白蚁改良土壤及石灰对土壤酸度的改善作用：对大麦（Hordeum vulgare）种植的影响

《Agrosystems, Geosciences & Environment》：Ameliorative effects of termite-mediated soils and lime on soil acidity: Implication for barley (Hordeum vulgare) produce

本研究通过温室培养和盆栽试验，评估了白蚁介导土壤（TMS）对酸性土壤酸碱中和及大麦生长和产量的影响。结果表明，TMS的ENP达62.7%，土壤pH提升效果与纯石灰相当，且能改善土壤养分和结构，显著提高大麦生物量、穗粒数和产量。TMS与石灰按75%比例复合施用效果最佳，但需进一步田间验证其长期效益。

　　本研究探讨了在高降雨量地区，土壤贫瘠和酸化对作物生产造成的威胁，并提出了一种潜在的替代方案——由白蚁介导的土壤（Termite-mediated soils, TMS）作为改良材料和营养来源的可能性。由于石灰和肥料成本不断上升，寻找本地替代材料变得尤为重要。为此，研究团队在温室条件下进行了为期两个月的土壤培养实验和盆栽试验，以评估TMS对土壤酸性特性以及大麦（*Hordeum vulgare*）生长和产量的影响，并与传统石灰改良土壤进行了对比分析。研究结果表明，TMS在提升土壤pH值和提供植物所需营养方面表现出良好的效果，具有作为土壤改良材料的潜力。然而，由于实验条件限制，还需进一步研究其在田间环境中的实际应用效果，尤其是对作物早期生长的长期影响。

### 土壤酸化问题及其对农业的影响

土壤酸化是全球农业面临的重要问题之一，特别是在高降雨量地区，如埃塞俄比亚的高地地带。酸化不仅降低了土壤的肥力，还对作物产量构成严重威胁。研究表明，土壤酸化会显著影响作物的生长，特别是在酸敏感作物如小麦和大麦中，土壤pH值过低会导致根系发育受阻、养分有效性下降以及植物对有害金属离子（如铝、锰）的吸收增加。在埃塞俄比亚，土壤酸化问题尤为严重，大约40.9%的可耕地受到其影响，且这一比例正在持续上升。同时，随着气候变化和土地利用方式的改变，土壤酸化的速度也在加快，这进一步限制了作物的生长条件和粮食安全。

大麦作为埃塞俄比亚重要的粮食作物，其种植面积约为970千公顷，预计总产量将增长至238万吨。然而，由于土壤酸化问题，其平均产量仍低于2.18吨/公顷，远低于世界平均水平（2.89吨/公顷）和潜在产量（6吨/公顷）。因此，改善土壤酸化是提升大麦产量和确保农业可持续发展的关键措施之一。传统的土壤改良方法如施用石灰虽然有效，但成本高昂，且在小规模农户中应用受限。因此，探索低成本、易获取的本地材料成为解决土壤酸化问题的重要方向。

### TMS的特性与潜在应用价值

TMS是一种由白蚁活动形成的土壤改良材料，其富含基本阳离子（如钙、镁、钾）和碳酸钙，具有较高的pH值和养分含量。在许多研究中，TMS被证明能够有效改善土壤结构、增强土壤的缓冲能力，并提高土壤肥力。例如，TMS的碱性反应可以显著提升土壤pH值，同时其高有机碳含量和较高的阳离子交换容量（CEC）有助于提高土壤的持水性和通气性，为作物生长提供更适宜的环境。此外，TMS还能够改善土壤中的养分循环，促进微生物活动，从而提升土壤的养分供应能力。

在实验中，TMS的总中和值（TNV）为700克/千克，其有效中和能力（ENP）为62.7%，而细度指数（FI）为89.6%。这些指标表明，TMS在中和土壤酸性方面与纯石灰具有相似的效果。在培养实验中，TMS能够显著提升土壤pH值，其作用效果与石灰相当。而在盆栽试验中，TMS与石灰的组合应用能够显著提高大麦的生长和产量，尤其是在高施用量的情况下，其对土壤性质的改善和作物产量的提升更为明显。

### 实验设计与方法

为了系统评估TMS的土壤改良效果，研究采用了完全随机设计（CRD），将实验分为两个部分：土壤培养实验和盆栽试验。在土壤培养实验中，研究人员从埃塞俄比亚东南部的Bule地区采集了未施用石灰的表层土壤样本（0-30厘米），并将其与TMS混合进行培养。在盆栽试验中，土壤被填充到10厘米深、20厘米宽的花盆中，随后进行大麦种植。TMS的施用量根据其等效的碳酸钙（CaCO?）含量进行调整，以确保与石灰的比较具有可比性。

