1982-2012年来杭州市郊水稻田有机质变化特征及其调控措施

李 丹, 王京文, 李凤根, 杨文叶, 章林英

(1.杭州市植保土肥总站, 浙江 杭州 310020; 2.杭州市富阳区新登镇农业公共服务站, 浙江 富阳 311404)



1982-2012年来杭州市郊水稻田有机质变化特征及其调控措施

李 丹1, 王京文1, 李凤根2, 杨文叶1, 章林英1

(1.杭州市植保土肥总站, 浙江 杭州 310020; 2.杭州市富阳区新登镇农业公共服务站, 浙江 富阳 311404)

摘要：[目的] 了解杭州市郊水稻田土壤有机质的长期演变,为杭州市正在推进的精品化、高度集约化农业生产提供土壤肥力的精确管理依据。[方法] 利用历史资料和近期土壤质量调查数据探讨了近30 a来杭州市郊水稻田土壤有机质的变化特征。[结果] 从1982—2012年,杭州市郊水稻田土壤有机质含量总体呈下降趋势,平均降幅为2.95%,但各土种有机质变化有所差异。其中,培泥砂田、小粉田、黄斑田、泥砂田和粉泥田的土壤有机质呈现增加趋势,特别是培泥砂田,土壤有机质含量增幅高达22.86%;而青紫泥田、青粉泥田和黄松田的土壤有机质呈现下降趋势,且青紫泥田土壤有机质含量降幅高达22.59%。[结论] 近30 a来,杭州市郊水稻田土壤有机质发生了较大变化,但其变化程度和变化方向因土壤种类而异。施肥结构、耕作方式及耕作制度是引起土壤有机质变化的主要原因。

关键词：杭州市郊; 水稻田; 有机质

文献参数： 李丹, 王京文, 李凤根, 等.1982—2012年来杭州市郊水稻田有机质变化特征及其调控措施[J].水土保持通报，2016,36(3)：131-135.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.024

有机质是土壤的重要组成部分，不仅在增加土壤肥力，环境保护，农业可持续发展等方面有着重要的作用和意义，还对全球碳平衡起着重要作用，被认为是影响全球“温室效应”的主要因素[1]。土壤有机质的变化在短时间内难以体现，而且其含量也有较大的空间变化，因此，需要在较大的空间尺度和较长的时间尺度上来反映土壤有机质的变化情况。近20 a来，土壤碳库和土壤固碳等深受人们重视，并开展了较为广泛的研究[2-5]，但至今对土壤有机质较长时间尺度的变化及其变化的空间差异性的研究相对较少[6]。

近10 a来，杭州市相关县(市、区)及其他科研单位对杭州市农田土壤的有机质含量进行过一些分析，也获得了一系列农田土壤有机质的变化信息。例如：谢国雄等[7]将桐庐县耕地有机质现状与第二次土壤普查数据进行比较，表明28 a间桐庐县耕地有机质含量下降了19.4%；徐祖祥等[8]对临安市农田土壤肥力的分析表明，近30 a来土壤有机质平均含量呈下降趋势；孔樟良等[9]对建德市1981—2012年的耕地土壤肥力检测数据进行分析表明，土壤有机质呈现轻微下降趋势，耕地中存在部分土壤有机质偏低的现象。这些研究都不同程度地揭示了杭州市某些区域农田土壤有机质的特征或变化趋势，但杭州市郊水稻田作为杭州市区居民的重要粮食生产基地，至今为止，其养分状况及变化趋势，特别是有机质的时空变化特征鲜有报道。

为合理利用有限的耕地，本研究拟利用第二次土壤普查资料和2009—2012年土壤采样分析数据，探讨近30 a来杭州市郊水稻田耕层土壤有机质的变化特征，以期为杭州市正在推进的精品化、高度集约化农业生产提供土壤肥力的精确管理依据，对实现耕地高产稳产和可持续发展有十分重要的意义。

