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  土壤  2026, Vol. 58 Issue (2): 382-392  DOI: 10.13758/j.cnki.tr.202501140019 CSTR: 32214.14.tr202501140019

引用本文  

邓鹏志, 张楷龙, 陈猛猛, 冯文豪, 杨龙, 周馨, 张怀志, 李玉义. 腐殖酸添加对土壤盐碱障碍消减与产能提升影响的Meta分析. 土壤, 2026, 58(2): 382-392.
DENG Pengzhi, ZHANG Kailong, CHEN Mengmeng, FENG Wenhao, YANG Long, ZHOU Xin, ZHANG Huaizhi, LI Yuyi. Effects of Humic Acid on Improvement of Saline-Alkali Soil and Crop Yield: A Meta-Analysis. Soils, 2026, 58(2): 382-392.

基金项目

华北平原耕地盐碱退化阻控和肥力恢复关键技术及集成示范项目(NK2022180406,NK20221804)资助

通讯作者

张怀志, (zhanghuaizhi@caas.cn)

作者简介

邓鹏志(2000—),男,四川绵阳人,硕士研究生,主要从事土壤改良研究。E-mail:ccleikesi@126.com
腐殖酸添加对土壤盐碱障碍消减与产能提升影响的Meta分析
邓鹏志1 , 张楷龙1 , 陈猛猛1 , 冯文豪1 , 杨龙2 , 周馨3 , 张怀志1 , 李玉义1     
1. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 北京 100081;
2. 中国农业大学土地科学与技术学院, 北京 100081;
3. 中国农业大学资源与环境学院, 北京 100081
摘要:腐殖酸作为常用的盐碱土改良材料,其不同用量、施用方式对不同盐碱化程度的土壤改良效果差异较大。本研究通过收集国内外近10年(2012—2023年)共计43篇相关文献研究成果,采用Meta分析方法,探究了不同腐殖酸施用量(低量、中量、高量)和施用方式(单独施用、与其他改良剂混施)对不同程度(轻度、中度、重度)盐碱土的改良效应。结果表明:与不施用腐殖酸相比,施用腐殖酸显著降低盐碱土的pH,降幅为3.22%~3.80%,且增加土壤Ca2+含量,增幅达11.43%~50.46%。不同腐殖酸施用量下土壤Mg2+含量总体增加8.15%~28.52%。施用中高量腐殖酸降低了土壤Na+和Cl含量,降幅分别为11.50%~11.59% 和14.16%~18.73%。在腐殖酸施用方式上,单施和混施对轻度和重度盐碱土的改良效果差异不大,对中度盐碱土的改良效果混施优于单施,且混施的不同改良剂之间的协同作用能进一步提升盐碱土改良效果。腐殖酸用量对盐碱土的改良效果受土壤盐碱程度的影响。在轻度盐碱土中,为提高作用产量可以适当添加低量腐殖酸(≤600 kg/hm2);在中度盐碱土中,施用高量腐殖酸(≥1 800 kg/hm2)有利于调节土壤盐分的同时提高作物产量;然而,在重度盐碱土中,可能存在分阶段改良的需要,前期施用中量腐殖酸(600~ 1 800 kg/hm2)实现降盐目的,降盐后施用高量腐殖酸进一步提高产能。本研究为确定腐殖酸适宜的用量范围和施用方式提供了参考依据,对我国盐碱土壤改良与分类治理提供了重要理论支撑。
关键词腐殖酸    盐碱土    土壤盐基离子    产量    Meta分析    

据估计,全球有25% 的灌溉土壤由于盐分过多而降低了作物产量[1]。我国盐碱土面积广大,约34万km2,是我国重要的后备耕地资源[2]。盐碱土对农业生产的负效应主要是由于其电导率、钠吸附比和交换性钠含量较高[3],对土壤生物活性和理化性质产生负面影响[4]。大量研究表明,过量的盐离子和碱性环境易造成氮肥挥发损失[5],同时由于竞争性吸附机制,过多的Na+、Ca2+和K+也会降低其他元素的有效性[6-7],并降低作物对氮磷的吸收效率[7],导致作物养分失调。土壤电导率过高还会导致土壤板结、通气透水性降低等结构性障碍,不利于作物根系发育[7-8]。此外,高盐度和高pH环境会降低土壤微生物丰度以及多种酶活性;交换性钠过高导致土壤胶体分散、团聚结构破坏、渗透性降低,抑制微生物活性,加剧植物逆境胁迫[7, 9]。通过适宜措施科学改良盐碱地,推进盐碱地治理利用,有利于保障我国的后备耕地资源,促进农业可持续发展。

