李冬初，黃晶，馬常寶，薛彥東，高菊生，王伯仁，張楊珠，柳開(kāi)樓,4，韓天富，張會(huì)民

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/耕地培育技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；3農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)保護(hù)中心，北京 100125；4江西省紅壤研究所/國(guó)家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，江西進(jìn)賢 331717）

0 引言

【研究意義】土壤有機(jī)質(zhì)與土壤質(zhì)量密切相關(guān)，有機(jī)質(zhì)數(shù)量的耗竭和質(zhì)量的惡化可直接導(dǎo)致土壤生態(tài)功能的衰退[1]。土壤有機(jī)質(zhì)的變化受多種因素的影響，具有較強(qiáng)的時(shí)空變異性[2-4]。水稻土是中國(guó)面積最大、分布最廣的耕地土壤，占全國(guó)耕地面積的1/5，維持稻田土壤質(zhì)量和生態(tài)功能對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)和安全至關(guān)重要[5-6]。研究稻田土壤有機(jī)質(zhì)變化對(duì)全面了解我國(guó)稻田合理施肥以及保障作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤有機(jī)質(zhì)變化方面已開(kāi)展了較多研究，包括國(guó)家尺度、省域尺度，以及典型地區(qū)和氣候帶，土壤類(lèi)型區(qū)等方面。黃耀等基于1980—2000年文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的研究表明，全國(guó)近60%的農(nóng)田表層土壤有機(jī)質(zhì)含量上升，有機(jī)碳儲(chǔ)量總體增加310—400 Tg，其中水稻土和潮土有機(jī)質(zhì)含量增加明顯[3]。楊帆等比較測(cè)土施肥和全國(guó)第二次土壤普查數(shù)據(jù)，結(jié)果表明近30年全國(guó)農(nóng)田耕層土壤有機(jī)質(zhì)提高4.85 g·kg-1，并指出我國(guó)農(nóng)田有機(jī)質(zhì)上升原因可能包括秸稈還田、農(nóng)作物產(chǎn)量的快速提升、免耕少耕技術(shù)推廣以及堆肥和綠肥的施用等[4]。TANG等通過(guò)14 371個(gè)野外監(jiān)測(cè)點(diǎn)，估算出全國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)不同土地利用方式碳庫(kù)特征，認(rèn)為其與年均氣溫和降水關(guān)系顯著，并指出82.9%的碳庫(kù)存在于0—1 m的土層中[7]。PAN等[8]通過(guò)比較國(guó)家耕地土壤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和全國(guó)第二次土壤普查數(shù)據(jù)，研究表明全國(guó)稻田表層土壤有機(jī)碳密度顯著高于旱地，其固碳潛力巨大層中。顧成軍等分別在不同省域尺度上研究土壤有機(jī)質(zhì)變化特征，認(rèn)為不同土地利用方式，肥料的大量施用，秸稈還田及其土壤類(lèi)型等顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)含量[9-16]。楊玉盛等分別分析了中亞熱帶山區(qū)、黃土丘陵溝壑區(qū)、東北黑土區(qū)等地帶性土壤有機(jī)質(zhì)變化特征，表明不同土地利用方式、土壤類(lèi)型、土壤覆蓋、土壤坡度等影響土壤有機(jī)質(zhì)含量[17-19]。任麗等報(bào)道了蘋(píng)果、柑橘等果樹(shù)種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間分布及其影響因素，并建立了相關(guān)模型[20-21]。此外還有較多關(guān)于不同點(diǎn)位上的土壤有機(jī)質(zhì)變化研究，多數(shù)報(bào)道施用有機(jī)肥顯著提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，常規(guī)施肥土壤有機(jī)質(zhì)含量呈上升趨勢(shì)[22-24]。在有機(jī)質(zhì)變化的研究手段上有基于多點(diǎn)位的統(tǒng)計(jì)學(xué)比較分析[3-4,6-10]，也有基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法及GIS技術(shù)的時(shí)空變異特征分析[12,25]，以及模型分析[11,26-27]。