袁 平 張黎明? 喬 婷 謝安乾 于東升 史學(xué)正 邢世和 陳翰閱

（1 福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福州 350002）

（2 土壤生態(tài)系統(tǒng)健康與調(diào)控福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350002）

（3 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008）

土壤氮庫（N）是陸地生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分庫的重要組成成分，它與有機(jī)碳庫相輔相成，在維持生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能中發(fā)揮著重要作用[1]。土壤中氮素由于植物生長(zhǎng)、微生物活動(dòng)、人為干擾及氣候條件改變而發(fā)生轉(zhuǎn)化，氮素的氣態(tài)損失和淋溶損失也嚴(yán)重影響著生態(tài)環(huán)境。有研究表明，土壤氮素在反硝化作用下產(chǎn)生的各種含氮?dú)怏w如一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）等直接參與溫室效應(yīng)[2]。此外，氮也是水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要伴隨因子，過量的氮素流入池塘、湖泊、河流和海洋等會(huì)造成藻類種群大爆發(fā)[3]。與自然土壤相比，農(nóng)業(yè)土壤氮庫受到人類活動(dòng)的影響更大，其可以在較短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)化和遷移。因此，明確農(nóng)業(yè)土壤氮庫的動(dòng)態(tài)變化對(duì)研究陸地生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)，以及提高氮素利用率等問題的解決均具有重要的意義[4]。

當(dāng)前，基于數(shù)字化土壤圖結(jié)合土壤普查資料進(jìn)行氮素研究的方法越來越廣泛。從全球尺度來看，Batjes[5]基于1∶500萬的世界土壤圖和4 353個(gè)土壤剖面數(shù)據(jù)對(duì)全球氮儲(chǔ)量進(jìn)行了估算，結(jié)果表明，全球1 m 土層土壤全氮儲(chǔ)量為133～140 Pg（1 Pg= 1015g）。從國(guó)家尺度來看，Tian 等[6]基于1∶100 萬全國(guó)土壤空間分布圖和2 480 個(gè)土壤剖面對(duì)我國(guó)氮庫儲(chǔ)量進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，全國(guó)土壤氮儲(chǔ)量為8.29 Pg。Lin 等[7]利用1∶100 萬中國(guó)土壤圖和全國(guó)第二次土壤普查1 490 個(gè)水稻土剖面數(shù)據(jù)對(duì)我國(guó)水稻土全氮密度和儲(chǔ)量進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，水稻土剖面1 m 土層平均氮密度為12.4 t·hm-2，全氮儲(chǔ)量為569 Tg。從區(qū)域尺度來看，焦閃閃等[8]基于福建省第二次土壤普查的2 021 個(gè)采樣點(diǎn)和2008年農(nóng)業(yè)部測(cè)土配方施肥29 945 個(gè)耕層樣點(diǎn)對(duì)全省耕地全氮密度和儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，1982—2008年該地區(qū)耕地土壤全氮密度和儲(chǔ)量均為上升趨勢(shì)。代子俊等[9]基于第二次土壤普查的45 個(gè)剖面資料和2015年土壤調(diào)查的61 個(gè)剖面數(shù)據(jù)研究了湟水流域土壤全氮的空間變異，結(jié)果表明，近30年來湟水流域土壤全氮呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。

但是從以上研究來看，我國(guó)國(guó)家和區(qū)域尺度上的氮素研究多以中小比例尺數(shù)據(jù)庫靜態(tài)研究為主，而結(jié)合高精度土壤數(shù)據(jù)庫的兩期大樣本實(shí)測(cè)樣點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化研究相對(duì)較少。水稻土作為我國(guó)農(nóng)業(yè)土壤的重要組成部分，耕作歷史超過10 000年，面積達(dá)30 M hm2，水稻產(chǎn)量約占我國(guó)糧食總產(chǎn)量的1/2 以上[10-11]。為了獲得作物高產(chǎn)，農(nóng)民往往加大氮肥的投入，這也導(dǎo)致我國(guó)水稻田面臨著高產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間矛盾的多重挑戰(zhàn)[3]。太湖地區(qū)作為我國(guó)主要水稻產(chǎn)區(qū)，該地區(qū)高產(chǎn)稻田氮肥施用量已經(jīng)達(dá)到360 kg·hm-2，氮肥的大量施用和高溫多雨的特點(diǎn)導(dǎo)致土壤氮素的大量淋失，造成了該流域頻繁的藍(lán)藻爆發(fā)與水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問題[3-4]。基于此，本研究選擇太湖地區(qū)37 個(gè)縣（市、區(qū)）2.32 M hm2水稻土為研究對(duì)象，以1982年第二次土壤普查和2000年土壤質(zhì)量演變與持續(xù)利用“973”項(xiàng)目采集的水稻土樣點(diǎn)資料所建立1∶5 萬大比例尺土壤數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，揭示水稻土全氮含量的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，明確整個(gè)地區(qū)和不同土壤類型、土區(qū)及行政區(qū)的全氮含量動(dòng)態(tài)變化差異的主控因子，研究結(jié)果可為合理制定太湖地區(qū)和我國(guó)南方水稻田的農(nóng)業(yè)管理政策提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

