长沙水稻主产区土壤肥力的变化分析

陈雄鹰，王 闯，崔小玉，胡明勇

（1. 长沙市农业技术推广中心，湖南 长沙 410205；2. 长沙市农业综合行政执法局，湖南 长沙 410013；3. 长沙市农产品质量监测中心，湖南 长沙 410016）

粮食是社会稳定和谐的基础，国家安全的物质保障。而长沙市作为湖南粮食重要生产区，自2015—2020年粮食生产总面积减少1.47万hm2，粮食总产207万t，同比减少8万t（湖南省统计年鉴），粮食生产下行压力较大，形势不容乐观。那么如何在日益紧张的耕地资源上生产出更多的粮食，提高土壤肥力、改善土壤环境是一个极其关键的举措。因此，实时监测长沙地区的土壤肥力尤其重要。

土壤肥力具有很强的时空变异性[1-2]。土壤连年耕种，自然因素和人为因素可能会导致土壤肥力降低[2-3]。合理施肥不仅浪费了肥料资源，导致土壤养分失衡，引起土壤肥力下降，还有可能会导致生态环境问题，如水体富营养化、地下水污染[4]等。因此，长期监测农田土壤肥力状况，分析土壤肥力变化特征，探索养分变化规律，对于指导农业生产合理施肥，提高肥料利用效率和作物产量，减少因过量施肥引起的生态环境污染，保障农业的可持续发展，有着非常重要的意义。

研究在长沙地区水稻主要生产县市区（长沙县、望城区、宁乡市和浏阳市）[5]布设长期定位监测点位，每年采集土壤检测分析，监测土壤肥力变化，分析其变化特征，探明长沙地区水稻土土壤肥力变化规律，以期为指导长沙地区水稻生产科学施肥提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 区域概况及取样

2013—2020年，对长沙县、望城区、浏阳市、宁乡市4个县（市、区）水稻田土壤开展了连续8 a的长期定位监测。4个县（市、区）区属于亚热带季风气候，年平均气温17.9℃，年平均降雨量1 454.72 mm，年平均日照时长1 553 h（湖南省统计年鉴2014—2020）。60个定位监测土壤为由第四纪红土、板页岩风化物、花岗岩风化物和河流冲积物4种成土母质发育而来的水稻土（表1）。所有土壤样品采用“S”型5点法取样，用土钻采集0～20 cm耕层土壤，室内自然风干，磨碎，过0.149 mm尼龙筛，玻璃瓶保存待测。

表1 长期定位监测点位分布

1.2 样品检测与分析

所有土壤样品基本理化性质采用常规方法分析[6]。土壤pH值采用水浸法（土 ∶ 水=1∶2.5）pH计测定；有机质采用油浴加热重铬酸钾氧化-容量法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾采用1 mol/L乙酸铵浸提-火焰光度法测定；缓效钾采用1 mol/L硝酸煮沸浸提-火焰光度法测定。

1.3 数据统计与分析

数据统计分析采用SPSS 25和Excel 2019软件作数据统计分析和作图。

2 结果与分析

2.1 土壤pH值

研究区土壤pH均呈酸性，均值为4.97～5.85（图1）。从2013—2020年，土壤pH值波动较小。与2013年相比，2020年4种类型成土母质土壤pH值的变化仅为-0.40%～3.72%。同时，除了成土母质为河流冲击物的土壤pH值在2015—2016年际变化为16.17%外，其他土壤各年际变化均小于10.00%，土壤pH值相对稳定。

图1 2013—2020年长沙水稻田土壤pH值变化

前3 a，与其他土壤相比，成土母质为河流冲积物土壤pH值较低。2016—2018年，所有土壤pH值无明显差异，然最后2 a成土母质为河流冲积物土壤pH值又明显低于其他土壤。

2.2 土壤有机质

研究区土壤有机质含量为24.92～38.65 g/kg（图2）。成土母质为第四纪红色粘土的土壤有机质含量最低，均值为30.33 g/kg，花岗岩风化物土壤有机质含量最高，均值为36.91 g/kg。整体上，4种成土母质土壤有机质含量差异不大。

图2 2013—2020年长沙水稻田土壤有机质的变化

与2013年相比，2020年土壤有机质含量均略有增加，板页岩风化物、第四纪红色粘土、河流冲积物、花岗岩风化物4种类型成土母质土壤有机质含量增幅分别为5.04%、2.14%、3.32%和0.65%。相比于花岗岩风化物土壤有机质含量年际变化（-5.42%～10.16%），第四纪红色粘土、板页岩风化物和河流冲积物3种成土母质土壤有机质含量年际变化较大，变化幅度分别 为-12.06%～14.06%、-15.88%～17.55%、-28.53%～43.12%。

2.3 土壤碱解氮

研究区土壤碱解氮含量为104.81～202.96 mg/kg（图3）。与2013年相比，2020年土壤碱解氮含量均略有降低，4种类型成土母质（板页岩风化物、第四纪红色粘土、河流冲积物、花岗岩风化物）发育形成的土壤碱解氮含量降幅分别为-26.50%、-9.87%、-10.42%和-5.55%，

图3 2013—2020年长沙水稻田土壤碱解氮的变化

2013—2020年，4种成土母质土壤碱解氮含量波动幅度较大，总体趋势为先降后升。前5 a，板页岩风化物、第四纪红色粘土、河流冲积物、花岗岩风化物4种成土母质土壤碱解氮含量分别降低了39.35%、28.78%、30.02%和41.01%，后3 a分别升高了21.18%、26.56%、28.01%、60.11%。土壤碱解氮含量年际变化较大，变化幅度分别为-23.67%～16.58%、-29.08%～25.04%、-19.17%～13.48%和-33.67%～29.04%。

