寧鄉(xiāng)市治理式休耕對(duì)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(duì)土壤肥力水平的影響，采用野外采樣、室內(nèi)測(cè)定的方法，對(duì)比分析了寧鄉(xiāng)市傳統(tǒng)耕作、休耕及治理式休耕條件下農(nóng)田土壤的理化性質(zhì)。結(jié)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(jī)質(zhì)含量，提升了土壤肥力，使土壤養(yǎng)分得到合理利用，土壤資源得到了有效的保護(hù)，是寧鄉(xiāng)地區(qū)合理的耕作模式。

關(guān)鍵詞：治理式休耕；土壤肥力；稻田；耕層土壤；寧鄉(xiāng)

中圖分類號(hào)：S344.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(zhǎng)期超負(fù)荷耕種的影響，土壤結(jié)構(gòu)容易遭到破壞，引起地力下降及作物減產(chǎn)，形成嚴(yán)重的連作障

礙[1-2]。研究表明，休耕是恢復(fù)土壤質(zhì)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(nóng)業(yè)應(yīng)用模式，可有效改善土壤結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)土壤容重，提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收[4-6]，對(duì)水稻等農(nóng)作物的生長(zhǎng)以及農(nóng)業(yè)資源的充分利用具有重要意義。研究以湖南省寧鄉(xiāng)市農(nóng)田治理式休耕試點(diǎn)區(qū)域?yàn)槔?，通過(guò)大量田間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析治理式休耕對(duì)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(yīng)用提供田間數(shù)據(jù)支撐，也為相關(guān)職能部門的決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

寧鄉(xiāng)市地處湘東偏北的洞庭湖南緣地區(qū)，地理坐標(biāo)為111°53′～112°46′E，27°55′～28°29′N。該市地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，熱量豐富，雨量充沛，具有明顯的大陸性季風(fēng)氣候特點(diǎn)，境內(nèi)多為丘陵地帶，是重要的商品糧和多種經(jīng)濟(jì)作物的生產(chǎn)基地。受人多地少因素的制約，復(fù)種多熟已成為當(dāng)?shù)鼐徑廪r(nóng)業(yè)生產(chǎn)矛盾的主要途徑。

1.2 休耕區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)

依托寧鄉(xiāng)市輪作休耕試點(diǎn)區(qū)域耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，結(jié)合縣域耕地質(zhì)量調(diào)查與評(píng)價(jià)成果，2017年全市共設(shè)有治理式休耕監(jiān)測(cè)點(diǎn)12個(gè)，其中金洲鎮(zhèn)8個(gè)、夏鐸鋪鎮(zhèn)2個(gè)、巷子口鎮(zhèn)2個(gè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)均位于雙季稻種植區(qū)域。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)面積不低于1 334 m2，平均劃分為3個(gè)小區(qū)，分別為對(duì)照監(jiān)測(cè)區(qū)（遵循傳統(tǒng)耕作）、休耕處理區(qū)（無(wú)治理措施的休耕，不耕作）、治理式休耕處理區(qū)（治理措施包括深翻耕、撒石灰、種植綠肥+休耕，用量和技術(shù)要求同當(dāng)?shù)兀?。監(jiān)測(cè)點(diǎn)組基本情況見(jiàn)表1。

1.3 土壤樣品采集與測(cè)定

晚稻收割后，采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)分析。土壤檢測(cè)指標(biāo)有：土壤容重、pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀。各指標(biāo)分析測(cè)定方法參照農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 治理式休耕對(duì)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(biāo)之一，可以反映土壤的緊實(shí)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?？紫读己玫耐寥滥芡瑫r(shí)滿足作物對(duì)水分和空氣的要求，且有利于土壤養(yǎng)分狀況的調(diào)節(jié)以及植物根系的延伸。

由表2可知，寧鄉(xiāng)市12個(gè)休耕監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，有5個(gè)點(diǎn)的土種為白散泥，由第四紀(jì)紅色黏土母質(zhì)發(fā)育而成；有4個(gè)點(diǎn)的土種為紅黃泥，也是由第四紀(jì)紅色黏土母質(zhì)發(fā)育而成；有2個(gè)點(diǎn)的土種為麻沙泥，由花崗巖風(fēng)化物母質(zhì)發(fā)育而成；有1個(gè)點(diǎn)的土種為河沙泥，由河湖沖、沉積物母質(zhì)發(fā)育而成。

