1982-2012年來杭州市郊水稻田有機質變化特征及其調控措施

李 丹, 王京文, 李鳳根, 楊文葉, 章林英

(1.杭州市植保土肥總站, 浙江 杭州 310020; 2.杭州市富陽區新登鎮農業公共服務站, 浙江 富陽 311404)

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1982-2012年來杭州市郊水稻田有機質變化特征及其調控措施

李 丹1, 王京文1, 李鳳根2, 楊文葉1, 章林英1

(1.杭州市植保土肥總站, 浙江 杭州 310020; 2.杭州市富陽區新登鎮農業公共服務站, 浙江 富陽 311404)

摘要：[目的] 了解杭州市郊水稻田土壤有機質的長期演變,為杭州市正在推進的精品化、高度集約化農業生產提供土壤肥力的精確管理依據。[方法] 利用歷史資料和近期土壤質量調查數據探討了近30 a來杭州市郊水稻田土壤有機質的變化特征。[結果] 從1982—2012年,杭州市郊水稻田土壤有機質含量總體呈下降趨勢,平均降幅為2.95%,但各土種有機質變化有所差異。其中,培泥砂田、小粉田、黃斑田、泥砂田和粉泥田的土壤有機質呈現增加趨勢,特別是培泥砂田,土壤有機質含量增幅高達22.86%;而青紫泥田、青粉泥田和黃松田的土壤有機質呈現下降趨勢,且青紫泥田土壤有機質含量降幅高達22.59%。[結論] 近30 a來,杭州市郊水稻田土壤有機質發生了較大變化,但其變化程度和變化方向因土壤種類而異。施肥結構、耕作方式及耕作制度是引起土壤有機質變化的主要原因。

關鍵詞：杭州市郊; 水稻田; 有機質

文獻參數： 李丹, 王京文, 李鳳根, 等.1982—2012年來杭州市郊水稻田有機質變化特征及其調控措施[J].水土保持通報，2016,36(3)：131-135.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.024

有機質是土壤的重要組成部分，不僅在增加土壤肥力，環境保護，農業可持續發展等方面有著重要的作用和意義，還對全球碳平衡起著重要作用，被認為是影響全球“溫室效應”的主要因素[1]。土壤有機質的變化在短時間內難以體現，而且其含量也有較大的空間變化，因此，需要在較大的空間尺度和較長的時間尺度上來反映土壤有機質的變化情況。近20 a來，土壤碳庫和土壤固碳等深受人們重視，并開展了較為廣泛的研究[2-5]，但至今對土壤有機質較長時間尺度的變化及其變化的空間差異性的研究相對較少[6]。

近10 a來，杭州市相關縣(市、區)及其他科研單位對杭州市農田土壤的有機質含量進行過一些分析，也獲得了一系列農田土壤有機質的變化信息。例如：謝國雄等[7]將桐廬縣耕地有機質現狀與第二次土壤普查數據進行比較，表明28 a間桐廬縣耕地有機質含量下降了19.4%；徐祖祥等[8]對臨安市農田土壤肥力的分析表明，近30 a來土壤有機質平均含量呈下降趨勢；孔樟良等[9]對建德市1981—2012年的耕地土壤肥力檢測數據進行分析表明，土壤有機質呈現輕微下降趨勢，耕地中存在部分土壤有機質偏低的現象。這些研究都不同程度地揭示了杭州市某些區域農田土壤有機質的特征或變化趨勢，但杭州市郊水稻田作為杭州市區居民的重要糧食生產基地，至今為止，其養分狀況及變化趨勢，特別是有機質的時空變化特征鮮有報道。

為合理利用有限的耕地，本研究擬利用第二次土壤普查資料和2009—2012年土壤采樣分析數據，探討近30 a來杭州市郊水稻田耕層土壤有機質的變化特征，以期為杭州市正在推進的精品化、高度集約化農業生產提供土壤肥力的精確管理依據，對實現耕地高產穩產和可持續發展有十分重要的意義。

1材料與方法

1.1研究區概況

杭州市位于浙江省偏北地區，地處長江三角洲南翼、杭州灣西端、錢塘江下游、京杭大運河南端。四季分明，溫和濕潤，光照充足，雨量充沛，屬亞熱帶季風性氣候，年平均氣溫17.1 ℃，年平均相對濕度71.0%，常年平均降雨量1 455 mm，年蒸發量為1 400 mm。

1.2資料收集

1982年杭州市郊水稻田土壤有機質數據主要來自第二次土壤普查資料，除已出版的《杭州土壤》[10]外，還參照了杭州市植保土肥總站編輯的《杭州市1∶25萬土壤圖》、《杭州市分縣分鄉土種面積表》和《杭州市水稻田土壤理化數據分析統計資料》等。

