近30年來桐廬縣稻田土壤肥力演變趨勢

倪中應(yīng)　劉永紅　石一珺　湯斌（桐廬縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江桐廬311500；第一作者：380083096@qq.com）

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近30年來桐廬縣稻田土壤肥力演變趨勢

倪中應(yīng)劉永紅石一珺湯斌
（桐廬縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江桐廬311500；第一作者：380083096@qq.com）

摘要：為了解浙江省桐廬縣稻田耕層土壤肥力現(xiàn)狀及其演變趨勢，利用歷史資料和近期地力評價調(diào)查數(shù)據(jù)，探討了近30年來桐廬縣稻田耕層土壤主要肥力指標的變化特征。結(jié)果表明，近30年來，桐廬縣稻田耕層土壤主要肥力指標發(fā)生了較大變化，但變化方向和變化程度因養(yǎng)分種類和區(qū)塊而異。土壤pH值有輕微的酸化趨勢，平均降低0.07個pH值單位；土壤陽離子交換量總體上以中低水平為主；土壤有機質(zhì)顯著降低，平均降幅為17.32%，以分水區(qū)塊下降最為明顯，降幅為24.17%；土壤有效磷和速效鉀顯著提升，平均增幅分別為173.75%和63.05%。其中，土壤有效磷已出現(xiàn)了累積現(xiàn)象，以桐君區(qū)塊累積最為明顯，增幅高達316.24%；土壤速效鉀雖提升顯著，但仍處于中等水平，桐君區(qū)塊提升最多，增幅為112.62%。分析認為，施肥結(jié)構(gòu)和種植制度的改變是引起桐廬縣稻田土壤肥力變化的主要原因。

關(guān)鍵詞：桐廬縣；稻田土壤；肥力；演變

耕地是人類賴以生存的重要資源，其質(zhì)量高低直接影響到農(nóng)業(yè)及社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和糧食安全［1］。土壤質(zhì)量是耕地質(zhì)量的基礎(chǔ)，而土壤肥力質(zhì)量是保障農(nóng)作物生產(chǎn)的根本［2］，對其進行綜合評價，在指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和提供農(nóng)業(yè)管理決策中具有重要意義［3］。土壤養(yǎng)分是土壤肥力的主要特征之一，也是較易控制的肥力因素，是一個動態(tài)指標，隨著農(nóng)業(yè)管理水平的改變而變化［4］。因此，了解土壤養(yǎng)分肥力的特點及其時空演變趨勢，分析其變化原因，已成為當前全球資源可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的熱點問題。

目前，大多數(shù)研究者對土壤肥力的研究主要集中在兩個方面。一是從評價指標、指標權(quán)重等方面完善土壤肥力評價方法，并以此定量化研究土壤肥力。閆一凡等［5］從評價指標及其權(quán)重確定等方面介紹了地力評價的主要流程，并對各評價方法的原理及其優(yōu)劣進行了較為系統(tǒng)的述評。吳鵬飛等［6］結(jié)合參與地力評價的實際經(jīng)驗和眾多研究成果，分析實際操作的難度及原因，探討其不足，并提出可持續(xù)研究發(fā)展的方向。葉回春等［7］利用粗糙集理論中知識約簡和相對正域理論在消除冗余信息和處理不確定性信息等方面的優(yōu)勢，探究了土壤肥力評價過程中的指標權(quán)重確定方法。二是從耕作制度和農(nóng)業(yè)管理措施等方面揭示土壤肥力的影響因子。申小冉等［8］通過對34個耕地質(zhì)量監(jiān)測點20余年連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，探討了常規(guī)施肥下我國旱作、水旱輪作和稻田系統(tǒng)土壤碳、氮關(guān)系的演變特征；趙營等［9］利用田間試驗研究了不同施肥處理對水旱輪作體系下土壤肥力的影響。

