寧鄉市治理式休耕對稻田耕層土壤肥力水平的影響

摘 要：為探討休耕（不耕作）和治理式休耕（翻耕、撒石灰、種植綠肥等措施）對土壤肥力水平的影響，采用野外采樣、室內測定的方法，對比分析了寧鄉市傳統耕作、休耕及治理式休耕條件下農田土壤的理化性質。結果表明：治理式休耕降低了土壤容重，增加了土壤總孔隙度，提高了土壤有機質含量，提升了土壤肥力，使土壤養分得到合理利用，土壤資源得到了有效的保護，是寧鄉地區合理的耕作模式。

關鍵詞：治理式休耕；土壤肥力；稻田；耕層土壤；寧鄉

中圖分類號：S344.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）08-0037-03

Effects of Managed Fallow on Soil Fertility Level of Paddy Field in Ningxiang

CAO Qiao1，ZHOU Qing1，LI Zhi-ming2，YUAN Hong1，ZHANG Liang1，SHEN Xiao-lan1，

ZHAI-Cheng1，ZHAO Sai-nan1

（1. College of Resource and Environment， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， PRC； 2.Hunan Soil and Fertilizer

Station， Changsha 410005， PRC）

Abstract： In order to study the effects of fallow （no tillage） and managed fallow （tillage， lime sprinkling， green manure planting， etc.） on soil fertility， the physical and chemical properties of farmland soil under traditional tillage， fallow and managed fallow were compared and analyzed by field sampling and laboratory measurement. The results showed that the management fallow reduced soil bulk density， increased soil total porosity， increased soil organic matter content， increased soil fertility， made rational use of soil nutrients， and effectively protected soil resources. It was a reasonable cultivation mode in Ningxiang area.

Key words： managed fallow； soil fertility； paddy field； plough layer soil； Ningxiang

受長期超負荷耕種的影響，土壤結構容易遭到破壞，引起地力下降及作物減產，形成嚴重的連作障

礙[1-2]。研究表明，休耕是恢復土壤質量與地力水平的有效措施之一[3]。治理式休耕是一種比較成熟的農業應用模式，可有效改善土壤結構，調節土壤容重，提升土壤有機質含量，促進植物對養分的吸收[4-6]，對水稻等農作物的生長以及農業資源的充分利用具有重要意義。研究以湖南省寧鄉市農田治理式休耕試點區域為例，通過大量田間監測數據，分析治理式休耕對稻田耕層土壤肥力水平的影響，以期為治理式休耕的推廣應用提供田間數據支撐，也為相關職能部門的決策提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

寧鄉市地處湘東偏北的洞庭湖南緣地區，地理坐標為111°53′～112°46′E，27°55′～28°29′N。該市地屬亞熱帶季風氣候，熱量豐富，雨量充沛，具有明顯的大陸性季風氣候特點，境內多為丘陵地帶，是重要的商品糧和多種經濟作物的生產基地。受人多地少因素的制約，復種多熟已成為當地緩解農業生產矛盾的主要途徑。

1.2 休耕區監測點位布設

依托寧鄉市輪作休耕試點區域耕地質量監測項目，結合縣域耕地質量調查與評價成果，2017年全市共設有治理式休耕監測點12個，其中金洲鎮8個、夏鐸鋪鎮2個、巷子口鎮2個，監測點均位于雙季稻種植區域。每個監測點面積不低于1 334 m2，平均劃分為3個小區，分別為對照監測區（遵循傳統耕作）、休耕處理區（無治理措施的休耕，不耕作）、治理式休耕處理區（治理措施包括深翻耕、撒石灰、種植綠肥+休耕，用量和技術要求同當地）。監測點組基本情況見表1。

