水稻梯田土壤速效氮、磷、钾的迁移与分布特征研究

杨 敏，陈秀虎，皮晓娟，郭 峰，陈新苗，胡结文

（1清远职业技术学院，广东清远 511510；2连州市高山绿稻米业有限公司，广东连州 513400）

0 引言

土壤是水稻生长的基础，其养分含量制约着水稻产量与品质形成[1-4]。研究水稻田土壤养分迁移与分布状况，并对其进行科学的评估，是配方精准施肥的前提条件，对提高水稻产量及品质具有重要的作用，对土壤结构改善、肥力提升和环境保护都有一定的意义[5-6]。土壤养分含量是作物、气候、地形、土壤、人为活动等多个因子综合作用的结果[7-10]。短期内影响土壤的主要因素是作物和人为活动。土壤养分元素在生物体和土壤之间循环变化的过程，称为土壤形成的生物小循环，对土壤结构改善和肥力积累起决定性作用，是土壤基本结构特性和肥力保持相对稳定的基础[11]。在人为活动中，农业生产中的施肥是最直接的人类活动对小循环的参与行为，当外源肥料施入土壤后，施入的肥料与土壤中原有的营养素共同作用形成一个新的土壤动态平衡体系[12]，并在短暂的时间内对土壤产生极大的局部影响。合理的施肥能起到促进作物生长、改善土壤结构的双重作用[13]，如果施肥过多，不能及时被作物吸收利用，产生迁移流失，造成环境染污和生产浪费[14]。根据文献报道，土壤速效氮磷钾的迁移研究主要集中于纵向土壤深层的迁移[15-16]，土壤表面的横向迁移分布研究未见国内报道。本研究以广东省连州市白石村为例，以梯田自然水流路径为背景，将梯田分成6层采样，测量每层稻田土壤碱解氮、速效磷与速效钾含量，建立回归方程。研究在自然生态下，水稻梯田土壤碱解氮、速效磷与速效钾随着水流路径横向迁移与分布的规律，以期为该地区水稻生产测土配方变量施肥、养分精准管理和环境生态保护提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

连州市九陂镇白石村位于广东省北部与湖南南部交界的山区，地处112°22′E，24°44′N。该村属石灰岩地区，地势东高西低，主要为丘陵和盆地，亚热带季风性气候，年均日照总时数1510.6 h，年平均降雨量1606 mm。2—3月有连续的阴雨天气，但降雨量较少；夏季以西南风为主，4—6月为雨季，雨水最多，偶有冰雹、暴雨等强对流天气出现。秋季渐凉，秋高气爽，常有暴雨等强对流天气。冬季干燥，10—12月雨量最少，进入12月山区开始有霜，隆冬季节后常有霜、雪、冰冻、雨淞天气出现。该村适宜不同生态型作物生长，四季宜耕，目前山地与坡地主要种植油茶，基本农田梯形分布于国道107两边，如图1。雨水经梯田流入国道107排水系统，最后注入连州河。梯田主要种植水稻与地方特色品种——连州菜心。水稻生长期间所需的水主要源于山泉水，山泉水自上而下逐层浇灌梯田。

图1 楼冲、老寨与风冲口村民小组水稻种植地呈梯状分布的地形地貌照片

1.2 土壤样品采集与处理

从白石村的19个村民小组中，排除沟渠分割地块，选择10个采集土样，具体名称与地理位置详见图2。每个采样单元同时具备集中连续分布、有6个以上层次、固定的水流路径3个基本条件。对于超过6个层次的梯田，去掉中间面积过小的地块，再采取掐头去尾的方法保留中间6个层次，自上而下编号为1～6层。采用“S”形布点法（如图3），每个层次地块采集5个土样，共采集土样300份，均为水稻土。采样时，清除土壤表层杂物，采集耕层(0～20 cm)土壤。采样时间为当年的11月中旬，即晚稻收割后、菜田备耕开始前。将同一层次梯田采集的5个土样混匀后，四分法取约1.0kg，10个采样单元共获得60份混合土样。经风干、磨细、去杂、过筛处理，作为分析样品备用。

图2 土壤采样单元分布图

图3 土壤采样“S”形布点示意图

1.3 测定项目与方法

参照《土壤农化分析》[17]中的测定方法，测定土壤pH、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾等养分含量等主要指标。土壤pH采用电位法（水:土＝2.5:1）；有机质含量的测定采用重铬酸钾容量法；土壤碱解氮含量测定采用碱解扩散法；速效磷含量的测定用0.5 mol/L的碳酸氢钠浸提、钼蓝比色法；速效钾含量测定用1.0 mol/L的醋酸铵浸提、火焰光度计法。

水稻种植地为广东省连州市白石村，土壤主要养分含量检测地点：清远职业技术学院农产品食品质量安全检测中心；检测时间：2021年12月—2022年2月；主要检测仪器：上海雷磁仪器有限公司PHS-3C型pH计，上海新诺仪器YJY-923F型往复振荡摇床，上海精科752N型分光光度计和上海力辰科技WGH6400型火焰光度计。

1.4 数据分析

利用Excel 2010与SPSS 19软件进行数据统计和分析。

2 结果与分析

2.1 白石村水稻种植区土壤营养基本状况

10个村民小组碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量如图4，白石村土壤主要养分含量整体情况如表1。依据第二次全国土壤普查评价标准，白石村水稻种植梯田土壤碱解氮平均水平为中上，速效钾为中等，速效磷达极高水平，有机质为中上水平。

