《Journal of Environmental Management》：Optimizing soil conditioner selection based on acidification severity for fertility and yield enhancement in southern China's acid soils: A meta-analysis
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土壤酸化改良研究显示，石灰、生物炭和有机肥单用或混合施用可显著提升pH（最高15.21%）、土壤有机质（15.25%）及作物产量（最高25.01%）。综合效应表明：pH<4.5时生物炭效果最佳，pH4.5-5.5时石灰与有机肥组合最优，而pH>5.5则单用有机肥更佳。影响改良效果的关键因素包括初始pH、土壤有机质含量、耕作制度及气候条件。
吴英古|郝慧荣|任健|秦英姿|卢思思|谭洪泽|梁雄|胡凯林
中国农业大学土地科学与技术学院，农业部农村农业部耕地保护重点实验室（华北地区），北京，100193，中国
摘要
土壤酸化是中国南部农业发展面临的主要限制因素之一。施用土壤改良剂，包括石灰、生物炭和有机肥料，已被证明可以有效改善酸性土壤。然而，对这些改良剂对中国南部土壤酸度、肥力和作物产量的综合影响评估仍然不足。在这项研究中，我们汇总了110篇文献中的477个观测数据，探讨了改良剂对土壤酸度和作物产量的影响，并考虑了各种调节因素的作用。结果表明，石灰对提高土壤pH值和作物产量的效果最为显著，分别增加了15.21%和20.86%。有机肥料显著增强了土壤肥力，特别是土壤有机质、有效氮、有效磷和有效钾，增幅超过18%。多种改良剂的联合应用通常比单独使用效果更好。随着改良剂施用时间的延长，酸度降低的效果逐渐减弱，而土壤肥力和作物产量则持续增加。在旱地中，改良剂的效果比在稻田中更明显，轮作模式进一步促进了作物产量的提高。在不同作物类型中，蔬菜的产量增幅最大，达到了25.01%。当初始土壤pH值<4.5时，降低土壤酸度的效果最为显著，pH值增加了20.28%，交换性酸度减少了97.95%。当初始pH值<5.5时，作物产量的增幅更为明显，增加了20.00%。当初始pH值>5.5时，改良剂更有利于提高土壤肥力。总体而言，在初始有机质含量较低的土壤中，土壤改良效果更为显著。考虑到土壤改良对土壤酸度、肥力和作物产量的影响，对于初始pH值范围分别为<4.5、4.5～5.5和>5.5的酸性土壤，分别施用石灰和有机肥料的混合物、单独施用生物炭或单独施用有机肥料似乎是最合适的。总之，土壤改良的效果受土壤改良剂类型、施用率和持续时间、土地利用模式、初始土壤性质、耕作系统和作物类型的影响。因此，酸性土壤的修复需要分级和分类的管理策略，以实现“提高质量”、“提高效率”和“降低成本”的多重目标。
引言
土壤酸化对全球土壤退化构成了重大挑战，由于氮肥施用量的增加，其严重性和范围持续扩大（Montanarella等人，2015年）。这一问题在中国尤为严重，因为中国是世界上最大的农业生产国之一（Zhang等人，2025c）。从1980年到2000年，中国耕地的pH值下降了0.5个单位（Guo等人，2010年）（图S1）。土壤酸化会导致碱阳离子淋失、养分耗竭和重金属活化，从而破坏土壤结构和肥力（Caputo等人，2016年），威胁作物生产力和粮食安全。随着人口增长和食物需求的增加，缓解土壤酸化已成为全球农业生产的优先事项（Parasar和Agarwala，2025年）。
石灰、生物炭和有机材料等土壤改良剂在缓解土壤酸化、提高土壤肥力和确保农业安全方面发挥着关键作用（Xu等人，2018年）。这些改良剂通过其固有的碱性物质迅速中和氢离子（H+），从而降低土壤酸度（Farooqi等人，2025年）。石灰是一种传统且广泛用于酸性土壤的改良剂，能够提高作物产量。其施用可以提升土壤pH值，减轻铝（Al3+）和锰（Mn2+）的毒性，并促进酸性土壤中的根系生长（Mosharrof等人，2021年；Thakur等人，2023年）。然而，长期或过量施用石灰可能导致土壤压实和再次酸化（Cifu等人，2004年）。有机材料的施用可以有效缓解土壤酸化并改善土壤的物理和化学性质。然而，关于不同类型改良剂的土壤改良效果存在争议。在严重酸化的茶园中，长期施用有机肥料显著改善了土壤状况，提高了茶叶产量和质量（Ye等人，2022年）。相反，根据中国农田的土壤pH值分布，秸秆还田可能导致约77%的旱地土壤和80%的稻田土壤酸化（Liang等人，2023年）。