土壤酸化和石灰质量:土壤酸度来源,对植物营养的影响,石灰和李明的效率要求

文摘

大多数发展中国家的农业部门支持经济。在撒哈拉以南的非洲,农业是主要基于雨养农业生产的小型semi-subsistence,越来越分散的农场。因此,农业集约化和字段集中在山谷,陡峭的山坡和山脉。这导致土壤酸度,低生育率,加速土壤侵蚀,作物产量低。土壤酸度影响作物在许多方面和它的影响主要是间接通过其影响铝(Al)和锰等化学因素(Mn)毒性、钙(Ca)、磷(P)和镁(Mg)缺陷和生物过程。的应用石灰相信通过改善土壤pH值,增强土壤健康状况基本饱和,钙和镁。它减少了铝和锰毒性和提高P吸收高P修复土壤和植物加油系统。然而,李明的效果取决于其来源,它的特点、组成、纯洁和有多细粉碎。此外,估计石灰的约束要求限制其使用的小农。因此本文旨在强调大多数土壤酸化的原因,并提供了重要的公式来计算石灰需求并评估其效果。

关键字

铝的毒性;作物反应;土壤pH值;石灰纯洁;石灰的要求;石灰的溶解性

介绍

农业部门是大多数发展中国家的经济支柱。然而,农业生产率仍然在大多数这些国家极低。农业部门的低生产率很大程度上归因于低,土壤肥力下降由于许多因素如土壤酸度、土壤侵蚀、连作和可持续土壤肥力管理不足1- - - - - -4]。例如,酸度影响土壤的肥力通过营养不良(P,钙和镁)和存在的可溶性铝和锰等植物性毒素的营养。石灰的应用减少了铝和锰毒性、提高pH值、钙、镁和提高P吸收高P修复土壤和植物系统[加油5]。使用石灰土壤可持续管理是一个潜在的选择其他选项恢复土壤健康和生育能力。在农业、酸橙发挥重视有利于改善土壤酸度,因此植物营养。

石灰称为材料来源于岩石可有多个目的(建筑、水泥生产、水净化、消毒农业修正案…)。本地可用的碳酸盐相对常见的撒哈拉以南非洲地区的许多国家,非常适合小规模采矿和加工(2]。然而,由于石灰的庞大,生产能力和供应足够的石灰负担能力的方式(成本效益)很低。在撒哈拉以南的非洲,石灰生产依靠传统技术不适合精细粉碎石灰石的机器,因此,酸橙生产更有效,因此,非常昂贵,因为他们需要高质量(6),以满足要求的土壤。

石灰和它的使用需求取决于土壤的酸度水平。的一些限制因素,在许多领域广泛使用的石灰的撒哈拉以南非洲地区;使用农民之间缺乏认识,缺乏适当的推荐率,和高成本和未知质量的可用农业酸橙。此外,知识的有效性不同石灰来源在纠正土壤酸度缺乏是由于有限的研究。信息引起的土壤酸度,石灰质量,石灰的有效性在降低土壤酸度和提高作物产量是至关重要的在石灰必需的选择和制定建议利率,刺激农民石灰技术的吸收。年轻的土壤科学家需要因此简明指南确定石灰的要求。这个评论文章提出的原因和形式为石灰土壤酸度和一些公式和指导需求的决心。

土壤pH值和酸化

土壤pH值是衡量土壤溶液中氢离子的数量;氢离子的浓度越高,酸性更强的解决方案。理解土壤pH值是必要的适当的土壤管理和优化作物生产力。在水(液体)的解决方案,一种酸是一种物质,捐赠的氢离子(H +)一些其他物质(7]。土壤pH值是一个很好的土壤质量的化学指标。理论上,土壤酸度是量化的基础上氢(H +)和铝(Al^{3 +})浓度的土壤[8]。

土壤酸度时就会发生酸形成元素的累积在土壤中。生产的酸性土壤是一种自然过程;由于降雨和浸出、酸性父材料和有机物腐烂9]因此许多土壤高降雨量地区固有的酸性(10]。酸化是一个缓慢的过程,但它是加速农业通过;使用一些肥料,土壤结构扰动和高产作物的收获8]。随着土壤变得更酸,植物不能容忍酸性条件的负面影响导致生产力下降。试图调节土壤酸度的目的是中和pH值和铝毒性但最重要的是,以取代失去的阳离子养分,尤其是钙和镁8]。这可以通过添加石灰石土壤(11)和农民可以提高酸性土壤的土壤质量李明pH值调整到作物生长所需的水平。