土壤性狀具有復(fù)雜的時空變異性，特別是人類活動對土壤影響越來越深遠的今天，土壤肥力的時空演變受到越來越多的重視。陸訪儀等［10］采用基于土壤學(xué)專業(yè)知識的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)鏈接方法，在GIS技術(shù)支持下，研究了黑龍江省海倫市1981、2000和2008 年3個時期耕地土壤有機質(zhì)和全氮含量的時空變化規(guī)律。自1983年全國第二次土壤普查至今，桐廬縣農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、耕作制度、農(nóng)業(yè)技術(shù)措施和施肥習(xí)慣等都發(fā)生了顯著的變化，如種植結(jié)構(gòu)從原來的“以糧為綱”調(diào)整為“糧油、蔬菜、水果、茶葉、蠶桑、竹筍”六大產(chǎn)業(yè)。農(nóng)戶為追求高產(chǎn)而重化肥、輕有機肥和重大量元素、輕中微量元素，必然引起土壤肥力的變化，尤其是稻田土壤肥力的變化。為此，筆者以桐廬縣水稻田為典型研究區(qū)，利用全國第二次土壤普查資料和2009-2013年耕地地力評價分析數(shù)據(jù)，探討了桐廬縣近30年來稻田土壤肥力演變狀況，以期為制定農(nóng)業(yè)管理措施、進一步提升土地生產(chǎn)力、穩(wěn)定糧食產(chǎn)量提供重要的理論和現(xiàn)實意義。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

表1　土壤養(yǎng)分分級標準

表2　30年來桐廬縣稻田pH值變化情況

表3　30年來桐廬縣稻田有機質(zhì)變化情況

桐廬縣位于浙江省西北部，地處錢塘江水系中游、富春江上游，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，全年四季分明，光照充足，溫暖濕潤，雨量充沛。桐廬是一個農(nóng)用地資源較為匱乏的山區(qū)縣，第二次土壤普查時，全縣總面積18.31萬hm2，其中，水田2.05萬hm2、占土地總面積的11.2%，旱地0.11萬hm2、占土地總面積的0.61%。土壤類型主要為水稻土、紅壤，地貌類型以低丘為主，農(nóng)作物以水稻、油菜為主。

1.2樣品采集與分析

1983年土壤肥力數(shù)據(jù)來源于第二次土壤普查資料，共采集土壤樣品218個［11］。2013年，根據(jù)桐廬縣水稻田分布現(xiàn)狀，按照《農(nóng)業(yè)部測土配方施肥技術(shù)規(guī)范》要求，選取具有代表性的、面積大于0.067 hm2的田塊作為采樣單元，采用GPS定位記錄采樣點經(jīng)緯度，同時進行采樣地塊基本情況調(diào)查。采用S型均勻隨機法采集混合土樣，并用四分法取1 kg左右?guī)Щ貙嶒炇曳治?。在全縣14個鄉(xiāng)鎮(zhèn)共采集土壤樣品384個，代表水稻田面積1.53萬hm2。

本文選取了土壤pH值、有機質(zhì)、有效磷、速效鉀和陽離子交換量作為評價指標。其中，土壤pH值采用酸度計法測定；有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定；陽離子交換量采用醋酸銨交換法測定［12］。

1.3數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel處理，利用SPSS軟件進行單樣本t檢驗。以各區(qū)塊2013年養(yǎng)分含量為單變量，與對應(yīng)區(qū)塊1983年養(yǎng)分含量平均值為對照值，進行t檢驗，比較平均值之間的差異顯著性。

1.4評價標準

土壤養(yǎng)分評價參考《國家綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標準》［13］中的土壤肥力分級標準，詳見表1。

2　結(jié)果與分析

2.1土壤pH值現(xiàn)狀及其變化

土壤pH值是一個反映土壤質(zhì)量的綜合指標，對土壤微生物活性、微量元素有效性及養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等均有重要影響［14］。表2顯示，2013年桐廬縣稻田土壤pH值變幅在4.5～7.9之間，平均為5.93，標準差0.71，變異系數(shù)較低，僅為11.93%。按照全國第二次土壤普查技術(shù)規(guī)程的指標分級標準，目前桐廬縣稻田土壤pH值屬微酸性（5.5～6.5）。t檢驗表明，30年來桐廬縣稻田土壤pH值無顯著差異。與二次土壤普查pH值均值比較，2013年桐廬縣稻田土壤pH值降低了0.07單位，存在輕微酸化趨勢。

