原创《浙江河网平原水稻土的肥力特点与其变化》
本文是有关水稻毕业论文格式模板范文跟河网和原水和肥力方面专科毕业论文范文。
徐颖菲,谢莉莉,章明奎
（浙江大学环境与资源学院,杭州310058）
摘 要：利用耕地地力调查数据,分析了浙江省河网平原水稻土的肥力状况及其变化.结果表明：研究区水稻土酸碱度继承了以中性和微酸性为主的河网平原典型水稻土的特征,但因受长期施用化学肥料的影响土壤酸化显著,主要表现在pH＜5.5 的土壤比例增加.复种指数和施肥结构的改变对长期植稻水田土壤有机质和氮素的积累影响不明显,但不科学的土地平整及长期种植蔬菜等经济作物可导致土壤有机质和氮素的显著下降.30 年来,河网平原水稻土有效磷和速效钾均有显著的提高,平均分别比第二次土壤普查时提高了168.02%和12.52%；但仍有较大比例的土壤存在缺磷和缺钾问题.受土壤质地的影响,宁绍平原和温台平原土壤有机质、全氮和速效钾含量一般高于杭嘉湖平原；土壤酸化也以宁绍平原和温台平原较为明显.研究认为,测土配方施肥工作仍将是维持这一地区土壤养分平衡的重要技术.
关键词：浙江省；河网平原；水稻土；酸碱度；有机质；养分；变化
中图分类号：S158 文献标志码：A 论文编号：cjas16120032
基金项目：国家自然科学基金项目“水耕人为土诊断层/诊断特性的空间分布规律与田间识别模式研究”(41571207).
第一作者简介：徐颖菲,女,1994 年出生,浙江绍兴人,本科,主要从事土壤肥力方面的研究.E-mail：349975064@.com.通讯作者：章明奎,男,1964 年出生,浙江绍兴人,教授,博士,主要从事土壤管理方面的研究.通信地址：310058 杭州市西湖区余杭塘路866 号浙江大学紫金港校区环境与资源学院,Tel：0571-86946076,E-mail：mkzhang@zju.edu.cn.
收稿日期：2016-12-29,修回日期：2017-03-24.
0 引言
土壤肥力是土壤生产力的基础[1],是农业土壤质量的核心[2~4],其对作物产量的贡献率约在73.9%~89.0%之间[5],因此,良好的土壤肥力是高产稳产的前提.由于耕地资源数量的不足,中国各地都非常重视耕地质量的培育,已形成了多种技术用于土壤肥力的提升,其中施肥被认为是耕地地力提升的重要措施[6].长期肥料定位试验表明,肥料种类和施肥量的差异可显著影响土壤养分的积累和土壤酸碱状况[7-10].中国区域性的耕地质量调查表明[3-4],土壤肥力有较大的时空变异性.一般认为引起土壤肥力的空间变化主要与各地的气候条件、土壤类型、土地利用方式及农户对土壤的投入和管理方式不同有关；而土壤肥力在时间上的变化被认为与肥料种类、施肥量及土地利用方式改变有关[2].由于客观条件的限制,中国各地均有较大比例的耕地属于肥力较低的土壤.河网平原是长江三角洲地区重要的水稻生产区.其中,浙江省河网平原约占全省面积的8.85%,从北至南包括杭嘉湖平原（涉及杭州、嘉兴和湖州等地市）、宁绍平原（涉及绍兴和宁波等地市）和温台平原（涉及温州和台州等地市）.由于地势平坦、水源充沛、灌溉条件优越,河网平原土地开发历史悠久,水稻种植已有数千年之久,是中国南方地区肥力水平最高的水稻土集中分布区.与其他耕地开发历史较短的地区不同,经过长期的水耕熟化和培育,河网平原水稻土已形成了良性的物质循环,土壤有机质积累也已达到较高的水平.但近30 年来,这一地区农业产业结构、种植制度和肥料结构均发生了极大的变化,肥料类型由过去的有机肥为主转变为以化肥为主,粮食生产由过去的一年三季逐渐演变为一年二季甚至单季.此外,为了便于规模化、机械化经营和管理,这一地区的部分农田也经历了土地平整.有研究表明[11-12],施肥结构的变化可改变土壤养分平衡,有机肥料投入的减少可降低土壤有机质水平.另外,近年来许多报道表明,长期施用化学肥料可引起耕地质量的退化,主要表现在土壤的酸化及氮磷钾等养分元素的非均衡化[13-15].因此,河网平原复种指数的改变是否会影响这一地区水稻土有机质、氮素平衡,肥料结构的变化是否改变了土壤养分水平、影响土壤其他肥力质量要素等问题是人们关注的问题.为此,笔者利用浙江省近期开展的耕地地力调查数据,通过分类统计的方法,分析浙江省河网平原地区耕地土壤的肥力特点及区域差异,探讨这一地区水稻土肥力存在的问题,并与第二次土壤普遍数据进行比较,分析了土壤有机质、pH值和土壤养分的近30年内的变化趋势.