土壤酸化和铝的毒性

土壤成为酸性的原因有几个。最常见的氢的来源是铝离子与水的反应。铝的毒性结合低pH值(12)的一个主要原因,呈现酸性土壤不适合许多植物的生长在潮湿的热带国家。铝离子的形式呈现随pH值(8]。土壤酸度的增加会导致溶液化,这是植物毒性的主要来源在pH值低于5.5 (13]。观察到卡森和迪克森(14酸性条件下,pH值小于4.5,铝是铝的主要形式^{3 +},pH值在4.5 - 6.5之间,aluminium-hydroxyl占主导地位。随着pH值的增加,可交换的^{3 +}为不溶性沉淀Al羟基形式以1000倍的速度降低pH值中的每个单元的增加(方程1)。

方程(1)解释了aluminium-hydroxyl的反应在酸性土壤。然而,在pH值大于6.5,变得越来越可溶性铝带负电荷的铝酸盐类形式(15]。暴雨也能导致土壤酸化自然导致父母材料由于浸出酸性阳离子(16]。还有其他重要的土壤酸化的原因,如铵肥料、作物残留物或释放有机酸分解有机废物(17)和连续种植豆类(18]。铵化肥的使用造成的酸化是解释为H +的释放(公式2)。

酸化由于豆类高解释基本的豆类和阳离子的吸收释放H⁺根离子的豆类作物维持离子平衡,在N₂通过固定碳同化的函数(18]。

土壤酸度和基地饱和度和缓冲能力

相对较高的基本饱和的CEC(80%到70)应保持对于大多数种植制度,因为基本饱和的可用性在很大程度上决定了基地植物吸收,并强烈影响土壤pH值。基本饱和水平低导致酸性土壤和潜在的有毒阳离子如铝和锰在土壤中。基地饱和度高(> 50%)提高钙、镁、和K可用性和防止土壤pH值下降。低饱和(< 25%)的象征的强酸性土壤保持足够高的与活动可能导致药害[19]。

土壤的抗土壤溶液的pH值的变化称为缓冲。实际上,缓冲能力的pH值增加而增加粘土和有机物(19]。因此,粘土和有机质含量高的土壤(高缓冲容量)需要增加更多的石灰比沙质土壤有机质含量较低的pH值(低或缓冲能力较弱)。

土壤酸度和作物响应

土壤pH值在很多方面影响作物和其影响主要是间接通过其对化学因素和生物过程的影响。化学因素包括铝(Al)毒性、钙(Ca)和磷(P)和镁(Mg)不足20.]。大多数作物最佳营养吸收发生在土壤pH值在7.0附近。等营养物质可用性氮、磷、钾通常是减少土壤pH值降低。磷是特别敏感的pH值,可以成为一个限制在强酸性土壤养分。因此,减少肥料利用效率和作物性能可以预计当土壤酸度不适当控制(21]。哈代et al。22]报道可交换Al影响作物(表1)浅加油,可怜的利用土壤养分,毒性。

石灰的应用显示增加整体生产各种作物。先前的研究哦,不同作物证明当只有1公顷¹石灰应用于木薯,产量增加12.6公顷¹。石灰的4公顷¹应用领域的豆子,爱尔兰马铃薯和玉米产量增加1.27公顷¹、10 t哈¹和1.4 t哈¹分别为(表2)。

李明是一个重要的练习达到最佳生长于酸性土壤的作物产量。应用石灰在适当的速度带来一些土壤化学和生物变化,这是有益的或有助于提高作物产量在酸性土壤(图1和2)。植物生长改善酸性土壤并不是因为除了基本的阳离子(钙、镁),但是由于增加pH值降低植物性毒素的毒性水平的Al (4,27]。

土豆需要大量的化肥和块茎产量严重影响土壤中短缺的P和k Yamoah et al。28)发现,马铃薯产量可以显著增加了剩余石灰。马铃薯产量较低的石灰不同于那些在更高的利率约为30%,再次充实更长的残留影响使用更高的利率(29日]。海丝特(30.]报道增加25 - 29%马铃薯产量由于小的应用石灰土壤pH值为5.2。植物营养素是最可用的附近的土壤pH值6.5;土豆生长在附近土壤pH值6.5生产更高产量,减少肥料(31日]。土豆的理想pH值范围从5.2到6.5 (32]。李明的有利影响作物生长通常与中和的,而不是直接pH值的变化。