目前，研究較多集中在對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)驅(qū)動(dòng)因子的探討，以及土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)、形態(tài)及功能等研究[28-31]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前國(guó)家尺度的農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量變化研究一方面基于布置在全國(guó)各地的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)點(diǎn)。比如中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的肥力與肥料效應(yīng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)[32]，中國(guó)科學(xué)院CERN臺(tái)站長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，以及各地農(nóng)業(yè)科學(xué)院系統(tǒng)布置的大量長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，其研究多基于不同施肥、輪作、耕作等對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響[22]。另一方面，基于區(qū)域尺度上的采樣數(shù)據(jù)或者文獻(xiàn)調(diào)研數(shù)據(jù)，通過(guò)與第二次土壤普查數(shù)據(jù)比較，或者通過(guò)模型模擬獲取全國(guó)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量變化[3,8]。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部自1988年開(kāi)始建立國(guó)家級(jí)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中在中國(guó)主要水稻種植區(qū)稻田土壤上布置了大量的長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)。李建軍等依托國(guó)家耕地質(zhì)量1988—2012年數(shù)據(jù)研究了中國(guó)稻田土壤基礎(chǔ)地力變化特征和長(zhǎng)江中下游稻田土壤養(yǎng)分變化特征，結(jié)果表明中國(guó)稻田土壤基礎(chǔ)地力總體呈上升趨勢(shì)，基礎(chǔ)地力與水稻產(chǎn)量同步上升。長(zhǎng)江中下游稻田土壤養(yǎng)分含量基本呈上升趨勢(shì)，土壤肥力總體改善[33-34]。韓天富等依托國(guó)家耕地質(zhì)量1988—2017年數(shù)據(jù)研究認(rèn)為施肥尤其是有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配合施用是維持和提高水稻高產(chǎn)的重要措施[35]。近年來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，尤其是種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化和有機(jī)替代，化肥減施增效等政策密集影響，土壤面臨更加復(fù)雜的作物、肥料投入和氣候變化。另一方面，基于國(guó)家級(jí)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的全國(guó)稻田土壤有機(jī)質(zhì)長(zhǎng)期、動(dòng)態(tài)、定位等的系統(tǒng)研究和分析相對(duì)較少，其變化特征、速率和趨勢(shì)不明確?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究擬依托338個(gè)國(guó)家級(jí)稻田土壤長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，系統(tǒng)分析中國(guó)主要水稻種植區(qū)稻田土壤有機(jī)質(zhì)變化特征，旨在揭示我國(guó)稻田土壤有機(jī)質(zhì)演變規(guī)律及區(qū)域分異特征，分析稻田土壤有機(jī)質(zhì)變化驅(qū)動(dòng)因素。評(píng)價(jià)土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤容重和耕層深度等影響，為稻田土壤合理施肥和作物穩(wěn)產(chǎn)高效提供科學(xué)指導(dǎo)，為耕地地力提升和建設(shè)高質(zhì)量稻田提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布概況