1 材料与方法
1.1 土壤样品情况
共从浙江省近期开展的耕地地力调查数据中筛选出9266 个河网平原水稻土采样点的分析数据,涉及杭州、嘉兴、湖州、绍兴、宁波、温州和台州等地市.从北至南河网平原包括杭嘉湖平原、宁绍平原和温台平原；水稻土类型包括潴育水稻土、脱潜水稻土和潜育型水稻土.根据近30 年来利用方式变化及土地平整的情况,可把研究的水稻土分为长期种植水稻农田（即利用方式一直为水田的农田）、旱改水农田（即由原潮土种植水稻新形成的水稻土）、土地平整农田（经过土地平整但一直种植水稻的农田）和其他农田（多数年份种植蔬菜等经济作物的水田）.
1.2 分析方法
土壤分析方法按农业部耕地地力标准规范进行.其中,有机质采用重铬酸钾氧化法,pH值采用pH计测定,全氮采用开氏法测定,有效磷采用Olsen 法测定,速效钾采用醋酸铵提取-火焰光度计法测定.分析方法参见文献[16].统计分析在SPSS软件上进行.
2 结果与分析
2.1 土壤酸碱度
统计结果表明,浙江省河网平原水稻土酸碱度有很大的变化,最低为pH 3.70,最高值为pH 8.50,二者相差达4.80 个pH 单位；中值为pH 6.12,均值为pH6.17.土壤pH 值主要集中分布在pH 5.5~7.5 之间,其中,土壤pH 5.5~6.5 和pH 6.5~7.5 的样品比例分别为57.52%和23.70%,二者共占81.22%.pH 4.5~5.5 和pH 7.5~8.5 的样品比例分别为15.43%和2.95%；而pH＜4.5 的样品比例分别为0.40%.可见,河网平原水稻土主要由微酸性(pH 5.5~6.5)和中性(pH 6.5~7.5)组成,适合水稻生长.杭嘉湖平原、宁绍平原和温台平原之间的水稻土pH值有一定的差别（表1）,总体上以杭嘉湖平原最高,宁绍平原和温台平原水稻土平均pH值分别比杭嘉湖平原低0.49和0.58个单位.杭嘉湖平原不同类别的水田土壤pH值以旱改水农田和土地平整农田为较高（表2）,长期种植水稻农田和其他农田的土壤pH值相对较低.
另据浙江省第二次土壤普查对28144 个河网平原水稻土pH 值测定值统计[5],pH＜4.5、4.5~5.5、5.5~6.5、6.5~7.5、7.5~8.5 的样品比例分别为0% 、10.10% 、58.20%、28.40%、3.30%.前后30 年分析数据比较表明,河网平原水稻土酸碱度总体上变化较小,均以微酸性和中性土壤为主.但与第二次土壤普查比较,土壤仍呈现酸化的趋势,主要表现在pH＜4.5 的土壤比例已从无增加至0.40% ,pH 4.5~5.5 的土壤比例从10.10%增加至15.43%,而pH 6.5~7.5、7.5~8.5 的土壤比例分别由28.40%、3.30%减少至23.70%、2.95%.
2.2 土壤有机质
河网平原水稻土有机质含量总体较高,但变化也较大,在4.60~89.40 g/kg 之间,平均为33.11 g/kg,变异系数为35.88%；大部分土壤的有机质含量落在20 g/kg以上,占83.70%.其中,有机质在20~30 g/kg 之间的占21.64%,在30~40 g/kg 之间的占33.89%,在40~50 g/kg 之间的占21.00%；有机质含量在10~20 g/kg 之间的比例为14.88%,＜10 g/kg 和＞50 g/kg 的比例较低,分别只占1.42%和7.17%.另据7569 个长期种植水稻农田（即不包括土地平整农田、旱改水农田和其他农田）的统计,土壤有机质含量在6.70~89.40 g/kg 之间,平均为35.97 g/kg；有机质含量在20 g/kg 以上的占93.58% .其中,有机质在20~30 g/kg 之间的占21.54%,在30~40 g/kg 之间占38.66%,在40~50 g/kg 之间占24.81%,在10~20 g/kg 之间的占6.17%；而有机质含量在＜10 g/kg 和＞50 g/kg 的土壤样品比例较低,分别占0.25%和8.57%.宁绍平原和温台平原水稻土有机质平均含量明显高于杭嘉湖平原,前二者分别比后者高41.34%和28.90%（表1）.杭嘉湖平原中土地平整农田、旱改水农田和其他农田土壤有机质含量平均只有长期种植水稻农田的62.30%、57.51%和61.44%（表2）,表明土地平整和长期种植蔬菜等经济作物后水稻土有机质呈现明显的下降,而旱改水农田由于种植水稻时间短,土壤有机质仍处于较低水平.
