種植年限對稻田土壤p H和養分含量的影響

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，水稻生產在中國經濟發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域，是中國水稻的主要產地，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基礎，水稻田土壤的肥力狀況，特別是養分狀況對水稻的優質高產起著非常重要的作用［3］。

中國南方農耕歷史悠久，施肥是水稻增產的主要措施。然而，在當前的水稻生產中，重化肥輕有機肥的現象日趨嚴重，部分地區還存在過量施肥及盲目施肥的情況，導致土壤板結、養分失衡、土壤酶活性降低、稻田生態環境惡化和環境污染等問題［4，5］。為此開展測土配方施肥，建立水稻測土配方施肥指標體系，對于提高水稻產量、降低水稻生產成本、提高湖南省水稻肥料利用率、減少肥料浪費、保護農業生態環境、保證農產品質量安全、實現湖南省糧食穩定增產和農民持續增收及湖南省農業的可持續發展具有重要的現實意義。本研究選擇南方典型雙季稻區湖南省，以其四大區域（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和養分含量狀況及變化特征，旨在為中國南方雙季稻區水稻生產提供數據參考。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤采自湖南省四大區域（湘中、湘北、湘西、湘南）的水稻田耕層土壤，具體地點為湖南省寧鄉縣、安鄉縣、花垣縣和桂陽縣。4個區域均屬于大陸性亞熱帶季風濕潤氣候，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 各定位試驗點土壤基本信息

各監測點所使用的肥料均為單質肥料，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

根據全縣稻田分布進行合理的采樣布局，確定野外采樣路線，于晚稻收獲后進行土壤采集，在實地調察時，采用GPS定位，確保每次取樣地塊一致。土壤樣品采用五點式取樣法，采樣深度為0～20 cm，重復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土壤樣品裝袋標記，帶回實驗室置于通風陰涼處風干，磨碎，過10目和60目篩，貯存備用。

1.3 測定方法

土壤理化性質及養分含量測定采用常規分析方法［6］。pH采用電位法測定（水∶土為1∶1）；有機質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。

試驗數據采用Excel 2013和SPSS 17.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 土壤p H

土壤pH是評價土壤酸化的重要指標，對土壤物質循環和植物生長發育等均會產生重要影響。從表2可以看出，本研究中各區域的稻田土壤pH為5.26～7.77，大部分為中性土壤。其中，寧鄉縣土樣pH 5.26～5.67，呈弱酸性；安鄉縣土樣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，即表現為表層土壤的酸化現象。但是各種植年限間均未達到顯著差異（P＞0.05）。這與其他研究者的結果一致［7］，可能與土壤緩沖能力降低、長期施用單一肥料、礦質元素比例失衡有關［8］。

2.2 土壤有機質含量

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

表3 不同種植年限水稻土壤有機質含量變化（單位：g/kg）

隨著種植年限的增加，各區域土壤有機質含量呈先下降后上升的趨勢，整體在6年達到最低值，而在8年出現升高；不同種植年限稻田土壤有機質含量差異較大，6年稻田土壤有機質含量與1年均差異顯著（P＜0.05）。原因可能是6年前的耕作習慣對土壤有機質的補充遠遠不夠水稻生產從土壤中吸收的大量有機質，因而導致土壤中有機質含量不斷下降；而8年可能由于農民開始重視有機肥或綠肥等的施用，有機質積累在土壤表層，導致土壤有機質含量有所升高。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質含量［10］，不同冬作有機質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育、產量高低、品質優劣等均起到重要的作用。由表4可知，各區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弱［12］。各區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，達到了高等水平。在水稻種植過程中普遍存在為了追求高產而盲目使用氮肥的問題，從而造成土壤表層氮素積累。因此，應當根據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、土壤鹽漬化以及環境污染等現象。

整體來看，4個研究區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隨著年限可能出現升高、保持穩定或下降的趨勢，這是由于不同土質和不同施肥習慣所導致。

2.4 土壤有效磷含量

土壤有效磷是表征土壤磷素供應能力的指標，其含量由土壤理化性質和生物因素共同調節［14］。本研究中各區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，平均含量達到33.75 mg/kg，寧鄉縣和安鄉縣稻田土壤有效磷平均含量也均達到了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、有機碳含量、全N含量呈極顯著正相關，與土壤pH呈顯著負相關。因此，1～8年各區域水稻土有效磷含量的變化可能與其有機質含量以及pH的變化有關。

2.5 土壤速效鉀含量

速效鉀通常被認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狀況的重要指標之一［15］。本研究中各區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水平較高，在農業生產實踐中可以滿足作物生長的基本需求。各區域水稻土壤中速效鉀含量存在較大差別，這主要來源于各區域的不同母質和土壤類型。隨著種植年限的增加，各區域水稻土壤中速效鉀含量并沒有明顯的變化趨勢。

2.6 土壤有效態微量元素含量

對各區域稻田土壤有效態微量元素的調查分析結果見表5。寧鄉縣、安鄉縣、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結果表明，在種植年限為1～6年期間，4個區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年間變化穩定；其中寧鄉縣稻田土壤在6年出現顯著增加（P＜0.05），其他區域各種植年限間均未達到顯著差異（P＞0.05）。土壤有機質含量、pH及土壤質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質含量在一定范圍內呈正相關，而與土壤pH呈明顯的負相關［16］。因此，有效鐵含量的增加可能與各地土壤有機質含量的升高及pH的下降有關。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微量元素含量變化

3 小結

4個調查區域土壤的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，各區域水稻土pH均呈現下降的趨勢。土壤有機質含量均達到中上水平，且不同區域之間差異較大；總體上稻田土壤有機質在種植6年達到最低值，而在種植8年出現回升。

本研究各區域土壤的全氮含量平均值為1.78～2.38 g/kg，達到中上水平；土壤堿解氮含量平均值為154.71～184.30 mg/kg，均達到了高等水平；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，有機質含量較高，氮、磷、鉀及微量元素的有效養分供應強度較好。近20年來，全國許多省份開展了水稻實時實地施肥方法（SSNM）的研究與應用，并推行了多年的測土配方施肥技術，建立了水稻測土配方施肥指標體系，這些工作的開展對于提高肥料利用率、增加水稻產量、保證農產品質量安全及保護耕地生態環境，為實現區域內糧食穩定增產、農民持續增收以及國家農業的可持續發展起到了重要作用。