李明在酸性土壤及其优势

李明是一个重要的练习达到最佳生长于酸性土壤的作物产量。根据Kaitibie et al。33),李明是使用最广泛的长期酸性土壤改良的方法,和它的成功很好地证明了34]。应用石灰在适当的速度带来一些土壤化学和生物变化,这是有益的或有助于提高作物产量在酸性土壤8]。

李明提出土壤pH值,基本饱和,钙和镁含量,降低铝浓度在酸性土壤35]。酸性土壤自然缺乏和植物总磷可用。这是因为重要的部分应用P P的固定化是由于降水不溶性磷酸铝或化学吸收作用铝氧化物和粘土矿物(36]。李明的酸性土壤为植物吸收导致P的释放;这种效应通常被称为“P弹簧效应”的石灰(18]。增加可用性P的pH值5.0至6.5的范围与释放从Al P离子和铁氧化物、负责P固定(37]。但在高pH值(> 6.5)可溶性P沉淀钙磷酸盐(38]。

土壤微生物特性可以作为土壤质量指标。土壤酸度限制有益微生物的活动,除了真菌生长超过范围广泛的土壤pH值(39]。李明酸性土壤增强有益微生物在根际的活动,因此改善根系生长的大气氮固定,因为中性pH值允许更优的条件独立生存的N固定(40]。它还可以抑制病原体和生产激素;提高根表面积,促进吸收更少的P和微量元素等移动营养和动员和溶解不可用营养16]。

根据麦克布莱德(41),增加土壤pH值通过李明可以显著影响重金属在土壤的吸附。土壤属性如有机质含量、粘土类型、氧化还原电位、土壤pH值被认为是主要因素,确定土壤中重金属的生物利用度42]。因此,李明也有助于减少可用性农作物的重金属。

土壤酸度也负责通过作物养分利用效率低。Fageria和Baligar报道,李明酸性土壤P的利用效率,改善旱稻基因型和其他微量元素。在这项研究中,这些营养素的效率与pH值在pH值为6.4高于4.5。营养物质通过土壤酸度的石灰改善效率管理提高可用性和增强根系(43]。

土壤中钙释放应用石灰已经报道提高植物抵抗几个植物病原体(8),包括Erwiniaphytophthora, r .以上Sclerotiumrolfsii, Fusariumoxysporum。海恩斯(15)报道,与果胶钙形成刚性联系链,从而促进植物细胞壁的酶促降解的抵抗病原体。因此,李明提供钙,有助于建立植物抵抗病原体。

最后,李明被提拔为缓解选择降低土壤N₂O排放,当土壤含水量维持在田间持水量44]。由于土壤pH值对N有潜在影响₂O生产途径,减少N₂O, N₂,有人建议李明可能提供一个选择N的缓解₂从农业土壤O发射45]。

李明在撒哈拉以南的非洲的来源

几乎所有撒哈拉以南的非洲的石灰石沉淀(SSA)位于轴区35 N o E,这个轴是最近的一个主要断裂有关的起源非洲裂谷(46]。因此,有大型煤矿的石灰石(石灰华和白云岩的岩石)SSA和剥削的主要存款是可能的(23]。李明产品(地面石灰石和或多或少烧酸橙)是目前几乎完全SSA的在一些国家在大量生产。虽然,石灰石(石灰华和白云石)煤矿丰富的非洲沙哈拉地区,只有30%是连贯的岩石,石灰的生产所需23,2]。剩下的70%发生在松散砂质石灰华,不适合石灰生产建设。从农艺、经济的角度来看,它将逻辑储备连贯的岩石分数为石灰生产建设和农业的目的,利用桑迪分数使用更简单和低成本的治疗。通常,有更多地方酸橙的曹和分别以内容的变化相同的沉积,与石灰华不同的存款。因此,有需要为当地的石灰矿是当地石灰的混合均质化的能力。