对浙江省第二次土壤普查6351 个河网平原水稻土有机质测定值的统计[5],平均含量为33.90 g/kg,高于20 g/kg 以上的占93.50%.其中,有机质含量在20~30 g/kg 之间的占21.24% ,在30~40 g/kg 之间占39.69%,在40~50 g/kg 之间占18.98%,在10~20 g/kg 之间的占6.25%；而有机质含量在＜10 g/kg 和＞50 g/kg的土壤样品比例较低,分别占0.20%和13.65%.全部水田土壤有机质30 年前后比较表明,土壤有机质水平略有下降,平均下降了2.33%,有机质含量在＞50 g/kg和30~40 g/kg 之间的土壤比例分别由13.65% 和39.69%下降至7.17%和33.89%；而有机质含量在10~20 g/kg 之间和＜10 g/kg 的土壤比例分别由6.25%和0.20%增加至14.88%和1.42%.但如果与扣除土地平整农田、旱改水农田和其他农田等后的长期种植水稻农田比较,则目前水稻土有机质平均含量(35.97 g/kg)比第二次土壤普查的平均值(33.90 g/kg)高出6.11%,且二者的各等级有机质含量分布也较为接近,主要是土壤有机质＞50 g/kg 的土壤比例下降而40~50 g/kg 之间的土壤比例增加.
2.3 土壤全氮
河网平原水稻土全氮含量在0.24~4.70 g/kg 之间,平均为1.95 g/kg,变异系数为37.95%.全氮含量主要分布于1.5 g/kg 以上,占73.16%.全氮含量在＞2.5、2.0~2.5、1.5~2.0 g/kg 的样本数分别占20.87% 、24.58%、27.71%,在1.0~1.5 g/kg 和＜1.0 g/kg 的样本数分别占14.30%和12.54%.另据7569 个长期种植水稻农田（即不包括土地平整农田、旱改水农田和其他农田）统计,全氮含量在0.33~4.70 g/kg 之间,平均为2.11 g/kg,其中全氮含量在1.5 g/kg 以上的占83.95%.全氮含量＞2.5、2.0~2.5、1.5~2.0 g/kg 的样本数分别占23.05%、28.64%、30.93%,在1.0~1.5 g/kg 和＜1.0 g/kg的样本数分别占11.48%和4.57%.与土壤有机质相似,宁绍平原和温台平原水稻土全氮平均含量明显高于杭嘉湖平原,前二者分别比后者高48.26%和26.74%（表1）.杭嘉湖平原土地平整农田、旱改水农田和其他农田土壤平均全氮含量约为长期种植水稻农田的64.92%、59.16%和59.69%（表2）.全氮含量与有机质含量存在极显著的正相关,相关系数为0.9079 (n等于9266).
第二次土壤普查河网平原水稻土全氮平均为2.00 g/kg,在1.5 g/kg 以上的占86.68%.全氮含量＞2.5、2.0~2.5、1.5~2.0 g/kg 的样本数分别占24.07%、30.47%和32.14%；全氮含量在1.0~1.5 g/kg 和<1.0 g/kg的样本数分别占10.70%和2.62%[5].全部水田土壤与30 年前比较全氮平均水平略有下降,相对下降了2.50%,主要是全氮>2.5、2.0~2.5、1.5~2.0 g/kg 的土壤比例呈现下降,而相应地1.0~1.5 g/kg 和＜1.0 g/kg 的土壤比例呈现增加.同样,如果与扣除土地平整农田、旱改水农田和其他农田等农田后的长期种植水稻农田比较,则目前水稻土全氮平均含量(2.11 g/kg)比第二次土壤普查的平均(2.00 g/kg)相对高出5.50%.