1.3土壤樣品的采集與分析方法

在研究第二次土壤普查資料基礎上，結合杭州市郊水稻種植情況，于2009—2012年選擇不同區域的水稻田土壤作為研究對象。土壤樣品采集考慮了典型性和代表性，采用全球定位儀(GPS)技術，記錄采樣點經緯度，村鎮及農戶姓名，土壤類型及耕層厚度、種植作物等。采用多點(15～20個)混合采樣法采集耕層(0—20 cm)土壤，混合后采用四分法，留1 kg左右土壤帶回室內供分析用。共采集土壤樣品266個，主要分布在西湖區、江干區、拱墅區及濱江區。土壤有機質含量采用油浴加熱—重鉻酸鉀容量法測定[11]。第二次土壤普查土壤樣品于1982年春采集，采用多點混合采樣法采集耕層土壤，有機質含量分析方法也為油浴加熱—重鉻酸鉀容量法。

1.4數據處理

數據經Excel處理，利用SPSS軟件進行單樣本t檢驗：以各土種2009—2012年有機質含量為單變量，與對應土種1982年有機質含量平均值為常量，進行t檢驗，比較平均值之間的差異顯著性。

2結果與分析

2.1土壤有機質現狀

2009—2012年采集的266個土壤樣品有機質含量的檢測結果表明(表1)，杭州市郊水稻田耕層土壤有機質平均含量為29.98 g/kg，但變化較大，范圍在9.87～49.84 g/kg之間，標準差為7.08，變異系數達23.63%。按浙江省土壤分類系統，分屬滲育、潴育和脫潛3個水稻土亞類。不同類型水稻土的耕層土壤有機質含量也存在較大差異，其耕層有機質平均含量由高到低分別為：潴育水稻土(32.68 g/kg)>脫潛水稻土(30.69 g/kg)>滲育水稻土(27.30 g/kg)。其中，變幅最大的是滲育水稻土，變異系數達28.93%，其有機質含量最高的達49.84 g/kg，而最低的僅為9.87 g/kg，兩者相差6.6倍；其次為潴育水稻土，變異系數達17.86%，脫潛水稻土變幅最小，變異系數為16.06%。

表1　杭州市郊水稻田有機質現狀

2.2土壤有機質變化特征

將1982年第二次土壤普查杭州市郊水稻田土壤有機質含量與2009—2012年采集的土壤樣品進行分級對比，結果見表2。

表2　杭州市郊水稻田有機質含量分級

由表2可知，近30 a來，杭州市郊水稻田土壤有機質含量級別有了較大變化。有機質含量達到極豐富水平(>40 g/kg)的比例，已由第二次土壤普查時(1982年)的17.91%下降到2012年的9.40%，降幅高達47.52%；有機質含量較低水平(10～20 g/kg)的比例，已由第二次土壤普查時(1982年)的16.42%下降到2012年的10.53%，且2012年有0.37%的樣點有機質含量不足10 g/kg；與此相反，有機質含量達到較豐富水平(30～40 g/kg)的比例卻由第二次土壤普查時(1982年)的25.37%上升到2012年的42.48%，比例幾乎翻倍。由此可見，近30 a來，杭州市郊水稻田土壤有機質含量已從1982年的中高水平為主變為2012年的中等水平為主，呈現出明顯的下降趨勢。

為了解杭州市郊近30 a來不同土種有機質含量變化情況，將2010—2012年采集的266個土壤樣品的有機質含量按土種進行統計，分別為培泥砂田、泥砂田、小粉田、黃松田、黃斑田、粉泥田、青紫泥田和青粉泥田。并與1982年第二次土壤普查時相對應土種的有機質含量平均值進行單樣本t檢驗，結果見表3。

表3　近30 a來杭州市郊水稻田有機質含量變化情況

注：*表示有機質含量比1982年有顯著變化；**表示有機質含量比1982年有極顯著變化；無*表示有機質含量與1982年相比無顯著差異。

從表3可以看出，總體來講，近30 a來，8個土種的有機質含量平均值輕微下降，即從第二次土壤普查時的30.89 g/kg下降到了2012年的29.98 g/kg，但降幅不顯著，僅為2.95%。土壤中有機質含量變化因土壤種類而異。進行比較的8個土種中，近30 a來，土壤有機質含量上升的有5個土種，下降的有3個土種。其中增幅最大的是培泥砂田，從第二次土壤普查時的19.55 g/kg上升到了2012年的24.02 g/kg，增幅高達22.86%，經SPSS分析，達到了極顯著水平。小粉田、泥砂田和黃斑田的有機質含量也呈極顯著上升，增幅分別達15.86%，8.62%和5.58%；粉泥田有機質含量增幅為8.15%，也達到了顯著水平。而有機質含量下降的3個土種分別為青紫泥田、青粉泥田和黃松田，其中青紫泥田和青粉泥田的降幅都呈極顯著水平，分別高達22.59%和15.92%，而黃松田有機質雖有下降，但降幅不顯著。