太 湖 地 區(qū)（118°50′～121°54′E， 29°56′～32°16′N）包括江蘇省鎮(zhèn)江、無錫、常州和蘇州，浙江省嘉興、湖州和杭州的一部分，以及整個(gè)上海市，共37 個(gè)縣（市、區(qū)），流域總面積達(dá)3.65 M hm2（圖1）[10]。氣候類型為亞熱帶季風(fēng)氣候，溫和濕潤(rùn)，光照充足，生長(zhǎng)季節(jié)較長(zhǎng)，干濕季明顯，年平均氣溫在16℃左右，年均降水量為1 100～1 400 mm，≥10℃的積溫在5 000℃左右，日照時(shí)數(shù)為1 870～2 225 h，全年無霜期230 d 以上[12]。

經(jīng)過長(zhǎng)期的耕作施肥，太湖地區(qū)形成了以水稻土為主的土壤類型，面積達(dá)到2.32 M hm2，占整個(gè)研究區(qū)土壤總面積的66%[12]。該地區(qū)水稻土可劃分為6 個(gè)亞類（潴育型水稻土、淹育型水稻土、漂洗型水稻土、滲育型水稻土、潛育型水稻土和脫潛型水稻土）和4 個(gè)土區(qū)（低山丘陵土區(qū)、太湖平原土區(qū)、沖積平原土區(qū)和低洼圩田土區(qū)）（圖1）。成土 母質(zhì)為黃土、沖積土和湖泊沉積物等為主。作物管理方式以水稻和冬小麥輪作為主，水稻于6月種植，10月收獲，小麥于11月種植，次年5月收割[11]。

圖1 太湖地區(qū)地理位置和土區(qū)分布圖 Fig.1 Geographic location and paddy soil region map of the Tai-Lake Region，China

1.2 數(shù)據(jù)來源

（1）土壤數(shù)據(jù)。1∶5 萬土壤空間數(shù)據(jù)庫所需基本圖鑒來自于全國(guó)第二次土壤普查成果中太湖地區(qū)37 個(gè)縣（市、區(qū)）1∶5 萬土壤圖，在ArcGIS 支持下采用雙標(biāo)準(zhǔn)緯線等積圓錐投影，對(duì)各個(gè)縣（市、區(qū)）1∶5 萬紙質(zhì)土壤圖進(jìn)行數(shù)字化、編輯和修改建成，共計(jì)水稻土圖斑52 031 個(gè)。土壤圖的基本分類單元為土種，共計(jì)622 個(gè)土種，分別歸屬6 個(gè)亞類和137 個(gè)土屬，所有土壤圖的制圖單元均采用中國(guó)土壤發(fā)生分類系統(tǒng)（Genetic Soil Classification of China，GSCC）[13]。

土壤屬性數(shù)據(jù)庫包括水稻土樣點(diǎn)的位置描述、理化性質(zhì)和肥力因子，如土壤類型名稱、土層深度、剖面地點(diǎn)、全氮、有機(jī)質(zhì)、全磷和全鉀含量等，其中，土壤全氮采用重鉻酸鉀、硫酸硝化-蒸餾法測(cè)定（凱氏定氮法）。1982年表層樣點(diǎn)數(shù)據(jù)來自于太湖地區(qū)37 個(gè)縣（市、區(qū)）在《中國(guó)土種志》、《省級(jí)土種志》、《地市級(jí)土種志》和《縣級(jí)土種志》中所記錄的水稻土剖面資料，共計(jì)1 096 個(gè)（圖2）。2000年表層樣點(diǎn)數(shù)據(jù)來自于土壤質(zhì)量演變與持續(xù)利用“973”項(xiàng)目，共計(jì)1 393 個(gè)（圖2）?？臻g數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)采用 Shi 等[14]提出的“PKB（Pedological Knowledge Based Method）”法[15-17]連接。