基于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在全國(guó)不同稻作區(qū)布置的土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)及其數(shù)據(jù)庫(kù)[35]，選取全國(guó)水稻種植區(qū)域稻田土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)共338個(gè)，根據(jù)水稻監(jiān)測(cè)點(diǎn)分?。▍^(qū)）分布情況，結(jié)合自然地理區(qū)域，本研究監(jiān)測(cè)點(diǎn)位按照數(shù)量高低，分布于長(zhǎng)江中游（111個(gè)），長(zhǎng)江下游（82個(gè)），華南（80個(gè)），西南（47個(gè)），東北（18個(gè)）。在全國(guó)稻田總的338個(gè)土壤監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，有140個(gè)為長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中長(zhǎng)江中游、長(zhǎng)江下游、華南、西南和東北分別有52個(gè)、29個(gè)、31個(gè)、22個(gè)和6個(gè)。

全國(guó)稻田土壤長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)自1988年開(kāi)始監(jiān)測(cè)，分別設(shè)置無(wú)肥對(duì)照區(qū)和常規(guī)施肥區(qū)（農(nóng)民習(xí)慣施肥）兩個(gè)處理。種植制度根據(jù)不同區(qū)域氣候特點(diǎn)分別包括①東北，一年一熟制，種植水稻為主；②長(zhǎng)江中游，一年兩熟制，種植制度主要為雙季稻，部分為水稻-油菜（小麥、煙葉、蔬菜、綠肥等）輪作；③長(zhǎng)江下游，一年兩熟制，以水稻-小麥（油菜、綠肥等）水旱輪作為主；④西南，一年兩熟制，以水稻-小麥（油菜、玉米、冬閑等）水旱輪作為主；⑤華南，一年兩熟制（部分三熟制），種植制度主要為雙季稻，部分為水稻-蔬菜（煙葉、綠肥等）輪作。各點(diǎn)分別監(jiān)測(cè)肥料養(yǎng)分氮磷鉀投入、主要作物產(chǎn)量以及土壤肥力狀況。

1.2 樣品采集與分析

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)按照統(tǒng)一的規(guī)范，分別于每年度最后一季作物收獲后采集耕層土壤樣品。耕層指農(nóng)業(yè)耕作、施肥、灌溉影響區(qū)域和作物根系分布的集中層段，其顏色、結(jié)構(gòu)、緊實(shí)度都有明顯的特征和界線。每個(gè)處理采用“S”型采集5—10鉆土壤樣品，3次重復(fù)。土壤樣品自然風(fēng)干，人工除去植物殘?bào)w和石塊后過(guò)2 mm 篩，混勻后備用。土壤各指標(biāo)測(cè)定方法依據(jù)《土壤分析技術(shù)規(guī)范》[36]。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)每年記錄施肥種類(lèi)、數(shù)量，作物籽粒和秸稈產(chǎn)量以及管理措施等，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)作物根系分布和土壤顏色、緊實(shí)度等指標(biāo)調(diào)查耕層厚度。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

各稻作區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量及其代表面積不同，本文利用各?。▍^(qū)）稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量的平均值與該省稻田土壤面積比例加權(quán)平均后得到各稻作區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均含量[37-38]。

式中，SOM為稻作區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均含量（g·kg-1）；Mi為該區(qū)域i省份土壤有機(jī)質(zhì)平均含量（g·kg-1），Ai為i省份稻作土壤面積（104hm2）。

各點(diǎn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016整理計(jì)算，運(yùn)用SigmaPlot 12.0分析并作圖，IBM SPSS 22.0進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（LSD，Duncan (D)，P＜0.05）。

2 結(jié)果

2.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量空間變化

全國(guó)稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)平均含量32.4 g·kg-1，變幅在11.3—65.0 g·kg-1（表1）。其中湖南、云南、貴州、廣西、廣東、江西、黑龍江、吉林、浙江和福建等10?。▍^(qū)）稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)平均含量在30.0 g·kg-1以上。安徽、海南和上海低于25.0 g·kg-1。各稻作區(qū)域耕層土壤有機(jī)質(zhì)平均含量高低順序?yàn)殚L(zhǎng)江中游35.1 g·kg-1、華南34.2 g·kg-1、東北33.6 g·kg-1、西南31.0 g·kg-1和長(zhǎng)江下游26.3 g·kg-1。由圖1可知，根據(jù)箱線圖統(tǒng)計(jì)的各稻作區(qū)耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量置信區(qū)間分別為長(zhǎng)江中游20.6—51.2 g·kg-1，華南15.2—48.6 g·kg-1，東北11.9—51.6 g·kg-1，西南18.1—45.4 g·kg-1和長(zhǎng)江下游17.2—43.9 g·kg-1。各稻作區(qū)稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量差異顯著。長(zhǎng)江中游地區(qū)耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于西南地區(qū)和長(zhǎng)江下游地區(qū)（P＜0.05）。從經(jīng)度分布來(lái)看，各區(qū)域稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量無(wú)顯著差異。從緯度分布看，N25°—30°和N20°—25°區(qū)域稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于＜N20°和N30°—40°區(qū)域（P＜0.05）。

