化治理策略提供更多契机。钙镁磷肥是一种碱性矿质肥料，能提供植物生长所需的磷、钙、镁、硅等营养元素。研究表明，钙镁磷肥能显著提高土壤 pH，提升作物营养与品质[4]。生物炭可以提高土壤盐基饱和度、改善酸性土壤理化状况和增加土壤肥力，提高作物养分的吸收利用[5]。黄腐酸可以促进根系养分吸收、提高叶绿素含量，提高果实的产量和品质[6]。炭吸附聚谷氨酸可以改善酸性农田土壤结构，促进作物养分吸收，提高小麦产量[7]。因此，以上改良物料都具有缓解土壤酸化、改善土壤质量的应用潜力。
无机物料（如石灰）缓解土壤酸化高效、快速，有机物料（如生物炭）可以提高土壤养分保持和供应能力[3，8-9]。因此，有机无机物料配合施用可能是实现土壤培肥、提高酸性土壤质量的有效途径。然而，目前根据不同物料特性配合施用改良酸性土壤研究有限，仅曹胜等[10]证实石灰 + 有机肥和钙镁磷粉 + 生物炭配施后土壤酸碱缓冲能力显著增加，张新帅等[11]发现石灰、生物炭单施和配施均能提高土壤 pH、土壤蔗糖酶和脲酶活性，提高玉米产量。本研究采集原位豫南酸性农田土壤进行培育试验，结合改良物料缓解土壤酸化的特点进行配合施用，研究多种改良物料配施缓解土壤酸化、提高土壤综合质量的作用效果，为筛选和建立高效的酸性农田改良多物料科学配方施用技术提供支持。
1 材料与方法
采集酸性农田土壤进行培育试验，比较不同物料单施和配施对豫南酸性土壤的改良效果。通过测定土壤 pH、电导率、土壤养分、团聚体和酶活性等指标，结合最小数据集法评估改良后的土壤综合质量。
1.1 供试材料
供试土壤在 2022 年 3 月采集于河南省驻马店市西平县（33°10′N，113°36′E），该区域地处北亚热带向暖温带过度地带，气候属于亚湿润大陆性季风性气候，年平均气温 14.8℃，降水量 852 mm，当地种植方式为典型的冬小麦 / 夏玉米轮作体系。供试土壤类型为黄褐土，土壤黏粒含量 35%，土壤 pH 4.8，有机质 46.60 g·kg-1，全氮 4.23 g·kg-1，有效磷 31.51 mg·kg-1，速效钾 112.32 mg·kg-1。土壤采集后，过 2.00 mm 筛，风干备用。
供试石灰为含量 99% 的熟石灰；钙镁磷肥有效磷含量 P2O5 >12%；炭吸附聚谷氨酸由河南奈安生物科技股份有限公司提供，炭吸附聚谷氨酸含量 ≥ 10 g·kg-1，有机质≥ 80 g·kg-1，pH 4.3；黄腐酸钾由河南黑色生态科技股份有限公司生产，外观为黑色粉末，其中黄腐酸含量≥ 52%，腐植酸≥ 4%， P2O5 ≥ 3%，K2O ≥ 19%，pH 5.7。生物炭为小麦秸秆炭，热解温度 550～600℃，炭化时间 4～6 h， pH 10.2，固定碳 650 g·kg-1，全氮 4.34 g·kg-1，有效磷 10.2 g·kg-1，速效钾 112.32 g·kg-1。
1.2 试验设计
据以往经验，低量生物炭对酸性土壤 pH 的提升效果不显著，而施用量大于 1% 甚至达到 5% 时才能显著提高土壤 pH[12-13]，且前人发现将黄腐酸等有机物料用于（盐碱化）土壤修复，施用量适当加大时效果更好[14]。采用原位酸性农田土壤 （pH 4.8）进行土壤培育试验，分别设置各改良物料单施以及随机组合减量配施处理，每个处理 4 个重复。设置不加改良物料的土壤为对照（CK）；单施处理包括：（A）添加土壤重量 1.6% 的石灰；（B） 添加土壤重量 0.67% 钙镁磷肥；（C）添加土壤重量8.9 % 生物炭；（D）添加土壤重量 0.27‰黄腐酸钾； （E）添加土壤重量 0.6‰炭吸附聚谷氨酸。