针对盐碱土的理化性质,前人已经提出了包括化学措施、水利措施、物理措施和生物措施在内的多种改良方法,主要通过降低土壤胶体中交换性Na+的含量和土壤表层累积的可溶性盐,促进盐分淋洗排出以及抑制土壤返盐等机制,达到排盐降碱的目的[10-11]。现有的许多改良措施中,施用改良剂得益于见效速度较快、经济效益较高的优势得到了较为广泛的应用[12]。常用的化学改良剂较多,主要包括含钙物质(脱硫石膏等)、酸性物质(硫酸、硫磺等)和有机改良剂(腐殖质类物质、工业合成物质等)[13]。各种改良材料的改良机理也略有不同。其中,腐殖酸作为重要的有机改良剂在许多领域得到了广泛应用[14-15]。腐殖酸作为一类具有复杂芳香结构的有机大分子,其理化性质由羧基、酚羟基等活性官能团主导。腐殖酸独特的胶体特性与高阳离子交换能力可有效螯合盐碱土中的Na+,同时能够改善土壤孔隙结构,调节土壤渗透性[16-17]。近年来,大量研究表明,增施腐殖酸可以促进作物生长,提高作物产量和品质[18]。在盐碱土改良方面,适当施用腐殖酸有利于改善土壤肥力[19],增加大团聚体数量,改善土壤结构,从而促进盐分淋洗,降低土壤pH和总盐度[20]。此外,腐殖酸具有良好的吸附和络合作用,是理想的肥料增效材料[21]。尽管国内外诸多研究证实腐殖酸对消减土壤盐碱障碍、提高作物适生性具有积极作用,但是由于盐碱土的类型丰富多样,不同的腐殖酸添加量和添加方式在改良盐碱土化学性质方面存在较大差异。因此,明确腐殖酸在不同盐碱环境下的改良效果对于科学施用腐殖酸具有重要意义。基于此,本研究通过收集国内外已发表的研究成果,利用Meta分析方法定量分析了腐殖酸施用量和施用方式对盐碱土化学性质的影响,以期为土壤盐碱障碍消减以及地力提升提供理论依据。

1 数据来源与研究方法 1.1 数据来源及筛选

本研究收集整理了近10年(2012—2023年)的文献数据,外文文献来源于Web of Science数据库(https://www.webofscience.com/wos/),中文文献来自于中国知网数据库(https://www.cnki.net/)。文献检索的英文关键词包括“humic acid”“humus”“sodium huminate”“alkali soil”“saline”“agriculture”“agronomy”“farming”等及其不同组合,中文关键词包括“腐殖酸”“盐碱”“土壤改良”等及其组合,共检索到英文文献49篇,中文文献49篇,总计98篇文献。在此基础上,设置数据筛选条件:①同一试验需要包含配对的盐碱障碍下不施用腐殖酸和施用腐殖酸处理(单独施用或配合其他调理剂混合施用);②试验处理至少有3个重复;③试验需测定土壤理化性质等指标。最终,筛选得到43篇文献,其中英文文献16篇,中文文献27篇,数据库样本分布如表 1所示。

表 1 施用腐殖酸对盐碱土改良效果数据库样本分布 Table 1 Sample distributions of database on effect of humic acid application on saline soil
1.2 数据分类及分组

本研究收集的文献选择的试验区域、作物类型以及研究方法不同,腐殖酸在不同环境条件下对盐碱土的改良效果有所差异。为探究腐殖酸施用量和施用方式对盐碱土改良效果的影响及其作用机理,本研究对已收集的数据进行分组,结果如表 2所示。按腐殖酸施用量分为:低量(≤600 kg/hm2)、中量(600~1 800 kg/hm2)和高量(≥1 800 kg/hm2);按施用方式分为:单施和混施(多种外源添加剂混合施用)。