圖2 1982年和2000年太湖地區(qū)水稻土樣點(diǎn)分布圖 Fig.2 Distributions of paddy soil sampling sites in the Tai-Lake Region in 1982 and 2000

（2）氣象和施肥數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)來源于太湖地區(qū)13 個(gè)國(guó)家氣象站數(shù)據(jù)資料，包括1982—2000年逐日降雨量、最高和最低氣溫[18]。農(nóng)作物管理數(shù)據(jù)來源于以縣（市、區(qū)）為統(tǒng)計(jì)單元的農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒，包括1982—2000年37 個(gè)縣（市、區(qū)）水稻土年均氮肥和農(nóng)家肥施用量[19]。氣象數(shù)據(jù)和施肥數(shù)據(jù)均以縣（市、區(qū)）為最小統(tǒng)計(jì)單元連接到水稻土數(shù)據(jù)庫中。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

不同土壤類型、土區(qū)和行政區(qū)面積加權(quán)平均全氮含量（STN，Soil Total Nitrogen Content，g·kg-1）、全氮含量變化量（VSTN，Variation of Soil Total Nitrogen，g·kg-1）和全氮含量變化幅度（VSTNC，Variability of Soil Total Nitrogen Content，%）計(jì)算公式如下：

式中，APS 為研究區(qū)水稻土總面積（hm2），APSi和 STNi分別表示土壤數(shù)據(jù)庫中每個(gè)圖斑的面積（hm2）和表層水稻土（0 ～15 cm）全氮含量（g·kg-1），n代表圖斑數(shù)。STNf代表水稻土1982年或2000年土壤全氮含量（g·kg-1），f代表年份（f=1982、2000）。

2 結(jié)果與討論

2.1 1982—2000年太湖地區(qū)水稻土全氮含量變化

在1∶5 萬土壤數(shù)據(jù)庫下太湖地區(qū)水稻土圖斑為52 031 個(gè)，總面積為2.32 M hm2，1982年和2000年表層水稻土（0～15 cm）全氮含量分別為1.58 g·kg-1和1.79 g·kg-1，近20年的增幅為13.3%（表1），這一結(jié)果與很多學(xué)者研究認(rèn)為“第二次土壤普查以來我國(guó)表層土壤全氮含量呈上升趨勢(shì)的結(jié)果一致”[8-10，20-21]。 水稻土全氮含量上升主要驅(qū)動(dòng)因素為該地區(qū)氮肥和農(nóng)家肥施用量的大幅度增加（圖3）[4，8，21-22]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1982年太湖地區(qū)氮肥和農(nóng)家肥平均施用量分別為N 243 kg·hm-2和C 231 kg·hm-2，而2000年為345 kg·hm-2和270 kg·hm-2，增幅分別達(dá)37.66%和19.86%。此外，氣候因子也在長(zhǎng)期的全氮含量變化中起著重要作用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，1982年和2000年太湖地區(qū)年均降雨量分別為1 102 mm 和1 175 mm，該地區(qū)緩慢上升的年均降雨量有利于土壤氮素的積累[23]。

