淹水条件对稻田土壤肥力及理化性质的影响研究进展

单世平等

摘 要：笔者归纳综述了湖南省6种典型的稻田土壤类型及其成土母质，分析了淹水条件对土壤肥力及理化特性的影响，并探讨了高产土壤改良的策略，以期为湖南省高产稻田土壤的立地条件和主要肥力特性提供理论依据。

关键词：稻田土壤类型；淹水条件；土壤理化特性；土壤改良

中图分类号：S343.2 文献标志码：A 论文编号：2014-0510

Abstract： The six typical paddy soil types and soil parent material from Hunan Province were described， influence of submerged conditions on the physicochemical properties and fertility of paddy soil was analyzed， and high-yield soil improvement strategies were explored， in order to provide theoretical basis for local conditions and fertility properties of the typical paddy soils of several rice production areas in Hunan Province.

Key words： Paddy Soil Types； Submerged Conditions； the Physicochemical Properties of Paddy Soil； Soil Improvement

0 引言

稻田土壤肥力是土壤的物理、化学及生物等特性的综合反映，是土壤从环境状况和营养条件协调和供应作物生长的能力。而土壤营养状况是土壤肥力的重要物质基础，其丰缺状况直接影响到农作物的产量高低和品质优劣。有研究表明，土壤肥力水平高低既取决于土壤的类型及其成土母质、土壤发育的环境条件，也受耕作方式、施肥状况等的影响[1-2]。湖南省属于中亚热带湿润气候，是中国稻米主产区之一，全省水稻土的面积占该省土壤总面积的16.5%。调查结果表明，由于不合理的耕作方式和施肥实践，湖南省部分地区稻田的有机质含量下降50%以上，氮、磷、钾含量也分别下降了25%、54.2%和5.8%，产量也下降了40%。因此，维持该地区稻田土壤良好的肥力状况，对于开展中国的粮食生产和农业可持续发展具有重要的意义[3-4]。

中国稻田不同耕作方式的研究起始于20世纪60年代，近年来，在湖南、湖北等省份开展了稻田免耕、常耕和机耕等耕作方式的研究。李凤博等[5]研究表明，免耕相对于翻耕和机械旋耕，减少了劳动量、节约了能源，但土壤容重明显增高，造成了土壤板结，土壤肥力下降。曾希柏等[6]研究表明，土壤质量退化的主要原因是施肥结构的逐渐上升的无机化趋势以及氮磷钾肥料施用的比例失调。张桃林等[7]研究表明，农田养分退化主要是由于磷的固定和氮的淋失。王艳玲等[8]研究表明，成土母质和土地的利用方式通过影响土壤的团聚体的组成来制约土壤的物理、化学和生物学过程，而这些过程又影响着土壤的生产能力。杨长明等[9]研究表明，有机无机肥配施与干湿交替的养分和水分管理模式配置，可以明显改善土壤理化性质，提高土壤生物学活性，从而大大提高土壤的综合质量。这些研究大都注重于耕作方式、施肥、水分管理等与土壤肥力水平之间的关系，而水稻土在水稻生长期间长期淹水，形成了特殊的生长环境，其土壤肥力不仅受到土壤类型、成土母质的影响，而且独特的厌氧生长环境以及土壤理化特性对土壤肥力也有着重要的影响。为此，笔者从湖南省的典型土壤类型和成土母质入手，对淹水条件及其稻田土壤理化特性对肥力的影响进行了综述，并探讨了土壤改良的策略，以期为湖南省高产稻田土壤的立地条件和主要肥力特性提供理论依据。

1 湖南省的典型土壤类型及其成土母质

根据国土资源部划分标准，湖南省土壤类型共有13个土类，其中以红壤、水稻土、黄壤、紫色土、黄棕壤和潮土分布最为广泛，分别占全省土壤总面积的51%、16.5%、12.62%、7.86%、3.73%、1.66%[10-11]。

1.1 红壤

红壤是亚热带季风湿润气候区的代表性土壤，是湖南省主要的地带性土壤。发育于第四纪红土、花岗岩、板页岩、砂砾岩、石灰岩坡（残）积物，占土壤总面积的51.0%。受其成土母岩的影响，矿质元素（可溶态）含Fe、Mn丰富，铁的游离度高，并使土壤呈红色，但是Ca、Mg的含有量较为贫乏，土壤呈弱酸性，粘重，保水保肥力差，耕性较差，有酸、粘、瘦的特性。该类型的土壤在湘北、湘中、湘南、湘西均有分布，适宜各种作物生长。

1.2 水稻土

水稻土既是人类能动性改造和利用自然的结果，又是人类赖以生存的最重要的资源之一。其成土母质为近代河流冲积物、泥质岩类风化物、红砂岩类风化物、第四纪红色粘土和酸性结晶岩类风化物等，不同母质类型水稻土剖面各层次有机质含量之间存在显著性差异，耕作层、渗育层显著高于母质层。土壤全氮、碱解氮、速效磷、有效钾含量随土壤深度的增加而减少。可以分为淹育型、潴育型、漂白型和潜育型4个亚类[10]。