從表2中還可看出，寧鄉(xiāng)市12個(gè)對(duì)照監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤容重均值為1.16 g/cm3，12個(gè)休耕處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤容重均值為0.96 g/cm3，12個(gè)治理式休耕處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤容重均值為0.99 g/cm3；與對(duì)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(shuō)明，治理式休耕處理通過(guò)種植綠肥和撒放石灰等措施，改善了土壤結(jié)構(gòu)，增加了土壤總孔隙度，使土體變松散，對(duì)土壤的保護(hù)效果優(yōu)于一般休耕；而一般的休耕處理保持了良好的土壤結(jié)構(gòu)，減少了對(duì)耕層土壤的破壞，有利于土壤可持續(xù)生產(chǎn)[7]。

寧鄉(xiāng)市12個(gè)對(duì)照監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤pH均值為5.98，12個(gè)休耕處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤pH均值為5.66，12個(gè)治理式休耕處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤pH均值為5.61；與對(duì)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(guò)合理的耕作及適量撒放石灰等措施，調(diào)節(jié)了土壤酸堿度。但是由于石灰的撒放并不是針對(duì)所有的田塊，采樣時(shí)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(méi)有上升。此外，對(duì)照監(jiān)測(cè)點(diǎn)內(nèi)，由于有機(jī)肥的施用以及長(zhǎng)期處于淹水狀態(tài)，土壤pH值會(huì)相對(duì)較高。

2.2 治理式休耕對(duì)耕層土壤養(yǎng)分含量的影響

2.2.1 土壤有機(jī)質(zhì) 從不同處理的土壤有機(jī)質(zhì)來(lái)看，寧鄉(xiāng)市12個(gè)對(duì)照監(jiān)測(cè)點(diǎn)均值為38.40 g/kg，12個(gè)休耕處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)的均值為37.61 g/kg，12個(gè)治理式休耕處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)的均值為38.53 g/kg（表3）；3類監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤有機(jī)質(zhì)均值差異不顯著。從不同土種來(lái)看，白散泥和紅黃泥土壤有機(jī)質(zhì)在休耕與治理式休耕后都有所下降，其中紅黃泥經(jīng)治理式休耕處理后，土壤有機(jī)質(zhì)較對(duì)照監(jiān)測(cè)點(diǎn)下降了5.06 g/kg；而麻沙泥和河沙泥的土壤有機(jī)質(zhì)在休耕與治理式休耕后有所提升，其中麻沙泥土壤經(jīng)過(guò)治理式休耕處理后，土壤有機(jī)質(zhì)較對(duì)照監(jiān)測(cè)點(diǎn)提升了4.54 g/kg。造成這種結(jié)果的原因可能是：第四紀(jì)紅色黏土發(fā)育的白散泥和紅黃泥土壤質(zhì)地較黏，休耕條件下有機(jī)物殘?bào)w腐殖化速度相對(duì)較慢，而石灰的撒施在一定程度上加速了有機(jī)質(zhì)的礦化作用；河湖沖積物發(fā)育下的河沙泥和花崗巖風(fēng)化物發(fā)育的麻沙泥，土壤通透性相對(duì)較好，土壤微生物活性強(qiáng)，使治理式休耕田塊中有機(jī)殘?bào)w的腐殖化速度加快，土壤有機(jī)質(zhì)含量得到提升。

2.2.2 全 氮 從不同處理的土壤全氮來(lái)看，寧鄉(xiāng)市12個(gè)對(duì)照監(jiān)測(cè)點(diǎn)均值為1.72 g/kg，12個(gè)休耕處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)的均值為1.77 g/kg，12個(gè)治理式休耕處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)的均值為1.75 g/kg；與對(duì)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(yǎng)分，提高土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分，改良土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)及環(huán)境，加快植株對(duì)養(yǎng)分的吸收。治理式休耕種植不但增加了土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，而且通過(guò)改善土壤通透性和農(nóng)田的生態(tài)環(huán)境，有效地緩解了土壤退化。各土種的土壤全氮含量沒(méi)有顯著差異，與對(duì)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(shì)。