表 2 数据分类依据 Table 2 Basis of data classification

由于许多研究缺乏碱化度等数据,本研究根据Stavi等[22]、Metternicht等[23]以及文献[24-26]的方法,利用土壤盐碱程度对作物生长的影响,按照EC和pH,将试验区域土壤的盐碱程度分为轻度(pH 7~8,EC 2~4 dS/m)、中度(pH 8~8.5,EC 4~8 dS/m)和重度(pH > 8.5,EC > 8 dS/m)。此外,在pH和EC的基础上,分析水溶性盐含量(Na+、Cl、Ca2+、Mg2+)和作物产量的变化,以评估添加腐殖酸对土壤盐碱障碍的改良效果。

1.3 数据处理及分析

对筛选后的文献资料进行整理,提取文献中施用和未施用腐殖酸处理下盐碱土的相关化学性质指标,包括pH、EC以及盐基离子含量,如各指标的平均值、样本数和标准差(SD)。若文献中未提供SD时,采用平均值除以样本量的平方根的方法近似估计SD[27] (式(1));若文献中仅提供标准误(SE)时,则根据公式(2)将其转换为SD[28]。文献中以表格和文字描述形式出现的试验数据直接获取,其他图形数据通过GetData Graph Digitizer 2.24软件来获取。获取的数据导入MetaWin 2.1平台进行分析。

$ {\text{SE}} = X/{n^{\frac{1}{2}}} $ (1)
$ {\text{SD}} = {\text{SE}} \times {n^{\frac{1}{2}}} $ (2)

式中:SD为标准差;X为未提供标准差的平均值;n为样本数;SE为标准误。

本研究采用合并计数资料的响应比(response ratios,RR)来反映腐殖酸用量和施用方式对盐碱土改良效果的影响程度。RR通过式(3)计算获得。利用随机效应模型计算效应值(lnRR)、效应值平均值的变异系数V和加权综合效应值lnRR++。具体计算公式如下:

$ {\text{RR}} = {X_{\text{t}}}/{X_{\text{c}}} $ (3)
$ \ln {\text{RR}} = \frac{{\ln {X_{\text{t}}}}}{{\ln {X_{\text{c}}}}} $ (4)
$ V = \frac{{{\text{SD}}_{\text{t}}^2}}{{{n_{\text{t}}}X_{\text{t}}^2}} + \frac{{{\text{SD}}_{\text{c}}^2}}{{{n_{\text{c}}}X_{\text{c}}^2}} $ (5)
$ {w_i} = 1/V $ (6)
$ \ln R{R_{ + + }} = \frac{{\sum \left( {\ln R{R_i} \cdot {w_i}} \right)}}{{\sum {w_i}}} $ (7)

式中:RR为响应比;lnRR为效应值;SDtntXt分别为处理组(施用腐殖酸)的标准差、样本数和均值;SDcncXc分别为对照组(不施用腐殖酸)的标准差、样本数和均值;lnRR++为加权后的综合效应值;lnRRiwi分别为第i对数据对的效应值和权重。

加权综合效应值lnRR++的标准差(SlnRR++)和95% 置信区间(95%CI)计算公式如下:

$ {S_{\ln R{R_{ + + }}}} = \left( {\frac{1}{{\sum {w_i}^{\frac{1}{2}}}}} \right) $ (8)
$ 95\% {\text{CI}} = \ln R{R_{ + + }} \pm 1.96\cdot{S_{\ln R{R_{ + + }}}} $ (9)

为直观地反映施用腐殖酸对盐碱障碍的改良效果,按如下公式计算各指标的变化率,并采用GraphPad Prism 9软件进行绘图。

$ S = \left[ {{{\text{e}}^{\ln R{R_{ + + }}}} - 1} \right] \times 100\% $ (10)

式中:S为施用腐殖酸处理相对于未施用腐殖酸处理各指标的变化率。在结果分析中,以横坐标零点为界,若S的95% 置信区间包含0,则认为施用腐殖酸对盐碱土该指标无显著影响;若S的95% 置信区间均位于0的右侧,即95% 的S均大于0(P < 0.05),则施用腐殖酸对该指标呈现明显的促进作用;若S的95% 置信区间均位于0的左侧,即95% 的S均小于0 (P < 0.05),则施用腐殖酸对该指标呈现明显的抑制作用。