为了与各物料单独施用的改良效果进行比较，两种物料配施依据有机物料大于无机物料、碱性有机物料大于酸性有机物料的原则，设置有机、无机物料配施量为 90% 有机物料单施量 +10% 无机物料单施量（如处理 AC 为加 0.16% 石灰 +8.01% 生物炭），碱性、酸性有机物料配施量为 66.7% 碱性有机物料单施量 +33.3% 酸性有机物料单施量（如处理 CD 为加 5.93% 生物炭 +0.09‰黄腐酸钾）；3 种以上物料配施的总有机 + 总无机物料或总碱性 + 总酸性有机物料与两种物料混用方式保持一致，具体各处理物料添加量见表1。
表1各处理改良物料的施用量
注：A：石灰，B：钙镁磷肥，C：生物炭，D：黄腐酸钾，E：炭吸附聚谷氨酸，多字母表示不同物料配合施用。下同。各物料施用量对应处理名称的字母顺序，并用 + 连接。
土壤培育试验于 2022 年 4 月 3 日进行，每盆装风干土 600 g（过 2 mm 筛），培养温度为 17～31℃，称重补水，保持土壤含水量为 60% 田间持水量，培养 60 d。土壤培养结束后，过 2 mm 筛风干，用于测定 pH、电导率、土壤团聚体、土壤养分和酶活性等指标。
1.3 指标测定方法
土壤 pH 和电导率使用土水比例为 1∶5 测定[15]； 土壤有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法测定[15]；土壤全氮采用半微量凯氏法测定[15]； 速效钾采用 NH4OAc 浸提，火焰光度法进行测定[15]；有效磷采用奥逊法（0.5 mol·L-1 NaHCO3 浸提-钼锑抗比色法）测定[15]；土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性采用酶联免疫分析试剂盒 （华博德亿生物技术有限公司，北京）测定，在 450 nm 波长下用多功能酶标仪（BioTek Synergy2 Gene5，美国）测定吸光度[16]。土壤团聚体采用干筛法测定[17]：风干土样充分混匀，套筛从下到上分别为 0.053、0.25 和 2 mm，称 50 g 土样，放最顶部筛子里，振幅 10 cm，30 次·min-1，人工筛 2 min，收集各级筛及底盘的土样，分别称重记录，用各级筛的土壤重量百分比描述土壤团聚体的分布 （超大团聚体 >2 mm，大团聚体 0.25～2 mm，微团聚体 0.053～0.25 mm，黏粉粒 <0.053 mm）。土壤平均重量直径（MWD）计算：（1）计算各级团聚体重量百分比与该级平均直径乘积；（2）所有测定团聚体粒级的上述乘积之和为 MWD。
1.4 数据处理
采用 SPSS 26.0 进行不同处理的单因素方差分析、主成分分析、公因子方差分析和土壤指标之间的 Pearson 相关性分析，使用 LSD 法进行处理之间差异显著性检验。
1.5 土壤质量评价方法
1.5.1 各指标隶属度计算
通过计算土壤指标的隶属度评价土壤质量，将参评指标转化为 0～1 无量纲的值，从而达到指标的量化。土壤 pH 为中性或弱酸性有益于作物生长，采用峰值型隶属度函数[18]；土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾在一定范围越多，土壤质量越好，采用戎上型隶属度函数[18]；土壤电导率、团聚体和土壤酶活性的隶属度为实测值与最大值的比值。
1.5.2 土壤质量综合评价
基于前人研究基础，将能影响土壤功能以及对土壤环境变化敏感的测定指标作为土壤质量参评指标[19]。主成分分析可以将多个指标降维为少数综合性指标，使变量间具有相互独立性，将各主成分中荷载大于 0.8 的指标结合相关性分析编入最小数据集，同一主成分中荷载大于 0.8 且显著相关的指标，选择荷载大的编入最小数据集，将最小数据集进行因子分析，将各指标的公因子方差占总公因子方差的比例作为土壤质量评价的指标权重[8]。根据模糊数学的加乘法，将各指标的权重值和隶属值加权求和计算土壤质量综合指数（SQI），SQI 值越大，土壤质量越好。