1.2.1 淹育型水稻土 该类型水稻土开垦时间较短、熟化程度低，主要分布在丘岗山地的上部，俗称高岸田。以水旱轮作制为主，主要集中在怀化、自治州、常德、衡阳、永州等地，占水稻土面积的7.86%。

1.2.2 潴育型水稻土 该类型土壤熟化程度高、利用途径广，适合各种耕作制。分布于冲积平原、山丘坡地中下部、冲垅及阶地等，占水稻土面积的72.74%。

1.2.3 漂白型水稻土 该层土壤主要分布于第四纪红土和板页岩母质地区的缓坡地带，地形部位相对较高，由于水分在土体中长期的侧向运动，致使土体中有色物质被漂洗殆尽，因此，该层土壤呈白色。主要分布在常德、长沙、岳阳、永州、郴州、益阳等地，占水稻土面积的1.10%。

1.2.4 潜育型水稻土 该类型土壤是湖南省面积最大且最典型的低产田，包括冲垅下部、平区低洼地、丘岗间洼地等地形部位。由于常年处于淹水状态，形成青泥层，该类型土壤占水稻土面积的18.29%。

1.3 黄壤

黄壤是湖南省垂直带谱上的主要土壤类型之一，多分布在海拔700 m以上的山地，成土母质以沙页岩、板岩、花岗岩为主。该类型土壤地处环境湿度较大，土壤经常保持潮湿，铁的化合物以褐铁矿和多水氧化铁为主，土壤剖面呈现黄棕色，此类土壤由于各地水利条件和耕作施肥水平不同，土壤肥力差异悬殊。主要分布在湘西北、湘南和湘东北，占全省土壤总面积的12.62%。

1.4 紫色土

该类型土壤由紫色岩石风化发育而来，其成土母质为中生代紫色砂页岩风化物，土壤中磷、钾含量比较丰富，不用经过熟化培肥就可以栽培植物。主要分布于湘江中游、洞庭湖东侧、沅江谷地及澧水谷地，占土壤总面积的7.86%。

1.5 黄棕壤

该类型土壤主要分布在海拔1000～1300 m以上山地，其成土母质为不同时期的沉积岩、玄武岩和第四纪沉积物。黄棕壤分布地区，具有雨量多、湿度大、气温低、日照短等气候特点，自然肥力比较高。在湘南和湘北均有分布，占全省土壤总面积的3.73%。

1.6 潮土

潮土发育于近代河流冲积物和湖积物，其成土母质主要是赋存于第四纪更新世的砂、砂砾、砂质粘土、粉砂细质粘土、淤泥等。该类型土壤偏砂，通透性好，矿质元素（可溶态）较丰富，酸碱性适中，多系富含碳酸钙的黄土性沉积物，主要分布于洞庭湖平原和湘、资、沅、澧四水流域范围内，以湖南常德、益阳和岳阳市较为集中，其他的地市多沿河作片状或带状分布。

2 淹水条件对土壤理化性质的影响

成土母质是土壤形成的物质基础，是构成土壤的原始材料，其组成和理化性质对土壤的形成和肥力高低有着深刻的影响。土壤是气候、母质、生物、时间等综合作用下的产物。水稻土是在一定的自然环境、人为施加的各种栽培措施、长期灌溉和干湿交替的共同影响下形成的不同于旱地的特殊土壤。水稻土在种稻灌水期间，耕作层呈还原状态；在排水、晾田季节，耕作层呈氧化状态。这种周期性的干湿交替过程，形成了水稻土特有的物理、化学和生物性状[12]。

2.1 氧化还原状态

土壤的氧化还原状态通常以氧化还原电位（Eh值）的高低来衡量，一般认为，当Eh值高于300 mV时，土壤以氧化状态为主；Eh值若低于300 mV，土壤以还原状态为主。在淹水状态下，稻田土壤耕作层为水分所饱和，处于还原状态。据研究，当土壤处于在还原状态时，其中的无机氮几乎全部以铵态氮存在，有利于水稻的吸收利用，同时，铵态氮是阳离子，容易被土壤胶体吸附，不易流失。同时，在低Eh值条件下，镉更易于由水溶态和可交换态转化为无效态，有效降低土壤溶液中的镉含量，提高水稻对镉的耐受性，增强其生态修复效应[13-14]。于童等[15]的研究表明，当氧化性土壤的初始Eh值降低时，pH上升，原有氧化铁表面基团释放出H+，负电性增加，从而对溶液中带正电的镉离子或离子团的吸附性增大，镉的活性降低。

