《Soil and Tillage Research》：Variation in available phosphorus in acidic farmland soil in response to inorganic amendments: A meta-analysis
编辑推荐：
土壤酸化导致有效磷（AP）下降，无机改良剂可提升AP。元分析表明，石灰和石膏联合施用（0.8–1.6 t ha?1，1–3年）显著提高AP，尤其是pH 4.5–5.5的土壤，气候、初始AP及管理实践为关键影响因素。
刘亚欣|刘凯楼|黄静|穆罕默德·努曼·汗|刘洪恩|陈杰|张慧敏|韩天福
中国河南省郑州市郑州大学农业与生物制造学院棉花生物育种与综合利用国家重点实验室，邮编450001
摘要
土壤酸化会降低磷的有效性，无机改良剂是缓解土壤酸化的关键工具。然而，这些改良剂对有效磷（AP）的影响以及影响AP变化的因素尚未完全了解。本元分析量化了无机改良剂对AP的影响，并使用随机森林模型确定了影响AP响应比的主要因素。结果表明，与未处理土壤相比，无机改良剂显著增加了AP含量，其中气候、土壤初始性质和管理措施起着关键作用。当以0.8–1.6吨/公顷的速率连续1–3年施用石灰和石膏时，改善效果最为显著。在初始AP水平低于10毫克/千克且pH值在4.5到5.5之间的土壤中，AP的增加最为明显。随机森林分析显示，初始AP含量和无机改良剂类型是影响旱地和稻田土壤的最重要因素。优化无机改良剂的类型、数量和应用方法，结合适当的土地利用类型和施肥策略，对于缓解土壤酸化和提高磷的利用率至关重要。
引言
土壤酸化是全球土地退化的主要因素之一（Pr?v?lie, 2021; Lu et al., 2023），也是限制酸性农业生态系统中磷（P）有效性的关键因素，从而影响作物和微生物的利用。氮肥的广泛使用加剧了酸化，加剧了磷的缺乏，对粮食安全和可持续农业构成了严重威胁（Sun et al., 2020; Hao et al., 2022; Zhang et al., 2024）。在亚洲和南美洲等发展中国家，由于不良的农业实践，酸化现象尤为严重（McDowell et al., 2024）。在酸性土壤中，磷的有效性受铁（Fe3?）和铝（Al3?）系统的影响，这些离子会形成不溶性化合物，阻碍作物对磷的吸收，从而限制了养分获取和生产力（Liu et al., 2023）。无机改良剂，包括石灰和酸性土壤改良剂，对于对抗土壤酸化、提高土壤肥力和增强粮食安全至关重要（Gurmessa, 2021; Bolan et al., 2023）。然而，无机改良剂对酸性土壤（pH < 6.5）中有效磷（Olsen-P, AP）的影响仍不清楚。因此，全面分析无机改良剂施用后AP的变化对于优化磷的利用和提高肥料效率至关重要。
土壤酸化会增加可交换铝离子（Al3?）和铁离子（Fe3?）的溶解度，并激活铁氧化物，将不稳定的磷形态转化为植物无法利用的形式，从而降低磷的有效性（Hu et al., 2022）。然而，酸化也可以刺激外生菌根真菌的活动，可能释放被封存的磷，并通过增加磷酸酶活性促进土壤有机磷的矿化。酸化对磷的整体影响是复杂的，尤其是在施用无机碱性材料的情况下。无机改良剂通过化学、物理和生物机制影响磷的有效性。它们通过钙（Ca2?）和稳定的土壤团聚体加强无机金属氧化物与有机物之间的结合，从而增强AP的有效性并减少其固定。此外，钙和镁离子的引入与铝离子（Al3?）和铁离子（Fe3?）竞争，减少磷酸盐的固定并提高磷的有效性（Talebi Atouei et al., 2016; Firmano and Alleoni, 2021）。此外，无机改良剂还可以促进磷溶解微生物的生物量和活性，加速磷的矿化（Liao et al., 2024）。
