長(zhǎng)沙水稻主產(chǎn)區(qū)土壤肥力的變化分析

陳雄鷹，王 闖，崔小玉，胡明勇

（1. 長(zhǎng)沙市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，湖南 長(zhǎng)沙 410205；2. 長(zhǎng)沙市農(nóng)業(yè)綜合行政執(zhí)法局，湖南 長(zhǎng)沙 410013；3. 長(zhǎng)沙市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心，湖南 長(zhǎng)沙 410016）

糧食是社會(huì)穩(wěn)定和諧的基礎(chǔ)，國(guó)家安全的物質(zhì)保障。而長(zhǎng)沙市作為湖南糧食重要生產(chǎn)區(qū)，自2015—2020年糧食生產(chǎn)總面積減少1.47萬hm2，糧食總產(chǎn)207萬t，同比減少8萬t（湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒），糧食生產(chǎn)下行壓力較大，形勢(shì)不容樂觀。那么如何在日益緊張的耕地資源上生產(chǎn)出更多的糧食，提高土壤肥力、改善土壤環(huán)境是一個(gè)極其關(guān)鍵的舉措。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)沙地區(qū)的土壤肥力尤其重要。

土壤肥力具有很強(qiáng)的時(shí)空變異性[1-2]。土壤連年耕種，自然因素和人為因素可能會(huì)導(dǎo)致土壤肥力降低[2-3]。合理施肥不僅浪費(fèi)了肥料資源，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡，引起土壤肥力下降，還有可能會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境問題，如水體富營(yíng)養(yǎng)化、地下水污染[4]等。因此，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)農(nóng)田土壤肥力狀況，分析土壤肥力變化特征，探索養(yǎng)分變化規(guī)律，對(duì)于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合理施肥，提高肥料利用效率和作物產(chǎn)量，減少因過量施肥引起的生態(tài)環(huán)境污染，保障農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，有著非常重要的意義。

研究在長(zhǎng)沙地區(qū)水稻主要生產(chǎn)縣市區(qū)（長(zhǎng)沙縣、望城區(qū)、寧鄉(xiāng)市和瀏陽市）[5]布設(shè)長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，每年采集土壤檢測(cè)分析，監(jiān)測(cè)土壤肥力變化，分析其變化特征，探明長(zhǎng)沙地區(qū)水稻土土壤肥力變化規(guī)律，以期為指導(dǎo)長(zhǎng)沙地區(qū)水稻生產(chǎn)科學(xué)施肥提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況及取樣

2013—2020年，對(duì)長(zhǎng)沙縣、望城區(qū)、瀏陽市、寧鄉(xiāng)市4個(gè)縣（市、區(qū)）水稻田土壤開展了連續(xù)8 a的長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)。4個(gè)縣（市、區(qū)）區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.9℃，年平均降雨量1 454.72 mm，年平均日照時(shí)長(zhǎng)1 553 h（湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒2014—2020）。60個(gè)定位監(jiān)測(cè)土壤為由第四紀(jì)紅土、板頁(yè)巖風(fēng)化物、花崗巖風(fēng)化物和河流沖積物4種成土母質(zhì)發(fā)育而來的水稻土（表1）。所有土壤樣品采用“S”型5點(diǎn)法取樣，用土鉆采集0～20 cm耕層土壤，室內(nèi)自然風(fēng)干，磨碎，過0.149 mm尼龍篩，玻璃瓶保存待測(cè)。

表1 長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布

1.2 樣品檢測(cè)與分析

所有土壤樣品基本理化性質(zhì)采用常規(guī)方法分析[6]。土壤pH值采用水浸法（土 ∶ 水=1∶2.5）pH計(jì)測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用1 mol/L乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定；緩效鉀采用1 mol/L硝酸煮沸浸提-火焰光度法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 25和Excel 2019軟件作數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH值

研究區(qū)土壤pH均呈酸性，均值為4.97～5.85（圖1）。從2013—2020年，土壤pH值波動(dòng)較小。與2013年相比，2020年4種類型成土母質(zhì)土壤pH值的變化僅為-0.40%～3.72%。同時(shí)，除了成土母質(zhì)為河流沖擊物的土壤pH值在2015—2016年際變化為16.17%外，其他土壤各年際變化均小于10.00%，土壤pH值相對(duì)穩(wěn)定。

圖1 2013—2020年長(zhǎng)沙水稻田土壤pH值變化

前3 a，與其他土壤相比，成土母質(zhì)為河流沖積物土壤pH值較低。2016—2018年，所有土壤pH值無明顯差異，然最后2 a成土母質(zhì)為河流沖積物土壤pH值又明顯低于其他土壤。

