深汕特别合作区水稻田土壤肥力状况调查与分析

刘梦丹,胡思敏,王宗抗

(1.深圳时代融创生态科技有限公司,广东深圳 518000;2.深圳市芭田生态工程股份有限公司,广东深圳 518000)

深汕特别合作区位于粤港澳大湾区最东端,总面积为468.3 km2,包括鹅埠、赤石、小漠、鲘门4个镇和圆墩林场,凭借丰富的土地资源、水资源等优势,成为深圳市重要的农业生产区,水稻产业更是全区农业结构的重要组成部分[1-2]。广东省水稻种植面积占粮食作物种植总面积的75%以上,稻米也是居民重要主食,在新冠疫情常态化的新形势下,水稻高产优质直接影响粮食安全[3]。黄继川等[4]研究表明,与第二次土壤普查相比,随着农业生产和经济发展,广东省水稻田的土壤肥力状况发生了明显变化,水稻土有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量呈上升趋势,速效钾含量呈下降趋势,并指出今后水稻增产需增加有机肥和钾肥的施用。目前研究主要集中在特定的地域和条件下,改变土壤利用方式和施肥措施对土壤pH、土壤团聚体[5]、微生物多样性及氮磷钾等土壤肥力状况的影响,也有关于土壤肥力状况和水稻产量量化关系的研究。李新悦等[6]研究发现秸秆还田配施化肥可提高 0～20和20～40 cm土层团聚体稳定性,并增加团聚体氮、磷、钾养分含量,尤其是大团聚体(>1 mm)。李秀芝等[7]研究发现紫色水稻土利用方式对土壤钾的赋存形态产生显著影响。刘淑军等[8]选取土壤pH及有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量等土壤肥力评价指标,运用土壤肥力质量指数和水稻产量之间的关系模型对祁阳县红壤丘陵双季稻区的土壤培肥管理和生产力进行评估。土壤肥力是水稻高产优质的基础资源,受成土母质、土地利用方式、自然气候条件、培肥措施等因素的影响[8-9],以上研究的土壤肥力状况具有明显的区域差异,未能科学指导深汕特别合作区水稻生产。因此,探明深汕特别合作区水稻田土壤肥力状况,对于促进深汕特别合作区农业高质量发展、保障国家粮食安全具有重要意义。笔者通过采集深汕特别合作区鹅埠、赤石、小漠、鲘门4个镇的水稻田土壤表层(0～20 cm)样品,测定有机质、大量元素及微量元素等土壤肥力关键指标,根据《广东土壤》土壤肥力分级标准对当地水稻田土壤肥力状况进行分析评价,为进一步探索深汕特别合作区水稻田土壤肥力提升和水稻生产新技术研究应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 土样采集及处理于2021年11月在深汕特别合作区的水稻田采集土样,共计采集32个水稻田土壤样品,其中鹅埠镇16个、赤石镇12个、小漠镇3个、鲘门镇1个。因鹅埠镇和赤石镇为深汕特别合作区的主要水稻种植区,水稻种植面积比例较大,而小漠镇和鲘门镇的水稻种植面积较小,因此取样点设置符合《测土配方施肥技术规程》(NY/T 2911)相关要求,可以代表该区域的水稻田土壤肥力状况。每个取样点按“S”型采样法采集深度0～20 cm的土壤样品,所取样品均匀混合后采取四分法留取1 kg左右,风干后研磨分别过0.25和2.00 mm筛后测定土壤肥力指标。

1.2 测定项目与方法选取11项土壤肥力指标(pH、有机质、铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾、有效硼、铁、锰、铜、锌)为评价指标,并采用常规方法测定[10-11]。土壤pH采用水浸-电位法测定;有机质采用重铬酸钾-硫酸消化法测定;铵态氮采用靛酚蓝比色法测定;硝态氮采用酚二磺酸比色法测定;有效磷采用碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法测定;速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定;有效硼采用沸水浸提-甲亚胺比色法测定;有效铁、锰、铜、锌采用DTPA-TEA 浸提-原子吸收法测定。

1.3 数据处理采用Excel软件对相关数据进行统计分析。土壤变异系数(CV,%)可表示土壤养分指标的离散程度,CV<15%为弱变异性,15%75%为强变异性[12]。

2 结果与分析

2.1 土壤pH由表1可知,土壤pH为4.08～5.79,平均值为5.01,属于酸性土壤,变异系数为7.89%,属于弱变异性。从深汕特别合作区水稻田土壤酸碱度分级状况[13]看出(表2),强酸性土壤占9.37%、酸性土壤占81.25%、弱酸性土壤占9.38%,说明深汕特别合作区水稻田土壤在弱酸性到强酸性范围,且有80%以上的土壤处于4.5～5.5,大部分属于酸性土壤。