2 结果与分析
各碱性物料单施和配施其他物料可以有效缓解土壤酸化。施用生物炭显著增加土壤电导率、速效钾和微团聚体比例。施用石灰和钙镁磷肥显著增加土壤全氮和有效磷含量。有机碳、氮物料配施显著增加土壤蔗糖酶和脲酶活性。
2.1 不同改良物料配合施用对土壤 pH 和电导率的影响
土壤 pH 过低会导致土壤养分失衡，土壤肥力下降[20]。除处理 E 和 DE 外，各改良物料单施和混合施用均显著增加土壤 pH，增加范围为 3%～69%（P<0.05，表2）。其中，处理 A、C、AB、AC、BC、CD、CE、ABC、ACD、ACE、CDE、 BCDE、ABCD、ACDE、ABCE 和 ABCDE 土壤 pH 增至 6.5 以上，表明石灰、钙镁磷肥和生物炭单施以及与其他物料混用可以有效缓解土壤酸化。处理 BD 和 BE 的土壤 pH 显著低于处理 B（P<0.05），表明与酸性有机物料混用会降低钙镁磷肥对土壤的酸中和能力。而酸性物料与生物炭（处理 CD 和 CE）和石灰（处理 AD 和 AE）混用缓解土壤酸化效果显著，尤其是生物炭。因此，碱性物料石灰、钙镁磷肥和生物炭单施，石灰和生物炭与钙镁磷肥、黄腐酸钾或炭吸附聚谷氨酸等物料配合施用可以有效缓解土壤酸化。
表2不同改良物料配合施用后土壤 pH 的变化
注：数据为平均值 ± 标准误差，数据后不同字母表示处理间的差异显著（P<0.05）。下同。
土壤电导率用于表征土壤总水溶性盐离子含量[21]。如表3所示，与 CK 相比，处理 C、AB、 AC、BC、CD、CE、ABC、ABD、ACD、ACE、 CDE、BCDE、ABCD、ACDE、ABCE 和 ABCDE 土壤电导率显著增加（P<0.05），增加范围是 1.13~19.83 倍，其中 C、AC、BC、CE 和 ABC 增加幅度最大，分别增加 19.83、16.12、15.14、15.21 和 15.35 倍。因此，生物炭单施及其减量配施石灰、钙镁磷肥、黄腐酸钾或炭吸附聚谷氨酸均可以显著提高土壤总水溶性盐离子含量，提高土壤酸缓冲能力[16]。
表3不同改良物料配合施用后土壤电导率的变化
2.2 不同改良物料配合施用对土壤养分的影响
有机质参与土壤结构形成、养分分解，有助于提高土壤肥力和酸碱缓冲作用[22]。所有处理有机质含量均有不同程度下降（表4）。这可能由于经过短期培养试验，改良物料加速了可溶解性有机质的分解[23]。与 CK 相比，处理 B、AB、AC、AD、 AE、BE、DE、ABD、ABE、CDE、ADE、ABDE 和 BCDE 土壤全氮含量均显著性增加（P<0.05），增加范围为 10%～38%； 其中，处理 B、AD、BE、 ADE、ABE 和 ABDE 增加幅度最大，分别增加 35%、29%、29%、38%、36% 和 26%。
土壤有效磷是指能被当季植物吸收利用的土壤磷组分，包括全部水溶性磷、部分吸附态磷及有机态磷，有效磷含量可以用于评估土壤磷分供应水平[24]。与 CK 比较，处理 A、B、AB、BC、BD、 BE、CE、ABC、ABD、ABE、ADE、BCDE、 ABCD、ACDE、ABCE 和 ABCDE 的土壤有效磷含量显著性增加（P<0.05，表4），增加范围为 0.33～3.42 倍；其中处理 B 和 AB 增加幅度最大，分别增加 3.42 和 1.45 倍。处理 C、D、AC、BC、 BD、CD、CE、ABC、ACD、ACE、CDE、ABCD、 ABCE、ACDE、BCDE 和 ABCDE 土壤速效钾含量显著增加（P<0.05），增加 0.34～16.87 倍；其中处理 C、AC、BC、CD、CE 和 ABC 的土壤速效钾含量增加幅度最大，分别增加 16.87、15.70、15.47、 12.81、13.15 和 14.04 倍。
