董一漩 屠乃美魏征

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；第一作者：2364277920＠qq.com；*通訊作者：tnm505＠163.com）

土壤肥力按成因可分為自然肥力和人為肥力。自然肥力受氣候、生物、母質(zhì)、地形和年齡五大因素影響；人為肥力受人為勞作活動(dòng)的影響，如耕作、施肥、灌溉等行為。土壤肥力是衡量土壤能夠提供作物生長(zhǎng)所需的各種養(yǎng)分的能力。水稻土是以種植水稻為主的耕作制度下，人為管理措施影響下形成的[1]。我國(guó)中低產(chǎn)田占耕地總面積的2/3，改良中低產(chǎn)田土壤質(zhì)量、提高糧食作物單產(chǎn)成為解決糧食安全問(wèn)題的有效途徑，是實(shí)現(xiàn)藏糧于地戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)。不同基礎(chǔ)肥力土壤生產(chǎn)力、施肥技術(shù)和培肥技術(shù)不相同，如何根據(jù)不同肥力水平做到合理施肥、有效培肥對(duì)水稻生產(chǎn)具有指導(dǎo)性的意義。

1 我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)土壤基礎(chǔ)地力狀況

據(jù)全國(guó)第二次土壤普查統(tǒng)計(jì)，全國(guó)耕地按質(zhì)量等級(jí)由高到低依次劃分為一至十等。其中，評(píng)價(jià)為一至三等的耕地面積為3 320.0萬(wàn)hm2，占耕地總面積的27.3%；評(píng)價(jià)為四至六等的耕地面積為5 453.3萬(wàn)hm2，占耕地總面積的44.8%；評(píng)價(jià)為七至十等的耕地面積為3 400.0萬(wàn)hm2，占耕地總面積的27.9%[2]。我國(guó)不同區(qū)域土壤等級(jí)比例見(jiàn)表1。我國(guó)水稻土面積為2 978.0萬(wàn)hm2，約占全國(guó)耕地面積的1/5。我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)水稻土分為4大區(qū)域：東北區(qū)，主要分布在吉林、黑龍江；長(zhǎng)江中下游區(qū)，主要分布在江蘇、上海、浙江、安徽、江西、湖北、湖南；西南區(qū)，主要分布在四川、重慶、云南、貴州；華南區(qū)，主要分布在福建、廣東、廣西、海南[3]。全國(guó)不同省份水稻土土壤基礎(chǔ)肥力見(jiàn)表2。

2 不同肥力土壤特性的差異

2.1 不同肥力土壤的物理特性

土壤容重和孔隙度是土壤重要的物理指標(biāo)。土壤容重直接影響土壤孔隙度與孔隙的大小，其對(duì)土壤的持水性及溶質(zhì)遷移有一定的影響，從而影響植物的根系生長(zhǎng)和生物量的積累[12]。王宜倫等[13]認(rèn)為，超高產(chǎn)田土壤容重普遍低于高產(chǎn)田，土壤孔隙度明顯高于高產(chǎn)田。耕層土壤容重小、孔隙度大，結(jié)構(gòu)性良好，有利于作物根系的生長(zhǎng)，促進(jìn)作物的生長(zhǎng)發(fā)育，從而提高作物產(chǎn)量[14-16]。土壤團(tuán)聚體被認(rèn)為是土壤養(yǎng)分的“貯藏庫(kù)”，其數(shù)量的多少能夠反映土壤供儲(chǔ)養(yǎng)分能力的強(qiáng)弱，其穩(wěn)定性主要受土壤肥力的影響[17-18]。團(tuán)聚體穩(wěn)定性包括機(jī)械穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等。相關(guān)研究表明，土壤團(tuán)聚體破壞率與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)，即土壤有機(jī)質(zhì)含量越高，團(tuán)聚體破壞率越低[19]。高產(chǎn)肥力土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍較高，其團(tuán)聚體破壞率較低。此外，土壤團(tuán)聚體的化學(xué)穩(wěn)定性受鹽溶液濃度和土壤肥力水平的共同作用，中、低肥力土壤對(duì)氮肥溶液的響應(yīng)較為強(qiáng)烈，而高肥力土壤對(duì)其響應(yīng)較弱[20]。高肥力土壤較中、低肥力土壤耕層土壤結(jié)構(gòu)好，有利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的提高。