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)

研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量為24.92～38.65 g/kg（圖2）。成土母質(zhì)為第四紀(jì)紅色粘土的土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，均值為30.33 g/kg，花崗巖風(fēng)化物土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，均值為36.91 g/kg。整體上，4種成土母質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不大。

圖2 2013—2020年長(zhǎng)沙水稻田土壤有機(jī)質(zhì)的變化

與2013年相比，2020年土壤有機(jī)質(zhì)含量均略有增加，板頁(yè)巖風(fēng)化物、第四紀(jì)紅色粘土、河流沖積物、花崗巖風(fēng)化物4種類型成土母質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)含量增幅分別為5.04%、2.14%、3.32%和0.65%。相比于花崗巖風(fēng)化物土壤有機(jī)質(zhì)含量年際變化（-5.42%～10.16%），第四紀(jì)紅色粘土、板頁(yè)巖風(fēng)化物和河流沖積物3種成土母質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)含量年際變化較大，變化幅度分別 為-12.06%～14.06%、-15.88%～17.55%、-28.53%～43.12%。

2.3 土壤堿解氮

研究區(qū)土壤堿解氮含量為104.81～202.96 mg/kg（圖3）。與2013年相比，2020年土壤堿解氮含量均略有降低，4種類型成土母質(zhì)（板頁(yè)巖風(fēng)化物、第四紀(jì)紅色粘土、河流沖積物、花崗巖風(fēng)化物）發(fā)育形成的土壤堿解氮含量降幅分別為-26.50%、-9.87%、-10.42%和-5.55%，

圖3 2013—2020年長(zhǎng)沙水稻田土壤堿解氮的變化

2013—2020年，4種成土母質(zhì)土壤堿解氮含量波動(dòng)幅度較大，總體趨勢(shì)為先降后升。前5 a，板頁(yè)巖風(fēng)化物、第四紀(jì)紅色粘土、河流沖積物、花崗巖風(fēng)化物4種成土母質(zhì)土壤堿解氮含量分別降低了39.35%、28.78%、30.02%和41.01%，后3 a分別升高了21.18%、26.56%、28.01%、60.11%。土壤堿解氮含量年際變化較大，變化幅度分別為-23.67%～16.58%、-29.08%～25.04%、-19.17%～13.48%和-33.67%～29.04%。

2.4 土壤有效磷

研究區(qū)土壤有效磷含量為10.75～29.30 mg/kg（圖4）。成土母質(zhì)為第四紀(jì)紅色粘土的土壤有效磷含量最低，均值為16.82 g/kg，花崗巖風(fēng)化物土壤有效磷含量最高，均值為20.76 g/kg。總體而言，4種成土母質(zhì)土壤有效磷含量差異不大。

圖4 2013—2020年長(zhǎng)沙水稻田土壤有效磷的變化

與2013年相比，2020年土壤有效磷含量均明顯降低。4種類型成土母質(zhì)（板頁(yè)巖風(fēng)化物、第四紀(jì)紅色粘土、河流沖積物、花崗巖風(fēng)化物）土壤有效磷含量降幅分別為-35.16%、-32.28%、-31.36%和-54.35%。土壤有效磷含量年際變化大，4種成土母質(zhì)土壤有效磷含量年際變化幅度分別為-36.04%～14.76%、-42.15%～52.79%、-37.63%～73.79%和-44.37%～49.92%。

2.5 土壤速效鉀

研究區(qū)土壤速效鉀含量為10.75～29.30 mg/kg（圖5），成土母質(zhì)為第四紀(jì)紅色粘土的土壤速效鉀含量最高，均值為136.37 mg/kg，成土母質(zhì)為板頁(yè)巖風(fēng)化物土壤的速效鉀含量最低，均值為110.62 mg/kg，4種成土母質(zhì)土壤速效鉀含量差異不大。

圖5 2013—2020年長(zhǎng)沙水稻田土壤速效鉀的變化

與2013年相比，4種成土母質(zhì)土壤2020年速效鉀含量變化差異較大。其中，成土母質(zhì)為河流沖積物的土壤速效鉀含量降低了21.53%，成土母質(zhì)為板頁(yè)巖風(fēng)化物和第四紀(jì)紅色粘土的土壤速效鉀含量分別增加了10.59%和24.69%，而花崗巖風(fēng)化物形成的土壤速效鉀含量基本不變。4種成土母質(zhì)形成的土壤速效鉀含量年際間變化極大，年際變化幅度在-49.94%～234.90%。