1.3 土壤樣品采集與測定

晚稻收割后，采集監測點土壤樣品進行檢測分析。土壤檢測指標有：土壤容重、pH值、有機質、全氮、有效磷、速效鉀。各指標分析測定方法參照農業行業標準。

2 結果與分析

2.1 治理式休耕對耕層土壤容重及pH值的影響

土壤容重是土壤物理性狀的主要指標之一，可以反映土壤的緊實度和土壤的孔隙組成，以及土壤的透氣性、透水性和保水能力等。孔隙良好的土壤能同時滿足作物對水分和空氣的要求，且有利于土壤養分狀況的調節以及植物根系的延伸。

由表2可知，寧鄉市12個休耕監測點中，有5個點的土種為白散泥，由第四紀紅色黏土母質發育而成；有4個點的土種為紅黃泥，也是由第四紀紅色黏土母質發育而成；有2個點的土種為麻沙泥，由花崗巖風化物母質發育而成；有1個點的土種為河沙泥，由河湖沖、沉積物母質發育而成。

從表2中還可看出，寧鄉市12個對照監測點的土壤容重均值為1.16 g/cm3，12個休耕處理監測點的土壤容重均值為0.96 g/cm3，12個治理式休耕處理監測點的土壤容重均值為0.99 g/cm3；與對照相比，治理式休耕處理后土壤容重下降明顯，而休耕與治理式休耕處理之間的差別較小。這說明，治理式休耕處理通過種植綠肥和撒放石灰等措施，改善了土壤結構，增加了土壤總孔隙度，使土體變松散，對土壤的保護效果優于一般休耕；而一般的休耕處理保持了良好的土壤結構，減少了對耕層土壤的破壞，有利于土壤可持續生產[7]。

寧鄉市12個對照監測點的土壤pH均值為5.98，12個休耕處理監測點的土壤pH均值為5.66，12個治理式休耕處理監測點的土壤pH均值為5.61；與對照相比，休耕與治理式休耕處理后土壤pH均值都有所下降；其中，治理式休耕處理的降幅更大，平均下降0.37，而休耕處理平均下降0.32。治理式休耕處理通過合理的耕作及適量撒放石灰等措施，調節了土壤酸堿度。但是由于石灰的撒放并不是針對所有的田塊，采樣時間為晚稻收割以后，石灰的影響甚微，因此休耕和治理式休耕的土壤pH值并沒有上升。此外，對照監測點內，由于有機肥的施用以及長期處于淹水狀態，土壤pH值會相對較高。

2.2 治理式休耕對耕層土壤養分含量的影響

2.2.1 土壤有機質 從不同處理的土壤有機質來看，寧鄉市12個對照監測點均值為38.40 g/kg，12個休耕處理監測點的均值為37.61 g/kg，12個治理式休耕處理監測點的均值為38.53 g/kg（表3）；3類監測點的土壤有機質均值差異不顯著。從不同土種來看，白散泥和紅黃泥土壤有機質在休耕與治理式休耕后都有所下降，其中紅黃泥經治理式休耕處理后，土壤有機質較對照監測點下降了5.06 g/kg；而麻沙泥和河沙泥的土壤有機質在休耕與治理式休耕后有所提升，其中麻沙泥土壤經過治理式休耕處理后，土壤有機質較對照監測點提升了4.54 g/kg。造成這種結果的原因可能是：第四紀紅色黏土發育的白散泥和紅黃泥土壤質地較黏，休耕條件下有機物殘體腐殖化速度相對較慢，而石灰的撒施在一定程度上加速了有機質的礦化作用；河湖沖積物發育下的河沙泥和花崗巖風化物發育的麻沙泥，土壤通透性相對較好，土壤微生物活性強，使治理式休耕田塊中有機殘體的腐殖化速度加快，土壤有機質含量得到提升。