表1 水稻田土壤肥力指标

表2 水稻田土壤酸碱度分级状况

2.2 土壤有机质与氮磷钾养分土壤有机质含量为2.16～57.90 g/kg,平均含量为29.04 g/kg,处于中等水平,变异系数为44.41%,属于中等变异性(表1)。从深汕特别合作区水稻田土壤有机质含量分级状况[13]看(表3),土壤有机质含量大部分处于20 g/kg以上,占总样品数的71.88%,分布于缺乏和极缺乏的土壤分别占25.00%和3.12%。整体上,深汕特别合作区水稻田土壤有机质含量中等偏上,但分布不均。

表3 水稻田土壤有机质与大量元素含量分级状况

由表1可知,土壤硝态氮含量为0.36～9.53 mg/kg,平均含量为3.47 mg/kg,变异系数为84.07%,属于强变异性。土壤铵态氮含量为0.08～339.00 mg/kg,平均含量为12.59 mg/kg,变异系数为473.69%,属于强变异性。总体来看,深汕特别合作区水稻田土壤硝态氮、铵态氮含量总体较低,且含量差异较大。

土壤有效磷含量为1.50～227.00 mg/kg,平均含量为76.67 mg/kg,处于极丰富水平,变异系数为60.82%,属于中等变异性(表1)。从表3可以看出,土壤有效磷含量大部分处于20 mg/kg以上,占总样品数的93.75%,分布于极丰富、丰富、缺乏和极缺乏的土壤分别占81.25%、12.50%、3.13%和3.12%。整体上,深汕特别合作区水稻田土壤有效磷含量较丰富,但分布不均。

土壤速效钾含量为9.00～806.00 mg/kg,平均含量为85.44 mg/kg,处于缺乏水平,变异系数为175.74%,属于强变异性(表1)。由表3可知,土壤速效钾含量大部分处于100 mg/kg以下的缺乏水平,占总样品数的84.38%,分布于极丰富和丰富的土壤分别占12.50%和3.12%,分布于缺乏、很缺乏和极缺乏的土壤分别占12.50%、40.63%和31.25%。因此,深汕特别合作区水稻田土壤速效钾含量总体偏低,分布不均。

2.3 土壤微量元素综合评价土壤有效铁含量为42.80～439.00 mg/kg,平均含量为217.43 mg/kg,处于较高水平,变异系数为52.58%,属于中等变异性(表1)。从深汕特别合作区水稻田土壤微量元素含量分级状况[13-14]看(表4),土壤有效铁含量均处于20 mg/kg以上,占总样品数的100%。总体上,深汕特别合作区水稻田土壤有效铁含量较高。

表4 水稻田土壤微量元素含量分级状况

土壤有效锰含量为1.01～29.30 mg/kg,平均含量为7.39 mg/kg,处于中等水平,变异系数为98.07%,属于强变异性(表1)。从深汕特别合作区水稻田土壤微量元素含量分级状况[13-14]看(表4),土壤有效锰含量分布于丰富和适宜的土壤分别占样品总数的12.50%和40.63%,分布于缺乏和极缺乏的土壤分别占43.75%和3.12%。因此,深汕特别合作区水稻田土壤有效锰含量总体为中等偏低,分布不均。

土壤有效铜含量为0.25～3.71 mg/kg,平均含量为1.05 mg/kg,处于中等水平,变异系数为69.24%,属于中等变异性(表1)。从深汕特别合作区水稻田土壤微量元素含量分级状况[13-14]看(表4),土壤有效铜含量分布于很高、丰富和适宜的土壤分别占样品总数的6.25%、34.37%和59.38%。总体上,深汕特别合作区水稻田土壤有效铜含量为中等偏上。

土壤有效锌含量为0.37～6.20 mg/kg,平均含量为2.06 mg/kg,处于丰富水平,变异系数为79.99%,属于强变异性(表1)。从深汕特别合作区水稻田土壤微量元素含量分级状况[13-14]看(表4),土壤有效锌含量分布于很高、丰富、适宜和缺乏的土壤分别占样品总数的25.00%、37.50%、31.25%和6.25%。总体上,深汕特别合作区水稻田土壤有效锌含量为中等偏上,但分布不均。

3 讨论

南方水稻田土壤pH呈不同程度的降低,影响土壤微生物活性、养分离子淋失及重金属离子有效性、有机质转化等,进而影响水稻的生长发育[15-16]。曾勇军等[17]研究表明,水稻在pH 5.0～6.0的土壤也能正常生长,当土壤pH下降至 5.0以下时,双季稻前期分蘖受到抑制,产量显著降低。深汕特别合作区的水稻田土壤pH大部分处于4.5～5.5,最适宜的土壤仅占9.38%,且有9.37%的土壤pH低于4.5,应注意采取轮作制度、种植绿肥、增施有机肥、施用矿物质土壤调理剂、石灰、钙镁磷肥等酸性土壤调理剂、推行测土配方施肥与水肥一体化等改良措施来提升水稻田土壤pH[18-25]。