石灰石,石灰华集团

石灰华是石灰岩与Ca含量高(曹> 40%)和低镁含量(分别以< 3%)。石灰华找到最近的更新世时代,少是一个紧凑,软岩,这是容易可榨出的没有炸药。Beernaert [23)报道,石灰华的阳离子(Ca /毫克)比13 - 15,这是4 - 5的比例远高于最优。这可能会导致失衡的阳离子平衡和土壤肥力的影响23]。Kayonga和Goud47)观察到地面石灰华岩石土壤pH值提高了0.5个单位,减少交换,增加基本饱和,并介绍了可交换阳离子之间的失衡。这些岩石有合适的化学成分,消除铝毒性在酸性土壤,但导致营养失衡,因此创建新的问题。

灰岩白云岩集团

白云岩的岩石是石灰岩镁含量高(曹30%,分别以20%)。SSA的白云岩岩石包括白云石石灰石、白云石大理石和白云石山脉。这些都是坚硬的岩石用于建设和施工,需要炸药和更复杂的切割、钻孔和研磨设备,为他们的提取。尽管记录显示的存在非常大的白云石存款储备SSA (48),完全不知道他们的农艺效率。伍特斯和Gourdin的报告49]表明,白云岩岩石可以成功地消除土壤酸度和铝毒性但他们的化学成分与阳离子(Ca /毫克)比接近1不适合农业。

溶解度和石灰的质量

石灰是卑微的溶于水,所以粒子必须精心地中和土壤酸度为一个合理的时间。甚至很小的粒子的大小的变化产生重大影响溶解所需的时间。李明的有效性取决于纯度和多么精细的地面材料。石灰的纯度是被一个实验室的测量碳酸钙(CCE)。CCE值越低,您将需要更多的石灰中和土壤的酸度[50]。当石灰(如碳酸钙添加到潮湿的土壤,会发生以下反应:

石灰溶解(慢慢地)土壤中的水分产生Ca^{2 +}和氢氧化(哦):

新产生的Ca^{2 +}交换与阿尔^{3 +}和H⁺表面的酸性土壤:

石灰生产哦——将与铝反应^{3 +}形成固体Al (OH -)₃,或者它将与H反应⁺形成H₂如方程5和6所示。

因此,李明消除有毒^{3 +}哦,和H +反应。多余的哦,从石灰会提高土壤pH值,这是最常见的李明。李明的另一个好处是增加供应的Ca^{2 +},以及毫克^{2 +}如果白云石(钙、镁(有限公司₃)₂使用)。钙和镁是植物生长的必需营养素,但他们往往缺乏高度风化的酸性土壤(20.]。

李明材料效率

李明材料质量是非常重要的在纠正土壤酸度。石灰的来源、特点、组成和石灰的纯度对于有效利用石灰(非常重要的参数51]。李明材料的有效性是一个关键因素在决定其利用率必须意识到有利可图的作物产量。李明材料的效率取决于其酸中和潜力,粒度分布,可用性和方便的传播(52]。

许多术语用于描述石灰材料的效率,和常用的术语是相对中和值(RNV),有效中和值(ENV)和有效碳酸钙等价(瞧)。最的方法确定石灰材料的质量和效率是基于中和值(NV)和粒度分布和各种公式已经开发出来。NV是由石灰材料的化学成分和矿物学和衡量的酸中和化合物表示为碳酸钙等价的百分比(CCE),用纯碳酸钙额定的100%。李明材料的效率取决于其有效碳酸钙等价(瞧)估计的有效性表示为百分比是CCE的产物和各种粒度的细度因素分数(53]。在确定石灰材料的效率的关键因素是其化学成分和粒度分布(表3)。

除了李明材料的效率,它的效力(所需的材料调整土壤pH值为有利可图的作物生产所需的水平)取决于材料的李明潜力,初始土壤pH值、粘土含量和土壤缓冲能力53]。

研究颗粒大小对土壤pH值和作物产量的影响表明,李明与细石灰材料增加土壤pH值在较短的时间,而且通常较高的土壤pH值和作物产量54]。细度表明石灰材料的速度将中和土壤酸度。细度是衡量农业石灰处理的比例通过筛子的打开一个特定的大小。60-mesh筛,是石灰的标准比较细度和效率为100%,分配(55]。