從全氮含量空間分布來看（圖4），1982年太湖地區(qū)水稻土全氮含量總體由南向北遞減，南北差異明顯。其中，全氮含量較高（＞2.0 g·kg-1）的水稻土主要分布在東部、東南部以及南部地區(qū)，面積為0.40 M hm2，占太湖地區(qū)水稻土總面積的17%，這些區(qū)域氣候溫和，較低的溫度和較高的降雨量有利于土壤全氮的積累（表2）。全氮含量較低（＜1.0 g·kg-1）的水稻土主要分布在太湖地區(qū)西北部地區(qū)，面積為0.12 M hm2，占水稻土的總面積的5.1%，這些區(qū)域整體溫度較高，且降水量偏少，導(dǎo)致土壤水分不足，加速了氮素的礦化分解（表2）[23-24]。2000年太湖地區(qū)全氮含量空間分布格局與1982年基本相同，但全氮含量較高（＞2.0 g·kg-1）的水稻土面積增加到0.61 M hm2；此外，全氮含量較低（＜1.0 g·kg-1）的面積減少至0.06 M hm2。從全氮含量變化量空間分布來看，太湖地區(qū)1982—2000年不同區(qū)域差異也較大，且增減趨勢(shì)不一，約68%面積水稻土表層全氮含量有所上升，主要分布在該地區(qū)的西部、西北部和沿江流域，32%面積水稻土全氮含量有所降低，主要分布在太湖地區(qū)的東部、東南部和中部地區(qū)。其中，全氮含量上升范圍在0～0.5 g·kg-1之間的最多，面積達(dá)0.92 M hm2，主要分布在太湖地區(qū)北部和西北部，而全氮含量下降主要集中在-0.5～0 g·kg-1范圍內(nèi)，面積為0.56 M hm2，主要分布在太湖地區(qū)的東北部和東部區(qū)域。太湖地區(qū)水稻土近20年的全氮含量變化量與初始全氮、有機(jī)碳含量呈負(fù)相關(guān)（表2），主要是因?yàn)槿枯^低的區(qū)域，農(nóng)民會(huì)投入更多的肥料來提高作物產(chǎn)量，而全氮含量較高的區(qū)域農(nóng)民往往會(huì)忽略培肥，影響氮素含量[25]。

表1 太湖地區(qū)水稻土全氮含量統(tǒng)計(jì) Table1 Statistics of soil total nitrogen contents in paddy soils of the Tai-Lake Region，China

圖3 1982—2000年太湖地區(qū)氮肥和農(nóng)家肥施用量的年際變化 Fig.3 Inter-annual variation of N-fertilizer（a））and manure（b））application rates during the period from 1982 to 2000 in the Tai-Lake Region

圖4 水稻土全氮含量及變化量空間分布 Fig.4 Spatial distribution map of paddy STN and its variation in the Tai-Lake Region，China

表2 不同亞類、土區(qū)和行政區(qū)水稻土的初始土壤屬性、氣候和施肥數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) Table2 Statistics of initial paddy soil properties，climate data and fertilization data relative to soil subgroup，sub-region and administrative area

2.2 太湖地區(qū)不同亞類水稻土全氮含量差異

從圖5可以看出，太湖地區(qū)不同時(shí)期各亞類全氮含量及其變化量差異很大。潴育型水稻土是太湖地區(qū)分布區(qū)域最廣的亞類，主要分布在太湖平原和丘陵地區(qū)，面積為1.23 M hm2，占研究區(qū)水稻土總面積的52.8%。該亞類1982—2000年全氮含量由1.59 g·kg-1上升至1.83 g·kg-1，增幅達(dá)15.2%（圖5），這主要與其較高的氮肥和農(nóng)家肥施用量及較高的降雨量有關(guān)[25]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，潴育型水稻土的氮肥和農(nóng)家肥年均施用量分別達(dá) N 361 kg·hm-2·a-1和C 278 kg·hm-2·a-1，且年均降雨量超過1 200 mm（表2）。

圖5 表層水稻土（0～15 cm）各亞類全氮含量（a）及全氮含量變化幅度（b） Fig.5 STN（a）and variability of STN（b）in the topsoil layer（0～15 cm）relative to subgroup of paddy soil in the Tai-Lake Region，China

脫潛型水稻土起源于潛育型水稻土，經(jīng)過長(zhǎng)期的耕作施肥和治水改土形成該亞類，面積為0.41 M hm2，占研究區(qū)水稻土總面積的17.7%。該亞類全氮含量變化量是各亞類中最高的，為0.32 g·kg-1，這主要與脫潛型水稻土較高的黏粒含量、氮肥和農(nóng)家肥施用量和年均降雨量有關(guān)[23-25]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，脫潛型水稻土黏粒含量達(dá)30%，氮肥和農(nóng)家肥施用量分別為N 386 kg·hm-2·a-1和C 267 kg·hm-2·a-1，降雨量為1 256 mm（表2）。