2.3 不同改良物料配合施用对土壤酶活性的影响
土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶分别是土壤中碳、氮和磷转化的重要酶类，影响土壤碳分解和氮、磷养分的供应能力[25-26]。酸性土壤的蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶等酶活性一般呈酸化抑制、碱化激活的规律[27]。如表5所示，处理 C、D、AB、AC、 AE、BC、BE、CE、ABD、ACE、ADE、ABCE 和 ABCDE 的土壤蔗糖酶活性显著增加（P<0.05），增加 6%～33%，其中处理 ABCDE、ABD、AE 和 AC 的增幅最大，增幅为 32%～33%。这可能由于添加改良物料提高土壤 pH、土壤微生物数量和活性，从而提高蔗糖酶活性[28]。处理 CE 和 ABD 的土壤碱性磷酸酶活性变化不显著，其他处理磷酸酶活性下降（P<0.05）。一般有机碳含量高的土壤中碱性磷酸酶的活性增强[29]，本试验时间相对较短且土壤有机质呈减少趋势，可能致使土壤碱性磷酸酶下降。处理 ACD、ABE、CD 和 CE 的土壤脲酶活性显著增加，而处理 B、AD、BE、ADE、 BCDE、ABDE 和 ABCDE 土壤脲酶活性显著下降 （P<0.05）。这可能由于土壤脲酶的活性随土壤全氮、水解氮的增加而降低[27]。
表4不同改良物料配合施用后土壤养分的变化
表5不同改良物料配合施用后土壤酶活性的变化
续表
2.4 不同改良物料配合施用对土壤团聚体的影响
土壤团聚体是土壤结构的颗粒单位，通过调节土壤理化和生物性状影响土壤质量[30]。由表6得出，各处理土壤中大团聚体所占比例最大，其次是超大团聚体和微团聚体。从表6可得，与 CK 相比，处理 AE、DE、ABE、ADE、ABCE 和 ABDE 中超大团聚体比例显著增加，增加幅度为 37%～73% 续表 （P<0.05）； 处理 BE 和 ABD 中大团聚体比例显著增加（P<0.05）。土壤微团聚体能反映土壤养分的储存转化性能、释放供应性能及土壤缓冲性能[31]。与 CK 相比，处理 A、C、AC、AD、BC、 CD、ABC、ACD、ACE、CDE、ABCD、ACDE、 ABCE 和 ABCDE 的微团聚体比例显著增加，增加幅度为 22%～83%，表明这些处理可以提高土壤养分储存释放能力。土壤 MWD 值越高，土壤结构性及稳定性越好。与 CK 相比，处理 AE、BD、 ADE 和 ABCE 的 MWD 增加幅度最大，增加范围为 20%～36%。
表6不同改良物料配合施用后土壤团聚体的变化
3 土壤质量评价
隶属度分析表明土壤 pH、电导率和速效钾是供试土壤质量的限制因子。碱性物料单施和配施其他物料可以提高酸性土壤质量，且 SQI 与土壤 pH、电导率、速效钾和土壤微团聚体呈显著正相关。
3.1 土壤质量评价指标体系的建立
主成分分析结果表明，特征根大于 1 的主成分有 6 个，累计贡献率大于 85%，可以反映大部分土壤指标的变化（表7）。主成分 P1 中土壤 pH、电导率和速效钾的荷载大于 0.8，且均为正荷载，编入最小数据集；主成分 P2 中土壤超大团聚体和 MWD 的荷载大于 0.8，因二者极显著相关 （r=0.855，P<0.01），将荷载较大的土壤超大团聚体编入最小数据集；主成分 P3 中编入土壤有效磷； 主成分 P4 中编入土壤碱性磷酸酶；主成分 P5 中无荷载大于 0.8 的指标，编入荷载最大的土壤有机质；主成分 P6 中编入土壤脲酶。综上所述，编入最小数据集的指标共有 8 个，分别是土壤 pH、电导率、脲酶、碱性磷酸酶、速效钾、有效磷、有机质、超大团聚体。
表7各指标的主成分分析、公因子方差和权重
3.2 最小数据集的指标隶属度换算