2.4 土壤有效磷
河网平原水稻土有效磷含量有很大的变化,在0.10~808.00 mg/kg 之间,其平均值为17.14 mg/kg,变异系数达207.46%.有效磷含量主要在15 mg/kg 以下,占71.07%,其中,有效磷含量<5 mg/kg、5~10 mg/kg和10~15 mg/kg 的比例分别为30.99% 、25.23% 和14.85%；有效磷含量15~20、20~30、30~50 mg/kg 的比例分别为8.16%、8.69%、6.28%；另有5.79%的土壤有效磷在50 mg/kg 以上.这一结果表明,虽然河网平原部分水稻土有效磷水平已达到很高水平(＞50 mg/kg),但大部分水稻土有效磷含量仍处于偏低(10~30 mg/kg)或明显不足（低于10 mg/kg）.对土壤有效磷含量在50 mg/kg 以下的土壤有效磷统计,其有效磷仅为11.16 mg/kg.温台平原水稻土平均有效磷高于杭嘉湖平原和宁绍平原（表1）,前者比后二者分别高出39.53%和33.42%；但杭嘉湖平原不同类别水田土壤的有效磷差异较小（表2）.
浙江省第二次土壤普查7332 个河网平原水稻土有效磷平均含量为6.40 mg/kg[5].前后比较表明,30 年来河网平原水稻土平均有效磷明显的增加,当前全部水田的土壤有效磷水平平均比第二次土壤普查增加了167.81%.若扣除有效磷＞50 mg/kg 的土壤,当前土壤的有效磷水平平均比第二次土壤普查增加74.38%.
2.5 土壤速效钾
河网平原水稻土速效钾含量在2~1625 mg/kg之间,平均为105.77 mg/kg,变异系数达52.21%.土壤有效钾处于低级别(＜50 mg/kg)的占5.84%；处于中下(50~100 mg/kg)的占49.13%；处于中等(100~150 mg/kg)的占32.89%；处于高(＞150 mg/kg)的只占12.14%.由此可见,河网平原水稻土速效钾总体上趋于中等水平和中下水平.土壤平均速效钾水平：温台平原＞宁绍平原＞杭嘉湖平原,其他农田平均速效钾高于长期种植水稻农田、土地平整农田和旱改水农田（表2）.浙江省第二次土壤普查9488 个河网平原水稻土速效钾平均含量为94.00 mg/kg[5].可见,30 年来河网平原水稻土平均速效钾呈现增加趋势,当前土壤的速效钾平均比第二次土壤普查时增加了12.52%.
3 结论
分析表明,浙江省河网平原水稻土酸碱度具有以中性和微酸性为主的特征,但因受长期施用化学肥料的影响土壤酸化显著,主要表现在pH＜5.5 的土壤比例增加,pH 6.5~8.5 的土壤比例下降.有近16%的耕地土壤pH 5.5 以下,需要进行调酸改良.河网平原水稻土全氮与有机质含量有协同变化的关系,二者相关系数为0.9079；该地区水稻土有机质和氮素在长期水稻种植环境下基本达到动态平衡,复种指数和施肥结构的改变对长期植稻水田土壤有机质和氮素的积累影响不明显,但不科学的土地平整及长期种植蔬菜等经济作物可导致土壤有机质和氮素的显著下降.土地平整农田、旱改水农田及长期种植蔬菜等农田应作为今后这一地区水田有机质提升的重点对象.30 年来,化学肥料的长期施用和配方施肥技术的推行促进了河网平原水稻土有效磷和速效钾均有显著的提高,但这一地区存在着明显的有效磷和速效钾不平衡现象,缺磷和缺钾问题依然突出.需要进一步完善测土配方施肥工作,通过施肥来调节或满足作物对氮、磷和钾的需要.