2 结果与分析 2.1 腐殖酸改良剂对不同程度盐碱土pH的影响

不同盐碱程度下,腐殖酸施用量对土壤pH的影响如图 1A所示。结果表明,在不同盐碱程度土壤中,不同腐殖酸施用量的效果存在差异。其中,在轻度盐碱土中,施用低量腐殖酸土壤pH平均降低6.56%;在中度盐碱土中,施用低量、中量和高量腐殖酸土壤pH分别降低1.58%、0.63% 和4.32%;在重度盐碱土中,施用低量、中量和高量腐殖酸土壤pH分别降低4.15%、6.17% 和4.27%。值得注意的是,在轻度盐碱土中施用高量腐殖酸土壤pH增加3.16%;而在中度盐碱土中施用高量腐殖酸、在重度盐碱土中施用中量腐殖酸对土壤pH的降低效果更显著。总体来看,施用低量、中量和高量腐殖酸可使土壤pH平均分别降低3.83%、3.00% 和3.86%。

(图中误差线表示95% 置信区间;Q(Between)表示组间异质性;Prob(Rand)表示组间异质性检验的显著程度;括号内数据为指标变化率(%)/样本量;下同) 图 1 腐殖酸施用量及施用方式对不同程度盐碱土pH的影响 Fig. 1 Effects of humic acid application amount and method on pH values of different saline degree soils

不同盐碱程度下,腐殖酸施用方式对土壤pH的影响如图 1B所示。在轻度盐碱土中,由于有效数据不足,不满足统计分析样本量最低要求,因此不做分析。在中度、重度盐碱土中,腐殖酸单施、混施均能降低土壤pH,单施时pH降幅为1.44%~4.76%,混施时pH降幅为3.68%~4.62%。总体来看,在盐碱土中,单施腐殖酸土壤pH降低3.22%,混施腐殖酸土壤pH降低3.80%。

2.2 腐殖酸改良剂对不同程度盐碱土离子含量的影响

图 2A所示,施用腐殖酸对土壤EC有显著影响。在轻度盐碱土中,施用低量和高量腐殖酸,土壤EC分别增加28.8% 和降低75.99%;在中度盐碱土中,施用低量、中量和高量腐殖酸土壤EC变化率分别为–20.44%、6.87% 和5.41%;在重度盐碱土中,施用低量、中量和高量腐殖酸土壤EC均有所降低,降幅分别为7.64%、34.18% 和69.27%。总体来看,施用低量、中量和高量腐殖酸土壤EC的变化率分别为6.15%、–6.55% 和–10.64%。

图 2 腐殖酸施用量及施用方式对不同程度盐碱土EC的影响 Fig. 2 Effects of humic acid application amount and method on ECs of different saline degree soils

不同盐碱程度下,腐殖酸施用方式对土壤EC的影响如图 2B所示。总体来看,单施腐殖酸土壤EC平均降低17.45%,其中,在中度和重度盐碱土中土壤EC分别降低20.41% 和30.57%,在轻度盐碱土中土壤EC增加18.61%。腐殖酸混施对土壤EC的改良效果因盐碱程度而异,其中,在轻度、重度盐碱土中EC分别降低23.70% 和57.60%,在中度盐碱土中EC升高11.55%,整体上平均降低0.82%。

在轻度盐碱土中,Ca2+、Mg2+和Cl在不同腐殖酸用量下的有效数据不足,不满足统计分析样本量最低要求,故未做分析。如图 3A所示,施用腐殖酸盐碱土Ca2+含量总体上有所增加。其中,施用低、中、高量腐殖酸土壤Ca2+含量分别增加11.43%、50.46% 和50.45%。在中度和重度盐碱土中,施用低、中、高量腐殖酸土壤Ca2+含量变化率分别为1.73%~ 7.15% 和7.29%~59.02%。在施用方式方面,如图 3B所示,混施腐殖酸总体上比单施腐殖酸的Ca2+含量增幅更高,分别增加43.03% 和22.11%,其中在中度和重度盐碱土中混施腐殖酸Ca2+含量分别增加78.62% 和32.85%,单施腐殖酸Ca2+含量分别增加27.41% 和16.13%。在轻度盐碱土中,单施和混施腐殖酸Ca2+含量分别增加16.21% 和5.81%。