如表8所示，对照处理的超大团聚体、脲酶、碱性磷酸酶、有机质和有效磷的隶属度均大于 0.5，表明这些特征不是土壤质量的限制因子，而土壤 pH、电导率和速效钾是对照土壤质量的限制因子。处理 CE、BC、ABC、ACD、ACE、CDE、BCDE、 ABCD、ACDE 和 ABCE 的所有指标的隶属度都大于 0.5，表明生物炭减量配施其他物料可以有效消除土壤障碍因子，提高酸性土壤综合质量。
3.3 基于土壤综合指数法的土壤质量评价
所有处理 SQI 得分由高到低依次为 CE>C>BCDE=ACD>ACE>ABCD=ABC=CD>ABCDE>ACDE>ABCE=BC>AC>CDE>ADE=AD>ABE= ABD=ABDE>AB=B>AE>A>BD=CK>DE>BE>D>E （表9）。如果按照五级分类法：SQI ≥ 0.8 为土壤质量好，0.6 ≤ SQI<0.8 为较好，0.4 ≤ SQI<0.6 为中等，0.2 ≤ SQI<0.4 为较差，SQI<0.2 为差[18]，所有处理土壤质量均在中等以上。处理 CE、C、 BCDE、ACD、ACE、ABCD、ABC、CD 和 ABCDE 的 SQI 和 CK 比提升 31%～51%。处理 D、E、DE 和 BE 的 SQI 和 CK 比呈下降趋势，表明酸性有机物料及其与钙镁磷肥混用可能降低酸性土壤质量。
表8各处理最小数据集的指标隶属度
表9各处理土壤质量综合指数的变化
注：SQI 为土壤质量综合指数。
结合土壤 SQI 结果筛选的代表性处理土壤性质变化的雷达图显示，含生物炭处理（处理 C、BC、 CE 和 ACD）显著增加土壤 pH、电导率和速效钾含量；含钙镁磷肥处理（处理 B 和 BC）显著增加土壤全氮和有效磷含量；处理 CE 显著增加土壤超大团聚体比例、蔗糖酶和脲酶活性（图1）。Pearson 相关性分析显示，SQI 与土壤 pH、电导率、速效钾和微团聚体呈极显著正相关（r>0.571，P<0.01）（图2）。土壤 pH 与土壤速效钾、电导率呈极显著正相关 （r>0.546，P<0.01），表明各改良措施缓解土壤酸化与土壤总水溶性盐离子含量尤其是土壤钾离子增加显著相关。土壤微团聚体比例与土壤 pH、电导率和速效钾呈极显著正相关（r>0.534，P<0.01），与土壤大团聚体呈极显著负相关（r<-0.515，P<0.01）。
图1代表性处理土壤性质变化的雷达图
注：数据为各处理平均值与图中处理最大平均值的比值。
图2土壤质量综合指数与各指标的相关性
注：SQI、MWD 分别为土壤质量综合指数、平均重量直径。
4 讨论
土壤酸化威胁农业可持续生产和破坏生态环境。本研究证实石灰和生物炭单施或石灰和生物炭减量配施钙镁磷肥、黄腐酸钾或炭吸附聚谷氨酸等物料可以显著提高土壤 pH 至 6.0 以上，有效缓解土壤酸化。其中，石灰单施或与钙镁磷肥配施对土壤 pH 提升幅度最大。这可能是由于石灰可以通过酸中和反应以及与酸性土壤黏粒的 Al3+ 或有机物的羧基官能团相互作用提高土壤 pH[32]；秸秆生物炭可以通过其碱性灰分如碳酸盐、氧化物或氢氧化物等溶解、快速中和 H+，通过生物炭表面羧基的质子化和促进微生物矿化有机物等过程持续缓解土壤酸化[33-34]。石灰和生物炭混用对土壤 pH 的提升幅度低于二者单施。这与戴思睿等[13]研究的结果一致，可能由于二者混施后生物炭减缓了施用石灰急剧增加土壤 pH 的趋势，从而利于酸性土壤改良。此外，本研究发现酸性有机物料（黄腐酸钾和炭吸附聚谷氨酸）与钙镁磷肥混用会降低钙镁磷肥对土壤的酸中和能力，而与生物炭或石灰混用缓解土壤酸化效果显著，尤其是生物炭。这可能是因为生物炭和石灰对土壤 pH 的提升作用显著大于钙镁磷肥 （表2）。钙镁磷肥为枸溶性磷肥或弱酸溶性磷肥，它在溶解过程中能中和部分土壤酸度，同时通过补充土壤钙、镁和硅等中微量元素增加土壤离子交换量，提高土壤酸缓冲能力[35]。而酸性有机物料 （黄腐酸钾和炭吸附聚谷氨酸）具有大量弱酸官能团、吸附性强[6-7]，除了直接中和钙镁磷肥的部分碱度外，它们可能通过与钙、镁等离子形成稳定的有机酸盐络合物，降低钙镁磷肥的离子溶解性及其快速中和酸的能力[33]。综上，石灰和生物炭单施以及二者分别与钙镁磷肥、黄腐酸钾或炭吸附聚谷氨酸等物料配施可以有效缓解土壤酸化。