有机质能改善土壤结构,提高土壤的保水保肥和供肥能力。深汕特别合作区的水稻田土壤有机质含量大部分处于中等偏上水平,但仍有28.12%的土壤有机质含量处于缺乏以下水平。氮、钾、锌、硼等元素有效量与有机质含量呈显著正相关[26],因此在水稻施肥管理中,需注重有机肥的投入,特别是秸秆还田,且在有机质含量缺乏的稻田土壤增施有机肥,以提升土壤肥力。

水稻生长需要大量氮素、钾素,土壤中主要以无机氮和速效钾的形式直接吸收利用,而土壤中的无机氮大多以铵态氮和销态氮形式存在。该研究中深汕特别合作区水稻田土壤硝态氮、铵态氮和速效钾总体含量较缺乏,主要原因可能是研究区具有高温多雨、雨热同期的气候特点,稻田中的氮素、钾素通过氨挥发、反硝化作用、淋溶、径流等途径损失[27]。目前水稻田氮肥利用率仅30%,直接增施氮肥可能导致土壤酸化加剧[28-29]。侯文峰[30]、王秀娜等[31]研究显示,氮钾配施可显著提高水稻产量、品质、抗病性及氮肥利用率。因此,深汕特别合作区水稻种植不宜通过直接增施氮肥来改善土壤氮缺乏状况,提高氮肥利用率和平衡施肥是施肥管理中值得重视的环节,可结合水肥耦合施肥模式,采取优化基追肥比例、绿肥轮作-还田、增施有机肥及钾肥、配施生物炭与锌等增效剂来提升土壤氮、钾供应能力[32-38]。

该研究中深汕特别合作区水稻田土壤有效磷含量高于20 mg/kg的土壤样品占比达93.75%,土壤磷供应总体较充足,但土壤有效磷含量最高可达227 mg/kg,最低的仅为1.5 mg/kg,这可能是由于磷在土壤中极易被固定[39],且过量的土壤磷累积导致一系列农业面源污染[40]。黄家怡等[41]研究表明,磷肥减量20%后配施生物炭、腐殖酸的施肥方式对水稻产量无显著影响,且明显降低了磷流失风险。因而建议深汕特别合作区水稻种植过程中降低磷肥施用比例,配施含腐殖酸、有机质的肥料提高根系对土壤磷吸收利用率。

土壤微量元素有效量直接决定植物的吸收量,水稻土微量元素缺乏或过量均对水稻生长产生不良影响[42]。该研究中深汕特别合作区水稻田土壤有效铁、铜、锌含量整体较为丰富,有效锰含量水平分布不均,有46.87%的土壤处于锰缺乏状况。研究表明,土壤pH、氧化还原电位(Eh)和有机质含量影响土壤微量元素有效量,尤其是有机质通过络合固定作用可增加土壤微量元素有效量[27,43-44],采取叶面喷施可有效提高水稻对微量元素的吸收利用效率[45-46],达到显著增产效果。因此,在微量元素缺乏的水稻田通过叶面补充微量元素,配施有机肥等措施进行补充。

4 结论

根据以上对深汕合作区水稻田土壤质量状况的分析,结果表明深汕特别合作区的水稻田土壤pH大部分处于4.5～5.5,最适宜的土壤仅占9.38%;有机质含量大部分处于中等偏上水平,但仍有28.12%的土壤有机质含量处于缺乏以下水平;土壤硝态氮、铵态氮和速效钾总体含量较低;土壤速效磷、有效铁含量丰富,有效铜、锌含量整体中等偏上;有效锰含量总体中等偏低,且分布不均,有46.87%的土壤处于锰缺乏状况。

根据以上结果,建议根据深汕特别合作区水稻田土壤养分丰缺状况进行平衡施肥,通过有机无机配合施用、叶面喷施等方式针对性补充缺乏的养分,相应减少磷肥、含铁肥料的施用,注重有机肥投入、绿肥种植及秸秆还田以提高土壤保水保肥能力,对酸性或强酸性的水稻田适量施用矿物质土壤调理剂、有机肥、石灰氮及石灰以有效改善土壤酸化。该研究只是初步对深汕特别合作区水稻田土壤的主要养分指标进行评价,后期还需结合水稻营养需求、目标产量及品质深入研究,建立更完整的水稻施肥体系。