类型a：学术研究报告

作者及机构
本研究由巴西帕拉纳联邦大学（Federal University of Paraná, UFPR）农学系的Augusto Vaghetti Luchese、Ivone Janete Gutz de Castro Leite、Ana Paula da Silva Giaretta、Mylena Linhares Alves、Laércio Augusto Pivetta及Robson Fernando Missio（通讯作者）共同完成，研究成果于2023年2月发表于期刊*Heliyon*（Volume 9, e14050）。

学术背景
研究领域为农业土壤改良与植物营养学。巴西农业高度依赖进口化肥，80%以上的肥料需从国外输入，导致生产成本受国际市场价格波动影响显著。为减少依赖，研究者探索低成本本土替代方案，其中玄武岩粉末（Basalt Rock Powder, BRP）作为土壤再矿化剂（soil remineralizer）备受关注。BRP是玄武岩开采加工的副产品，富含硅酸盐矿物及钙、镁、磷等元素，可通过风化作用缓慢释放养分，改善土壤理化性质。本研究旨在评估BRP与石灰石（limestone）对土壤肥力及大豆（soybean）、玉米（maize）生长的差异化影响，验证其作为可持续肥料的潜力。

研究流程
1. 实验设计
- 采用温室盆栽实验，设置2种土壤（黏土与砂质黏壤土）、4种BRP剂量（0、33、66、99 mg ha⁻¹）和4种石灰石剂量（0、1、2、4 mg ha⁻¹），独立评估对大豆和玉米的影响，共4组实验，每组4次重复。
- 土壤采自巴西巴拉那州未耕作深层土（>0.2 m），经风干、过筛后装盆。BRP（商品名RM Fortaleza）和石灰石的化学成分通过X射线荧光光谱（XRF）与衍射（XRD）分析，BRP主要含斜长石（26.97%）、辉石（25.89%）等矿物。

1. 处理与种植

   • 施肥后保持土壤湿润30天以促进反应，随后播种大豆（品种Monsoy 6210）或玉米（品种Morgan 618），20天后间苗至每盆2株。玉米额外施加尿素（100 kg N ha⁻¹）。
     
   • 47天后收割植株，测定地上部干物质（Dry Matter, DM）、磷（P）、钾（K）含量；土壤分析pH、有效P、K、钙（Ca）、镁（Mg）。
     

2. 数据分析

   • 采用Sisvar软件进行方差分析（ANOVA）与回归模型拟合，检验剂量效应显著性。
     

主要结果
1. 植物生长与土壤pH
- BRP显著提高黏土中大豆（+1.92 g DM）和玉米（+2.6 g DM）的生物量，砂质黏壤土中仅玉米响应（峰值剂量53 mg ha⁻¹）。石灰石仅在黏土中轻微促进生长（大豆1.49 g，玉米1.33 g）。
- 两种材料均提升土壤pH，但石灰石效率更高（低剂量即可达同等效果）。BRP的pH调节源于硅酸盐矿物（如斜长石）风化消耗H⁺，作用缓慢但持久。

1. 土壤养分动态

   • 钙与镁：BRP和石灰石均显著增加黏土中Ca²⁺（从低值至高值），但对Mg²⁺影响有限，因BRP中的镁以难溶硅酸盐（如绿泥石）形式存在。
     
   • 磷与钾：BRP使黏土有效P从“极低”升至“高”，砂质黏壤土从“中”升至“极高”；石灰石则无此效果。BRP的P释放可能源于磷灰石（0.52%）溶解及硅氧化物竞争吸附位点。钾释放受土壤pH制约，仅酸性黏土中BRP轻微提升植物K含量。
     

2. 植物营养吸收

   • BRP处理下，大豆叶片P浓度达适宜范围（黏土），玉米P吸收量增加但浓度稳定（1.77 g kg⁻¹）。石灰石导致砂质黏壤土中P浓度下降，印证其无直接供磷能力。
     

结论与价值
1. 科学价值：
- 证实BRP可通过多途径（pH调节、矿物风化、竞争吸附）改善土壤肥力，尤其对贫瘠黏土效果显著。
- 揭示了BRP与石灰石的作用差异：石灰石以快速中和酸度为主，BRP兼具养分供应与长效改良特性。

1. 应用价值：
   
   • 为巴西农业提供低成本、可持续的本地肥料替代方案，减少对进口化肥的依赖。
     
   • 推动采矿废弃物（如BRP）的资源化利用，兼具环境与经济效益。
     

研究亮点
1. 创新方法：首次系统比较BRP与石灰石在两种典型土壤中对大豆和玉米的差异化效应，结合矿物学分析（XRD）解释养分释放机制。
2. 重要发现：BRP的磷增效作用并非仅依赖pH变化，硅氧化物竞争吸附是关键机制，为后续研究提供新方向。
3. 局限性：温室实验未能评估长期田间效果及谷物产量，未来需扩大试验周期与规模。

其他有价值内容
研究建议进一步探索BRP中微量元素（如硅）对作物的潜在益处，并评估其重金属风险（未检测），以完善安全性评价。