2.4 土壤有效磷

研究区土壤有效磷含量为10.75～29.30 mg/kg（图4）。成土母质为第四纪红色粘土的土壤有效磷含量最低，均值为16.82 g/kg，花岗岩风化物土壤有效磷含量最高，均值为20.76 g/kg。总体而言，4种成土母质土壤有效磷含量差异不大。

图4 2013—2020年长沙水稻田土壤有效磷的变化

与2013年相比，2020年土壤有效磷含量均明显降低。4种类型成土母质（板页岩风化物、第四纪红色粘土、河流冲积物、花岗岩风化物）土壤有效磷含量降幅分别为-35.16%、-32.28%、-31.36%和-54.35%。土壤有效磷含量年际变化大，4种成土母质土壤有效磷含量年际变化幅度分别为-36.04%～14.76%、-42.15%～52.79%、-37.63%～73.79%和-44.37%～49.92%。

2.5 土壤速效钾

研究区土壤速效钾含量为10.75～29.30 mg/kg（图5），成土母质为第四纪红色粘土的土壤速效钾含量最高，均值为136.37 mg/kg，成土母质为板页岩风化物土壤的速效钾含量最低，均值为110.62 mg/kg，4种成土母质土壤速效钾含量差异不大。

图5 2013—2020年长沙水稻田土壤速效钾的变化

与2013年相比，4种成土母质土壤2020年速效钾含量变化差异较大。其中，成土母质为河流冲积物的土壤速效钾含量降低了21.53%，成土母质为板页岩风化物和第四纪红色粘土的土壤速效钾含量分别增加了10.59%和24.69%，而花岗岩风化物形成的土壤速效钾含量基本不变。4种成土母质形成的土壤速效钾含量年际间变化极大，年际变化幅度在-49.94%～234.90%。

2.6 土壤缓效钾

研究区土壤缓效钾含量为111.66～576.24 mg/kg（图6）。成土母质为河流冲积物和花岗岩风化物的土壤缓效钾年均含量（437.80和449.12 mg/kg）显著高于成土母质为板页岩风化物和第四纪红色粘土的土壤（226.85和246.54 mg/kg）。

图6 2013—2020年长沙水稻田土壤缓效钾的变化

2013—2020年，4种成土母质形成的土壤缓效钾含量均呈现为先相对稳定后波动较大。成土母质为板页岩风化物和第四纪红色粘土的土壤前3 a相对稳定，后5 a波动较大，而成土母质为河流冲积物和花岗岩风化物的土壤前4 a相对稳定，后4 a波动较大。与2013年相比，2020年土壤缓效钾含量略有增加，4种成土母质的土壤缓效钾含量分别增加了15.27%、11.84%、15.33%和8.38%。

3 讨论与结论

土壤酸碱性是土壤的基本的理化性质，也是影响土壤肥力和作物生长的重要因素。土壤过酸或过碱都会影响土壤养分的有效性[7]。研究中土壤pH值8 a变化较小，但土壤仍呈酸性（图1）。酸性土壤盐基离子的更易流失，土壤磷的有效性低，土壤固氮菌活性也更低，因此需要调理土壤至中性，提高土壤养分有效性[8-9]，促进作物吸收，从而达到增产的目的。

土壤有机质含量不仅代表碳贮量，也是土壤肥力的一个重要指标，提高土壤有机质水平是耕地质量的提升的关键[10]。有研究表明，施肥状况和耕作措施是短期影响农田土壤有机质含量的主要原因[11]。研究中土壤的有机质含量年际存在一定波动，总体上略有增加，这可能与近些年（2014年至今）长株潭地区推广增施有机肥、种植绿肥和秸秆还田等农艺技术措施治理重金属污染耕地有关[12-13]。土壤碱解氮、有效磷、速效钾是表征土壤肥力水平的主要指标[14]。研究中的土壤速效养分含量反复波动，年际变化大（图3、图4和图5）。虽然土壤pH值呈酸性，对土壤速效养分影响较大，但土壤pH值比较稳定，因此土壤速效养分含量的反复变化可能是水稻生产过程中非平衡施肥等人为因素的所致[15]。

成土母质是土壤的初始状态，是土壤形成的基础和植物养分元素的最初来源。土壤母质不仅对土壤结构、颗粒组成等有重要影响[16]，对于土壤肥力特性具有非常重要的作用，不同成土母质发育形成的土壤肥力存在差异[17]。尽管研究中不同成土母质发育形成的土壤pH、有机质含量、碱解氮、有效磷、速效钾含量及年际变化差异不大，成土母质为花岗岩风化物和河流冲积物的土壤的缓效钾含量远大于其他两类成土母质土壤（图6），该结论与前人报道的结果相似[18]。

2013—2020年，研究区土壤pH变化小，有机质含量略有增加，但碱解氮、有效磷和速效钾土壤养分含量均有所下降，且年际间变化大。根据国家土壤肥力分级标准，土壤肥力为中等。然而，土壤酸化严重，建议进一步调理土壤酸碱度，同时平衡调控氮磷钾肥的施用量，控制年际间的差异，稳步增加土壤养分的含量，进一步提升土壤肥力。