种植年限对稻田土壤p H和养分含量的影响

吴海勇，唐珍琦，谷 雨，李明德

（1.湖南省土壤肥料研究所，长沙 410125；2.湖南省土壤肥料工作站，长沙 410005）

中国是水稻种植大国，拥有世界28%的水稻种植面积，水稻生产在中国经济发展中具有不可替代的地位［1］。湖南省地处亚热带温润气候区域，是中国水稻的主要产地，在国家粮食安全保障中起着举足轻重的作用［2］。土壤是水稻生长最重要的物质基础，水稻田土壤的肥力状况，特别是养分状况对水稻的优质高产起着非常重要的作用［3］。

中国南方农耕历史悠久，施肥是水稻增产的主要措施。然而，在当前的水稻生产中，重化肥轻有机肥的现象日趋严重，部分地区还存在过量施肥及盲目施肥的情况，导致土壤板结、养分失衡、土壤酶活性降低、稻田生态环境恶化和环境污染等问题［4，5］。为此开展测土配方施肥，建立水稻测土配方施肥指标体系，对于提高水稻产量、降低水稻生产成本、提高湖南省水稻肥料利用率、减少肥料浪费、保护农业生态环境、保证农产品质量安全、实现湖南省粮食稳定增产和农民持续增收及湖南省农业的可持续发展具有重要的现实意义。本研究选择南方典型双季稻区湖南省，以其四大区域（湘中、湘北、湘西、湘南）的水稻土壤为研究对象，揭示不同种植年限水稻土壤基本理化性质和养分含量状况及变化特征，旨在为中国南方双季稻区水稻生产提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试土壤采自湖南省四大区域（湘中、湘北、湘西、湘南）的水稻田耕层土壤，具体地点为湖南省宁乡县、安乡县、花垣县和桂阳县。4个区域均属于大陆性亚热带季风湿润气候，全年平均日照时间为1 100 h左右，年均降水量为1 450 mm，年平均气温为16～19℃。供试土壤的基本情况见表1。

表1 各定位试验点土壤基本信息

各监测点所使用的肥料均为单质肥料，氮肥为尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为氯化钾，均实行早稻-晚稻-冬闲的种植制度。

1.2 取样方法

根据全县稻田分布进行合理的采样布局，确定野外采样路线，于晚稻收获后进行土壤采集，在实地调察时，采用GPS定位，确保每次取样地块一致。土壤样品采用五点式取样法，采样深度为0～20 cm，重复3次。将采集的耕层土壤去除动植物残体，混合均匀后用四分法处理，最后剩余约1 kg土壤样品装袋标记，带回实验室置于通风阴凉处风干，磨碎，过10目和60目筛，贮存备用。

1.3 测定方法

土壤理化性质及养分含量测定采用常规分析方法［6］。pH采用电位法测定（水∶土为1∶1）；有机质含量采用重铬酸钾容量法-外加热法；全氮（N）采用凯氏蒸馏法；碱解氮含量采用1.0 mol/L NaOH水解-碱解扩散法；有效磷（P）含量采用0.5 mol/L碳酸钠浸提-钼锑抗比色法；速效钾（K）含量采用1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法测定；土壤中微量元素有效态铁、锰、铜、锌含量采用DTPA浸提-火焰原子吸收分光光度计（AA6300）测定。

试验数据采用Excel 2013和SPSS 17.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤p H

土壤pH是评价土壤酸化的重要指标，对土壤物质循环和植物生长发育等均会产生重要影响。从表2可以看出，本研究中各区域的稻田土壤pH为5.26～7.77，大部分为中性土壤。其中，宁乡县土样pH 5.26～5.67，呈弱酸性；安乡县土样pH为7.49～7.77，呈弱碱性；花垣县和桂阳县土样pH分别在6.73～7.09和6.25～7.03，呈中性。

表2 不同种植年限水稻土壤p H变化

随着种植年限的增加，稻田土壤的pH整体上呈降低趋势，尤其大于4年的土壤pH，即表现为表层土壤的酸化现象。但是各种植年限间均未达到显著差异（P＞0.05）。这与其他研究者的结果一致［7］，可能与土壤缓冲能力降低、长期施用单一肥料、矿质元素比例失衡有关［8］。