2.2土壤有機質(zhì)現(xiàn)狀及其變化

表4　30年來桐廬縣稻田有效磷變化情況

表5　30年來桐廬縣稻田速效鉀變化情況

土壤有機質(zhì)不僅與土壤肥力直接相關(guān)，而且是一個重要的碳庫［15］。從表3可知，桐廬縣稻田土壤有機質(zhì)含量在4.85～62.07 g/kg之間，平均24.96 g/kg，標準差7.78，變異系數(shù)31.17%。根據(jù)國家綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標準（NY/T 391-2000）中的土壤肥力分級標準，2013年桐廬縣稻田土壤有機質(zhì)含量主要屬Ⅱ級水平。與全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)相比，2013年桐廬縣稻田土壤有機質(zhì)降低5.23 g/kg，降幅高達17.32%。t檢驗表明，30年來桐廬縣稻田土壤有機質(zhì)下降達極顯著水平。若將桐廬縣劃分為分水區(qū)塊（包括分水鎮(zhèn)、百江鎮(zhèn)瑤琳鎮(zhèn)和合村鄉(xiāng)）、桐君區(qū)塊（包括桐君街道、城南街道和富春江鎮(zhèn)）、江南區(qū)塊（包括江南鎮(zhèn)、鳳川街道和新合鄉(xiāng)）和橫村區(qū)塊（橫村鎮(zhèn)、舊縣街道、鐘山鄉(xiāng)和莪山鄉(xiāng)）等四大區(qū)塊，比較各區(qū)塊稻田土壤有機質(zhì)均值后發(fā)現(xiàn)，江南區(qū)塊有機質(zhì)含量最高，達29.04 g/kg，分水和桐君居中，分別為25.35 g/kg和24.31 g/kg，而橫村最低，為21.86 g/ kg。與全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)比較，分水、桐君、江南和橫村四大區(qū)塊稻田土壤有機質(zhì)都呈下降趨勢，降幅分別為24.17%、19.40%、13.79%和17.35%。t檢驗表明，30年來桐廬縣四大區(qū)塊稻田土壤有機質(zhì)下降均達極顯著水平。

2.3土壤有效磷現(xiàn)狀及其變化

土壤中磷素的豐缺狀況是衡量土壤肥力水平高低的標志之一，影響著作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，而有效磷是當季作物可從土壤中獲取的主要磷養(yǎng)分資源［16］。從表4可見，桐廬縣稻田土壤有效磷含量在1.16～92.75 mg/kg之間，平均為21.90 mg/kg，標準差15.16，變異系數(shù)較高，為69.22%。根據(jù)分級標準，2013年桐廬縣稻田土壤有效磷含量主要屬Ⅰ級水平。與全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)比較，2013年桐廬縣稻田土壤有效磷上升了13.9 mg/kg，升幅高達173.75%。t檢驗表明，30年來桐廬縣稻田土壤有效磷上升達極顯著水平。由此說明30年來桐廬縣稻田有效磷含量整體水平急劇提升，已由過去的虧缺狀態(tài)轉(zhuǎn)變到現(xiàn)在的豐富狀態(tài)。比較各區(qū)塊稻田土壤有效磷均值后發(fā)現(xiàn)，桐君區(qū)塊有效磷含量最高，達32.55 mg/kg，分水居中，為23.45 mg/kg，而橫村和江南相對較低，分別為18.01 mg/kg和17.82 mg/kg。與全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)相比，分水、桐君、江南和橫村四大區(qū)塊稻田土壤有效磷都明顯上升，升幅分別為146.07%、316.24%、115.48%和184.52%。t檢驗表明，30年來桐廬縣四大區(qū)塊稻田土壤有效磷上升均達極顯著水平。

