综述：巴西谷物生产中石灰和石膏的应用：三十年研究的文献计量学回顾

《International Journal of Agronomy》：Lime and Gypsum in Brazilian Grain Production: A Bibliometric Review of Three Decades of Research

本综述对巴西谷物生产中石灰与石膏应用的三十年研究进行了首次文献计量学分析，揭示了年增长率为6.3%的研究趋势。文章指出研究主要集中在土壤化学性质（如Al3+毒性中和、Ca2+提升），而对物理（如压实，compaction）和生物指标（如酶活性）关注不足。作者呼吁未来应建立整合化学-物理-生物参数的综合土壤质量指数（SQI），以指导热带农业的可持续发展。

　　

摘要

在免耕系统中施用石灰和石膏对于矫正表层土壤酸性和缓解深层铝（Al³⁺）毒性的影响至关重要。本研究旨在对1992年至2024年间Scopus数据库中收录的相关主题出版物进行文献计量分析。利用Bibliometrix R软件包识别作者、期刊、合作网络以及研究趋势与空白。关于石灰和石膏在巴西谷物生产中应用的科研产出在1992年至2024年间增长了6.3%。《Revista Brasileira de Ciência do Solo》和《Soil and Tillage Research》共同占据了28%的出版物份额。近期的趋势术语包括“石灰”（2012-2022年间提及48次）和“压实”（2019-2024年间提及5次）。大豆、玉米和小麦是研究最多的作物。铁铝土（Ferralsols）出现在83.3%的研究中。土壤化学参数在87.5%的研究中被评估，而土壤物理和生物参数分别仅在17.8%和3.5%的研究中被评估。巴拉那州是巴西发表论文数量最多的州，主要的国际合作对象是美国和法国。文献计量分析揭示了在涉及土壤物理和生物特性的研究方面存在空白。“压实”一词近期的相关性归因于免耕下土壤有机碳的研究。需要进一步研究酶活性和微生物生物量以改善土壤健康监测。此外，生物指标缺乏参考值限制了其应用。将化学、物理和生物参数整合到土壤质量指数中，可能为热带农业中石灰和石膏的可持续使用提供实用指导。

1. 引言

巴西谷物生产面积在2023/2024年度估计为194万公顷。大多数谷物产区以天然酸性、低肥力土壤为特征。在此条件下，高浓度的毒性铝（Al³⁺）和低水平的钙会损害根系发育，减少养分吸收并限制作物产量。因此，有必要施用土壤改良剂和肥料以满足农作物的高营养需求。

在免耕中，石灰被施于土壤表面而不进行翻耕。这种做法能最大限度地减少土壤退化、有机质流失和地表侵蚀。然而，许多田地在采用免耕措施前未对深层土壤进行充分处理。管理不善的免耕区域主要后果是表层酸度高，以及由于石灰石溶解度低导致底土层钙和镁水平低。为防止此类问题，建议在建立免耕时尽可能深地（> 0.20米）掺入石灰。这样，改良剂能均匀分布在土壤剖面，促进Al³⁺中和。然而，可能需要数年来恢复土壤翻动过程中损失的有机碳。

石膏（CaSO₄·2H₂O）在这些情况下代表了一种潜在的解决方案。这种投入品比石灰石更易溶，能提高钙水平，并减少底土层的Al³⁺毒性，且无需翻耕。石膏施用与众多有益效应相关，包括更大的根系探索以及改善水分和养分利用，特别是在水分胁迫期间。

综述研究通常提出新的评估标准和更新的石灰与石膏管理建议。尽管矫正土壤酸度很重要，但提供巴西热带和亚热带土壤中酸度改良剂使用建议的综述研究很少。大多数文献综述倾向于采用环境视角。针对巴西土壤的综述研究尤为稀缺。

文献计量综述是定量分析中的重要工具。尽管有几项研究涉及巴西的石灰和石膏管理，但我们对国内酸度管理策略的影响和演变的理解仍存在空白。鉴于该主题对农业的重要性，本研究旨在对巴西石灰和石膏的使用进行文献计量分析。

