吳海勇，唐珍琦，谷 雨，李明德

（1.湖南省土壤肥料研究所，長沙 410125；2.湖南省土壤肥料工作站，長沙 410005）

中國是水稻種植大國，擁有世界28%的水稻種植面積，水稻生產(chǎn)在中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有不可替代的地位［1］。湖南省地處亞熱帶溫潤氣候區(qū)域，是中國水稻的主要產(chǎn)地，在國家糧食安全保障中起著舉足輕重的作用［2］。土壤是水稻生長最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，水稻田土壤的肥力狀況，特別是養(yǎng)分狀況對水稻的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)起著非常重要的作用［3］。

中國南方農(nóng)耕歷史悠久，施肥是水稻增產(chǎn)的主要措施。然而，在當(dāng)前的水稻生產(chǎn)中，重化肥輕有機(jī)肥的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，部分地區(qū)還存在過量施肥及盲目施肥的情況，導(dǎo)致土壤板結(jié)、養(yǎng)分失衡、土壤酶活性降低、稻田生態(tài)環(huán)境惡化和環(huán)境污染等問題［4，5］。為此開展測土配方施肥，建立水稻測土配方施肥指標(biāo)體系，對于提高水稻產(chǎn)量、降低水稻生產(chǎn)成本、提高湖南省水稻肥料利用率、減少肥料浪費(fèi)、保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、實現(xiàn)湖南省糧食穩(wěn)定增產(chǎn)和農(nóng)民持續(xù)增收及湖南省農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。本研究選擇南方典型雙季稻區(qū)湖南省，以其四大區(qū)域（湘中、湘北、湘西、湘南）的水稻土壤為研究對象，揭示不同種植年限水稻土壤基本理化性質(zhì)和養(yǎng)分含量狀況及變化特征，旨在為中國南方雙季稻區(qū)水稻生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤采自湖南省四大區(qū)域（湘中、湘北、湘西、湘南）的水稻田耕層土壤，具體地點(diǎn)為湖南省寧鄉(xiāng)縣、安鄉(xiāng)縣、花垣縣和桂陽縣。4個區(qū)域均屬于大陸性亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，全年平均日照時間為1 100 h左右，年均降水量為1 450 mm，年平均氣溫為16～19℃。供試土壤的基本情況見表1。

表1 各定位試驗點(diǎn)土壤基本信息

各監(jiān)測點(diǎn)所使用的肥料均為單質(zhì)肥料，氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為氯化鉀，均實行早稻-晚稻-冬閑的種植制度。

1.2 取樣方法

根據(jù)全縣稻田分布進(jìn)行合理的采樣布局，確定野外采樣路線，于晚稻收獲后進(jìn)行土壤采集，在實地調(diào)察時，采用GPS定位，確保每次取樣地塊一致。土壤樣品采用五點(diǎn)式取樣法，采樣深度為0～20 cm，重復(fù)3次。將采集的耕層土壤去除動植物殘體，混合均勻后用四分法處理，最后剩余約1 kg土壤樣品裝袋標(biāo)記，帶回實驗室置于通風(fēng)陰涼處風(fēng)干，磨碎，過10目和60目篩，貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 測定方法

土壤理化性質(zhì)及養(yǎng)分含量測定采用常規(guī)分析方法［6］。pH采用電位法測定（水∶土為1∶1）；有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法；全氮（N）采用凱氏蒸餾法；堿解氮含量采用1.0 mol/L NaOH水解-堿解擴(kuò)散法；有效磷（P）含量采用0.5 mol/L碳酸鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀（K）含量采用1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法測定；土壤中微量元素有效態(tài)鐵、錳、銅、鋅含量采用DTPA浸提-火焰原子吸收分光光度計（AA6300）測定。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2013和SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤p H

土壤pH是評價土壤酸化的重要指標(biāo)，對土壤物質(zhì)循環(huán)和植物生長發(fā)育等均會產(chǎn)生重要影響。從表2可以看出，本研究中各區(qū)域的稻田土壤pH為5.26～7.77，大部分為中性土壤。其中，寧鄉(xiāng)縣土樣pH 5.26～5.67，呈弱酸性；安鄉(xiāng)縣土樣pH為7.49～7.77，呈弱堿性；花垣縣和桂陽縣土樣pH分別在6.73～7.09和6.25～7.03，呈中性。

表2 不同種植年限水稻土壤p H變化

隨著種植年限的增加，稻田土壤的pH整體上呈降低趨勢，尤其大于4年的土壤pH，即表現(xiàn)為表層土壤的酸化現(xiàn)象。但是各種植年限間均未達(dá)到顯著差異（P＞0.05）。這與其他研究者的結(jié)果一致［7］，可能與土壤緩沖能力降低、長期施用單一肥料、礦質(zhì)元素比例失衡有關(guān)［8］。