2.3有機質變化原因

土壤有機質是土壤的重要組成部分，因環境變化或季節性水熱條件的變化，其始終處于不斷的積累與降解動態變化之中。農業生產中各種有機物質的輸入和輸出及影響土壤有機質形成與降解因素的變化都將在一定程度上改變土壤有機質的平衡。結合我市情況，對近30 a來杭州市郊水稻田土壤有機質的變化原因分析如下。

(1) 有機肥料投入減少。眾多研究表明，肥料種類和施用量可對土壤有機質的積累產生很大的影響。有機肥的施用、綠肥的翻壓和農作物秸稈還田均可促進土壤有機質的積累，而長期單一施用化肥可能導致土壤有機質的下降[12-14]。有資料顯示[15]，從20世紀70年代末開始，杭州市郊化肥施用量顯著增加，氮肥由1977年的2.89 kg/hm2上升到1984年的7.26 kg/hm2，增幅高達151.21%。與此相反，綠肥種植面積卻呈現顯著下降的趨勢，1966年杭州市綠肥種植面積高達101 333 hm2，以后逐年減少，到1995年僅16 493 hm2，降幅高達83.72%。此外，80年代以后，畜禽糞便施用也逐年減少，作物秸稈資源大量剩余，就地焚燒現象十分嚴重，有些農田已基本沒有有機肥料的投入。這可能是引起近30 a來杭州市郊水稻田土壤有機質下降的主要原因之一。

(2) 耕作制度改變。杭州市郊部分稻田由雙季稻改為單季稻或者水旱輪作。在種稻淹水條件下，土壤水分狀況屬于人為滯水水分狀況，全剖面土壤全為潮態或濕態，土壤通氣性較差，有機物質屬于嫌氣分解，發酵過程所釋放的能量遠低于好氣分解，有機質降解緩慢。而由雙季稻改為單季稻或者水旱輪作后，大大改變了土壤的水熱條件，由于土壤通氣性增強促進土壤微生物活性，加速了土壤有機質的礦化作用，促進有機質分解[16-17]。這也是引起近30 a來杭州市郊水稻田土壤有機質下降的主要原因之一。

(3) 耕作方式影響。傳統耕作方式頻繁的土壤擾動可能導致土壤有機質因礦化或土壤侵蝕而流失，最終造成農田土壤有機質下降[18]。

(4) 土地平整。近年來，在標準農田建設和土地平整過程中，有些稻田進行了平整，勢必影響表土有機質的含量。

3討論與結論

目前，杭州市郊水稻田土壤有機質含量主要在20～40 g/kg范圍內，平均為29.98 g/kg，屬中等水平。不同類型水稻土的耕層土壤有機質含量差異較大，其耕層有機質平均含量由高到低分別為：潴育水稻土>脫潛水稻土>滲育水稻土。

杭州市郊水稻田土壤有機質含量在近30 a來變化較大。總體來講，杭州市郊水稻田土壤有機質含量已從1982年的中高水平為主變為2012年的中等水平為主，呈現出明顯的下降趨勢。統計分析不同土種的結果表明，土壤有機質含量已由1982年的30.89 g/kg下降至2012年的29.98 g/kg，降幅為2.95%。土壤有機質變化程度和變化方向因土壤種類而異。其中土壤有機質增加的土種有培泥砂田、小粉田、黃斑田、泥砂田和粉泥田，特別是培泥砂田，土壤有機質含量增幅高達22.86%；而土壤有機質下降的土種有青紫泥田、青粉泥田和黃松田，且青紫泥田土壤有機質含量降幅高達22.59%。分析認為，施肥結構、耕作方式及耕作制度是引起土壤有機質變化的主要原因，建議采取以下措施進行調控，確保農作物正常生長。

3.1大力推廣商品有機肥

據統計，2013年杭州市納入政府補貼的商品有機肥生產企業達30家，年生產商品有機肥5.00×105t，可消納畜禽糞便資源總量約2.20×106t。自2009年開始實施農業部《測土配方施肥補貼》項目以來，在全市范圍內大面積推廣施用商品有機肥，2013年推廣應用1.25×105t，施用面積41 667 hm2，其中市郊水稻田施用有機肥面積為4 433 hm2，目前有機肥每公頃施用量為2 250 kg。根據市郊水稻田有機質下降趨勢、農業產業發展情況和政府不斷加大的補貼力度，將大大提高農戶施用有機肥的積極性，適當增加有機肥單位面積施用量，推廣應用前景廣闊。

