文章题目：Heterogeneous impact of soil acidification on crop yield reduction and its regulatory variables: A global meta-analysis
发表期刊：《Field Crops Research》
影响因子：5.6
第一单位：西南大学
在线日期：2024-11-09
土壤酸化对全球粮食安全和可持续农业构成严重威胁。然而，目前还缺乏对不同土壤条件和作物品种下土壤酸化对作物减产影响的定量评估。本研究旨在评估土壤酸化对作物产量、根长、作物养分吸收、土壤养分有效性、土壤微生物生物量碳、土壤微生物生物量氮和土壤微生物生物量磷的影响。此外，通过随机森林模型确定了导致减产的关键因素。本研究采用Meta分析方法，涉及 101 项同行评审研究的 1760 个观测值。结果表明土壤酸化导致平均减产 13.7%。在作物中，蔬菜对土壤酸化最为敏感，减产 33%，玉米和小麦分别减产 18.2% 和 18.3%。水稻产量不受土壤酸化的影响。同样，在本研究中，豆科作物的产量也不受土壤酸化的影响，因为豆科作物主要研究的土壤pH值呈弱酸性（pH值范围为5.5至7.0）。另外，土壤酸化导致根长减少25.4％，养分吸收量（氮、磷、钾、钙）减少3.1％-13.6％。土壤全氮、有效磷、土壤有机质和可交换钙受土壤酸化影响分别下降11.4％、18.1％、16.3％和76.8％。微生物生物量碳、氮和磷随pH值的降低而降低。酸化对作物产量的抑制作用随着土壤有机质的升高呈现先降低后上升的趋势。定量分析表明，在土壤pH值6.03–6.85范围内，酸化不会抑制作物的产量。具体来说，对于玉米和小麦来说，保证作物产量的范围在6.3到7.4之间，而蔬菜作物的产量在所有测试的pH水平上都随着土壤酸化而下降。随机森林预测模型表明，年平均降雨量是影响土壤酸化导致作物产量降低的主要因素。严重的土壤酸化会严重阻碍作物产量，尤其是蔬菜、玉米和小麦。产量下降的原因是酸化抑制了根系发育，降低了土壤养分的有效性。研究结果为旨在管理酸性土壤的全球战略提供了重要见解。建议将土壤pH值保持在特定作物的最佳酸度水平附近，以提高作物产量并确保全球粮食安全。
图1. 研究点位的全球分布。
图2. 土壤酸化对作物产量 (a)、干重和根系特征 (b) 的影响。
图3.壤酸化对作物养分含量（a）和作物养分吸收的影响（b）。Conc.，浓度；N，氮；P，磷；K，钾；Ca，钙；Zn，锌。
图4. 土壤酸化对土壤 N (a)、P 和 K (b) 转化的影响。TN，总氮；AN，有效氮；UA，脲酶活性；AOA，铵氧化古菌；AOB，铵氧化细菌；TP，总磷；AP，有效磷；TK，总钾；AK，有效钾；ACP，酸性磷酸酶活性。
图5. 土壤酸化对土壤理化性质的影响（a），以及土壤酸化导致不同土壤理化性质下作物产量的变化（b）。SOC，土壤有机碳；SOM，土壤有机质；Av.Ca，有效钙；Av.Mg，有效镁；Ex-Ca，交换性钙；Ex-Mg，交换性镁；MBN，微生物生物量氮；MBP，微生物生物量磷；MBC，微生物生物量碳；TN，总氮；AN，有效氮；TP，总磷；AP，有效磷；TK，总钾；AK，有效钾。
图6. 作物产量的LnR与土壤初始理化性质条件的关系。缩写：SOM，土壤有机质；TN，总氮；AN，有效氮；TP，总磷；AP，有效磷；TK，总钾；AK，有效钾；CEC，阳离子交换容量。
图7. pH对小麦（a）、玉米（b）、水稻（c）、蔬菜（d）、豆类（e）和所有作物（f）产量的抑制作用。红线为作物的最佳pH值，灰色阴影区域为作物产量的最佳pH值范围。y≥0表示土壤pH对作物产量没有影响，y<0表示土壤pH对作物产量有抑制作用。
图8. 随机森林建模分析确定每个变量对土壤酸化导致的产量变化（a）和土壤有效磷（b）的相对贡献。缩写：SOC，土壤有机碳；SOM，土壤有机质；TN，总氮；TP，总磷；AP，有效磷；TK，总钾；AK，有效钾；N rate，氮肥施用率；MAT，年平均气温；MAP，年平均降水量。