图 3 腐殖酸施用量及施用方式对不同程度盐碱土离子的影响 Fig. 3 Effects of humic acid application amount and method on ion contents of different saline degree soils

总体上,在盐碱土中施用腐殖酸后Mg2+含量增加,施用低、中、高量腐殖酸土壤Mg2+含量分别增加15.74%、8.15% 和28.52%(图 3C)。但重度盐碱中土壤Mg2+含量增幅高于中度盐碱土中,施用低、中、高量腐殖酸重度盐碱中Mg2+含量分别增加7.47%、14.95% 和7.56%,中度盐碱土中分别增加0.88%、–3.54% 和3.87%。这表明,重度盐碱土中施用中量腐殖酸和中度盐碱土中施用高量腐殖酸Mg2+含量增加更显著。在施用方式方面,如图 3D所示,除了轻度盐碱土中单施腐殖酸土壤Mg2+含量增幅略高于混施腐殖酸,分别为62.66% 和44.74%,总体上,混施腐殖酸土壤Mg2+含量增幅高于单施腐殖酸,分别为23.19% 和–1.63%,其中,在中度盐碱土中单施和混施腐殖酸后土壤Mg2+含量变化率为–17.93% 和46.83%,在重度盐碱土中相应的变化率为8.94% 和32.85%。

施用腐殖酸后土壤Na+含量变化与腐殖酸用量有显著相关性(图 3E)。总体上,施用中量和高量腐殖酸后,土壤Na+含量均有一定程度降低,其变化率分别为–11.59% 和11.50%。在中度盐碱土中,施用中量和高量腐殖酸后土壤Na+含量分别降低5.13% 和11.00%;在重度盐碱土中,则分别降低13.58% 和10.98%。在轻度、中度和重度盐碱土中施用低量腐殖酸土壤Na+含量变化率分别为56.54%、–2.54% 和12.06%。如图 3F所示,除在轻度盐碱土外,单施和混施腐殖酸后土壤Na+含量均有所降低,总体上分别降低2.76% 和6.62%,其中在中度盐碱土中分别降低8.53% 和11.92%,在重度盐碱土中分别降低3.88% 和9.09%。在轻度盐碱土中,单施和混施腐殖酸后土壤Na+含量分别增加26.15% 和58.33%。

图 3G所示,总体上,施用中、高量腐殖酸后,土壤Cl含量均有所降低,分别降低18.73% 和14.16%。其中,中度和重度盐碱土中Cl含量降幅分别为14.20%~18.27% 和12.36%~31.4%。在施用方式方面,如图 3H所示,单施腐殖酸和混施腐殖酸均降低土壤Cl含量。总体上,单施和混施腐殖酸Cl含量分别降低14.71% 和10.39%。其中,中度盐碱土中单施和混施腐殖酸土壤Cl含量分别降低18.70% 和10.92%,重度盐碱土中混施腐殖酸土壤Cl含量降低17.00%。

2.3 腐殖酸改良剂对不同程度盐碱土作物产量的影响

图 4A所示,施用腐殖酸后盐碱土中作物产量有所增加。总体上,施用低量、中量和高量腐殖酸后作物产量分别增加19.27%、20.53% 和30.80%。其中,轻度盐碱土中施用低量腐殖酸后产量增加17.30%;中度盐碱土中腐殖酸施用量与产量呈正相关,施用低量、中量和高量腐殖酸后产量分别增加16.99%、28.81% 和40.71%;重度盐碱土中施用低量、中量和高量腐殖酸后产量分别增加19.41%、4.37% 和32.79%。

图 4 腐殖酸用量及施用方式对不同程度盐碱土作物产量的影响 Fig. 4 Effects of humic acid application amount and method on yields of different saline degree soils