4 讨论
4.1 水稻种植环境下土壤有机质的平衡问题
农田土壤有机质处于动态平衡中,其含量决定于每年形成量和分解量的相对大小.一般来说,影响土壤有机质积累的因素包括气候因子、土壤物理因子、土壤化学因子及农业管理因子（土地利用方式、耕作制度、有机肥和化肥施用量）等[17-19].河网平原地势平坦,地下水位高,土壤质地偏粘,加之水耕淹水种植,土壤中的有机物质分解速率较小,有利于土壤有机质的积累,因此,这一地区土壤有机质（平均在30 g/kg 以上）明显高于中国其他地区的耕地土壤.而宁绍平原、温台平原水稻土有机质平均高于杭嘉湖平原可能也与宁绍平原、温台平原水稻土粘粒含量高于杭嘉湖平原有关[5].研究表明[17,20],近年来中国一些地方耕地土壤有机质的下降与化肥替代有机肥有关.但本调查则表明,虽然浙江省河网平原近30 年有机肥料施用量降低,但对于长期保持水耕条件的长期种植水稻农田,其土壤有机质不但没有下降,反而略有提升（平均从33.90 g/kg 提高至35.97 g/kg）.其原因可能是：（1）虽然近30 年内农田有机肥料施用量降低,但化肥的施用增加了水稻的生物产量,相应地通过作物根系和部分秸秆还田进入土壤的有机物质并没有明显的下降,从而保持了相对较为稳定的有机质平衡.（2）虽然近年来作物的复种指数明显下降,由原来的一年三季演变为一年二季或单季,这从表面上看直接以作物根系方式进入农田的有机物质减少了,但复种指数的下降也使耕作引起的土壤有机物质分解影响相应地降低,在水田这一特殊的土壤环境下（通气相对较差）休闲时期土壤受人为扰动较弱,其分解的土壤有机质数量有限,因此由复种指数变化引起的土壤有机质下降也不明显.这一区域目前部分稻田土壤有机质明显低于多年种植水稻的农田并不是由于与化肥替代有机肥有关,而可能与农田进行土地平整时采用不科学的方法使耕作层与心土层混合降低了土壤有机质含量、一些新改水田由于种植时间较短,有机质还没有提升至平衡水平仍处于较低水平及一些水田改变了利用方式种植蔬菜等旱作增加了土壤有机质分解等有关.
4.2 长期施用化肥对土壤酸化的影响
众所周知,水稻土的生境对土壤酸化有特殊的缓冲作用.一般来说,在正常条件下,随着水稻种植时间的增加,水稻土向中性方向发展.这是由于水稻土具有氧化还原交替的特性,在淹水种植、土壤水分被饱和时,由于土壤中铁锰氧化物被还原时需消耗质子,使土壤溶液中H+离子浓度下降,使土壤溶液接近中性[21].浙江省河网平原绝大部分水稻土也以中性和微酸性为主,符合这一规律.但浙江省河网平原水稻土的pH值与30 多年前的第二次土壤普查比较,已呈现酸化的趋势,主要表现在pH＜5.5 的土壤比例明显增加而pH6.5~8.5 的土壤比例明显降低.这一结果也证明了虽然水稻种植环境可在一定程度上减弱土壤的酸化,但30 年来化肥的施用还是导致了这一区域土壤的明显酸化.已有研究表明,施用氮肥引起的土壤酸化作用较酸沉降的影响大25倍,长期的不合理施肥,特别是施用酸性和生理酸性肥料可造成土壤酸化[22].Guo 等[23]的研究表明,在过去的20 多年中中国约有90%的耕地土壤发生了酸化现象,土壤pH值平均下降达0.5 个单位,其中大棚蔬菜和果园为主的经济作物土壤酸化比大田粮食作物更为明显.
4.3 磷和钾的合理施用问题
磷和钾是植物生长必需的大量元素,因作物对其吸收量大,多数农业土壤中本身的有效磷和速效钾常常不能满足作物生长的需要,因此施肥是农作物生长需要的磷和钾的重要来源.近30 多年来,由于测土配方施肥技术的推行,河网平原水稻土的磷钾肥用量明显增加,这在一定程度上改善了这一区域水稻土的磷钾营养状况,因此,水稻土平均有效磷和速效钾均比30 年前的土壤普查期间有明显的改善,平均分别比第二次土壤普查时提高了168.02%和12.52%；但分析数据也表明,河网平原水稻土有效磷和速效钾水平极不平衡,有效磷和速效钾含量最高值与最低值相差悬殊,变异系数分别达207.46%和52.21%.土壤有效磷属于偏低至较高(10~50 mg/kg)的土壤比例仅为37.98%,约有56.22%的土壤有效磷显现明显不足（低于10 mg/kg）,同时也存在约5.79%的土壤显示磷素的过度积累(＞50 mg/kg),后者可能会引起明显的农业面源污染.同样,土壤有效钾处于中等(100~150 mg/kg)的仅占32.89%,还有54.97%的土壤速效钾处于中下及很低的水平,另有12.14%的土壤速效钾处于高的水平(＞150 mg/kg).由此可见,浙江省河网平原水稻土的磷钾肥施用存在较多的不合理现象,加强在这一区域推行配方施肥仍然是维持这一区域土壤地力的重要措施.
水稻论文参考资料：
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