滲育型水稻土多分布于地勢(shì)較高的地區(qū)，耕作年限較短，面積為0.37 M hm2，占研究區(qū)水稻土總面積的15.9%，該亞類1982—2000年全氮含量由1.23 g·kg-1上升至1.41 g·kg-1，增幅為15.1%。盡管較高的溫度（16.3℃）和較少的降雨量（1 146 mm）導(dǎo)致該亞類的1982年的土壤全氮含量較低[25-26]，但近20年較多的氮肥（N 324 kg·hm-2·a-1）和農(nóng)家肥施用量（C 240 kg·hm-2·a-1）也使得該亞類全氮含量呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)（表2）[24-25]。

漂洗型水稻土主要分布于低山丘陵的梯田，強(qiáng)度淋洗作用導(dǎo)致黏粒淋失嚴(yán)重，該亞類太湖地區(qū)分布面積為0.20 M hm2，占研究區(qū)水稻土總面積的8.6%[27]。土壤砂粒多（75%）和黏粒少（16%）導(dǎo)致該亞類1982年全氮含量?jī)H為1.18 g·kg-1，但1982—2000年全氮含量上升了0.24 g·kg-1，這與該亞類近20年氮肥（N 303 kg·hm-2·a-1）和農(nóng)家肥（C 205 kg·hm-2·a-1）施用量相對(duì)較高有關(guān)[26]。

潛育型水稻土面積為0.10 M hm2，占研究區(qū)水稻土總面積的4.3%，是太湖地區(qū)唯一全氮含量下降的亞類。該亞類長(zhǎng)期處于淹水還原狀態(tài)，通氣性不良導(dǎo)致土壤有機(jī)氮的礦化作用較弱而易于積累，1982年的土壤全氮含量高達(dá)2.33 g·kg-1[24]。但1982—2000年全氮含量下降了0.61 g·kg-1，變化幅度為-26.3%，這主要與該亞類較高的初始有機(jī)氮含量、年均溫度和較低的農(nóng)業(yè)投入有關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該亞類有機(jī)肥施用量?jī)H為C 225 kg·hm-2·a-1，年均溫度高達(dá)16.7℃（表2）[24-26]。

淹育型水稻土在太湖地區(qū)僅有0.01 M hm2，主要分布在丘陵崗地的上部。1982年該亞類全氮含量較低為1.00 g·kg-1，主要與其高溫少雨的氣候條件和土壤性質(zhì)有關(guān)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，該亞類溫度和降雨量分別為16.1℃和1 080 mm，黏粒含量?jī)H為15%。后期增加氮肥和農(nóng)家肥的投入，2000年全氮含量提高了0.22 g·kg-1[25]。

2.3 太湖地區(qū)不同土區(qū)水稻土全氮含量差異

太湖地區(qū)是我國(guó)糧食高產(chǎn)地區(qū)，在因地制宜、合理布局方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)成土母質(zhì)、土地利用方式、耕作制度和農(nóng)業(yè)利用的特點(diǎn)分為4 個(gè)土區(qū)：丘陵低山土區(qū)、太湖平原土區(qū)、沖積平原土區(qū)和低洼圩田土區(qū)[12]。

從圖6可以看出，太湖地區(qū)不同時(shí)期各土區(qū)水稻土全氮含量及其變化量差異也很大。低洼圩田土區(qū)位于太湖地區(qū)西北部和南部，水稻土面積為0.69 M hm2，主要土壤類型是潴育型水稻土和脫潛型水稻土，約占該土區(qū)水稻土總面積的90%。1982年和2000年土壤全氮含量均很高，分別為1.83 g·kg-1和2.01 g·kg-1，這主要是該地區(qū)較高的黏粒含量（31%）和氮肥、農(nóng)家肥施用量（分別為N 385 kg·hm-2· a-1和C 249 kg·hm-2·a-1）導(dǎo)致了全氮的富集（表2）[8，24，29]。但1982—2000年間當(dāng)?shù)剞r(nóng)民對(duì)該土區(qū)的潛育水稻土進(jìn)行治水改土，使土壤的結(jié)構(gòu)和肥力等發(fā)生了較大的變化，地下水位的降低、微酸性（6.6）和很高的初始全氮含量（1.83 g·kg-1）降低了土壤全氮富集的速度，近20年全氮含量變幅在各土區(qū)中是最低的，僅為9.8%[25，27-28]。