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量

土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量的變化是土壤肥力水平及環(huán)境質(zhì)量狀況的重要表征，是制約土壤理化性質(zhì)如保肥性、保水性、緩沖性、通氣性和養(yǎng)分有效性等的關(guān)鍵因素［9］。由表3可以看出，各區(qū)域稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量的平均值為24.72～38.59 g/kg。其中，以桂陽縣土樣有機(jī)質(zhì)含量最高，平均為38.59 g/kg；其次是寧鄉(xiāng)縣，土壤有機(jī)質(zhì)含量也較高，在28.55～38.58 g/kg；其余2個點(diǎn)的土壤有機(jī)質(zhì)含量均在20～30 g/kg，為中等水平?？偟膩碚f，湖南省稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量為中上水平，且不同區(qū)域土壤之間含量差別較大。這可能與不同區(qū)域土壤母質(zhì)差異以及稻田施用有機(jī)肥的差異有關(guān)。

表3 不同種植年限水稻土壤有機(jī)質(zhì)含量變化（單位：g/kg）

隨著種植年限的增加，各區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量呈先下降后上升的趨勢，整體在6年達(dá)到最低值，而在8年出現(xiàn)升高；不同種植年限稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量差異較大，6年稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量與1年均差異顯著（P＜0.05）。原因可能是6年前的耕作習(xí)慣對土壤有機(jī)質(zhì)的補(bǔ)充遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠水稻生產(chǎn)從土壤中吸收的大量有機(jī)質(zhì)，因而導(dǎo)致土壤中有機(jī)質(zhì)含量不斷下降；而8年可能由于農(nóng)民開始重視有機(jī)肥或綠肥等的施用，有機(jī)質(zhì)積累在土壤表層，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量有所升高。有研究表明，與冬閑-稻-稻模式相比，稻田冬種模式能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量［10］，不同冬作有機(jī)質(zhì)累積速度分別為紫云英高于黑麥草，黑麥草高于油菜［11］。

2.3 土壤氮素含量

土壤氮素對水稻的生長發(fā)育、產(chǎn)量高低、品質(zhì)優(yōu)劣等均起到重要的作用。由表4可知，各區(qū)域的稻田土壤全氮含量平均值為1.78～2.38 g/kg，總體處于中上水平，其中花垣縣稻田土全氮含量最低。土壤堿解氮含量的高低可反映出土壤對作物供氮能力的強(qiáng)弱［12］。各區(qū)域土壤堿解氮含量平均值為154.71～184.30 mg/kg，平均含量為169.21 mg/kg，都在125mg/kg以上，達(dá)到了高等水平。在水稻種植過程中普遍存在為了追求高產(chǎn)而盲目使用氮肥的問題，從而造成土壤表層氮素積累。因此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)稻田土壤的氮含量確定氮肥的施用量，防止過量施用造成浪費(fèi)、土壤鹽漬化以及環(huán)境污染等現(xiàn)象。

整體來看，4個研究區(qū)域稻田土壤的供氮水平較高，但全氮和堿解氮的含量均隨著種植年限的增長無明顯變化。在前人的研究中［13］，土壤氮素含量在一定時期內(nèi)隨著年限可能出現(xiàn)升高、保持穩(wěn)定或下降的趨勢，這是由于不同土質(zhì)和不同施肥習(xí)慣所導(dǎo)致。

2.4 土壤有效磷含量

土壤有效磷是表征土壤磷素供應(yīng)能力的指標(biāo)，其含量由土壤理化性質(zhì)和生物因素共同調(diào)節(jié)［14］。本研究中各區(qū)域稻田土壤有效磷含量為6.49～41.95 mg/kg，平均值為21.95 mg/kg。其中，以桂陽縣稻田土壤最高，平均含量達(dá)到33.75 mg/kg，寧鄉(xiāng)縣和安鄉(xiāng)縣稻田土壤有效磷平均含量也均達(dá)到了20 mg/kg以上，處于較豐富水平；花垣縣土壤有效磷含量最低，平均含磷量僅為11.11 mg/kg，處于中等偏高水平。此外，由表4可知，稻田土壤有效磷含量最低為種植4年土壤，而種植6年和種植8年土壤有效磷含量明顯增加。冼應(yīng)男等［14］研究表明土壤的總磷和有效磷含量與土壤黏粒百分含量、有機(jī)碳含量、全N含量呈極顯著正相關(guān)，與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)。因此，1～8年各區(qū)域水稻土有效磷含量的變化可能與其有機(jī)質(zhì)含量以及pH的變化有關(guān)。

2.5 土壤速效鉀含量

速效鉀通常被認(rèn)為是土壤供鉀能力的容量因素，其含量是表征土壤鉀素供應(yīng)狀況的重要指標(biāo)之一［15］。本研究中各區(qū)域稻田土壤速效鉀含量為66.88～168.53 mg/kg，平均值為124.57 mg/kg。其中，只有寧鄉(xiāng)縣稻田土壤速效鉀平均含量為81.21 mg/kg，在100 mg/kg以下，處于中等偏低水平；花垣縣含量為113.08 mg/kg，處于中等偏高水平；而安鄉(xiāng)縣和桂陽縣水稻土壤的速效鉀平均含量均在150 mg/kg以上，處于較豐富水平（表4）。由此可見，湖南省主要稻田土壤鉀素供應(yīng)水平較高，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中可以滿足作物生長的基本需求。各區(qū)域水稻土壤中速效鉀含量存在較大差別，這主要來源于各區(qū)域的不同母質(zhì)和土壤類型。隨著種植年限的增加，各區(qū)域水稻土壤中速效鉀含量并沒有明顯的變化趨勢。