2.4速效鉀變化特征

鉀是作物生長必需的營養(yǎng)元素，而速效鉀是當季作物可從土壤中獲取的主要鉀養(yǎng)分資源［17］。從表5可見，桐廬縣稻田土壤速效鉀含量在15～220 mg/kg之間，平均79.24 mg/kg，標準差33.27，變異系數(shù)41.99%。根據(jù)分級標準，2013年桐廬縣稻田土壤速效鉀含量屬Ⅱ級水平。與全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)比較，2013年桐廬縣稻田土壤速效鉀上升30.64 mg/kg，升幅為63.05%。t檢驗表明，30年來桐廬縣稻田土壤速效鉀上升達極顯著水平，說明30年來桐廬縣稻田速效鉀含量整體水平顯著提升。比較各區(qū)塊稻田土壤速效鉀均值后發(fā)現(xiàn)，江南和桐君相對較高，分別為94.73 mg/kg和94.19 mg/kg，分水和橫村較低，分別為72.59 mg/kg和68.62 mg/kg。與全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)比較，分水、桐君、江南和橫村四大區(qū)塊稻田土壤速效鉀都明顯上升，升幅分別為42.67%、112.62%、75.04%和52.15%，以桐君區(qū)塊稻田土壤速效鉀累積最為明顯。t檢驗表明，30年來桐廬縣四大區(qū)塊稻田土壤速效鉀提升均達極顯著水平。

2.5陽離子交換量狀況

土壤陽離子交換量是指土壤膠體所能吸附和交換的各種陽離子的容量，直接反映土壤的保肥、供肥性能和緩沖能力［18］。從表6可見，2013年桐廬縣稻田土壤陽離子交換量變幅在58.7～374.6 mmol/kg之間，平均為147.1 mmol/kg，標準差49.3，變異系數(shù)33.51%。根據(jù)分級標準，2013年桐廬縣稻田土壤陽離子交換量屬Ⅲ級水平?？梢?，桐廬縣稻田土壤保肥性能一般，這可能與其土壤有機質(zhì)偏低以及砂性強密切相關(guān)。

表6　2013年桐廬縣稻田陽離子交換量狀況

3　討論

3.1土壤pH值變化

自然條件下土壤的pH值主要受成土母質(zhì)控制，變化十分緩慢。但隨著人為活動的強烈干擾，土壤pH值空間分布和演變方向都會發(fā)生劇烈改變［19］。桐廬縣稻田土壤pH值絕大部分處于中性和酸性（5.0～7.5），對酸性物質(zhì)的輸入較為感。且桐廬縣水稻土的陽離子交換量較低（100～150 mmol/kg），對酸的緩沖性能較弱，土壤相對容易酸化。此外，20世紀80年代以來桐廬縣稻田土壤pH值下降主要與人為活動有關(guān)，水稻土是受人為活動作用影響劇烈、土壤質(zhì)量變異最為顯著的土壤。長期不合理施肥，特別是施用硫酸銨、氯化鉀、氯化銨等酸性和生理酸性肥料以及氮肥的過量施用，都能引起土壤酸化［20］。

3.2土壤有機質(zhì)變化

土壤有機質(zhì)是土壤的重要組成部分，因環(huán)境變化或季節(jié)性水熱條件的變化，其始終處于不斷積累與降解的動態(tài)變化之中。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各種有機物料的輸入輸出以及影響有機質(zhì)形成和降解因素的變化都能改變土壤有機質(zhì)的平衡。結(jié)合桐廬縣實際，對30年來稻田土壤有機質(zhì)的下降原因分析如下：①土壤質(zhì)地：桐廬縣水稻田以黃泥砂田土屬為主，土體較疏松，砂性強，有機質(zhì)易分解。②肥料投入：眾多試驗表明，有機肥施用和秸稈還田可促進土壤有機質(zhì)的積累，而長期單施化肥可能導(dǎo)致土壤有機質(zhì)的下降。20世紀80年代以來，桐廬縣稻田化肥用量明顯增加，但綠肥種植面積和農(nóng)田有機肥施用量顯著下降，這可能是引起近30年來稻田土壤有機質(zhì)下降的主要原因之一［21］。③平整土地以及建設(shè)用地增加：土地平整后，原來的耕層受到破壞，有機質(zhì)含量明顯降低。此外，因建設(shè)用地等原因，優(yōu)質(zhì)耕地減少，而“占優(yōu)補劣”現(xiàn)象導(dǎo)致耕地有機質(zhì)含量受到了影響［22］。水田改旱田可引起土壤有機碳的分解。