2.2.3 有效磷 從不同處理土壤有效磷來(lái)看，寧鄉(xiāng)市12個(gè)對(duì)照監(jiān)測(cè)點(diǎn)的均值為17.40 mg/kg，12個(gè)休耕處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土均值為14.88 mg/kg，12個(gè)治理式休耕處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)的均值為15.18 mg/kg；與對(duì)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(qiáng)，磷的有效性降低導(dǎo)致的。從不同土種來(lái)看，不同母質(zhì)發(fā)育而成的土壤，除了麻沙泥沒(méi)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(fā)育的白散泥和紅黃泥下降幅度最大。這是因?yàn)榈谒募攫ね临|(zhì)地比較黏，通透性弱，不適合動(dòng)物及好氧微生物活動(dòng)，因此轉(zhuǎn)化的有效磷比較少。同時(shí)，休耕后土壤的有機(jī)質(zhì)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(guān)關(guān)系），導(dǎo)致土壤的固磷作用增強(qiáng)，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(lái)看，寧鄉(xiāng)市12個(gè)對(duì)照監(jiān)測(cè)點(diǎn)的均值為101.90 mg/kg，12個(gè)休耕處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)的均值為101.68 mg/kg，12個(gè)治理式休耕處理監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(zhuǎn)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(huì)有所提升。從不同土種來(lái)看，除了河沙泥以外，其他土種經(jīng)休耕處理后土壤速效鉀含量均有所增加。第四紀(jì)紅土發(fā)育的白散泥和紅黃泥質(zhì)地較黏，有機(jī)質(zhì)含量較河湖沉積物發(fā)育而成的河沙泥與麻沙泥高，保肥能力強(qiáng)，養(yǎng)分不易流失。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，治理式休耕對(duì)土壤有效養(yǎng)分的影響較為明顯。雖然，一般休耕處理后部分土壤養(yǎng)分含量低于傳統(tǒng)耕作（對(duì)照）方式，但傳統(tǒng)耕作深翻土壤，破壞了土壤結(jié)構(gòu)，加速了土壤養(yǎng)分的流失，土壤水肥調(diào)節(jié)能力變?nèi)?，有時(shí)由于施肥或動(dòng)植物殘枝使土壤養(yǎng)分含量暫時(shí)略有增加，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

在治理式休耕條件下，種植的綠肥富含蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)以及氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、硅等多種營(yíng)養(yǎng)元素，腐解后形成土壤有機(jī)碳，可促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)利用，改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力。綠肥作為新鮮有機(jī)物，長(zhǎng)期還田后能影響土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)，改變土壤有機(jī)質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并可以顯著提高有機(jī)質(zhì)含量[8-10]。綠肥還可促進(jìn)土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒的形成以及土壤結(jié)構(gòu)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(wú)機(jī)磷含量明顯增加，并促進(jìn)了有機(jī)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(zhǎng)期休閑耕作對(duì)維持或擴(kuò)大土壤氮庫(kù)，尤其是增加土壤供氮能力有非常重要的作用[13-14]。同時(shí)，治理式休耕減少了土壤擾動(dòng)，地表裸露面積降低，地表殘茬覆蓋面大；同時(shí)，由于土壤擾動(dòng)減少，土壤養(yǎng)分不易流失，因此培肥了地力，提高了自然水利用率。

試驗(yàn)結(jié)果還表明，寧鄉(xiāng)市耕作土壤的pH值偏酸性，有機(jī)質(zhì)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(jié)構(gòu)，提升土壤有效養(yǎng)分，因此在治理式休耕過(guò)程中，要注意綠肥和化肥的結(jié)合施用，化肥與不同種類有機(jī)物料配合施用對(duì)土壤全氮、速效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量等均有一定程度的改善作用。由于不同地區(qū)的情況有所差別，因此各地的治理式休耕措施要根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況，因地制宜地實(shí)施。

綜上所述，治理式休耕使土壤容重降低，有效改善土壤結(jié)構(gòu)，使耕層土壤總孔隙度增加，提升土體水熱調(diào)節(jié)能力；治理式休耕后，土壤有機(jī)質(zhì)含量及土壤養(yǎng)分水平均高于傳統(tǒng)耕作，為寧鄉(xiāng)地區(qū)合理的耕作模式；休耕能降低土壤有機(jī)質(zhì)礦化速度，同時(shí)休耕過(guò)程中部分土壤有機(jī)質(zhì)的腐殖質(zhì)化能提升土壤對(duì)氮磷鉀等養(yǎng)分的保蓄能力，有效培肥地力；不同母質(zhì)發(fā)育的土壤培肥效果對(duì)治理式休耕措施的響應(yīng)不一，應(yīng)根據(jù)土壤類型科學(xué)安排休耕措施。

參考文獻(xiàn)：

[1] 牛紀(jì)華，李松梧. 農(nóng)田休耕的必要性及實(shí)施構(gòu)想[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)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(nóng)村生態(tài)環(huán)境的構(gòu)建[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，12（22）：502-504.

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

[4] 張 從. 農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)概論[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[5] 梁 濱，陶麗華，周 青，等. 環(huán)境污染對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2005，21（1）：293-295.

[6] 沈承德，易惟煕，劉東生. CO2全球循環(huán)及其同位素示蹤研究[J]. 第四紀(jì)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(qū)秸稈還田的腐解特征及對(duì)土壤肥力的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，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(jī)理研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，29（1）：53-59.

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

[13] 高亞軍，朱培立，黃東邁，等. 水旱地區(qū)土壤長(zhǎng)期休閑與耕地的肥力效應(yīng)[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2001，（9）：67-69.

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

（責(zé)任編輯：成 平）