在施用方式方面,如图 4B所示,总体上,单施腐殖酸作物产量增幅略高于混施腐殖酸,分别增加26.09% 和22.29%。其中,中度盐碱土中单施和混施腐殖酸产量分别增加32.57% 和15.60%;轻度、重度盐碱土中腐殖酸混施的增产效果优于单施,单施产量分别增加12.77%和22.33%,混施产量分别增加33.17% 和23.98%。

3 讨论 3.1 添加腐殖酸对盐碱土碱性障碍的改良效果

盐碱障碍是制约作物高产的重要因素。一般而言,土壤盐分和pH过高会加重植物细胞渗透压和离子浓度,从而导致土壤养分失衡,并进一步影响植物正常的生理过程。通过脱盐降碱,可促进盐碱土产能提升[29-31]。本研究发现,总体上,施用腐殖酸可以降低盐碱土pH 3.00%~3.86%。这主要得益于腐殖酸中含有丰富的官能团,具有较大的缓冲容量,其中的酸性功能团可以释放出H+与盐碱土中的金属离子进行交换,同时H+与OH结合使pH降低[32]。刘国辉等[33]研究其他有机物料对盐碱土的改良效果也得出了类似的结论。此外,施用腐殖酸可以增加土壤中有机酸和磷酸根等酸性离子含量[34],酸性离子可以进一步缓解土壤碱度过高的障碍。腐殖酸还可通过提供微生物所需物质和能量促进微生物的生长和代谢[35]。微生物生长繁殖可以分泌有机酸,进一步降低根际土壤pH,缓解碱胁迫[36-37]

腐殖酸施用方式对盐碱土碱性障碍的改良效果也有一定影响。本研究发现,总体上,腐殖酸单施和混施均能显著降低土壤pH且差异不大。然而,在中度盐碱土中,混施腐殖酸降低土壤pH明显优于单施,其分别降低3.68% 和1.44%,这与郭亮亮[38]的试验结果相似。这可能是因为轻度和重度盐碱土盐碱程度较为极端,对不同腐殖酸施用方式的响应差异不大。而中度盐碱土受不同灌溉方式、调理剂掩埋深度等因素的影响极大,因此配施其他复合钙源调理剂,在充分灌溉的条件下Ca2+对Na+的置换反应可以显著提高腐殖酸对碱性障碍的改良效果[39]

3.2 添加腐殖酸对盐碱土水溶性盐含量的影响

本研究发现,添加腐殖酸对土壤Ca2+、Mg2+含量的增加作用尤为显著。在不同盐碱化程度的土壤中,施用腐殖酸后,Ca2+、Mg2+含量普遍呈上升趋势,尤其是在中度和重度盐碱土中,添加高、中量腐殖酸土壤Ca2+、Mg2+含量分别提升了1.73%~59.02% 和–3.54%~14.95%,而且混合其他物料施用腐殖酸时效果更为明显,这与Qadir等[40]的研究结果一致。这可能得益于腐殖酸的添加改善了盐碱土中的微生物群落结构。盐碱土中细菌多样性与土壤Ca2+、Mg2+含量呈显著正相关,与土壤pH、Na+含量呈显著负相关[38]。微生物生境的改善,促进了土壤Ca2+、Mg2+含量增加。本研究结果显示,施用中、高量腐殖酸后,多数盐碱土的Cl和Na+含量显著降低,降幅分别为14.16%~18.73% 和11.50%~11.59%。这可能是因为Ca2+高效置换Na+,短期内快速缓解了盐胁迫,并且Ca2+具有极强的离子桥作用,能够和腐殖质形成复合物,促进黏粒和有机质结合[41-42],增加大团聚体含量,改善土壤渗透性能,从而促进多余盐离子淋洗和排出[43-44]