2.2 土壤有机质含量

土壤有机质数量和质量的变化是土壤肥力水平及环境质量状况的重要表征，是制约土壤理化性质如保肥性、保水性、缓冲性、通气性和养分有效性等的关键因素［9］。由表3可以看出，各区域稻田土壤有机质含量的平均值为24.72～38.59 g/kg。其中，以桂阳县土样有机质含量最高，平均为38.59 g/kg；其次是宁乡县，土壤有机质含量也较高，在28.55～38.58 g/kg；其余2个点的土壤有机质含量均在20～30 g/kg，为中等水平。总的来说，湖南省稻田土壤有机质含量为中上水平，且不同区域土壤之间含量差别较大。这可能与不同区域土壤母质差异以及稻田施用有机肥的差异有关。

表3 不同种植年限水稻土壤有机质含量变化（单位：g/kg）

随着种植年限的增加，各区域土壤有机质含量呈先下降后上升的趋势，整体在6年达到最低值，而在8年出现升高；不同种植年限稻田土壤有机质含量差异较大，6年稻田土壤有机质含量与1年均差异显著（P＜0.05）。原因可能是6年前的耕作习惯对土壤有机质的补充远远不够水稻生产从土壤中吸收的大量有机质，因而导致土壤中有机质含量不断下降；而8年可能由于农民开始重视有机肥或绿肥等的施用，有机质积累在土壤表层，导致土壤有机质含量有所升高。有研究表明，与冬闲-稻-稻模式相比，稻田冬种模式能提高土壤有机质含量［10］，不同冬作有机质累积速度分别为紫云英高于黑麦草，黑麦草高于油菜［11］。

2.3 土壤氮素含量

土壤氮素对水稻的生长发育、产量高低、品质优劣等均起到重要的作用。由表4可知，各区域的稻田土壤全氮含量平均值为1.78～2.38 g/kg，总体处于中上水平，其中花垣县稻田土全氮含量最低。土壤碱解氮含量的高低可反映出土壤对作物供氮能力的强弱［12］。各区域土壤碱解氮含量平均值为154.71～184.30 mg/kg，平均含量为169.21 mg/kg，都在125mg/kg以上，达到了高等水平。在水稻种植过程中普遍存在为了追求高产而盲目使用氮肥的问题，从而造成土壤表层氮素积累。因此，应当根据稻田土壤的氮含量确定氮肥的施用量，防止过量施用造成浪费、土壤盐渍化以及环境污染等现象。

整体来看，4个研究区域稻田土壤的供氮水平较高，但全氮和碱解氮的含量均随着种植年限的增长无明显变化。在前人的研究中［13］，土壤氮素含量在一定时期内随着年限可能出现升高、保持稳定或下降的趋势，这是由于不同土质和不同施肥习惯所导致。

2.4 土壤有效磷含量

土壤有效磷是表征土壤磷素供应能力的指标，其含量由土壤理化性质和生物因素共同调节［14］。本研究中各区域稻田土壤有效磷含量为6.49～41.95 mg/kg，平均值为21.95 mg/kg。其中，以桂阳县稻田土壤最高，平均含量达到33.75 mg/kg，宁乡县和安乡县稻田土壤有效磷平均含量也均达到了20 mg/kg以上，处于较丰富水平；花垣县土壤有效磷含量最低，平均含磷量仅为11.11 mg/kg，处于中等偏高水平。此外，由表4可知，稻田土壤有效磷含量最低为种植4年土壤，而种植6年和种植8年土壤有效磷含量明显增加。冼应男等［14］研究表明土壤的总磷和有效磷含量与土壤黏粒百分含量、有机碳含量、全N含量呈极显著正相关，与土壤pH呈显著负相关。因此，1～8年各区域水稻土有效磷含量的变化可能与其有机质含量以及pH的变化有关。

2.5 土壤速效钾含量

速效钾通常被认为是土壤供钾能力的容量因素，其含量是表征土壤钾素供应状况的重要指标之一［15］。本研究中各区域稻田土壤速效钾含量为66.88～168.53 mg/kg，平均值为124.57 mg/kg。其中，只有宁乡县稻田土壤速效钾平均含量为81.21 mg/kg，在100 mg/kg以下，处于中等偏低水平；花垣县含量为113.08 mg/kg，处于中等偏高水平；而安乡县和桂阳县水稻土壤的速效钾平均含量均在150 mg/kg以上，处于较丰富水平（表4）。由此可见，湖南省主要稻田土壤钾素供应水平较高，在农业生产实践中可以满足作物生长的基本需求。各区域水稻土壤中速效钾含量存在较大差别，这主要来源于各区域的不同母质和土壤类型。随着种植年限的增加，各区域水稻土壤中速效钾含量并没有明显的变化趋势。