2. 材料与方法

研究的第一步于2024年7月30日进行，包括在Scopus数据库中检索文章。选择Scopus是因为其全面覆盖农业和土壤科学期刊，且其数据导出与Bibliometrix软件更兼容。搜索词包括英文及其葡萄牙语等效词。初步检索获得217篇文献，应用过滤器后剩下191篇。随后，对文章进行单独筛选以符合搜索词，并移除关于牧场、甘蔗和果树的研宄。最终选出168篇文章，以CSV和BibTeX格式导出。使用Biblioshiny（Bibliometrix R软件包的图形用户界面）合并文件，以便使用Microsoft Excel提取、分析和可视化文献计量数据。

对所选文章进行分析，以确定巴西各州、土壤类型、谷物作物以及土壤化学、物理和生物参数在所研究背景下的相关性。每篇文章均全文阅读以提取数据。土壤类型根据国际土壤科学联合会分类系统及巴西土壤分类系统第一类别等级的等效类型呈现。土壤参数和谷物作物根据其在选定研究中的出现频率进行组织。

3. 结果

文献计量调查显示，1992年至2024年间，关于巴西谷物种植系统中石灰和石膏使用的科研产出增长了6.3%。这些研究由487位作者完成，发表在46种期刊上。年度发表量最高的是2008年，平均每年发表5.1篇文章。

在46种期刊中，前10种占出版物的59.5%。《Revista Brasileira de Ciência do Solo》和《Soil and Tillage Research》分别占总发表论文数的17.2%和10.7%。Caires EF和Crusciol CAC是最高产的作者。

共有七个研究组在所纳入的综述文章中共享合著关系。发表量最大的是Caires EF（蓬塔格罗萨州立大学，UEPG），他与圣保罗大学（USP）、拉夫拉斯联邦大学（UFLA）和巴拉那联邦大学（UFPR）的研究人员有联系。还识别出UFPR与FAPA，以及FAPA与南里奥格兰德联邦大学（UFRGS）和圣玛丽亚联邦大学（UFSM）之间的合作网络。其他研究组来自坎皮纳斯农艺研究所（IAC）和圣保罗州立大学（UNESP）等机构。

在引用次数最多的10篇文章中，有3篇发表在《European Journal of Agronomy》。该期刊还发表了被引次数最高的文章（Caires等人，2008年，被引156次）。《Soil and Tillage Research》和《Geoderma》各有两篇论文进入高被引列表。Caires EF是10篇高被引出版物中6篇的第一作者。

“压实”是最近频繁出现的主题，在2019年至2024年间出现了5次。“石灰”一词在2012年至2022年间使用了48次。关于土壤化学限制因素的术语，“酸性土壤”和“铝”在2015年和2016年使用，“石膏”、“石灰石”和“石灰”稍晚出现在2017年和2018年。“镁”一词从2010年起频繁出现。

在1992年至2024年间最常出现的术语中，“巴西”、“石灰”、“免耕”、“大豆”（Glycine max）和“玉米”（Zea mays）最为突出。“铝”的出现频率高于“钙”和“镁”。同样，“石灰”的使用频率高于“石膏”。在作物方面，仅次于大豆和玉米的是“小麦”（Triticum aestivum）和“黑燕麦”（Avena strigosa）。“氧化土”（Oxisol）是唯一进入前30位高频词的土壤类型。词网络图显示了术语间的相互关系，分为两组：蓝色组主要由农作物的学名组成，红色组则由“巴西”、“免耕”、“石灰”、“酸度”和“作物产量”等术语组成。

大豆（n=99）、玉米（n=83）和小麦（n=51）分别出现在1992年至2024年发表论文的58.9%、49.4%和30.3%中。出现最多的土壤类型是铁铝土（Ferralsol），占83.3%。土壤化学参数在87.5%的论文中被评估，而土壤物理和生物参数分别仅在17.8%和3.5%的文章中被评估。有15项研究同时评估了化学和物理性质，4项研究评估了化学和生物参数。仅有两项研究调查了所有三类参数。

发表论文数量最多的巴西州是巴拉那州（n=75），其次是圣保罗州（n=32）和南里奥格兰德州（n=29）。最常进行文章合作的国家是美国（n=14）、法国（n=4）和澳大利亚（n=2）。

4. 讨论

文献检索显示了对巴西石灰和石膏应用研究日益增长的兴趣，同时也指出了几个值得进一步调查的空白。文献调查是识别未充分探索主题的宝贵工具，使得研究可能有助于完善评估和推荐标准的领域成为可能。

已识别的论文既发表在国家级（巴西）期刊，也发表在国际期刊。从地方或区域视角看，国家级期刊可能对公共政策和农业实践产生更直接的影响。相比之下，发表在国际期刊上的论文往往具有更广泛的科学影响力，触及全球受众，并有助于研究的国际认可。