实验过程中，土壤pH值和相关化学性质被定期监测，以评估土壤酸化改良的进展。此外，大麦的生长指标，如株高、每穗粒数、每株穗数、干物质产量和籽粒产量等，也被记录下来。实验结果显示，随着TMS和石灰的施用，土壤pH值显著提高，同时大麦的生长和产量也得到了明显改善。TMS的施用不仅提升了土壤的碱性，还增加了土壤中可利用磷（Avail. P）和交换性钙、镁的含量，从而改善了土壤的肥力状况。

### TMS对土壤酸性改良的直接影响

实验数据显示，TMS在土壤培养实验和盆栽试验中均表现出显著的中和土壤酸性能力。在培养实验中，TMS和石灰的组合应用（75% TMS + 75% 石灰）能够迅速提升土壤pH值，而在盆栽试验中，TMS的施用（100%）也表现出类似的快速提升效果，并且其作用具有较长的持续性。这表明TMS不仅具有即时的酸中和能力，还能够在较长时间内维持土壤的碱性状态，从而为作物的生长提供更稳定的环境。

在土壤培养实验中，TMS的施用使土壤pH值在不同时间点（15天、30天、45天、60天）显著提升。特别是在施用100% TMS的情况下，土壤pH值的提升效果持续更久。这一现象可能与TMS中较高的有机碳含量和碱性反应有关，它们能够有效中和土壤中的酸性物质，同时提高土壤的缓冲能力。此外，TMS的细度指数（FI）表明其颗粒大小适中，能够在土壤中快速溶解，从而发挥其酸中和作用。

### TMS对大麦生长和产量的促进作用

在盆栽试验中，TMS和石灰的组合应用显著提升了大麦的生长和产量。具体而言，施用75%等效CaCO?的TMS和石灰混合物，能够使大麦的株高、每穗粒数、每株穗数、干物质产量和籽粒产量分别提高24%、20%、27%、35%和45%。这表明，TMS不仅能够改善土壤酸性，还能够直接促进作物的生长。在高施用量的情况下，TMS对大麦的促进作用更为明显，其效果与纯石灰施用相当。

此外，TMS的施用还显著提升了土壤中的可利用磷含量。这一现象可能与TMS的酸中和作用和其对土壤中磷的释放能力有关。在酸性土壤中，磷容易与铝、铁等金属离子结合，从而降低其有效性。TMS的施用能够有效减少这些金属离子的结合，提高磷的可利用性，进而促进作物的生长。实验结果还表明，TMS的施用能够显著提升土壤中的交换性钙和镁含量，这进一步改善了土壤的肥力状况，为作物的生长提供了充足的养分支持。

### TMS对土壤化学性质的改善

除了对大麦生长和产量的直接影响，TMS还能够显著改善土壤的化学性质。在实验结束后，研究人员对土壤的多个指标进行了分析，包括pH值、交换性酸（EA）、可利用磷、交换性钙、镁、钾等。结果表明，TMS的施用能够显著降低土壤的交换性酸含量，同时提升可利用磷、钙、镁等养分的含量。这些变化表明，TMS不仅能够中和土壤酸性，还能够提高土壤的养分供应能力，从而改善土壤的肥力状况。

值得注意的是，TMS的酸中和能力与其较高的有机碳含量和阳离子交换容量密切相关。这些特性使得TMS能够更有效地缓冲土壤酸性，并促进养分的释放。此外，TMS的施用还能够显著提升土壤的pH值，这一现象与石灰施用的效果相似。因此，TMS可以作为一种有效的土壤改良材料，为作物提供更适宜的生长环境。

### 实验结论与应用前景

研究结果表明，TMS在中和土壤酸性和提供植物所需养分方面具有显著效果。其高pH值和丰富的基本阳离子含量使其成为一种理想的土壤改良材料，尤其适用于酸性土壤条件下的作物种植。在温室实验中，TMS的施用能够显著改善大麦的生长和产量，且其效果与石灰相当。这表明，TMS可以作为传统石灰的替代品，甚至在某些情况下优于石灰，尤其是在成本和可持续性方面。

然而，尽管TMS在实验室条件下表现出良好的土壤改良效果，其在田间条件下的应用仍需进一步验证。实验结果显示，TMS的酸中和能力与石灰相似，但在某些情况下，其效果可能更持久。此外，TMS还能够改善土壤的结构和通气性，这对其长期应用具有重要意义。因此，TMS的应用不仅能够有效解决土壤酸化问题，还能够为小规模农户提供一种低成本、可持续的土壤改良方案。

总体而言，TMS在土壤改良和作物生产中具有重要的应用价值。其高pH值和丰富的养分使其成为一种理想的替代材料，特别是在石灰供应有限或成本较高的地区。然而，为了全面了解TMS的潜在优势，还需进一步研究其在田间条件下的实际效果，包括其对土壤酸化改良的持续性、对不同作物的适用性以及对土壤生态系统的长期影响。通过进一步的田间试验和长期监测，可以更好地评估TMS的综合效益，并为农业生产提供更加科学和可持续的解决方案。