总体上,腐殖酸单施和混施均增加了土壤Ca2+含量,但混施增幅更高,二者分别增加22.11%、43.04%。混施腐殖酸显著提高了土壤Mg2+含量,单施腐殖酸土壤Mg2+含量略有降低,其变化率分别为23.19% 和–1.63%。这可能是因为脱硫石膏和生物质炭等改良材料含有丰富的官能团和具有较强的阳离子交换能力所致[45]。腐殖酸混合其他改良材料施用可以增加土壤中有机酸含量,促进土壤矿物的分解,释放出Ca2+[37, 40]。而脱硫石膏等无机改良剂,一方面直接向土壤补充大量Ca2+、Mg2+,另一方面也能改善土壤孔隙结构,显著增加土壤中的水分运动,促进排盐[46-47]。总体上,腐殖酸混施降低土壤Na+含量的效果优于单施,分别降低6.62% 和2.76%。这是因为单施腐殖酸直接促进Na+溶解的能力有限,配合脱硫石膏等改良剂施用能增加土壤中竞争性离子Ca2+的溶解度,从而与土壤中的碱性离子反应,生成沉淀物质[37, 41, 48]。脱硫石膏溶解所产生的Ca2+,能够置换出土壤胶体上的Mg2+,造成Mg2+在土壤溶液中积累,从而进一步置换出Na+[40]

3.3 添加腐殖酸对盐碱土产能的影响

腐殖酸施用对不同盐碱程度盐碱土的产能提升效果表现出显著差异,且其效果受到腐殖酸施用量和施用方式的共同影响。本研究通过综合分析腐殖酸对不同盐碱化程度土壤的改良效果,发现不同盐碱程度土壤改良所需腐殖酸用量的供需规律不同。轻度盐碱土本身具有一定的农业生产潜力,但其盐分水平略高,可能影响作物的生长和产量。本研究发现,在轻度盐碱土中低量腐殖酸(≤600 kg/hm2)综合改良效果最佳。低量腐殖酸的施用能够通过改善土壤的团聚体结构,促进Na+的淋洗排出,从而降低盐分对植物根系的抑制作用[49]。这一过程同时能增强土壤的保水保肥能力,还能促进植物根系的生长[50],最终促进产量提升。值得注意的是,在轻度盐碱土上施用高量腐殖酸(≥1 800 kg/hm2),土壤pH平均升高3.16%,EC降低75.99%,改良效果较差,这与Shaaban等[51]和李晓菊等[52]的研究结果类似。pH升高的原因可能是游离阳离子减少,使得CaCO3部分溶解,导致弱碱性的HCO3 增加,从而使pH增高。因此,在轻度盐碱土中,施用高量腐殖酸进行改良可能有潜在的负效应。

本研究发现,在中度盐碱土上,腐殖酸的施用量与产量的提升呈正相关,尤其在施用高量腐殖酸(≥1 800 kg/hm2)后,产量提升效应尤为明显,平均增加28.81%,这一结果与Qadir等[40]的研究结果相一致。孙慧等[53]研究发现,盐碱程度与表层土壤真菌群落物种组成的均匀程度呈负相关,盐碱土中菌根真菌有利于与植物形成共生体进而抵抗盐碱逆境[54-55]。施用高量腐殖酸有利于增加土壤酶活性,丛枝菌根真菌(AMF)可通过增加土壤酶(硝酸盐还原酶、脲酶和纤维素酶)活性来促进凋落物矿化[56]。同时,其他腐生菌也能增加AMF的定殖率以及酶活性的热点区域,这些热点区域反过来又可扩大根周围的养分活化区即根际范围,从而进一步促进作物生长[57]。因此,适宜在中度盐碱土上施用较高量的腐殖酸来实现增产和降盐的目标。

相比于轻、中度盐碱土,重度盐碱土含盐量更高,土壤肥力水平更低,结构更差,难以开展正常农业生产。本研究发现,中量腐殖酸(600~1 800 kg/hm2)添加对改良重度盐碱土效果优于其他添加量。土壤pH平均降低6.17%,土壤中的Ca2+和Mg2+含量平均增加59.02% 和14.95%,Na+含量平均降低13.58%。该结果与中度盐碱土条件下的结果相反,可能是因为重度盐碱土中微生物群落多样性低,其活性受高盐碱胁迫限制[58]。添加高量腐殖酸可能超过了重度盐碱土中微生物的饱和碳利用能力[59-60],但是中量腐殖酸能够为微生物提供适量的有机碳来源,促进关键微生物(如放线菌和氨化细菌)的恢复和活性[61]。此外,重度盐碱土由于其极低的产能,直接以增产为目标的改良措施往往效果有限。本研究发现,尽管施用较大量有机物料后,产量表现出较大幅度的提升,但这种提升幅度实际上主要源于改良前土壤的极低产能,因此即使是轻微的增量变化,也会在指标效应值上体现为较大的提升,但实际绝对产量提升幅度远低于轻、中度盐碱土。基于此,本研究推测,重度盐碱土可能需要分阶段改良,前期施用中量腐殖酸进行初步降盐以及激活微生物群落,待土壤盐分得到有效控制后,施用高量腐殖酸进一步提供碳源和养分,逐步改善土壤生态系统,提升土壤肥力和作物产量。