表1 我國(guó)不同區(qū)域不同土壤等級(jí)比例 （%）

2.2 不同肥力土壤的化學(xué)特性

土壤化學(xué)指標(biāo)包括全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀、pH值等。氮是作物正常生長(zhǎng)發(fā)育所需的主要養(yǎng)分，高肥力土壤和中肥力土壤的可溶性氮含量均高于低肥力土壤。鄭圣先等[1]認(rèn)為，高產(chǎn)水稻土有機(jī)質(zhì)、全氮和速效磷含量非常豐富；中產(chǎn)水稻土的有機(jī)質(zhì)、全氮和速效磷含量處于豐富水平；低產(chǎn)水稻土的有機(jī)質(zhì)、全氮和速效磷養(yǎng)分顯著低于高產(chǎn)和中產(chǎn)水稻土。而李銳[21]認(rèn)為，不同肥力土壤差異主要表現(xiàn)在全氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量的不同，高肥力土壤的全氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量高，而不同肥力土壤pH值和速效磷含量差異不大。不同研究的結(jié)果不同可能是由于兩者所研究的土壤質(zhì)地不同，土壤物理特性存在差異所導(dǎo)致。陽(yáng)離子交換量（CEC）反映了土壤的保肥、供肥和緩沖性能，其與土壤肥力呈正相關(guān)。低肥力土壤中有機(jī)質(zhì)含量低、粘粒少，土壤陽(yáng)離子交換量低[22]。

表2 我國(guó)部分省份水稻土土壤基礎(chǔ)地力

2.3 不同肥力土壤的生物學(xué)特性

土壤微生物量碳是土壤有機(jī)質(zhì)中的活性部分，可較為直觀地反映土壤微生物和土壤肥力狀況，是評(píng)價(jià)土壤微生物數(shù)量和活性及土壤肥力的重要指標(biāo)[23-24]。土壤微生物量碳和氮的變化趨勢(shì)都表現(xiàn)為高肥水稻土＞低肥水稻土＞旱地高產(chǎn)土壤＞旱地低產(chǎn)土壤，即隨著土壤肥力水平的提高，土壤微生物量C、N也相應(yīng)的增加[25]。微生物數(shù)量是土壤肥力的重要指標(biāo)，與土壤養(yǎng)分含量呈正相關(guān)[26-27]。土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量大，表明土壤肥力水平較高。超高肥力土壤細(xì)菌、自生固氮菌和纖維素分解菌數(shù)量顯著高于高肥力土壤，而真菌和放線菌數(shù)量略低[13]。有機(jī)質(zhì)、速效鉀與各微生物指標(biāo)之間均呈極顯著正相關(guān)，堿解氮、速效磷與各微生物指標(biāo)之間的相關(guān)性不明顯[28]?？梢?jiàn)，高肥力土壤養(yǎng)分含量高，土壤中微生物種類(lèi)和數(shù)量也高于低肥力土壤。此外，土壤酸堿度對(duì)微生物數(shù)量也有一定影響，酸性土壤中真菌數(shù)量多，中性或堿性土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量較多[29]。土壤酶是土壤中產(chǎn)生專(zhuān)一生物化學(xué)反應(yīng)的生物催化劑，由微生物、動(dòng)植物活體分泌以及動(dòng)植物殘?bào)w分解釋放[30]。酶活性是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)之一，它不僅能反映土壤生物活性的高低，而且能表征土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力的強(qiáng)弱。在高、低肥力區(qū)域，隨施氮量的增加，過(guò)氧化氫酶活性先降低而后升高，而中等肥力區(qū)所表現(xiàn)的規(guī)律恰好相反。脲酶活性強(qiáng)弱間接反映了土壤的供氮水平的高低，且堿解氮與脲酶活性呈極顯著相關(guān)[31]。高氮水平下，堿解氮的含量增加，但脲酶的活性反而低于中氮水平[32]。