该主题的主要作者隶属于UEPG（巴拉那州）、UNESP（圣保罗州）、USP（圣保罗州）和UFRGS（南里奥格兰德州）。这些机构代表了发表量最高的三个巴西州。不同机构间的合著贡献较小，可能源于各地研究主题的具体性。巴西与国际大学之间的合作展示了来自主要合作伙伴国家的研究人员的专业知识如何帮助补充巴西关于石灰和石膏的研究。

巴拉那州北部和西北部约37.5%的农业区域基饱和度低。因此，巴拉那州的大量出版物归因于对石灰和石膏矫正和管理的需求。此外，该州涵盖多种土壤类型，主要是铁铝土，具有高缓冲性能，使得酸度矫正对于作物发育必不可少。几个公共研究和推广机构在传播土壤酸度矫正技术方面发挥着基础作用。

高被引文章标题中归属于土壤化学的术语的强烈重现性，与趋势术语“酸性土壤”和“铝”相符。总体而言，研究分析了石灰在促进土壤保护的系统（免耕）中的效果，而非传统耕作系统。标题分析显示，评估最多的作物是大豆和玉米，它们是巴西谷物生产系统中的主要农产品。土壤物理性质的探索频率低于化学性质。然而，Briedis等人（2012年）发表在《Geoderma》上的研究侧重于土壤物理性质，是第二大被引文章。因此，许多研究似乎将团聚体稳定性的增加归因于石灰和/或石膏施用的效果，因为Ca²⁺可以在有机质和粘土表面之间架桥。此外，为测定土壤碳储量，必须测量土壤容重，这可以解释大量检查土壤物理性质的研究。

当前研究中“压实”和“免耕”术语的使用可能与土壤保护系统中有机碳增加引起的土壤容重降低有关。有机碳有助于提高土壤承受机械交通和动物践踏所致压力的能力。此外，石灰提供的Ca²⁺促进了更能抵抗外部压力的微团聚体和宏团聚体的形成。

“免耕”与“压实”的突出地位凸显了保护性农业在巴西的双重作用。一方面，长期免耕通过维持土壤覆盖来减轻侵蚀和温室气体排放。另一方面，它可能促进表层残留物积累并最小化土壤密度的增加。当前研究试图调和土壤保护与结构弹性，与ABC+（低碳农业）计划的目标保持一致。

巴西农业研究中“石灰/石灰石”和“石膏”术语的关注点源于土壤作为碳汇的能力。石灰施用提高土壤pH值和基饱和度，从而改善植物生产力和生物量产量。石膏有助于Ca²⁺向深层移动并减少Al³⁺毒性。这些效应有利于根系生长，增强地下水吸收，并增加碳储量。此类机制在气候变率加剧的水分胁迫条件下尤其相关。此外，过去十年来自巴西农业部的政治激励和资金呼吁优先考虑了将土壤矫正与气候韧性相结合的做法。

土壤生物学是所分析文献中探索最少的主题。调查生物参数的研究主要集中于β-葡萄糖苷酶和土壤大型动物多样性。石灰和石膏管理实践可以影响碳循环和维持，有助于农业系统的可持续性。因此，土壤酶分析是未来研究的重要工具，可作为土壤健康和质量的指标。

5. 结论

文献计量分析揭示了科研产出的增长，并识别出可在未来研究中解决的显著空白。尽管大多数研究集中于土壤化学性质（如酸度），但物理和生物方面（如土壤团聚体和土壤健康）仍未得到充分探索。这一空白代表了增加农业系统中所有土壤性质研究的机会。“压实”一词近年来的日益相关反映了旨在管理压实土壤的研究趋势。酶活性、生物量和基础呼吸的测量是微生物活性的重要指标，有助于土壤健康监测。然而，缺乏参考值来识别与土壤生物学相关的土壤退化风险。因此，建立整合化学、物理和生物方面的质量指数可以改善土壤健康监测，为石灰和石膏的使用提供更实用的指导。

加强土壤化学、物理和生物特性的整合对于更好地理解石灰和石膏对谷物种植系统的影响至关重要。这些知识对于制定适当的管理建议也至关重要。通过探索这些空白并加强机构间的合作，研究可以对巴西的科学进步和可持续农业产生更大的影响。