无机改良剂对磷有效性的影响受多种因素的影响，包括气候、土壤性质和管理措施。研究表明，施用石灰可显著增加AP，尤其是在稻田中，观察到磷含量与石灰用量之间存在正相关关系（Mkhonza et al., 2020）。同样，基于钙的改良剂也被发现可以增强红土中的AP（Mkhonza et al., 2020; Tadesse et al., 2024）。这些发现强调了需要进行大规模研究，以评估无机改良剂对AP的影响，并考虑区域和具体环境的变化。改良剂的应用方法和土壤质地也会影响磷的淋溶（Andersson et al., 2016）。不同作物对磷的有效性有不同的需求；豆科植物在酸性土壤中从磷中获益更多，而谷物则需要施用石灰以更好地吸收磷（Eichler-L?bermann et al., 2021; Tang et al., 2021）。然而，在不同条件下，各种因素如何调节磷的有效性仍不清楚。
在孤立地区进行的研究无法捕捉到酸性土壤中磷有效性的大规模变化。虽然之前的研究探讨了石灰对土壤pH值和作物产量的影响，但影响有效磷的因素尚未得到全面分析（Li et al., 2019）。为了解决这一差距，本研究使用了2025年11月之前发表的169项研究，共包含779个土壤AP观测数据。本研究的主要目标是：（i）量化酸性农田土壤中无机改良剂对AP的变化；（ii）确定调节磷有效性的环境、土壤和管理因素。
数据来源
本研究使用“酸性土壤”、“有效磷”、“无机改良剂”、“石灰（石灰、石灰处理、石灰石”和“土壤改良剂”等关键词，在中文和英文数据库中进行了搜索，包括CNKI和Web of Science。分析的无机改良剂包括氧化钙（CaO）、氢氧化钙（Ca(OH)?）、碳酸钙（CaCO?）、石膏、石灰（CaO、Ca(OH)?或CaCO?）加石膏（LG）、硅酸钙镁（SiCaMg）以及壳质改良剂。
无机改良剂对土壤磷及其他性质的平均效应大小
元分析表明，无机改良剂的施用显著提高了土壤磷的有效性，并改善了多种土壤性质和产量（图2a）。与未处理的酸性土壤相比，无机改良剂的施用使有效磷（AP）增加了10.3%。除了AP之外，其他关键磷和养分指标也有所改善：总磷（TP）增加了7.3%，作物产量显著提高了13.1%。
无机改良剂对酸性土壤中AP的影响
无机改良剂在酸性土壤中增加有效磷（AP）的机制是多方面的。首先，这些改良剂的施用提高了土壤pH值，增强了微生物活性（图4），促进了有机物的矿化和分解，从而将不溶性的无机磷转化为AP（Farooqi et al., 2023）。其次，石灰中的钙取代了土壤中的铁和铝离子，降低了活性铁和铝的含量
结论
元分析显示，无机改良剂使酸性土壤中的有效磷增加了10.3%，有效缓解了土壤酸化并提高了作物的磷有效性。在土壤pH值为4.5–5.5、平均温度为20°C、土壤水分含量（MAT）在800至1600毫米之间的条件下，施用量为0.8–1.6吨/公顷（CaO当量）的效果最佳。为了最大化效果，在确定改良剂用量时应考虑土壤性质和气候条件
作者贡献声明
陈杰：撰写 – 审稿与编辑，研究。
张慧敏：撰写 – 审稿与编辑，研究。
黄静：撰写 – 审稿与编辑，研究。
穆罕默德·努曼·汗：撰写 – 审稿与编辑，研究。
刘亚欣：撰写 – 初稿撰写，软件应用，方法学研究，数据管理。
刘凯楼：撰写 – 初稿撰写，软件应用，方法学研究，数据管理。
韩天福：撰写 – 审稿与编辑，监督，研究，资金争取。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42207398、42477364）、国家重点研发计划（项目编号：2023YFD1900205–04）、河南省重点研发项目（项目编号：251111112200）以及中国北方干旱半干旱耕地高效利用国家重点实验室、中国农业科学院农业资源与区域规划研究所的支持
