1982-2012年來杭州市郊水稻田有機(jī)質(zhì)變化特征及其調(diào)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(qū)新登鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)公共服務(wù)站, 浙江 富陽 311404)

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1982-2012年來杭州市郊水稻田有機(jī)質(zhì)變化特征及其調(diào)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(qū)新登鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)公共服務(wù)站, 浙江 富陽 311404)

摘要：[目的] 了解杭州市郊水稻田土壤有機(jī)質(zhì)的長期演變,為杭州市正在推進(jìn)的精品化、高度集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供土壤肥力的精確管理依據(jù)。[方法] 利用歷史資料和近期土壤質(zhì)量調(diào)查數(shù)據(jù)探討了近30 a來杭州市郊水稻田土壤有機(jī)質(zhì)的變化特征。[結(jié)果] 從1982—2012年,杭州市郊水稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量總體呈下降趨勢,平均降幅為2.95%,但各土種有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)呈現(xiàn)增加趨勢,特別是培泥砂田,土壤有機(jī)質(zhì)含量增幅高達(dá)22.86%;而青紫泥田、青粉泥田和黃松田的土壤有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)下降趨勢,且青紫泥田土壤有機(jī)質(zhì)含量降幅高達(dá)22.59%。[結(jié)論] 近30 a來,杭州市郊水稻田土壤有機(jī)質(zhì)發(fā)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(jié)構(gòu)、耕作方式及耕作制度是引起土壤有機(jī)質(zhì)變化的主要原因。

關(guān)鍵詞：杭州市郊; 水稻田; 有機(jī)質(zhì)

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

有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，不僅在增加土壤肥力，環(huán)境保護(hù)，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)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(rèn)為是影響全球“溫室效應(yīng)”的主要因素[1]。土壤有機(jī)質(zhì)的變化在短時(shí)間內(nèi)難以體現(xiàn)，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(shí)間尺度上來反映土壤有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)較長時(shí)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(guān)縣(市、區(qū))及其他科研單位對杭州市農(nóng)田土壤的有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行過一些分析，也獲得了一系列農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的變化信息。例如：謝國雄等[7]將桐廬縣耕地有機(jī)質(zhì)現(xiàn)狀與第二次土壤普查數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，表明28 a間桐廬縣耕地有機(jī)質(zhì)含量下降了19.4%；徐祖祥等[8]對臨安市農(nóng)田土壤肥力的分析表明，近30 a來土壤有機(jī)質(zhì)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(shù)據(jù)進(jìn)行分析表明，土壤有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)輕微下降趨勢，耕地中存在部分土壤有機(jī)質(zhì)偏低的現(xiàn)象。這些研究都不同程度地揭示了杭州市某些區(qū)域農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的特征或變化趨勢，但杭州市郊水稻田作為杭州市區(qū)居民的重要糧食生產(chǎn)基地，至今為止，其養(yǎng)分狀況及變化趨勢，特別是有機(jī)質(zhì)的時(shí)空變化特征鮮有報(bào)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(shù)據(jù)，探討近30 a來杭州市郊水稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)的變化特征，以期為杭州市正在推進(jìn)的精品化、高度集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供土壤肥力的精確管理依據(jù)，對實(shí)現(xiàn)耕地高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展有十分重要的意義。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

杭州市位于浙江省偏北地區(qū)，地處長江三角洲南翼、杭州灣西端、錢塘江下游、京杭大運(yùn)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(fēng)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(fā)量為1 400 mm。

1.2資料收集

1982年杭州市郊水稻田土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)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(xiāng)土種面積表》和《杭州市水稻田土壤理化數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)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(chǔ)上，結(jié)合杭州市郊水稻種植情況，于2009—2012年選擇不同區(qū)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(shù)，記錄采樣點(diǎn)經(jīng)緯度，村鎮(zhèn)及農(nóng)戶姓名，土壤類型及耕層厚度、種植作物等。采用多點(diǎn)(15～20個(gè))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(nèi)供分析用。共采集土壤樣品266個(gè)，主要分布在西湖區(qū)、江干區(qū)、拱墅區(qū)及濱江區(qū)。土壤有機(jī)質(zhì)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(diǎn)混合采樣法采集耕層土壤，有機(jī)質(zhì)含量分析方法也為油浴加熱—重鉻酸鉀容量法。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel處理，利用SPSS軟件進(jìn)行單樣本t檢驗(yàn)：以各土種2009—2012年有機(jī)質(zhì)含量為單變量，與對應(yīng)土種1982年有機(jī)質(zhì)含量平均值為常量，進(jìn)行t檢驗(yàn)，比較平均值之間的差異顯著性。