3.3土壤速效養(yǎng)分變化

1983年全國第二次土壤普查至今，稻田施肥措施發(fā)生了很大變化，這可能是導(dǎo)致稻田土壤速效養(yǎng)分發(fā)生變化的主要原因。全國第二次土壤普查后，針對土壤缺磷、缺鉀狀況，為使水稻高產(chǎn)，桐廬縣增加了磷肥和鉀肥的施用，尤其是在近年增加了15-15-15三元復(fù)混肥的施用，但從水稻對養(yǎng)分的需求比例來看，對磷素的吸收比氮素和鉀素少，造成磷素在土壤中不斷富集［23］，而鉀素雖顯著提升，但仍屬Ⅱ級水平，可見鉀肥所占比例仍然偏低［24］。

4　結(jié)論

研究結(jié)果表明，桐廬縣稻田土壤以微酸性為主；土壤有機質(zhì)和速效鉀主要屬于Ⅱ級（中等水平），而速效磷主要為Ⅰ級（較高水平），陽離子交換量主要為Ⅲ級（較低水平）。區(qū)內(nèi)稻田土壤肥力水平有較為明顯的空間差異：有機質(zhì)含量以江南區(qū)塊最高，其次為分水區(qū)塊和桐君區(qū)塊，橫村區(qū)塊最低；有效磷含量以桐君區(qū)塊最高，其次為分水區(qū)塊，橫村和江南區(qū)塊較低；速效鉀含量江南和桐君區(qū)塊相對較高，分水和橫村區(qū)塊相對較低。從1983年至2013年稻田土壤肥力的變化來看：除pH值變化甚微外，其他養(yǎng)分含量均發(fā)生顯著變化；全縣稻田土壤有機質(zhì)平均降幅為17.32%，有效磷升幅為173.75%，速效鉀升幅為63.05%。分析認為，施肥結(jié)構(gòu)改變和種植制度變化是引起稻田土壤肥力變化的主要原因。建議今后在肥料管理中，加強有機肥料的投入，適當控制磷肥的施用，繼續(xù)重視鉀肥的施用。對于酸化明顯的農(nóng)田應(yīng)及時采取措施進行酸堿度校正。

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Evolution of Paddy Soil Fertility in Tonglu County in the Past 30 Years

NI Zhongying，LIU Yonghong，SHI Yijun，TANG Bin
（Agricultural Technology Promotion Center of Tonglu County，Tonglu，Zhejiang 311500，China；1st author：380083096@qq.com）

Abstract：In order to understand the status and evolution trend of fertility of paddy soils in Tonglu county，Zhejiang province，historical changes in soil pH，organic matter，available P，available K of the cultivated layer were analyzed over the past 30 years by comparing data obtained from the current soil quality investigation of cultivated lands and the second national soil survey. The results showed that those soil fertility indexes of cultivated layer of paddy soils in the county changed greatly in the past 30 years，but the direction and degree of the change varied with nutrient types and zones. The soils were slightly acidified，and averaged pH declined 0.07 pH unit. The soil cation exchange capacity of paddy soils in the county was at low level. The organic matter of the soils was significant decreased by 17.32%. The decrease proportion of soil organic matter in Fenshui town was 24.17%，and was the largest in the whole county. The available phosphorus and potassium were significant improved by 173.75%and 63.05%，respectively. The soil available P has emerged accumulation phenomenon in some area. The most obvious accumulation appeared in Tongjun town，and it was increased by 316.24%. The available K was also remarkable improved，but it was still at a moderate level，and Tongjun town was increased by 112.62%. The changes in soil fertility of paddy field in the county were relate to the changes in fertilization structure and cropping system in the past 30 years.

Key words：Tonglu County；paddy soil；fertility；evolution

中圖分類號：S158；X53

文獻標識碼：A

文章編號：1006-8082（2016）02-0099-05

收稿日期：2015－09－21

基金項目：杭州市重大科技創(chuàng)新專項（20131812A01）；2009-2013年農(nóng)業(yè)部測土配方施肥補貼項目