2.2.2 全 氮 從不同處理的土壤全氮來看，寧鄉市12個對照監測點均值為1.72 g/kg，12個休耕處理監測點的均值為1.77 g/kg，12個治理式休耕處理監測點的均值為1.75 g/kg；與對照相比，休耕和治理式休耕處理可輕微提高土壤全氮含量。休耕可培肥地力，增加土壤養分，提高土壤有機質和養分，改良土壤內部結構及環境，加快植株對養分的吸收。治理式休耕種植不但增加了土壤中的有機質含量，而且通過改善土壤通透性和農田的生態環境，有效地緩解了土壤退化。各土種的土壤全氮含量沒有顯著差異，與對照處理相比，休耕和治理式休耕處理的土壤總氮含量總體呈上升趨勢。

2.2.3 有效磷 從不同處理土壤有效磷來看，寧鄉市12個對照監測點的均值為17.40 mg/kg，12個休耕處理監測點的土均值為14.88 mg/kg，12個治理式休耕處理監測點的均值為15.18 mg/kg；與對照相比，休耕與治理式休耕處理后土壤有效磷均值都有所下降。其中，休耕處理的降幅較大，平均下降2.52 mg/kg。這可能是由于休耕后，土壤pH值降低，磷的固定作用增強，磷的有效性降低導致的。從不同土種來看，不同母質發育而成的土壤，除了麻沙泥沒有顯著變化外，休耕后其他土種的土壤有效磷含量均有所下降。其中，第四季黏土發育的白散泥和紅黃泥下降幅度最大。這是因為第四季黏土質地比較黏，通透性弱，不適合動物及好氧微生物活動，因此轉化的有效磷比較少。同時，休耕后土壤的有機質和pH值都有所降低（在較低pH值條件下，磷的有效性與土壤pH值呈正相關關系），導致土壤的固磷作用增強，從而有效磷含量下降。

2.2.4 速效鉀 從不同處理土壤速效鉀來看，寧鄉市12個對照監測點的均值為101.90 mg/kg，12個休耕處理監測點的均值為101.68 mg/kg，12個治理式休耕處理監測點的均值為98.75 mg/kg。速效鉀的變化不是很明顯，但是休耕后，隨著土壤pH值下降，速效鉀向緩效鉀轉換能力下降，即土壤鉀的固定作用下降，并且由于人為灌溉的緣故，速效鉀隨水分淋失的量減少，因此速效鉀可能會有所提升。從不同土種來看，除了河沙泥以外，其他土種經休耕處理后土壤速效鉀含量均有所增加。第四紀紅土發育的白散泥和紅黃泥質地較黏，有機質含量較河湖沉積物發育而成的河沙泥與麻沙泥高，保肥能力強，養分不易流失。

3 結論與討論

試驗結果表明，治理式休耕對土壤有效養分的影響較為明顯。雖然，一般休耕處理后部分土壤養分含量低于傳統耕作（對照）方式，但傳統耕作深翻土壤，破壞了土壤結構，加速了土壤養分的流失，土壤水肥調節能力變弱，有時由于施肥或動植物殘枝使土壤養分含量暫時略有增加，但從長遠來看不利于農業生產的可持續發展。

在治理式休耕條件下，種植的綠肥富含蛋白質等有機物質以及氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、硅等多種營養元素，腐解后形成土壤有機碳，可促進養分循環利用，改善土壤理化性質，提高土壤肥力。綠肥作為新鮮有機物，長期還田后能影響土壤有機質周轉，改變土壤有機質的組成和結構特點，并可以顯著提高有機質含量[8-10]。綠肥還可促進土壤水穩性團粒的形成以及土壤結構的改善。詹其厚等[11]和王光華等[12]的研究表明，秸稈還田與施肥使土壤中的全磷、無機磷含量明顯增加，并促進了有機磷的礦化，使氮、磷、鉀肥的肥效得以提高。與“掠奪式”的種植制度相比，長期休閑耕作對維持或擴大土壤氮庫，尤其是增加土壤供氮能力有非常重要的作用[13-14]。同時，治理式休耕減少了土壤擾動，地表裸露面積降低，地表殘茬覆蓋面大；同時，由于土壤擾動減少，土壤養分不易流失，因此培肥了地力，提高了自然水利用率。