2結(jié)果與分析

2.1土壤有機(jī)質(zhì)現(xiàn)狀

2009—2012年采集的266個(gè)土壤樣品有機(jī)質(zhì)含量的檢測結(jié)果表明(表1)，杭州市郊水稻田耕層土壤有機(jī)質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)差為7.08，變異系數(shù)達(dá)23.63%。按浙江省土壤分類系統(tǒng)，分屬滲育、潴育和脫潛3個(gè)水稻土亞類。不同類型水稻土的耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量也存在較大差異，其耕層有機(jī)質(zhì)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(shù)達(dá)28.93%，其有機(jī)質(zhì)含量最高的達(dá)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(shù)達(dá)17.86%，脫潛水稻土變幅最小，變異系數(shù)為16.06%。

表1　杭州市郊水稻田有機(jī)質(zhì)現(xiàn)狀

2.2土壤有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)含量與2009—2012年采集的土壤樣品進(jìn)行分級(jí)對比，結(jié)果見表2。

表2　杭州市郊水稻田有機(jī)質(zhì)含量分級(jí)

由表2可知，近30 a來，杭州市郊水稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量級(jí)別有了較大變化。有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到極豐富水平(>40 g/kg)的比例，已由第二次土壤普查時(shí)(1982年)的17.91%下降到2012年的9.40%，降幅高達(dá)47.52%；有機(jī)質(zhì)含量較低水平(10～20 g/kg)的比例，已由第二次土壤普查時(shí)(1982年)的16.42%下降到2012年的10.53%，且2012年有0.37%的樣點(diǎn)有機(jī)質(zhì)含量不足10 g/kg；與此相反，有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到較豐富水平(30～40 g/kg)的比例卻由第二次土壤普查時(shí)(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(jī)質(zhì)含量已從1982年的中高水平為主變?yōu)?012年的中等水平為主，呈現(xiàn)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(jī)質(zhì)含量變化情況，將2010—2012年采集的266個(gè)土壤樣品的有機(jī)質(zhì)含量按土種進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，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(shí)相對應(yīng)土種的有機(jī)質(zhì)含量平均值進(jìn)行單樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3　近30 a來杭州市郊水稻田有機(jī)質(zhì)含量變化情況

注：*表示有機(jī)質(zhì)含量比1982年有顯著變化；**表示有機(jī)質(zhì)含量比1982年有極顯著變化；無*表示有機(jī)質(zhì)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(gè)土種的有機(jī)質(zhì)含量平均值輕微下降，即從第二次土壤普查時(shí)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(jī)質(zhì)含量變化因土壤種類而異。進(jìn)行比較的8個(gè)土種中，近30 a來，土壤有機(jī)質(zhì)含量上升的有5個(gè)土種，下降的有3個(gè)土種。其中增幅最大的是培泥砂田，從第二次土壤普查時(shí)的19.55 g/kg上升到了2012年的24.02 g/kg，增幅高達(dá)22.86%，經(jīng)SPSS分析，達(dá)到了極顯著水平。小粉田、泥砂田和黃斑田的有機(jī)質(zhì)含量也呈極顯著上升，增幅分別達(dá)15.86%，8.62%和5.58%；粉泥田有機(jī)質(zhì)含量增幅為8.15%，也達(dá)到了顯著水平。而有機(jī)質(zhì)含量下降的3個(gè)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(dá)22.59%和15.92%，而黃松田有機(jī)質(zhì)雖有下降，但降幅不顯著。

2.3有機(jī)質(zhì)變化原因

土壤有機(jī)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，其始終處于不斷的積累與降解動(dòng)態(tài)變化之中。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各種有機(jī)物質(zhì)的輸入和輸出及影響土壤有機(jī)質(zhì)形成與降解因素的變化都將在一定程度上改變土壤有機(jī)質(zhì)的平衡。結(jié)合我市情況，對近30 a來杭州市郊水稻田土壤有機(jī)質(zhì)的變化原因分析如下。

(1) 有機(jī)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(jī)質(zhì)的積累產(chǎn)生很大的影響。有機(jī)肥的施用、綠肥的翻壓和農(nóng)作物秸稈還田均可促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的積累，而長期單一施用化肥可能導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)的下降[12-14]。有資料顯示[15]，從20世紀(jì)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(dá)151.21%。與此相反，綠肥種植面積卻呈現(xiàn)顯著下降的趨勢，1966年杭州市綠肥種植面積高達(dá)101 333 hm2，以后逐年減少，到1995年僅16 493 hm2，降幅高達(dá)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(xiàn)象十分嚴(yán)重，有些農(nóng)田已基本沒有有機(jī)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(jī)質(zhì)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(tài)或濕態(tài)，土壤通氣性較差，有機(jī)物質(zhì)屬于嫌氣分解，發(fā)酵過程所釋放的能量遠(yuǎn)低于好氣分解，有機(jī)質(zhì)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(qiáng)促進(jìn)土壤微生物活性，加速了土壤有機(jī)質(zhì)的礦化作用，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解[16-17]。這也是引起近30 a來杭州市郊水稻田土壤有機(jī)質(zhì)下降的主要原因之一。