沖積平原土區(qū)沿長(zhǎng)江與錢塘江呈帶狀分布，水稻土覆蓋面積為0.64 M hm2，占研究區(qū)水稻土總面積的27.5%[13]。該土區(qū)內(nèi)側(cè)沿江過渡地區(qū)石灰性強(qiáng)，砂粒多，黏粒少，土壤空隙大，導(dǎo)致漏水漏肥較嚴(yán)重，初始全氮含量較低[29]。1982—2000年全氮含量富集較快，變化量為0.26 g·kg-1，變化幅度為17.9%。這主要與該土區(qū)較低的初始全氮含量及較高的氮肥和農(nóng)家肥施用量有關(guān)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，沖積平原土區(qū)水稻土初始全氮含量為1.45 g·kg-1，氮肥和農(nóng)家肥施用量分別達(dá)N 378 kg·hm-2·a-1和C 330 kg·hm-2·a-1（表2）[25]。

低山丘陵土區(qū)主要分布在太湖地區(qū)的西部與北部，水稻田面積為0.39 M hm2，占研究區(qū)水稻土總面積的17.0%[13]。該土區(qū)受地形的影響導(dǎo)致水分流失與地表側(cè)漏，土壤質(zhì)地較粗，黏粒含量?jī)H為22%，氮素難以明顯富集[31]。1982年土壤全氮含量?jī)H為1.38 g·kg-1，低于其他3 個(gè)土區(qū)，而2000年土壤全氮含量提升至1.82 g·kg-1，主要原因與該土區(qū)較低的年均溫度以及較高的降雨量有關(guān)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，1982—2000年該土區(qū)的年均溫度和降雨量分別為16.1℃和1 217 mm（表2）[24-25]；此外，較低的初始全氮也導(dǎo)致后期氮肥和有機(jī)肥的大量投入，導(dǎo)致近20年間全氮含量增幅達(dá)31.8%。

太湖平原土區(qū)位于太湖地區(qū)的東部和北部，水稻土面積為0.59 M hm2，占研究區(qū)水稻土總面積的25.5%[13]。該土區(qū)土壤類型以潴育型水稻土（0.28 M hm2）和漂洗型水稻土（0.13 M hm2）為主。1982—2000年該土區(qū)年均氣溫和年均降水量分別為16.5℃和1 154 mm，高溫少雨的氣候條件不利于氮素的富集，全氮含量?jī)H上升0.04 g·kg-1[24-26]。

圖6 表層水稻土（0～15 cm）不同土區(qū)全氮含量（a）及全氮含量變化幅度（b） Fig.6 STN（a）and variability of STN（b）in the topsoil layer（0～15 cm）relative to soil sub-regions in the Tai-Lake Region，China

2.4 太湖地區(qū)不同行政區(qū)水稻土全氮含量差異

從太湖地區(qū)各省份表層水稻土全氮含量變化來看（表3），1982—2000年江蘇省、上海市和浙江省全氮含量均呈富集趨勢(shì)。其中，地處南部及西南部的浙江省水稻土全氮含量最高，增幅最大，由1982年的1.79 g·kg-1增長(zhǎng)至2000年的2.22 g·kg-1，變化幅度達(dá)24.0%；而北部及西北部的江蘇省水稻土全氮含量最低、增長(zhǎng)幅度較小，由1982年的1.48 g·kg-1增長(zhǎng)至2000年的1.59 g·kg-1，變化幅度僅為7.4%；上海市水稻土全氮含量及增長(zhǎng)幅度位于浙江省與江蘇省之間，由1982年的1.64 g·kg-1增長(zhǎng)至2000年的1.89 g·kg-1，變化幅度為15.2%。浙江省水稻土氮素富集程度明顯高于江蘇省，一方面由于該省份農(nóng)業(yè)投入高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，浙江省氮肥和農(nóng)家肥施入量分別為N 418 kg·hm-2·a-1和C 302 kg·hm-2·a-1，而江蘇省氮肥和農(nóng)家肥投入量?jī)H分別為N 315 kg·hm-2·a-1和C 200 kg·hm-2·a-1；另一方面是因?yàn)槎吣昃涤炅亢蜏囟炔町愝^大，浙江省年均降雨量和溫度分別為1 347 mm 和16.4℃，而江蘇省分別為1 156 mm 和16.5℃，高溫少雨的氣候條件會(huì)導(dǎo)致土壤水分不足，土壤孔隙度變大，有利于氮素的礦化分解（表2）。