土壤酸化会引起土壤板结、通气性变差，土壤酶活性降低及土壤氮、磷有效性降低等导致土壤质量降低，威胁作物安全生产[36]。本研究发现，相对于添加无机物料，补充有机物料对酸性农田土壤质量的改良作用更显著，其中，同时补充有机碳、氮物料处理（生物炭 + 碳吸附聚谷氨酸）的土壤质量提升幅度最大。这可能由于生物炭本身含有大量养分资源，可以作为营养元素的缓释载体减少养分的淋失，改善土壤物理、化学和生物特性，提高土壤肥力[37]。此外，本研究发现土壤 pH、电导率和速效钾含量是试验酸性土壤质量的主要限制因子，生物炭单施及与其他物料配合施用显著增加土壤微团聚体比例、土壤 pH、电导率和速效钾含量，表明生物炭可以有效缓解土壤酸化，改善土壤结构，增加土壤速效钾含量，从而提高土壤质量。前人也类似发现生物炭可以显著提高酸性土壤钾的有效性，他们证实生物炭可能通过增加土壤解钾菌（Azotobacter 和 Pseudomonas）的数量及活性、促进缓效钾向速效钾转化[38]。土壤酸化后磷酸根离子易与 Fe3+ 和 Al3+ 等金属离子反应生成难溶性磷酸铁盐和磷酸铝盐，致使土壤磷缺乏[39]。施用碳吸附聚谷氨酸显著提高土壤磷有效性，这可能由于氨基酸可以抑制土壤活性磷的固定，从而提高土壤磷的有效性[40-41]。生物炭和碳吸附聚谷氨酸配施显著增加土壤蔗糖酶、脲酶活性和土壤有效磷含量，表明二者配合施用可以协同促进土壤碳氮转化，并提高土壤磷素有效性，从而改善土壤质量。有机、无机物料配施改善酸性土壤质量的效果优于无机物料（钙镁磷肥、石灰），这与已有研究结果一致[42-43]。通常施用石灰可以有效提高酸性农田土壤（pH<5.5）的肥力和作物产量，然而随石灰用量增加会限制土壤镁和磷的有效性，导致玉米镁胁迫，降低土壤比表面积和孔隙连通性，破坏土壤结构[44]；生物炭可以增加土壤离子交换和吸附、提高土壤养分含量、改善微生物生长环境[20]。本研究发现，相对于单施石灰，生物炭和石灰配施显著提高土壤盐含量、速效钾含量和蔗糖酶活性，从而提高土壤质量。同时，石灰 + 生物炭与黄腐酸钾或钙镁磷肥联合施用（处理 ACD 和 ABC）对酸性土壤质量的提升作用大于石灰 + 生物炭配施（处理 AC），这强调了增加有机酸提高土壤吸附性能和补充钙镁等中微量元素对改善酸性土壤质量的重要性[6，35]。施用钙镁磷肥显著增加土壤全氮、有效磷含量和脲酶活性，且其对土壤质量的提升作用大于石灰。这可能由于钙镁磷肥碱度比石灰低，不会破坏土壤结构，但可以促进土壤团聚体形成，增加土壤细菌、放线菌数量，提高过氧化氢酶、脲酶活性，促进土壤氮磷活化[45]。综上，豫南酸性农田管理在常规施肥条件下，优先推荐补充有机碳、氮物料，其次是生物炭或有机、无机物料配合施用改善酸性土壤质量。
5 结论
本研究发现，有机碳、氮物料或有机、无机物料配施对酸性农田土壤质量的提升幅度显著大于无机物料。施用石灰和石灰 + 钙镁磷肥配施缓解土壤酸化效果最好，施用有机物料提升土壤质量的幅度更大，其中，有机碳、氮物料配施土壤质量最好，其次是有机、无机物料配施，施用无机物料土壤质量提升幅度最小。有机碳、氮物料或有机、无机物料配施可以有效缓解土壤酸化，增加土壤微团聚体比例，提高土壤酶活性和养分（磷、钾）有效性，提高土壤综合质量。本研究结果强调多元有机物料补充和有机、无机物料配施改良酸性土壤、促进退化耕地的可持续利用，为建立酸性耕地高效改良策略提供科学支撑。