(3) 耕作方式影響。傳統(tǒng)耕作方式頻繁的土壤擾動(dòng)可能導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)因礦化或土壤侵蝕而流失，最終造成農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)下降[18]。

(4) 土地平整。近年來，在標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)和土地平整過程中，有些稻田進(jìn)行了平整，勢必影響表土有機(jī)質(zhì)的含量。

3討論與結(jié)論

目前，杭州市郊水稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量主要在20～40 g/kg范圍內(nèi)，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(jī)質(zhì)含量差異較大，其耕層有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)含量在近30 a來變化較大?？傮w來講，杭州市郊水稻田土壤有機(jī)質(zhì)含量已從1982年的中高水平為主變?yōu)?012年的中等水平為主，呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。統(tǒng)計(jì)分析不同土種的結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)變化程度和變化方向因土壤種類而異。其中土壤有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)含量增幅高達(dá)22.86%；而土壤有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)含量降幅高達(dá)22.59%。分析認(rèn)為，施肥結(jié)構(gòu)、耕作方式及耕作制度是引起土壤有機(jī)質(zhì)變化的主要原因，建議采取以下措施進(jìn)行調(diào)控，確保農(nóng)作物正常生長。

3.1大力推廣商品有機(jī)肥

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年杭州市納入政府補(bǔ)貼的商品有機(jī)肥生產(chǎn)企業(yè)達(dá)30家，年生產(chǎn)商品有機(jī)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(shí)施農(nóng)業(yè)部《測土配方施肥補(bǔ)貼》項(xiàng)目以來，在全市范圍內(nèi)大面積推廣施用商品有機(jī)肥，2013年推廣應(yīng)用1.25×105t，施用面積41 667 hm2，其中市郊水稻田施用有機(jī)肥面積為4 433 hm2，目前有機(jī)肥每公頃施用量為2 250 kg。根據(jù)市郊水稻田有機(jī)質(zhì)下降趨勢、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況和政府不斷加大的補(bǔ)貼力度，將大大提高農(nóng)戶施用有機(jī)肥的積極性，適當(dāng)增加有機(jī)肥單位面積施用量，推廣應(yīng)用前景廣闊。

3.2推進(jìn)作物秸稈綜合利用

作物秸稈是重要的有機(jī)肥源，是當(dāng)前中國農(nóng)田唯一可靠的潛在有機(jī)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(nèi)外提倡的保護(hù)性耕作措施之一。按照現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，連續(xù)3 a秸稈還田，可增加土壤有機(jī)質(zhì)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(jié)合杭州市郊實(shí)際和農(nóng)業(yè)部土壤有機(jī)質(zhì)提升補(bǔ)貼項(xiàng)目(秸稈腐熟劑)，可采取以下措施：早稻秸稈應(yīng)根據(jù)稻田有機(jī)質(zhì)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(yǎng)分，具有顯著的增肥功效。綠肥翻壓進(jìn)入土壤后，增加了土壤的新鮮有機(jī)能源物質(zhì)，使微生物迅速繁殖，活動(dòng)增強(qiáng)，從而促進(jìn)腐殖質(zhì)的形成，養(yǎng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要有機(jī)肥源，但到了20世紀(jì)90年代初期，綠肥產(chǎn)量劇減，這嚴(yán)重影響了杭州市農(nóng)業(yè)的發(fā)展。針對杭州市郊水稻田土壤有機(jī)質(zhì)現(xiàn)狀，擬在有機(jī)質(zhì)含量處于4，5級(jí)水平(≤20 g/kg)的水稻田采取冬種綠肥進(jìn)行翻壓的措施，以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。

3.4采取保護(hù)性耕作方式

保護(hù)性耕作因其具有保持水土、降低生產(chǎn)投入、增加土壤肥力和產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，已受到世界許多地區(qū)的陸續(xù)實(shí)施。免耕作為保護(hù)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(guān)注。此外，壟作也是保護(hù)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(jié)合起來，不僅能增加表層土壤的有機(jī)質(zhì)含量，還能促進(jìn)水稻根系生長，有利于下層土壤有機(jī)質(zhì)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(jí)農(nóng)藝師,主要從事土壤環(huán)境研究。E-mail:wjingwen@hz.cn。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2016)03-0131-05

中圖分類號(hào)：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(xiàng)目：杭州市科委重大科技創(chuàng)新專項(xiàng)“標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田地力提升關(guān)鍵技術(shù)研究與集成應(yīng)用”(20131812A01)

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