3 不同肥力土壤對(duì)水稻的影響

3.1 不同肥力土壤對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響

高肥力土壤自身氮素含量高于低肥力土壤，能滿(mǎn)足水稻分蘗的養(yǎng)分需求，其水稻莖蘗數(shù)和最終成穗率均高于低肥力土壤。低肥力土壤自身氮素養(yǎng)分貧瘠對(duì)水稻前期分蘗有很大影響，但其有效分蘗期和最高分蘗期與高肥力土壤之間無(wú)明顯差異[33]。李杰等[34]研究發(fā)現(xiàn)，Q優(yōu)6號(hào)孕穗期SPAD值在低肥水平下，上部葉片高于下部葉片；中肥水平下，4張葉片值較接近；高肥水平下，下部葉片值高于上部葉片。準(zhǔn)兩優(yōu)527不同肥力水平下葉片SPAD值均表現(xiàn)為4葉位＞3葉位＞2葉位＞1葉位。陳曉陽(yáng)等[35]研究表明，隨肥力水平的提升，抽穗期SPAD值表現(xiàn)為頂1葉＞頂2葉＞頂3葉＞頂4葉。前人研究表明，同一生育時(shí)期同一葉位SPAD值可能因品種的不同存在差異；不同生育時(shí)期同一葉位的SPAD值也可能存在差異?？傮w來(lái)講，高肥力土壤的水稻生長(zhǎng)發(fā)育狀況顯著好于低肥力土壤。

3.2 不同肥力土壤對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

土壤肥力是影響作物產(chǎn)量的重要因素。高地力土壤有較高的土壤供氮、供鉀能力，生物量隨生育期的延長(zhǎng)不斷高于低地力土壤[36]。劉艷陽(yáng)[37]研究表明，在砂土、粘土土壤種植的水稻產(chǎn)量、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)均表現(xiàn)出高地力＞中地力＞低地力。千粒重在兩種土壤類(lèi)型上存在差異，在砂土上表現(xiàn)為低地力＞中地力＞高地力，而粘土中不同地力種植的水稻千粒重差異不顯著。同樣，結(jié)實(shí)率在兩種土壤類(lèi)型上也存在差異，粘土上水稻結(jié)實(shí)率高、中地力＞低地力，砂土上不同地力種植的水稻結(jié)實(shí)率差異不顯著。郭麗等[38]認(rèn)為，高、中肥力條件與低肥力條件下的產(chǎn)量差異達(dá)極顯著水平，而高肥力與中肥力產(chǎn)量差異不明顯。孫義祥等[33]認(rèn)為，雖然高肥力土壤條件下水稻前期供氮養(yǎng)分充足，分蘗旺盛，成穗率高，但后期群體間的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用導(dǎo)致結(jié)實(shí)率與千粒重下降。這與張軍等[39]的觀點(diǎn)相同?？傊?，土壤地力水平高，單位面積有效穗數(shù)和穗粒數(shù)多，產(chǎn)量就高。

4 不同肥力土壤的培肥措施

4.1 化肥的合理施用

近年來(lái)，農(nóng)民一味地追求高產(chǎn)而大量增施化肥，導(dǎo)致肥料利用率降低和環(huán)境條件的惡化。不同土壤肥力所需外源養(yǎng)分量不同，如何根據(jù)土壤所需補(bǔ)充養(yǎng)分，提高肥料利用率，成為現(xiàn)今研究者急切需要解決的問(wèn)題。

低地力土壤基礎(chǔ)供氮量少，氮肥的貢獻(xiàn)率與高地力條件下相比較大，增施氮肥對(duì)低地力土壤水稻產(chǎn)量增加的影響較大[40]。張軍等[39]認(rèn)為，隨施氮量增加，氮素收獲指數(shù)與生理利用率均表現(xiàn)為高地力＜中地力＜低地力的趨勢(shì)，合理施氮有利于提高作物的氮素生理利用率。張洪程等[41]研究認(rèn)為，氮肥利用率隨施氮量的增加而增加，至中肥處理達(dá)最大值，而高肥處理則顯著降低。低地力土壤需足量氮肥，以滿(mǎn)足水稻前期分蘗所需養(yǎng)分，促使水稻形成大的群體，增加穗數(shù)；高、中地力土壤條件下要適時(shí)控氮，氮素過(guò)量，作物后期易出現(xiàn)貪青晚熟和倒伏現(xiàn)象。額外添加氮肥，對(duì)低肥力土壤的活性氮組分含量的增幅最大，而對(duì)高肥力土壤增幅最低，對(duì)高肥力土壤外添大量氮肥，可能會(huì)導(dǎo)致氮素利用率降低和養(yǎng)分損失[42]?？梢?jiàn)，根據(jù)土壤地力來(lái)調(diào)整水稻的施氮量及合理運(yùn)籌，是提高水稻產(chǎn)量和氮素利用率的一條有效途徑。當(dāng)然，同一類(lèi)型土壤的不同肥力水平下氮肥利用率有差異[43]，不同土壤類(lèi)型同一肥力水平下氮肥利用率也有差異。在實(shí)際生產(chǎn)中，合理施用氮肥要同時(shí)考慮土壤類(lèi)型和肥力兩因素。

