陳雄鷹，王 闖，崔小玉，胡明勇

（1. 長沙市農(nóng)業(yè)技術推廣中心，湖南 長沙 410205；2. 長沙市農(nóng)業(yè)綜合行政執(zhí)法局，湖南 長沙 410013；3. 長沙市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測中心，湖南 長沙 410016）

糧食是社會穩(wěn)定和諧的基礎，國家安全的物質(zhì)保障。而長沙市作為湖南糧食重要生產(chǎn)區(qū)，自2015—2020年糧食生產(chǎn)總面積減少1.47萬hm2，糧食總產(chǎn)207萬t，同比減少8萬t（湖南省統(tǒng)計年鑒），糧食生產(chǎn)下行壓力較大，形勢不容樂觀。那么如何在日益緊張的耕地資源上生產(chǎn)出更多的糧食，提高土壤肥力、改善土壤環(huán)境是一個極其關鍵的舉措。因此，實時監(jiān)測長沙地區(qū)的土壤肥力尤其重要。

土壤肥力具有很強的時空變異性[1-2]。土壤連年耕種，自然因素和人為因素可能會導致土壤肥力降低[2-3]。合理施肥不僅浪費了肥料資源，導致土壤養(yǎng)分失衡，引起土壤肥力下降，還有可能會導致生態(tài)環(huán)境問題，如水體富營養(yǎng)化、地下水污染[4]等。因此，長期監(jiān)測農(nóng)田土壤肥力狀況，分析土壤肥力變化特征，探索養(yǎng)分變化規(guī)律，對于指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合理施肥，提高肥料利用效率和作物產(chǎn)量，減少因過量施肥引起的生態(tài)環(huán)境污染，保障農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，有著非常重要的意義。

研究在長沙地區(qū)水稻主要生產(chǎn)縣市區(qū)（長沙縣、望城區(qū)、寧鄉(xiāng)市和瀏陽市）[5]布設長期定位監(jiān)測點位，每年采集土壤檢測分析，監(jiān)測土壤肥力變化，分析其變化特征，探明長沙地區(qū)水稻土土壤肥力變化規(guī)律，以期為指導長沙地區(qū)水稻生產(chǎn)科學施肥提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況及取樣

2013—2020年，對長沙縣、望城區(qū)、瀏陽市、寧鄉(xiāng)市4個縣（市、區(qū)）水稻田土壤開展了連續(xù)8 a的長期定位監(jiān)測。4個縣（市、區(qū)）區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，年平均氣溫17.9℃，年平均降雨量1 454.72 mm，年平均日照時長1 553 h（湖南省統(tǒng)計年鑒2014—2020）。60個定位監(jiān)測土壤為由第四紀紅土、板頁巖風化物、花崗巖風化物和河流沖積物4種成土母質(zhì)發(fā)育而來的水稻土（表1）。所有土壤樣品采用“S”型5點法取樣，用土鉆采集0～20 cm耕層土壤，室內(nèi)自然風干，磨碎，過0.149 mm尼龍篩，玻璃瓶保存待測。

表1 長期定位監(jiān)測點位分布

1.2 樣品檢測與分析

所有土壤樣品基本理化性質(zhì)采用常規(guī)方法分析[6]。土壤pH值采用水浸法（土 ∶ 水=1∶2.5）pH計測定；有機質(zhì)采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用1 mol/L乙酸銨浸提-火焰光度法測定；緩效鉀采用1 mol/L硝酸煮沸浸提-火焰光度法測定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS 25和Excel 2019軟件作數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 土壤pH值

研究區(qū)土壤pH均呈酸性，均值為4.97～5.85（圖1）。從2013—2020年，土壤pH值波動較小。與2013年相比，2020年4種類型成土母質(zhì)土壤pH值的變化僅為-0.40%～3.72%。同時，除了成土母質(zhì)為河流沖擊物的土壤pH值在2015—2016年際變化為16.17%外，其他土壤各年際變化均小于10.00%，土壤pH值相對穩(wěn)定。

圖1 2013—2020年長沙水稻田土壤pH值變化

前3 a，與其他土壤相比，成土母質(zhì)為河流沖積物土壤pH值較低。2016—2018年，所有土壤pH值無明顯差異，然最后2 a成土母質(zhì)為河流沖積物土壤pH值又明顯低于其他土壤。