試驗結果還表明，寧鄉市耕作土壤的pH值偏酸性，有機質含量中等，全氮含量不高，速效鉀含量處于較低水平。而種植綠肥可有效改善土壤結構，提升土壤有效養分，因此在治理式休耕過程中，要注意綠肥和化肥的結合施用，化肥與不同種類有機物料配合施用對土壤全氮、速效磷、速效鉀及有機質含量等均有一定程度的改善作用。由于不同地區的情況有所差別，因此各地的治理式休耕措施要根據當地具體情況，因地制宜地實施。

綜上所述，治理式休耕使土壤容重降低，有效改善土壤結構，使耕層土壤總孔隙度增加，提升土體水熱調節能力；治理式休耕后，土壤有機質含量及土壤養分水平均高于傳統耕作，為寧鄉地區合理的耕作模式；休耕能降低土壤有機質礦化速度，同時休耕過程中部分土壤有機質的腐殖質化能提升土壤對氮磷鉀等養分的保蓄能力，有效培肥地力；不同母質發育的土壤培肥效果對治理式休耕措施的響應不一，應根據土壤類型科學安排休耕措施。

參考文獻：

[1] 牛紀華，李松梧. 農田休耕的必要性及實施構想[J]. 農業環境與發展，2009，（2）：27-28.

[2] 崔和瑞，孟祥書. 基于休耕輪作的人與自然和諧的農村生態環境的構建[J]. 中國農學通報，2006，12（22）：502-504.

[3] 揣小偉，黃賢金，鐘太洋. 休耕模式下我國耕地保有量初探[J]. 山東師范大學學報（自然科學版），2008，23（3）：99-102.

[4] 張 從. 農業環境保護概論[M]. 北京：中國農業大學出版社，1999.

[5] 梁 濱，陶麗華，周 青，等. 環境污染對農業生態系統服務功能的影響[J]. 中國農學通報，2005，21（1）：293-295.

[6] 沈承德，易惟煕，劉東生. CO2全球循環及其同位素示蹤研究[J]. 第四紀研究，1995，15（1）：53-61.

[7]Lim E K，Li Y，Parr A，et al. Identification of glucosyltransferase genes involved in sinapate metabolism and lignin synthesis in Arabidopsis[J]. Biol. Chem，2001，276：4344-4349.

[8] Iqbal J，Hu R G. CO2 emission in a subtropical red paddy soil（Ultisol）as affected by straw and N-fertilizer applications：A case study in Southern China[J]. Geoderma，2009，doi：10.1016/j.agee.2009.02.001.

[9] Pan G X，Zhao Q G. Study on evolution of organic carbon stock in agricultural soils of China：Facing the challenge of global change and food security[J]. Advances in Earth Science，2005，20（4）：384-393.

[10] 陳尚洪，朱鐘麟，吳 婕. 紫色土丘陵區秸稈還田的腐解特征及對土壤肥力的影響[J]. 水土保持學報，2006，20（6）：141-144.

[11] 詹其厚，張效樸，袁朝良. 秸稈還田改良砂姜黑土的效果及其機理研究[J]. 安徽農業大學學報，2002，29（1）：53-59.

[12] 王光華，齊曉寧，金 劍，等. 施肥對黑土農田土壤全碳、微生物量碳及土壤酶活性的影響[J]. 土壤通報，2007，38（4）：661-666.

[13] 高亞軍，朱培立，黃東邁，等. 水旱地區土壤長期休閑與耕地的肥力效應[J]. 中國生態農業學報，2001，（9）：67-69.

[14] 龐成慶，秦江濤，李輝信，等. 秸稈還田和休耕對贛東北稻田土壤養分的影響[J]. 土壤，2013，45（4）：604-609.

（責任編輯：成 平）