综上所述,腐殖酸推荐用量应依据盐碱土的具体条件进行精准施用,以达到最佳改良效果。

4 结论

1) 施加腐殖酸能够显著缓解土壤盐碱障碍,但在不同盐碱程度的土壤上,腐殖酸单施和混施的效果存在差异。总体上,腐殖酸单施和混施均能有效降低盐碱土pH。但在中度盐碱土中,腐殖酸混施改良效果更为显著。

2) 腐殖酸推荐用量应依据盐碱土的具体条件进行精准施用。对于轻度盐碱土,可适当施用低量腐殖酸提高耕地产能;对于中度盐碱土,可施用高量腐殖酸实现降盐增产;对于重度盐碱土,可能需要分两个阶段改良,先施加中量腐殖酸控制盐碱化,再施加高量腐殖酸提高产能。

3) 腐殖酸结构与成分复杂,其对土壤生态系统的调控机制具有多样性。未来需进一步研究“植物–土壤–微生物”的互作机制和调控原理,以进一步解释腐殖酸改良盐碱障碍的作用机制。

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Effects of Humic Acid on Improvement of Saline-Alkali Soil and Crop Yield: A Meta-Analysis
DENG Pengzhi1 , ZHANG Kailong1 , CHEN Mengmeng1 , FENG Wenhao1 , YANG Long2 , ZHOU Xin3 , ZHANG Huaizhi1 , LI Yuyi1     
1. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;
2. College of Land Sciences and Technology, China Agricultural University, Beijing 100081, China;
3. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100081, China
Abstract: Organic fertilizers with humic acid as the main component are widely used materials for improving saline-alkali soils. However, the improvement effects vary significantly with different application rates and methods under different degrees of salinization. In this study we collected 43 relevant research findings from the past decade (2012—2023), explored the effects of different humic acid application rates (low, medium, high) and application methods (alone, mixed with other amendments) on saline-alkali soil with different salinized degrees (low, medium, high). The results showed that, compared with not applying humic acid, applying humic acid significantly reduced pH value by 3.22%–3.80% of saline-alkali soil, increaseed the content of Ca2+ by 11.43%–50.46%. Soil Mg2+ content rose by 8.15%–28.52% overall at different humic acid application rates. The application of medium and high amounts of humic acid reduceed soil Na+ and Cl contents by 11.5%–11.59% and 14.16%–18.73%, respectively. In terms of humic acid application methods, the effects of humic acid application alone and combined application were not significantly different in low and high saline-alkali soils, while the effect of humic acid application combined with other amendments was better than that of single application in middle saline-alkali soil, and the synergistic effect between different amendments further promote the improvement effect. The effect of humic acid dosage on saline-alkali soil improvement was affected by saline-alkali degree. Low amount of humic acid (≤600 kg/hm2) could be added to improve yield in low saline-alkali soil, high amount of humic acid (≥1 800 kg/hm2) could be applied to reduce salt ions and increase yield in middle saline-alkali soil. However, for the high saline-alkali soil, the improvement should be divided into two stages, in the early stage, the application of medium amount of humic acid (600%–1 800 kg/hm2) has the best salt ion reduction effect, and the application of high amount of humic acid after salinization control in the later stage can further improve the productivity. This study provides a theoretical basis for determining the appropriate dosage range and application mode of humic acid and provides important theoretical support for the improvement and comprehensive utilization of saline-alkali soil.
Key words: Humic acid    Saline-alkali soil    Soil salt ion    Yield    Meta analysis