表3 太湖地區(qū)不同縣（市）水稻土面積、土壤全氮含量、變化量及變化幅度分布 Table3 Area of and soil total nitrogen content，variation of soil total nitrogen in content and variability of soil total nitrogen in content in paddy soil relative to administrative area in the Tai-Lake Region，China

續(xù)表

從太湖地區(qū)各縣（市、區(qū)）表層水稻土全氮含量變化來看（表3），1982—2000年間安吉縣、長(zhǎng)興縣、川沙縣、閔行區(qū)、余杭縣和崇明縣全氮含量變化量大于0.6 g·kg-1，變化幅度均超過40%。這可能與閔行區(qū)、川沙縣和余杭縣初始土壤全氮含量較低有關(guān)，分別僅為1.24、1.41、1.55 g·kg-1，且安吉縣、余杭縣、長(zhǎng)興縣、閔行區(qū)和川沙縣年均降雨量超過1 200 mm，崇明縣和長(zhǎng)興縣年均氮肥施用量較高，超過N 350 kg·hm-2·a-1。相反，1982—2000年間吳縣、青浦縣、嘉善縣和丹陽縣4 個(gè)縣（市、區(qū)）全氮含量有所下降，變化量分別為-0.42、-0.03、-0.01和-0.004 g·kg-1。這可能與這4 個(gè)縣較高的初始全氮含量、初始有機(jī)碳含量及氣候條件有關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，吳縣、嘉善縣、青浦縣和丹陽縣初始全氮含量分別為2.18、2.17、1.98 和1.36 g·kg-1，初始土壤有機(jī)碳含量分別為23.45、20.77、20.50 和11.59 g·kg-1，且丹陽縣年均降雨量?jī)H為1 068 mm，年均溫度達(dá)到16.2℃。有研究表明，土壤全氮變化與土壤有機(jī)碳變化趨勢(shì)呈正相關(guān)關(guān)系[30]。其他各縣（市、區(qū)）全氮含量變化量介于0～0.6 g·kg-1之間，變化幅度介于1%～40%之間。

總體來看，太湖地區(qū)各省份和縣（市、區(qū)）全氮含量變化一方面受到土壤屬性及氣候條件的影響[31]；另一方面也受到化肥施用量的影響，一般情況下高的化肥施用量會(huì)導(dǎo)致全氮含量快速富集。相關(guān)研究表明，我國(guó)肥料利用率平均不到30%，低于世界平均水平，而過量的肥料投入會(huì)通過地表進(jìn)入水體，增加水體營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)[32]。因此，在今后太湖地區(qū)水稻田管理過程中，根據(jù)各個(gè)區(qū)域的土壤屬性和肥料投入量制定適宜的農(nóng)業(yè)管理措施十分重要。

3 結(jié) 論

準(zhǔn)確評(píng)估太湖地區(qū)水稻土全氮含量動(dòng)態(tài)變化及空間分布可為防控該流域水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問題提供重要依據(jù)。從本研究來看，1982—2000年太湖地區(qū)表層水稻土全氮含量整體呈上升趨勢(shì)，平均增加了0.21 g·kg-1，氮素富集明顯。從不同水稻土亞類來看，脫潛型、潴育型、漂洗性和淹育型水稻土全氮含量增長(zhǎng)均超過0.20 g·kg-1，而潛育型水稻土是唯一下降的亞類，減少了0.61 g·kg-1。從不同土區(qū)來看，低山丘陵土區(qū)和沖擊平原土區(qū)水稻土全氮含量上升較多，分別為0.44 和0.26 g·kg-1，而低洼圩田土區(qū)和太湖平原土區(qū)全氮含量增長(zhǎng)緩慢，分別為0.18 和0.04 g·kg-1。從不同行政區(qū)來看，江蘇省、上海市和浙江省太湖地區(qū)水稻土全氮含量均呈不同程度的富集。由于施肥、氣候和土壤理化性質(zhì)等因素的共同作用，1982—2000年太湖地區(qū)土壤全氮含量產(chǎn)生不同程度的變化，不同亞類、土區(qū)和行政區(qū)全氮含量差異顯著。因此，在今后太湖地區(qū)水稻土種植管理中，根據(jù)不同亞類、土區(qū)和行政區(qū)氮素富集程度適當(dāng)減少氮肥施用量，以防止氮素流失造成的水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)是十分必要的。