表1 不同區(qū)域稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)平均含量Table 1 The mean SOM content of paddy soil in plough layer in different regions

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量的時(shí)間變化

2.2.1 全國(guó)稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量的時(shí)間變化 全國(guó)140個(gè)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果表明，常規(guī)施肥條件下近30年全國(guó)稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)（圖2-a）。通過(guò)對(duì)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)338個(gè)點(diǎn)位數(shù)據(jù)土壤有機(jī)質(zhì)含量的統(tǒng)計(jì)，與1988年相比，近30年全國(guó)稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)平均含量上升3.49 g·kg-1（圖2-b）。回歸方程表明稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)年增加速率0.09—0.12 g·kg-1（P＜0.01）。

2.2.2 不同區(qū)域稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量的時(shí)間變化 不同稻作區(qū)域長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量變化見(jiàn)圖3。各稻區(qū)稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量均隨耕作時(shí)間呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。土壤有機(jī)質(zhì)年增長(zhǎng)速率從高到低依次為東北（0.31 g·kg-1·a-1，P＜0.01）、長(zhǎng)江下游（0.22 g·kg-1·a-1，P＜0.01）、長(zhǎng)江中游（0.19 g·kg-1·a-1，P＜0.05）、華南（0.16 g·kg-1·a-1，P＜0.05）和西南（0.11 g·kg-1·a-1，P＜0.05）。土壤有機(jī)質(zhì)含量年均增速總體表現(xiàn)為從北到南依次降低的趨勢(shì)。

圖1 不同區(qū)域稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量及隨經(jīng)度和緯度變化Fig.1 The SOM content of paddy soil in different rice cultivation regions and different regions with longitude and latitude

圖2 常規(guī)施肥下稻田土壤有機(jī)質(zhì)變化(a，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)；b，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)1988、1998、2008、2017年統(tǒng)計(jì))Fig.2 Change of SOM content in paddy soil under conventional fertilization within period of 1988 to 2017(a, data comes from long term monitoring points; b, data comes from all monitoring points in 1988, 1998, 2008, and 2017)

圖3 不同稻作區(qū)域稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量變化Fig.3 Change of SOM content in paddy soil in different region within period of 1988 to 2017

2.2.3 不同區(qū)域有機(jī)質(zhì)含量變化的點(diǎn)位特征 通過(guò)對(duì)不同區(qū)域長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)有機(jī)質(zhì)含量的定位跟蹤，1988—2017年間全國(guó)140個(gè)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，58個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著上升，占總量的41.4%（表2）。44個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著下降，占總量的31.4%，另外有27.1%的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量無(wú)顯著上升或下降趨勢(shì)。受到長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)地理位置、氣候、種植制度、肥料投入等影響，1988—2017年間長(zhǎng)江中游地區(qū)52個(gè)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，48.1%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)含量上升，42.3%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)下降，9.1%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)無(wú)顯著變化。華南地區(qū)31個(gè)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)中32.3%監(jiān)測(cè)點(diǎn)的有機(jī)質(zhì)含量上升，25.8%下降，41.9%無(wú)顯著變化。長(zhǎng)江下游地區(qū)29個(gè)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)中41.4%上升，24.1%下降，34.5%無(wú)顯著變化。西南地區(qū)22個(gè)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)中36.4%上升，22.7%下降，40.9%無(wú)顯著變化。東北地區(qū)6個(gè)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)中50.0%上升，33.3%下降，16.7%無(wú)顯著變化。