表1 白石村水稻种植梯田土壤主要营养成分含量

图4 白石村10个村民小组水稻种植梯田土壤主要营养成分含量

2.2 土壤碱解氮的含量与分布

从第一至第六层，白石村10个村民小组梯田土壤碱解氮含量逐渐增加，呈指数回归变化趋势，其空间分布特点详见表2。

表2 白石村水稻梯田土壤碱解氮含量与空间分布

2.3 土壤速效钾的含量与分布

白石村梯田土壤速效钾含量和分布与碱解氮相似，也随梯田层次降低，也呈现明显的指数升高回归趋势，其指数回归方程与相关系数如表3。

表3 白石村水稻梯田土壤速效钾含量与空间分布

2.4 土壤速效磷的含量与分布

图4显示，白石村土壤中速效磷的含量分布没有明显的横向迁移趋势。依据图4的数据源，以碱解氮为自变量，速效磷为依变量的二次回归方程：ŷ=0.0102x2-2.3488x+175.03，拟合度达到72.72%。

3 结论

（1）连州市白石村水稻梯田土壤中碱解氮含量在69.87～169.0 mg/kg之间，平均值为103.3 mg/kg，评价等级为中上，随水流迁移明显，梯田由上到下呈指数回归分布，相关系数为0.9719，低洼水淹地块含量明显增高。

（2）速效钾为平均值为95.25 mg/kg，属于中等水平，与碱解氮相似，随水流迁移明显，梯田由上到下呈指数升高回归分布，相关系数为0.9885；不同地块由于淹水时间长短不同，其含量有明显的不同。

（3）土壤对速效磷具有较强的吸附作用，随水流迁移不明显，分布相对稳定，含量达到42.84 mg/kg，有富集倾向。

（4）白石村在区域大配方的小调整工作中，应考虑其水稻田土壤碱解氮、速效磷、速效钾的含量与分布的自身特性。

4 讨论

4.1 白石村水稻种植区土壤中速效氮、速效钾元素的分布特征

表2与表3数据显示，白石村的水稻梯田土壤碱解氮和速效钾在水流的作用下，由上层梯田向下层梯田移动分布，其移动分布有指数回归的趋势，10个采样点的相关系数均大于0.8，平均值大于0.9，其碱解氮的相关系数平均值为0.9719、速效钾的相关系数为0.9885。碱解氮与速效钾都易溶于水，特别是浅层施肥方式施入的速效养分主要集中于土壤上层，利于水稻生长对养分的吸收[18]，也容易纵向渗透到土壤深层，更容易随水流失。因此，在水稻梯田土壤中，上层梯田土壤中的氮和钾，容易随水流入下层梯田，并在积水处纵向沉积[19]。同时，这也是造成下游水域富氮化的重要原因。在酸性条件下，土壤中的固定态钾会被激活[20]，所以，长期流水的水稻田速效钾会不断流失，从而造成高层梯田严重缺钾。据胡雅等[21]报道，干旱的黄土丘陵沟壑区沟道土壤速效钾含量也有类似的分布。另外，阿迪拉·阿布力米提等[19]研究发现，土壤水分含量与速效钾含量呈现负相关(P＜0.05)。在图4中，不同采样区速效钾含量有较大波动，这可能是因为该村为丘陵缓坡盆地，不同梯田相同层次的高度不同，土壤淹水时长与含水量不同，导致土壤速效钾的含量不同。

4.2 白石村水稻种植区土壤中速效磷的分布特征

测量数据显示，白石村梯田土壤速效磷分布具有相对的稳定性，在不同层次梯田土壤没有明显的变化趋势，但其平均含量为42.84 mg/kg，依据詹秋丽等[22]的研究报道，有中等富集的倾向；同时，与碱解氮存在一定的负相关性，这与杨敏等[23]研究的结果一致。其主要原因如夏文建等[24]报道，施用氮肥能促进磷吸持指数(PSI)显著性升高，即速效磷被土壤吸附固定成缓效磷，土壤的固磷能力增强，土壤表层速效磷下降，表现为负相关。同时，由于土壤对速效磷的吸附固定，一部分滞留在土壤表层，一部分向土壤中下层纵向迁移，很少有横向的水流迁移。所以，水稻梯田土壤速效磷的分布具有相对的独立性，没有因水流而在不同层次梯田土壤发生明显变化的趋势。另据王艳玲[25]报道，随着有机质含量的增加，红壤的速效磷含量提升。依据图4的数据源，白石村土壤有机质平均含量是21.20 mg/kg，按照中国土壤普查标准为中偏上，这可能为速效磷积累提供了有利条件。

4.3 白石村水稻生产管理建议

白石村水稻种植地以梯田分布为主，有近2/3的水稻种植地分布于国道107东西两侧，雨水经梯田流向国道，并由国道两边的排水系统注入连州河。所以白石村水稻梯田土壤从上到下碱解氮和速效钾呈不断增高的趋势，速效磷在不同层次分布较稳定、整体水平极高。另外，在近几年的实际生产中，采用的施肥方案是该村所在连州市土壤肥料站推荐的配方。基于上述情况，提出两点生产建议：第一，修建沿水流方向的排水沟渠，阻断水流贯穿水稻梯田，避免碱解氮与速效钾随水流失，防止环境污染；第二，按照《测土配方施肥技术规范》区域大配方、生产小调整的要求，在小配方优化调整时，应考虑到碱解氮、速效钾的纵向分布流失、速效磷的富集化倾向等因素。