2.2 土壤酸碱度

水稻适于在微酸性到中性土壤中生长，对于碱性土壤，稻田淹水后，由于灌水稀释、淋洗等作用，其pH降低，最后趋于中性而达到平衡；对于酸性土壤，稻田淹水后，pH往往升高，氧化还原电位降低，最后趋于中性而达到平衡，从而加快磷酸铁的水解，促进高价铁盐、硅复合体的还原，有效增加土壤中的有效磷和二氧化硅含量，有利于水稻吸收[16]。

2.3 土壤有机质含量

有机质是土壤的重要组成部分，是作物碳素营养和矿质养分的重要供给源。水稻土在淹水缺氧的情况下，嫌气性微生物占居优势，土壤的氧化还原电位降低，有机质分解速度缓慢，其含量增加对于土壤的保水、保气保肥和通气性起着重要的作用。但如果土壤的还原性较强或更强，积累的有机质嫌气分解速度加快，有机物质在还原条件下分解，不仅不彻底，而且在氧化还原电位太低时，产生大量的有机酸，甚至甲烷、硫化氢乳酸、甲酸、乙酸、丙酸等对作为有害的中间产物，不仅会阻碍水稻根部的泌氧能力，而且严重时会造成稻根发黑、腐烂和死亡。杨长明等[17]的研究表明，有机与无机肥配施必须同时实施合理水分管理，改善水稻植株根系形态和增强根系活力的效应才能更大。连续淹水模式因土壤施入有机肥而加剧土壤还原状况，导致土壤中还原性Fe、Mn含量增加，并对水稻根系生长具有抑制和毒害作用。因此，要利用排灌技术、晾田、耕作等措施，调节土壤中氧化还原状态和pH，不断更新土壤营养环境，满足水稻生长发育对养分的需要[14，18]。

2.4 氮素的存在状态

稻田土壤在淹水条件下，除了土壤表面一薄层处于氧化状态外，其余都处于缺乏氧气的还原状态。铵态氮施入稻田土壤过程中，在土壤表层一部分会被氧化成硝态氮，然后下渗到还原层，在反硝化细菌的作用下，一部分会变成游离态氮释放到空气中。倪吾钟等[19]研究了不同氧化还原电位条件下稻田土壤中15N标记硝态氮的反硝化作用，结果表明，氧化和还原条件下均能进行硝态氮的反硝化作用，在4周的培养试验期间，直接测得的氧化和还原条件下的15N气态损失分别占加入量的60.23%±8.04%和83.89%±4.79%，因此，在施用铵态氮或硝态氮化肥时，应深施为宜[20]。

3 高产土壤改良措施

根据目前土壤的理化性质和肥力丰缺状况，推广测土配方施肥技术，实行因土施肥，提高施肥效益。采取工程措施、生物措施和农艺措施相结合的土壤改良技术，改良土壤结构、培肥地力。推广水旱轮作、作物间作，适度深耕，增加耕层厚度，增施有机肥，大力推广植物绿肥，改善稻田土壤的生态环境，提高土壤的肥力水平[21]。

3.1 土壤结构改良

通过施加畜禽粪便、作物秸秆、农作物副产品，提高土壤的有机质含量，促进土壤团粒结构的形成，改良土壤结构，提高肥力和固定表土，保护土壤耕层。

3.2 酸性土壤改良

控制化工业废水、废气和废渣的排放和任意堆放，控制酸雨的发展；对已经酸化的土壤施加碱性肥料、熟石灰、碳酸钠等土壤改良剂来改善土壤肥力、增加土壤的透水性和透气性。

3.3 土壤重金属污染改良

采用海泡石、高岭土、蒙脱石等粘土矿物原位钝化土壤中的重金属，降低重金属在土壤中的有效性，从而减少植物对重金属的吸收；通过重金属高积累植物，富集土壤中的重金属，并对富集的植物进行集中处理，回收植物吸收的重金属；通过施加高吸附的微生物通过表面吸附、胞外沉淀、胞外络合、氧化还原等作用钝化/固定土壤中的重金属，减少植物的吸收。

4 小结与展望

成土母质是稻田土壤形成的物质基础，影响着土壤无机胶体的形成[22]。而土地的利用是干预土壤结构最重要的人类活动，人类通过不同的利用方式干扰和调整着土壤中有机胶体的组成。不合理的土地开发和利用破坏了土壤的结构，加速了土壤综合质量的退化[23-24]。提高肥力是保证农业高产、稳产和优质的前提，增施有机肥，不断提高土壤有机质含量是提高土壤肥力的重要环节，有机质能够增加土壤的通气性、透水性、蓄水性，进而保水、保肥能力增强；通过合理的施肥措施让施入的肥料尽量为植物利用从而减少其随水淋失，减少氮肥对土壤酸化的影响[25]。同时，根据土壤不同的土壤类型和成土母质，通过测土配方施肥，对于土壤改良会起到事半功倍的功效。因此，加深了解湖南省主要的土壤类型及其成土母质的基本属性，以及淹水条件及其稻田土壤理化特性对肥力的影响，旨在为通过土壤改良措施来提升农田土壤肥力及构建健康的农田生态系统方面的深入研究提供借鉴。

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