2.3 土壤有機(jī)質(zhì)含量變化影響因素

土壤有機(jī)質(zhì)含量受土壤類(lèi)型、氣候特征、種植制度以及施肥等的影響。不同區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)氣溫和降水量響應(yīng)關(guān)系不同（圖4）。從東到西隨經(jīng)度變化以及從南到北隨緯度變化，土壤有機(jī)質(zhì)含量與年均溫度相關(guān)系數(shù)呈下降趨勢(shì)，兩者由正相關(guān)逐漸變化為顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。從東到西隨經(jīng)度變化，土壤有機(jī)質(zhì)含量與年均降水量在＜E105°、E110°—115°、＞125°區(qū)間表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，在E105°—110°、E115°—120°、E120°—125°區(qū)域?yàn)檎嚓P(guān)（P＜0.05），其相關(guān)系數(shù)整體表現(xiàn)為兩頭低，中間高。從南到北隨緯度變化，土壤有機(jī)質(zhì)含量與年均降水量由正相關(guān)關(guān)系逐漸變化為負(fù)相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)隨緯度有下降趨勢(shì)。

圖4 稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量與年均溫度和降水量相關(guān)關(guān)系隨經(jīng)度和緯度變化Fig.4 The relationships between the SOM content and annual average air temperature, precipitation following change with longitude and latitude

從現(xiàn)有監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水稻土類(lèi)型來(lái)看（圖5-a），潛育型水稻土的稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)平均含量為38.9 g·kg-1，顯著高于其他類(lèi)型水稻土（P＜0.05）。耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量受種植制度影響相對(duì)較少，一年三熟制稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)平均含量要略高于一年兩熟和一年一熟制稻田（圖5-b）。土壤有機(jī)質(zhì)與氮肥投入響應(yīng)關(guān)系表明，在投入量0—200 kg·hm-2·a-1下，土壤有機(jī)質(zhì)與氮肥投入呈負(fù)相關(guān)（圖5-c，P＜0.05）。年投入量200—300 kg·hm-2·a-1下，土壤有機(jī)質(zhì)與氮肥投入呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。年投入量大于300 kg·hm-2·a-1下，土壤有機(jī)質(zhì)與氮肥年投入量極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）。

2.4 土壤有機(jī)質(zhì)變化與土壤容重和耕層深度關(guān)系

土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤容重及耕層深度存在響應(yīng)關(guān)系。通常情況下有機(jī)質(zhì)含量高，其土壤疏松，結(jié)構(gòu)好，容重低，耕層深厚。通過(guò)對(duì)我國(guó)稻田耕層土壤602組有機(jī)質(zhì)含量與容重?cái)?shù)據(jù)做線性回歸獲得容重與土壤有機(jī)質(zhì)含量的經(jīng)驗(yàn)方程：y（容重g·cm-3）=-0.0049×SOM(g·kg-1) + 1.3739 （R2= 0.1198,n= 602）（圖6-a）。同樣，對(duì)670組耕層深度數(shù)據(jù)與土壤有機(jī)質(zhì)含量獲得經(jīng)驗(yàn)方程：y（SOM g·kg-1）=0.2879×T（耕層厚度 cm）+ 25.3651（R2= 0.0120,n= 670）（圖6-b）。