石灰应用程序

李明的方法、频率、深度、和时机是重要的实践提高石灰效率和作物产量在酸性土壤。从李明获得最大利益或为提高作物产量,石灰材料应提前申请作物播种和彻底混合进入土壤增强其与土壤交换反应酸度。最好的方法是广播它尽可能均匀,混合彻底通过土壤剖面。李明频率主要取决于剪切强度、作物物种种植,和水平的Ca^{2 +}、镁^{2 +}艾尔,每次收获后土壤pH值。石灰的影响是持久的,但不是永久的8]。当交换Ca的价值观^{2 +}、镁^{2 +},pH值低于最佳水平对于一个给定的作物物种,李明应该重复。

石灰的影响持续时间更长比大多数其他的修正案。然而,很少需要石灰比每三年(更频繁55]。粗石灰材料的剩余效应大于细石灰材料因为大石灰颗粒缓慢与土壤酸度和反应倾向于保持更长时间的土壤中。合理的20厘米的深度是必需的。石灰应用的时机很重要,在实现理想的结果。石灰应该应用之前尽可能早地种植作物的允许它与土壤胶体和反应带来重要的土壤化学性质的变化。土壤水分和温度是石灰反应的决定因素与土壤胶体。在氧化土,重要的化学变化可以进行4 - 6周后应用石灰材料只要土壤有足够的湿度(56]。因此,为了获得理想的结果,没有必要等待更长一段时间后应用石灰。

石灰的要求

根据美国土壤科学学会(57),石灰需求被定义为石灰材料的数量,碳酸钙,要求改变土壤卷到一个特定的状态对pH值或可溶性铝含量。然而,在经济方面,石灰的要求可以被定义为李明所需材料的数量产生最大经济产量的作物种植在酸性土壤。实际上,不同的方法可用来预测所需的石灰岩率达到一个适当的水平旨在避免毒性对植物生长。石灰需求预测的方法之一是监测可交换的进化。基本浓缩尤其是Ca2 +离子在土壤中和交换Al从而提高根系生长(58]。哈基姆et al。59)报道,最优石灰率提高一些粮食作物种植的老成土是6吨碳酸钙每公顷,然后,在李明将发生在剂量超过12吨/公顷。许多提取解决方案提出了估算可抽出的艾尔和仍然氯化钾主导(60]。的non-readily交换Al估计与有机质有关,层间,hydroxy-Al聚合物,导致活性在土壤溶液酸度。

石灰的要求确定后不同的方法。然而,在这项研究中描述的方法Kamprath [61年)似乎是一个简单的适用于大多数撒哈拉以南的非洲的风化土壤。它有能力消除所有可榨出的土壤中。这种方法中和土壤中可交换Al(85 - 90%的速度23),已成功应用在不同的国家62年]。石灰的计算利率(LR)需要为给定的任何类型的石灰是通过以下方程。

因素取决于土壤中有机质的数量(表5)。对土壤有机质含量有4至5%,石灰应用利率应该增加了20% (63年]。在这项研究中,有机物是粗略的估计< 2.5%。

测定石灰的农业和经济的影响

酸橙的农艺、经济效应是由计算总收率的比率用石灰处理和non-limed情节64年]。相对农艺效率(RAE)和相对经济效率(REE)的酸橙计算来确定石灰的效率。雷和稀土元素计算使用以下方程。

REE公式,收益和成本完全是李明成本相关的。

结论

土壤酸度相关毒性,土壤侵蚀和土壤养分损耗是主要的土壤相关约束的部分发展中国家的农业发展依靠农业来养活不断增长的人口。小农具备小尺寸的土地和资源匮乏,难以管理的酸性土壤。使用石灰土壤可持续管理的潜力是其他选项探索中恢复土壤健康和生育能力。在农业、酸橙发挥重视有利于改善土壤酸度,因此植物营养。然而,农民和最年轻的土壤科学家面临的挑战估计石灰要求妥善处理土壤酸度患病率在大多数热带土壤风化。土壤酸化的知识来源作为导游在确定地址的形式的酸度。另外,石灰要求计算的帮助工具在避免或overliming酸性土壤有害和影响土壤健康和植物的生长。因此,有必要提倡使用石灰以适当的方式,采取预防措施在李明任何酸性土壤。

确认

作者感谢非洲绿色革命联盟(AGRA)融资土壤肥力综合管理(ISFM)在非洲。感恩也表达了卢旺达农业委员会(RAB),肯雅塔大学(KU)和更高的农业和畜牧研究所(ISAE)设施提供在这个研究工作。

引用

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