生物炭被认为是一种绿色且有前景的土壤改良剂，不仅能够降低土壤酸度，还能增强土壤的缓冲能力（Zhang等人，2025a；Zhang等人，2025b）。目前生物炭的高生产成本限制了大多数研究仅限于实验室研究。需要进一步探讨生物炭与土壤之间的相互作用机制、长期田间试验以及老化生物炭改良土壤的潜在再酸化问题（Liu等人，2025年）。除了土壤改良剂的性质外，初始土壤性质、农业管理和气候条件也对修复效果有显著影响。例如，Han等人（2025年）表明，在酸性土壤中，随着初始土壤pH值和有机碳含量的增加，无机改良剂提高土壤pH值的效率逐渐降低。在不同作物类型中，豆科作物-玉米轮作模式下的土壤pH值增幅显著高于连续种植水稻的情况。Guo等人（2025年）发现，秸秆还田可能会降低碱性土壤的pH值，同时提高酸性土壤的pH值，稻田土壤的pH值降低幅度是旱地土壤的两倍。总之，土壤改良剂在改善酸性土壤方面的效果受多种因素影响，导致结果不一。因此，在不同条件下量化其效果对于支持酸性土壤的修复至关重要。
元分析是一种强大的统计方法，可以整合和分析针对特定问题的多项研究。它有助于识别研究结果之间的相似性和差异，并已被用于量化土壤改良剂对酸性土壤酸度和作物产量的影响。例如，Ming等人（2025年）提出，修复酸性土壤应采取分层策略：对强酸性土壤施用高pH值的改良剂，对弱酸性土壤施用有机肥料。然而，他们的研究忽略了农业管理实践和气候条件对改良剂效果的影响。Zhang等人（2023年）进行了全球评估，并提出根据初始土壤pH值选择土壤改良剂并考虑经济可行性是有效管理酸化的关键。但由于部分数据来自实验室实验，结果可能无法完全反映田间条件下的效果。由于数据来源的异质性（例如实验室和田间实验）、影响因素考虑不全面，以及大多数研究仅关注单一改良剂（Zhang等人，2025a；Zhang等人，2025b；表S1），对改良剂效果的全面评估仍然有限。针对中国南部酸性土壤在不同条件下的改良效果进行定量评估的研究仍然不足。这一知识空白限制了实际农业生产中选择最合适的改良剂。
为了解决这一知识空白，我们进行了元分析，重点关注中国南部的酸性红壤。本研究旨在（1）定量评估土壤改良剂对酸性土壤酸度、肥料和作物产量的影响；（2）考察在不同农业管理实践、初始土壤性质和气候条件下的土壤改良效果；（3）量化这些因素对土壤pH值的相对重要性。本研究提供了对改良剂效果的全面评估，为制定针对中国南部不同地区酸性耕地的针对性修复策略提供了科学依据和实际指导。论文的框架图见图S2。
数据收集
改良剂类型、施用率和持续时间对土壤酸度、肥力和作物产量的影响
土壤改良剂的施用有助于降低土壤酸度、提高土壤肥力和增加作物产量（图1）。与未处理的土壤相比，整体土壤pH值、有机质（SOM）、有效氮（AN）、有效磷（AP）和有效钾（AK）分别增加了11.42%、15.25%、8.37%和16.25%、12.68%。同时，交换性酸度（ExA）和有效铝（ExAl）分别减少了77.35%和107.83%，作物产量增加了18.70%。土壤改良剂对土壤酸度、肥力和作物产量的影响各不相同。总体而言，最佳的
改良剂在缓解酸化、提高肥力和增加产量方面的效果
土壤改良剂的施用显著提高了土壤pH值11.42%，交换性酸度和有效铝分别减少了77.35%和107.38%（图1a–c）。这些结果与先前的研究一致，表明使用土壤改良剂是改善酸性土壤的有效方法（Liu等人，2023年；Zhang等人，2025a；Zhang等人，2025b）。通常，多种改良剂的联合应用比单独使用效果更好
结论
土壤改良剂的施用可以降低土壤酸度、提高土壤肥力和增加作物产量。土壤酸化越严重，改良剂在提高土壤质量和促进作物生产方面的效果越明显。总体而言，改良剂的施用显著提高了土壤pH值、有机质、有效氮、有效磷、有效钾和作物产量，分别增加了11.42%、15.25%、8.37%、16.25%和18.70%。同时，交换性酸度和有效铝分别减少了77.35%和107.83%。
CRediT作者贡献声明
吴英古：撰写——原始稿件、可视化、调查、正式分析、数据管理。郝慧荣：可视化、调查、正式分析、数据管理。任健：可视化、验证、监督。秦英姿：验证、资源管理、调查。卢思思：资源管理、调查。谭洪泽：调查。梁雄：资源管理、概念构思。胡凯林：撰写——审稿与编辑、监督、资金筹集、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本研究得到了广西（农业和农村）重点研发计划的支持：广西红土（赤壤）全年全阶段酸改良模型集成与示范项目（项目编号：GXKJNAB2506910010）和中国农业大学的2115人才发展计划（编号：1191–00109011）的支持。