3 討論

3.1 土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)空變化特征

20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)投入的增加和農(nóng)業(yè)科技快速發(fā)展，水稻總產(chǎn)量持續(xù)上升，農(nóng)作物秸稈資源數(shù)量和還田比例持續(xù)增加，我國(guó)稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。本研究得出近30年全國(guó)稻田耕層有機(jī)質(zhì)含量平均增加約3.49 g·kg-1，年均增速0.09—0.12 g·kg-1。與前人觀點(diǎn)基本相似[3-4]。從區(qū)域來(lái)看，受到各地水熱條件、種植模式和肥料投入等影響，稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量上升速率存在差異，年均遞增速率呈現(xiàn)從南到北依次增加趨勢(shì)，結(jié)果與李建軍等的觀點(diǎn)相似[39]。我國(guó)稻田土壤也存在提升和發(fā)展不平衡狀況，在全國(guó)耕地質(zhì)量長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中，約2/3以上的點(diǎn)位稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量保持穩(wěn)定或呈增加趨勢(shì)，其結(jié)果略低于黃耀等文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果[3]。受時(shí)間跨度、點(diǎn)位和數(shù)據(jù)來(lái)源等影響，以往研究大多基于文獻(xiàn)調(diào)研或模型模擬研究國(guó)家尺度農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)動(dòng)態(tài)變化[2-4]。本研究依托國(guó)家級(jí)耕地質(zhì)量長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，具有長(zhǎng)期穩(wěn)定，定位精準(zhǔn)，能真實(shí)反應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和投入變化情況，數(shù)據(jù)可靠性高等特點(diǎn)。

圖5 不同水稻土類(lèi)型（a）、種植制度（b）以及氮肥投入量（c）稻田的耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量變化Fig.5 The change of SOM content with different paddy soil types (a), different cropping systems (b) and N fertilizer applications (c)

圖6 稻田土壤有機(jī)質(zhì)與土壤容重（a）及耕層深度（b）的關(guān)系Fig.6 Correlations between bulk density and SOM content (a), SOM and plough depth (b) content for the plough layers of the paddy soil

我國(guó)稻田土壤有機(jī)質(zhì)提升技術(shù)措施主要包括農(nóng)作物秸稈還田、施用有機(jī)肥或化肥有機(jī)肥配施以及種植綠肥[40-42]。稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯高于全國(guó)耕地土壤以及旱地耕作土壤[4]，其中10個(gè)省份超過(guò)30.0 g·kg-1。在不同區(qū)域，稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)明顯的時(shí)空變異性[2-4]。長(zhǎng)江中游和華南為我國(guó)典型雙季稻產(chǎn)區(qū)，水稻生產(chǎn)水平普遍較高，具有較好的水熱條件，有利于秸稈腐解，其稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量整體較高。長(zhǎng)江中游、華南和東北稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量較西南和長(zhǎng)江下游高，原因可能是與后兩地為我國(guó)典型水旱輪作區(qū)域，稻田水旱交替加速土壤有機(jī)質(zhì)分解有關(guān)[43-44]。

3.2 土壤有機(jī)質(zhì)變化因素分析

稻田土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源作物根茬、秸稈、綠肥還田，有機(jī)物料投入等。土壤有機(jī)質(zhì)含量在固持和分解中維持動(dòng)態(tài)平衡，影響稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量的因素有氣候、土壤類(lèi)型、地形、施肥和耕作措施等[2,45-47]。溫度和水分是決定土壤有機(jī)質(zhì)輸入和分解的氣候因子，其一方面影響作物產(chǎn)量，制約土壤有機(jī)質(zhì)輸入量；另一方面對(duì)土壤水熱狀況和微生物活動(dòng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[48]。本研究表明，高緯度地區(qū)，稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量與年均溫度顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明溫度越高，有機(jī)質(zhì)分解越快。低緯度地區(qū)，稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量與年均溫度呈正相關(guān)，溫度越高，越有利于作物生長(zhǎng)，累積更多的碳投入[48-49]。從東到西，稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量與年均溫度由正相關(guān)，轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)相關(guān)，長(zhǎng)江下游、華南地區(qū)東部年均氣溫對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)積累起促進(jìn)作用，而到西南地區(qū)，年均氣溫則對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)分解起主導(dǎo)作用。從稻田土壤有機(jī)質(zhì)與年降水量關(guān)系來(lái)看，在＜E105°、E110°—115°、＞E125°區(qū)間，降水加劇了有機(jī)質(zhì)分解，兩者表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，在E105°—110°、E115°—120°、E120°—125°區(qū)域，隨著降水量增加，稻田淹水時(shí)間和淹水量增加，產(chǎn)生還原環(huán)境，有利于緩解土壤有機(jī)質(zhì)礦化分解，增加土壤有機(jī)質(zhì)積累[46]。隨著緯度增加，稻田土壤有機(jī)質(zhì)與年降水量之間相關(guān)系數(shù)有下降趨勢(shì)?？傮w而言，溫度和水分二者的綜合配置影響稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量的地帶性分布。