2.2 土壤有機質(zhì)

研究區(qū)土壤有機質(zhì)含量為24.92～38.65 g/kg（圖2）。成土母質(zhì)為第四紀紅色粘土的土壤有機質(zhì)含量最低，均值為30.33 g/kg，花崗巖風化物土壤有機質(zhì)含量最高，均值為36.91 g/kg。整體上，4種成土母質(zhì)土壤有機質(zhì)含量差異不大。

圖2 2013—2020年長沙水稻田土壤有機質(zhì)的變化

與2013年相比，2020年土壤有機質(zhì)含量均略有增加，板頁巖風化物、第四紀紅色粘土、河流沖積物、花崗巖風化物4種類型成土母質(zhì)土壤有機質(zhì)含量增幅分別為5.04%、2.14%、3.32%和0.65%。相比于花崗巖風化物土壤有機質(zhì)含量年際變化（-5.42%～10.16%），第四紀紅色粘土、板頁巖風化物和河流沖積物3種成土母質(zhì)土壤有機質(zhì)含量年際變化較大，變化幅度分別 為-12.06%～14.06%、-15.88%～17.55%、-28.53%～43.12%。

2.3 土壤堿解氮

研究區(qū)土壤堿解氮含量為104.81～202.96 mg/kg（圖3）。與2013年相比，2020年土壤堿解氮含量均略有降低，4種類型成土母質(zhì)（板頁巖風化物、第四紀紅色粘土、河流沖積物、花崗巖風化物）發(fā)育形成的土壤堿解氮含量降幅分別為-26.50%、-9.87%、-10.42%和-5.55%，

圖3 2013—2020年長沙水稻田土壤堿解氮的變化

2013—2020年，4種成土母質(zhì)土壤堿解氮含量波動幅度較大，總體趨勢為先降后升。前5 a，板頁巖風化物、第四紀紅色粘土、河流沖積物、花崗巖風化物4種成土母質(zhì)土壤堿解氮含量分別降低了39.35%、28.78%、30.02%和41.01%，后3 a分別升高了21.18%、26.56%、28.01%、60.11%。土壤堿解氮含量年際變化較大，變化幅度分別為-23.67%～16.58%、-29.08%～25.04%、-19.17%～13.48%和-33.67%～29.04%。

2.4 土壤有效磷

研究區(qū)土壤有效磷含量為10.75～29.30 mg/kg（圖4）。成土母質(zhì)為第四紀紅色粘土的土壤有效磷含量最低，均值為16.82 g/kg，花崗巖風化物土壤有效磷含量最高，均值為20.76 g/kg?？傮w而言，4種成土母質(zhì)土壤有效磷含量差異不大。

圖4 2013—2020年長沙水稻田土壤有效磷的變化

與2013年相比，2020年土壤有效磷含量均明顯降低。4種類型成土母質(zhì)（板頁巖風化物、第四紀紅色粘土、河流沖積物、花崗巖風化物）土壤有效磷含量降幅分別為-35.16%、-32.28%、-31.36%和-54.35%。土壤有效磷含量年際變化大，4種成土母質(zhì)土壤有效磷含量年際變化幅度分別為-36.04%～14.76%、-42.15%～52.79%、-37.63%～73.79%和-44.37%～49.92%。

2.5 土壤速效鉀

研究區(qū)土壤速效鉀含量為10.75～29.30 mg/kg（圖5），成土母質(zhì)為第四紀紅色粘土的土壤速效鉀含量最高，均值為136.37 mg/kg，成土母質(zhì)為板頁巖風化物土壤的速效鉀含量最低，均值為110.62 mg/kg，4種成土母質(zhì)土壤速效鉀含量差異不大。

圖5 2013—2020年長沙水稻田土壤速效鉀的變化

與2013年相比，4種成土母質(zhì)土壤2020年速效鉀含量變化差異較大。其中，成土母質(zhì)為河流沖積物的土壤速效鉀含量降低了21.53%，成土母質(zhì)為板頁巖風化物和第四紀紅色粘土的土壤速效鉀含量分別增加了10.59%和24.69%，而花崗巖風化物形成的土壤速效鉀含量基本不變。4種成土母質(zhì)形成的土壤速效鉀含量年際間變化極大，年際變化幅度在-49.94%～234.90%。