大量研究表明，施鉀可提高水稻產(chǎn)量，利于養(yǎng)分向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)和分配，促進(jìn)有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和粒重的增加，從而提高產(chǎn)量[43-45]。作物對(duì)鉀元素的吸收、利用與土壤中鉀素含量的高低有關(guān)。在低肥力土壤條件下，增施鉀肥可以滿(mǎn)足籽粒產(chǎn)量形成的鉀素需求，增加植株養(yǎng)分中鉀素的比例，獲得高產(chǎn)。在高肥力土壤條件下，增施鉀肥，產(chǎn)量增加不明顯，且鉀肥過(guò)量施用，水稻產(chǎn)量反而下降[46]。適量的氮、磷、鉀肥有利于養(yǎng)分向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，增加籽粒養(yǎng)分積累量，三者之間的轉(zhuǎn)運(yùn)量存在顯著的協(xié)同效應(yīng)[47]。孫義祥等[33]認(rèn)為，在低肥力土壤上增施鈣肥可增加水稻的莖蘗數(shù)，顯著提高產(chǎn)量；在高肥力土壤上增施鈣肥在水稻生育后期千粒重卻降低。低肥力土壤與高肥力土壤相比，施肥有必要添加鈣元素。湖南土壤以紅壤較多，紅壤偏酸性，鈣肥的施用可以提高土壤酸堿度，同時(shí)還能消除某些離子如H+、Al3+、Na+等過(guò)多造成的毒害。

4.2 增施有機(jī)肥

有機(jī)肥分為農(nóng)家肥、綠肥和腐殖酸肥三大類(lèi)型。農(nóng)家肥是農(nóng)戶(hù)將人畜糞便以及其它原料加工而成，常見(jiàn)的有廄肥、堆肥、草木灰等。常見(jiàn)綠肥作物有紫云英、黑麥草、豌豆等。腐殖質(zhì)類(lèi)肥料是利用泥炭、褐煤、風(fēng)化煤等原料加工而成。綠肥翻壓還田可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成和提高團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，降低土壤容重，改善土壤結(jié)構(gòu)[48-50]?？梢?jiàn)，有機(jī)肥的施用可改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力。葉協(xié)鋒等[51]研究表明，翻壓綠肥顯著提高了土壤的酶活性和肥力水平，當(dāng)翻壓量為22 500～30 000 kg/hm2時(shí)，土壤酶活性和肥力水平達(dá)到最高。當(dāng)有機(jī)肥和化肥配合施用時(shí)，提高了氮肥的利用率，土壤的微生物數(shù)量和活性顯著增加，從而提高了土壤肥力[52-53]。且在低肥力的土壤中有機(jī)肥無(wú)機(jī)肥配施其土壤微生物的數(shù)量和活性顯著增加，對(duì)改善土壤肥力有明顯效果[54]。魯艷紅[55-56]等研究表明，紅壤水稻土長(zhǎng)期配合施用化肥與豬糞可以提高磷酸酶活性。此外，有機(jī)肥的施入還能夠提高土壤微生物量氮和可溶性氮的含量及其比例[57]?？梢?jiàn)，有機(jī)肥可以改善土壤結(jié)構(gòu)、提升土壤肥力和緩沖能力，增加微生物數(shù)量，從而提高作物產(chǎn)量[58]。