2.6 土壤有效态微量元素含量

对各区域稻田土壤有效态微量元素的调查分析结果见表5。宁乡县、安乡县、花垣县和桂阳县的土壤 有 效 铁 含 量 分 别 为61.84～85.58、83.35～91.64、62.29～76.11和49.41～54.99 mg/kg；平 均 值 分 别 为73.99、88.84、70.01和52.46 mg/kg；有效锰的含量分别为34.39～41.06、41.48～54.85、51.45～59.23和51.51～54.69 mg/kg，平均值分别为38.79、46.773、55.43和53.36 mg/kg；有效铜的含量分别为2.92～3.99、3.18～4.96、2.22～2.76以及6.29～6.62 mg/kg，平均值分别为3.39、3.70、2.41和6.51 mg/kg；有效锌的含量分别为1.86～3.39、1.52～2.01、4.60～5.66和4.71～4.93 mg/kg，平均值分别为2.62、1.77、5.04和4.82 mg/kg。由此可见，本研究中各区域稻田土壤的有效铁、有效锰、有效铜、有效锌含量均处于较高水平，表明稻田土壤中的微量元素比较丰富。

表5结果表明，在种植年限为1～6年期间，4个区域供试土壤有效铁含量随种植年限的增加而逐步升高，在6～8年间变化稳定；其中宁乡县稻田土壤在6年出现显著增加（P＜0.05），其他区域各种植年限间均未达到显著差异（P＞0.05）。土壤有机质含量、pH及土壤质地等对微量元素的有效性有着重要的影响。具体来说，微量元素的有效性与有机质含量在一定范围内呈正相关，而与土壤pH呈明显的负相关［16］。因此，有效铁含量的增加可能与各地土壤有机质含量的升高及pH的下降有关。然而，有效锰、有效铜和有效锌含量随种植年限的变化趋势不明显，这可能是由于三者在稻田土壤中的含量均明显低于有效铁含量。

表5 不同种植年限水稻土壤有效态微量元素含量变化

3 小结

4个调查区域土壤的pH为5.26～7.77，大部分为弱酸性至中性土壤，较适合于水稻生长；随种植年限的增加，各区域水稻土pH均呈现下降的趋势。土壤有机质含量均达到中上水平，且不同区域之间差异较大；总体上稻田土壤有机质在种植6年达到最低值，而在种植8年出现回升。

本研究各区域土壤的全氮含量平均值为1.78～2.38 g/kg，达到中上水平；土壤碱解氮含量平均值为154.71～184.30 mg/kg，均达到了高等水平；土壤有效磷含量为6.49～41.95 mg/kg，处于中上水平，但不同区域之间的差异较大；土壤速效钾含量平均值为124.57 mg/kg，总体来说钾素供应水平较高。此外，供试土壤的全氮、碱解氮和速效钾含量均随种植年限的延长无明显变化，而有效磷含量呈先降低后升高的趋势。

各区域稻田土壤的有效铁、有效锰、有效铜和有效锌含量均处于较高水平；有效铁含量在1～6年呈上升趋势，随后变化稳定，而有效锰、有效铜和有效锌含量随种植年限的增加变化不明显。

长期以来，农民在水稻种植上存在着盲目施肥、过量施肥的问题。可以看到，湖南省主要水稻土壤在取样的1～8年pH适中，有机质含量较高，氮、磷、钾及微量元素的有效养分供应强度较好。近20年来，全国许多省份开展了水稻实时实地施肥方法（SSNM）的研究与应用，并推行了多年的测土配方施肥技术，建立了水稻测土配方施肥指标体系，这些工作的开展对于提高肥料利用率、增加水稻产量、保证农产品质量安全及保护耕地生态环境，为实现区域内粮食稳定增产、农民持续增收以及国家农业的可持续发展起到了重要作用。