2.6 土壤有效態(tài)微量元素含量

對各區(qū)域稻田土壤有效態(tài)微量元素的調(diào)查分析結(jié)果見表5。寧鄉(xiāng)縣、安鄉(xiāng)縣、花垣縣和桂陽縣的土壤 有 效 鐵 含 量 分 別 為61.84～85.58、83.35～91.64、62.29～76.11和49.41～54.99 mg/kg；平 均 值 分 別 為73.99、88.84、70.01和52.46 mg/kg；有效錳的含量分別為34.39～41.06、41.48～54.85、51.45～59.23和51.51～54.69 mg/kg，平均值分別為38.79、46.773、55.43和53.36 mg/kg；有效銅的含量分別為2.92～3.99、3.18～4.96、2.22～2.76以及6.29～6.62 mg/kg，平均值分別為3.39、3.70、2.41和6.51 mg/kg；有效鋅的含量分別為1.86～3.39、1.52～2.01、4.60～5.66和4.71～4.93 mg/kg，平均值分別為2.62、1.77、5.04和4.82 mg/kg。由此可見，本研究中各區(qū)域稻田土壤的有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅含量均處于較高水平，表明稻田土壤中的微量元素比較豐富。

表5結(jié)果表明，在種植年限為1～6年期間，4個區(qū)域供試土壤有效鐵含量隨種植年限的增加而逐步升高，在6～8年間變化穩(wěn)定；其中寧鄉(xiāng)縣稻田土壤在6年出現(xiàn)顯著增加（P＜0.05），其他區(qū)域各種植年限間均未達(dá)到顯著差異（P＞0.05）。土壤有機(jī)質(zhì)含量、pH及土壤質(zhì)地等對微量元素的有效性有著重要的影響。具體來說，微量元素的有效性與有機(jī)質(zhì)含量在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)，而與土壤pH呈明顯的負(fù)相關(guān)［16］。因此，有效鐵含量的增加可能與各地土壤有機(jī)質(zhì)含量的升高及pH的下降有關(guān)。然而，有效錳、有效銅和有效鋅含量隨種植年限的變化趨勢不明顯，這可能是由于三者在稻田土壤中的含量均明顯低于有效鐵含量。

表5 不同種植年限水稻土壤有效態(tài)微量元素含量變化

3 小結(jié)

4個調(diào)查區(qū)域土壤的pH為5.26～7.77，大部分為弱酸性至中性土壤，較適合于水稻生長；隨種植年限的增加，各區(qū)域水稻土pH均呈現(xiàn)下降的趨勢。土壤有機(jī)質(zhì)含量均達(dá)到中上水平，且不同區(qū)域之間差異較大；總體上稻田土壤有機(jī)質(zhì)在種植6年達(dá)到最低值，而在種植8年出現(xiàn)回升。

本研究各區(qū)域土壤的全氮含量平均值為1.78～2.38 g/kg，達(dá)到中上水平；土壤堿解氮含量平均值為154.71～184.30 mg/kg，均達(dá)到了高等水平；土壤有效磷含量為6.49～41.95 mg/kg，處于中上水平，但不同區(qū)域之間的差異較大；土壤速效鉀含量平均值為124.57 mg/kg，總體來說鉀素供應(yīng)水平較高。此外，供試土壤的全氮、堿解氮和速效鉀含量均隨種植年限的延長無明顯變化，而有效磷含量呈先降低后升高的趨勢。

各區(qū)域稻田土壤的有效鐵、有效錳、有效銅和有效鋅含量均處于較高水平；有效鐵含量在1～6年呈上升趨勢，隨后變化穩(wěn)定，而有效錳、有效銅和有效鋅含量隨種植年限的增加變化不明顯。

長期以來，農(nóng)民在水稻種植上存在著盲目施肥、過量施肥的問題。可以看到，湖南省主要水稻土壤在取樣的1～8年pH適中，有機(jī)質(zhì)含量較高，氮、磷、鉀及微量元素的有效養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度較好。近20年來，全國許多省份開展了水稻實時實地施肥方法（SSNM）的研究與應(yīng)用，并推行了多年的測土配方施肥技術(shù)，建立了水稻測土配方施肥指標(biāo)體系，這些工作的開展對于提高肥料利用率、增加水稻產(chǎn)量、保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全及保護(hù)耕地生態(tài)環(huán)境，為實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)糧食穩(wěn)定增產(chǎn)、農(nóng)民持續(xù)增收以及國家農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到了重要作用。