2.6 土壤緩效鉀

研究區(qū)土壤緩效鉀含量為111.66～576.24 mg/kg（圖6）。成土母質(zhì)為河流沖積物和花崗巖風(fēng)化物的土壤緩效鉀年均含量（437.80和449.12 mg/kg）顯著高于成土母質(zhì)為板頁(yè)巖風(fēng)化物和第四紀(jì)紅色粘土的土壤（226.85和246.54 mg/kg）。

圖6 2013—2020年長(zhǎng)沙水稻田土壤緩效鉀的變化

2013—2020年，4種成土母質(zhì)形成的土壤緩效鉀含量均呈現(xiàn)為先相對(duì)穩(wěn)定后波動(dòng)較大。成土母質(zhì)為板頁(yè)巖風(fēng)化物和第四紀(jì)紅色粘土的土壤前3 a相對(duì)穩(wěn)定，后5 a波動(dòng)較大，而成土母質(zhì)為河流沖積物和花崗巖風(fēng)化物的土壤前4 a相對(duì)穩(wěn)定，后4 a波動(dòng)較大。與2013年相比，2020年土壤緩效鉀含量略有增加，4種成土母質(zhì)的土壤緩效鉀含量分別增加了15.27%、11.84%、15.33%和8.38%。

3 討論與結(jié)論

土壤酸堿性是土壤的基本的理化性質(zhì)，也是影響土壤肥力和作物生長(zhǎng)的重要因素。土壤過酸或過堿都會(huì)影響土壤養(yǎng)分的有效性[7]。研究中土壤pH值8 a變化較小，但土壤仍呈酸性（圖1）。酸性土壤鹽基離子的更易流失，土壤磷的有效性低，土壤固氮菌活性也更低，因此需要調(diào)理土壤至中性，提高土壤養(yǎng)分有效性[8-9]，促進(jìn)作物吸收，從而達(dá)到增產(chǎn)的目的。

土壤有機(jī)質(zhì)含量不僅代表碳貯量，也是土壤肥力的一個(gè)重要指標(biāo)，提高土壤有機(jī)質(zhì)水平是耕地質(zhì)量的提升的關(guān)鍵[10]。有研究表明，施肥狀況和耕作措施是短期影響農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量的主要原因[11]。研究中土壤的有機(jī)質(zhì)含量年際存在一定波動(dòng)，總體上略有增加，這可能與近些年（2014年至今）長(zhǎng)株潭地區(qū)推廣增施有機(jī)肥、種植綠肥和秸稈還田等農(nóng)藝技術(shù)措施治理重金屬污染耕地有關(guān)[12-13]。土壤堿解氮、有效磷、速效鉀是表征土壤肥力水平的主要指標(biāo)[14]。研究中的土壤速效養(yǎng)分含量反復(fù)波動(dòng)，年際變化大（圖3、圖4和圖5）。雖然土壤pH值呈酸性，對(duì)土壤速效養(yǎng)分影響較大，但土壤pH值比較穩(wěn)定，因此土壤速效養(yǎng)分含量的反復(fù)變化可能是水稻生產(chǎn)過程中非平衡施肥等人為因素的所致[15]。

成土母質(zhì)是土壤的初始狀態(tài)，是土壤形成的基礎(chǔ)和植物養(yǎng)分元素的最初來源。土壤母質(zhì)不僅對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、顆粒組成等有重要影響[16]，對(duì)于土壤肥力特性具有非常重要的作用，不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤肥力存在差異[17]。盡管研究中不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮、有效磷、速效鉀含量及年際變化差異不大，成土母質(zhì)為花崗巖風(fēng)化物和河流沖積物的土壤的緩效鉀含量遠(yuǎn)大于其他兩類成土母質(zhì)土壤（圖6），該結(jié)論與前人報(bào)道的結(jié)果相似[18]。

2013—2020年，研究區(qū)土壤pH變化小，有機(jī)質(zhì)含量略有增加，但堿解氮、有效磷和速效鉀土壤養(yǎng)分含量均有所下降，且年際間變化大。根據(jù)國(guó)家土壤肥力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，土壤肥力為中等。然而，土壤酸化嚴(yán)重，建議進(jìn)一步調(diào)理土壤酸堿度，同時(shí)平衡調(diào)控氮磷鉀肥的施用量，控制年際間的差異，穩(wěn)步增加土壤養(yǎng)分的含量，進(jìn)一步提升土壤肥力。