施肥是影響土壤有機(jī)質(zhì)至關(guān)重要的因素。長(zhǎng)期施肥顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[50-52]。全國(guó)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)揭示稻田土壤有機(jī)質(zhì)與肥料投入存在響應(yīng)關(guān)系。合適的氮肥年投入量（200—300 kgN·hm-2·a-1）能提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，較低和過(guò)高氮肥年投入量均不利于土壤有機(jī)質(zhì)含量提升。目前南方的長(zhǎng)江下游、長(zhǎng)江中游和華南等區(qū)域稻田氮肥年投入量普遍較高。因此，減肥是必然選擇，土壤有機(jī)質(zhì)含量提升要與化肥減施有機(jī)結(jié)合，協(xié)調(diào)發(fā)展。就我國(guó)現(xiàn)有肥料投入水平來(lái)看，生產(chǎn)上應(yīng)該以“減氮”為原則，采用秸稈還田和有機(jī)肥替代部分化肥，達(dá)到減施、提質(zhì)和增效目的。水稻土類(lèi)型和種植制度等主要通過(guò)土壤水熱狀況、微生物種群和外源投入等對(duì)稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量產(chǎn)生影響。

3.3 有機(jī)質(zhì)與土壤容重及耕層深度的關(guān)系

土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤質(zhì)量及功能的調(diào)節(jié)起關(guān)鍵作用，較低的土壤有機(jī)質(zhì)會(huì)降低土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)提升有利于增加土壤孔隙，降低土壤容重，增厚土壤耕層[53-55]。WU和CALLESEN等[55-56]分別利用中國(guó)礦質(zhì)土壤和加拿大森林土壤擬合土壤容重與有機(jī)質(zhì)含量。本研究得出稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤容重響應(yīng)關(guān)系，與PAN等[8]結(jié)果基本一致。通過(guò)擬合的經(jīng)驗(yàn)方程，可用來(lái)補(bǔ)充缺失土壤容重值，為計(jì)算稻田土壤碳庫(kù)儲(chǔ)量提供支撐。

土壤有機(jī)質(zhì)有利于構(gòu)建肥沃土壤耕層。相反，合適土壤耕層深度有利于土壤微生物活動(dòng)，影響土壤有機(jī)質(zhì)累積和分解。本研究結(jié)果也表明，稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量與耕層深度呈正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），但兩者相關(guān)性不如土壤容重，耕層深度可能與稻田管理措施，比如土壤翻耕深度、次數(shù)、以及機(jī)械化耕作管理等有關(guān)[56]。

4 結(jié)論

近30年全國(guó)稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量平均上升3.49 g·kg-1，從南到北土壤有機(jī)質(zhì)含量年均增速依次增加。不同區(qū)域稻田土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)年均氣溫和降水量響應(yīng)關(guān)系不一樣。從東部到西部以及緯度從低到高，土壤有機(jī)質(zhì)含量與年均氣溫相關(guān)性由正相關(guān)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)相關(guān)。氮肥年投入量、水稻土類(lèi)型以及種植制度等對(duì)稻田土壤有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生影響。稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤容重及耕層深度有響應(yīng)關(guān)系，提升土壤有機(jī)質(zhì)有利于降低土壤容重，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨土壤耕層增加而呈上升趨勢(shì)。