2.6 土壤緩效鉀

研究區(qū)土壤緩效鉀含量為111.66～576.24 mg/kg（圖6）。成土母質(zhì)為河流沖積物和花崗巖風化物的土壤緩效鉀年均含量（437.80和449.12 mg/kg）顯著高于成土母質(zhì)為板頁巖風化物和第四紀紅色粘土的土壤（226.85和246.54 mg/kg）。

圖6 2013—2020年長沙水稻田土壤緩效鉀的變化

2013—2020年，4種成土母質(zhì)形成的土壤緩效鉀含量均呈現(xiàn)為先相對穩(wěn)定后波動較大。成土母質(zhì)為板頁巖風化物和第四紀紅色粘土的土壤前3 a相對穩(wěn)定，后5 a波動較大，而成土母質(zhì)為河流沖積物和花崗巖風化物的土壤前4 a相對穩(wěn)定，后4 a波動較大。與2013年相比，2020年土壤緩效鉀含量略有增加，4種成土母質(zhì)的土壤緩效鉀含量分別增加了15.27%、11.84%、15.33%和8.38%。

3 討論與結論

土壤酸堿性是土壤的基本的理化性質(zhì)，也是影響土壤肥力和作物生長的重要因素。土壤過酸或過堿都會影響土壤養(yǎng)分的有效性[7]。研究中土壤pH值8 a變化較小，但土壤仍呈酸性（圖1）。酸性土壤鹽基離子的更易流失，土壤磷的有效性低，土壤固氮菌活性也更低，因此需要調(diào)理土壤至中性，提高土壤養(yǎng)分有效性[8-9]，促進作物吸收，從而達到增產(chǎn)的目的。

土壤有機質(zhì)含量不僅代表碳貯量，也是土壤肥力的一個重要指標，提高土壤有機質(zhì)水平是耕地質(zhì)量的提升的關鍵[10]。有研究表明，施肥狀況和耕作措施是短期影響農(nóng)田土壤有機質(zhì)含量的主要原因[11]。研究中土壤的有機質(zhì)含量年際存在一定波動，總體上略有增加，這可能與近些年（2014年至今）長株潭地區(qū)推廣增施有機肥、種植綠肥和秸稈還田等農(nóng)藝技術措施治理重金屬污染耕地有關[12-13]。土壤堿解氮、有效磷、速效鉀是表征土壤肥力水平的主要指標[14]。研究中的土壤速效養(yǎng)分含量反復波動，年際變化大（圖3、圖4和圖5）。雖然土壤pH值呈酸性，對土壤速效養(yǎng)分影響較大，但土壤pH值比較穩(wěn)定，因此土壤速效養(yǎng)分含量的反復變化可能是水稻生產(chǎn)過程中非平衡施肥等人為因素的所致[15]。

成土母質(zhì)是土壤的初始狀態(tài)，是土壤形成的基礎和植物養(yǎng)分元素的最初來源。土壤母質(zhì)不僅對土壤結構、顆粒組成等有重要影響[16]，對于土壤肥力特性具有非常重要的作用，不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤肥力存在差異[17]。盡管研究中不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤pH、有機質(zhì)含量、堿解氮、有效磷、速效鉀含量及年際變化差異不大，成土母質(zhì)為花崗巖風化物和河流沖積物的土壤的緩效鉀含量遠大于其他兩類成土母質(zhì)土壤（圖6），該結論與前人報道的結果相似[18]。

2013—2020年，研究區(qū)土壤pH變化小，有機質(zhì)含量略有增加，但堿解氮、有效磷和速效鉀土壤養(yǎng)分含量均有所下降，且年際間變化大。根據(jù)國家土壤肥力分級標準，土壤肥力為中等。然而，土壤酸化嚴重，建議進一步調(diào)理土壤酸堿度，同時平衡調(diào)控氮磷鉀肥的施用量，控制年際間的差異，穩(wěn)步增加土壤養(yǎng)分的含量，進一步提升土壤肥力。