作物秸稈內(nèi)含有大量的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，秸稈還田被普遍認(rèn)為是一項(xiàng)培肥增產(chǎn)措施。研究表明，在秸稈還田條件下提高土壤養(yǎng)分的同時(shí)，可降低土壤容重，增加孔隙度，有利于作物根系生長(zhǎng)，提高土壤質(zhì)量，增加作物產(chǎn)量[59]。在秸稈分解的過(guò)程中，增加了土壤有機(jī)碳，為土壤微生物生長(zhǎng)提供了豐富的碳源和氮源，微生物的活性增強(qiáng)[60]。秸稈還田配施秸稈快腐劑可增加土壤陽(yáng)離子交換量、土壤腐殖質(zhì)含量和活性[61]。另有研究表明，秸稈還田是緩解土壤鉀素虧缺的有效措施，且施用鉀肥可以增加作物產(chǎn)量[62]。中、低肥力土壤均可通過(guò)長(zhǎng)期秸稈還田方式增加土壤養(yǎng)分，提高土壤肥力。

4.3 耕作方式

耕作通過(guò)改變土壤的物理結(jié)構(gòu)而影響土壤肥力。旋耕和常規(guī)翻耕均可提高土壤質(zhì)量，但翻耕處理土壤耕層較深，短時(shí)間內(nèi)土壤養(yǎng)分含量提升幅度低[63]。旋耕處理土壤礦質(zhì)結(jié)合態(tài)有機(jī)碳、土壤顆粒有機(jī)碳含量均高于常規(guī)耕作[64]。免耕處理土壤易板結(jié)，連續(xù)免耕土壤容重顯著增加、土壤酸化嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量下降[65]。但這與王碧勝等[66]的研究結(jié)果不同?？赡苁且蛲寥蕾|(zhì)量、作物生長(zhǎng)環(huán)境、栽培措施等因素有關(guān)。此外，有研究表明，免耕／深松輪耕模式能有效增加土壤有機(jī)碳和全氮儲(chǔ)量，提高土壤肥力[67]。輪耕促使土壤中層養(yǎng)分量聚集，且有效降低了中下層土壤的鎘含量[68]。

5 研究展望

作物生長(zhǎng)發(fā)育的養(yǎng)分需求主要是從土壤中吸收，而土壤基礎(chǔ)地力的高低決定了能夠提供養(yǎng)分的能力。近年來(lái)，一直有學(xué)者針對(duì)不同基礎(chǔ)肥力土壤對(duì)肥料的響應(yīng)開(kāi)展研究，且集中在不同氮肥施用量對(duì)不同肥力土壤的理化性質(zhì)、植株養(yǎng)分吸收規(guī)律等方面的影響。試驗(yàn)中評(píng)價(jià)肥力差異性的一些養(yǎng)分指標(biāo)在等級(jí)變化中其增減幅度有所不同，可能因土壤自身所含養(yǎng)分的多少或種植水稻品種對(duì)養(yǎng)分吸收能力的不同而導(dǎo)致結(jié)果具有差異性。大量研究指出，高肥力稻田水稻產(chǎn)量顯著高于中、低肥力稻田，但對(duì)于影響水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的變化沒(méi)有達(dá)到一致認(rèn)同，有人認(rèn)為高肥力稻田因結(jié)實(shí)率、千粒重的增加而增產(chǎn)，也有人認(rèn)為高肥力稻田千粒重與中、低稻田無(wú)明顯差異。不同生態(tài)環(huán)境、土壤類(lèi)型、栽培品種對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素有較大的影響。關(guān)于產(chǎn)量構(gòu)成各因素對(duì)產(chǎn)量影響的程度還需做大量研究，將試驗(yàn)條件盡量控制在同等水平下。近幾年的研究中常采用綠肥作為有機(jī)肥無(wú)機(jī)肥配施中的有機(jī)肥營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，因綠肥種類(lèi)較多，試驗(yàn)研究土壤類(lèi)型不同，還需將綠肥種類(lèi)及配比比例和土壤類(lèi)型相聯(lián)系，進(jìn)一步探討其有效培肥的組合方式。目前，常采用一些基本的養(yǎng)分含量指標(biāo)和與氮源相關(guān)的酶活性指標(biāo)來(lái)判斷土壤肥力狀況，而對(duì)土壤微生物數(shù)量和種類(lèi)與土壤肥力水平這方面的報(bào)道較少。另外，土壤肥力還受當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、水稻品種、栽培措施等因素的影響。因此，不同肥力土壤培肥要做到“因地培肥，因肥施量”。