3.2推進作物秸稈綜合利用

作物秸稈是重要的有機肥源，是當前中國農田唯一可靠的潛在有機肥源。秸稈還田有利于保持土壤肥力、改善土壤理化性狀，是國內外提倡的保護性耕作措施之一。按照現有農業生產水平，連續3 a秸稈還田，可增加土壤有機質0.2%～0.4%[19]。目前，秸稈還田還是以直接還田為主，但在降解、吸收等方面存在一系列問題。因此，結合杭州市郊實際和農業部土壤有機質提升補貼項目(秸稈腐熟劑)，可采取以下措施：早稻秸稈應根據稻田有機質含量，用秸稈快速腐蝕劑處理后，部分直接還田，部分移出稻田；單季稻和連作晚稻秸稈可直接還田或覆蓋在冬種作物上。

3.3加大冬綠肥翻壓面積

種植綠肥能為土壤提供豐富的養分，具有顯著的增肥功效。綠肥翻壓進入土壤后，增加了土壤的新鮮有機能源物質，使微生物迅速繁殖，活動增強，從而促進腐殖質的形成，養分的有效化，加速土壤熟化。長期以來，綠肥作物一直是杭州市農業生產的重要有機肥源，但到了20世紀90年代初期，綠肥產量劇減，這嚴重影響了杭州市農業的發展。針對杭州市郊水稻田土壤有機質現狀，擬在有機質含量處于4，5級水平(≤20 g/kg)的水稻田采取冬種綠肥進行翻壓的措施，以增加土壤有機質含量。

3.4采取保護性耕作方式

保護性耕作因其具有保持水土、降低生產投入、增加土壤肥力和產量等優點，已受到世界許多地區的陸續實施。免耕作為保護性耕作的極端形式，在CO2和N2O等溫室氣體含量不斷上升的背景下更是備受關注。此外，壟作也是保護性耕作中行之有效的形式之一。而壟作免耕將兩者很好地結合起來，不僅能增加表層土壤的有機質含量，還能促進水稻根系生長，有利于下層土壤有機質的累積[20]。

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收稿日期：2015-06-08修回日期：2015-08-11

通訊作者：王京文(1974—),女(漢族),山東省淄博市人,碩士,高級農藝師,主要從事土壤環境研究。E-mail:wjingwen@hz.cn。

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2016)03-0131-05

中圖分類號：S157.3

Changing Characteristics and Improvement Measures of Soil Organic Matter in Paddy Land of Hangzhou Suburb During 1982-2012

LI Dan1, WANG Jingwen1, LI Fenggen2, YANG Wenye1, ZHANG Linying1

(1.PlantProtectionandSoil-fertilizerStationofHangzhouCity,Hangzhou,Zhejiang310020,ZhejiangChina;2.AgriculturalPublicServiceStationofXindengTown,Fuyang,Zhejiang311404,China)

Abstract：[Objective] We investigated the variations of soil organic matter in paddy land of Hangzhou suburb over the last 30 years in order to provide basis for accurate soil fertility management and high intensive agricultural production. [Methods] Historic materials and current soil quality survey data were collected and compared to investigate the variations of soil organic matter. [Results] From 1982 to 2012, the mean content of soil organic matter decreased by 2.95%. The changes of soil organic matter varied with soil types. The mean content of soil organic matter in culture muddy-sandy field, silt paddy land, Fe-accumuli-stagnic anthrosols, muddy-sandy field and silt loamy paddy land showed an increasing trend, especially, in culture muddy-sand field, soil organic matter increased by 22.86%. In contrast, the mean content of organic matter in degleyed clayey paddy soil, blue silt loamy paddy soil and yellow loamy paddy soil showed a decreasing trend, and this decreasing trend in degleyed clayey paddy soil reached to 22.59 %. [Conclusion] The content of organic matter in the paddy soils changed greatly during the past 30 years, and this change varied among different soil types. Fertilization structure, tillage practices and farming system were the main reasons that cause the variations of soil organic matter.

Keywords:Hangzhou suburb; paddy soil; organic matter

資助項目：杭州市科委重大科技創新專項“標準農田地力提升關鍵技術研究與集成應用”(20131812A01)

第一作者：李丹(1985—),女(漢族),浙江省紹興市人,碩士,中級農藝師,主要從事耕地質量管理研究。E-mail:daidai850823@126.com。