1材料与方法

1.1研究区概况

杭州市位于浙江省偏北地区，地处长江三角洲南翼、杭州湾西端、钱塘江下游、京杭大运河南端。四季分明，温和湿润，光照充足，雨量充沛，属亚热带季风性气候，年平均气温17.1 ℃，年平均相对湿度71.0%，常年平均降雨量1 455 mm，年蒸发量为1 400 mm。

1.2资料收集

1982年杭州市郊水稻田土壤有机质数据主要来自第二次土壤普查资料，除已出版的《杭州土壤》[10]外，还参照了杭州市植保土肥总站编辑的《杭州市1∶25万土壤图》、《杭州市分县分乡土种面积表》和《杭州市水稻田土壤理化数据分析统计资料》等。

1.3土壤样品的采集与分析方法

在研究第二次土壤普查资料基础上，结合杭州市郊水稻种植情况，于2009—2012年选择不同区域的水稻田土壤作为研究对象。土壤样品采集考虑了典型性和代表性，采用全球定位仪(GPS)技术，记录采样点经纬度，村镇及农户姓名，土壤类型及耕层厚度、种植作物等。采用多点(15～20个)混合采样法采集耕层(0—20 cm)土壤，混合后采用四分法，留1 kg左右土壤带回室内供分析用。共采集土壤样品266个，主要分布在西湖区、江干区、拱墅区及滨江区。土壤有机质含量采用油浴加热—重铬酸钾容量法测定[11]。第二次土壤普查土壤样品于1982年春采集，采用多点混合采样法采集耕层土壤，有机质含量分析方法也为油浴加热—重铬酸钾容量法。

1.4数据处理

数据经Excel处理，利用SPSS软件进行单样本t检验：以各土种2009—2012年有机质含量为单变量，与对应土种1982年有机质含量平均值为常量，进行t检验，比较平均值之间的差异显著性。

2结果与分析

2.1土壤有机质现状

2009—2012年采集的266个土壤样品有机质含量的检测结果表明(表1)，杭州市郊水稻田耕层土壤有机质平均含量为29.98 g/kg，但变化较大，范围在9.87～49.84 g/kg之间，标准差为7.08，变异系数达23.63%。按浙江省土壤分类系统，分属渗育、潴育和脱潜3个水稻土亚类。不同类型水稻土的耕层土壤有机质含量也存在较大差异，其耕层有机质平均含量由高到低分别为：潴育水稻土(32.68 g/kg)>脱潜水稻土(30.69 g/kg)>渗育水稻土(27.30 g/kg)。其中，变幅最大的是渗育水稻土，变异系数达28.93%，其有机质含量最高的达49.84 g/kg，而最低的仅为9.87 g/kg，两者相差6.6倍；其次为潴育水稻土，变异系数达17.86%，脱潜水稻土变幅最小，变异系数为16.06%。

表1　杭州市郊水稻田有机质现状

2.2土壤有机质变化特征

将1982年第二次土壤普查杭州市郊水稻田土壤有机质含量与2009—2012年采集的土壤样品进行分级对比，结果见表2。

表2　杭州市郊水稻田有机质含量分级

由表2可知，近30 a来，杭州市郊水稻田土壤有机质含量级别有了较大变化。有机质含量达到极丰富水平(>40 g/kg)的比例，已由第二次土壤普查时(1982年)的17.91%下降到2012年的9.40%，降幅高达47.52%；有机质含量较低水平(10～20 g/kg)的比例，已由第二次土壤普查时(1982年)的16.42%下降到2012年的10.53%，且2012年有0.37%的样点有机质含量不足10 g/kg；与此相反，有机质含量达到较丰富水平(30～40 g/kg)的比例却由第二次土壤普查时(1982年)的25.37%上升到2012年的42.48%，比例几乎翻倍。由此可见，近30 a来，杭州市郊水稻田土壤有机质含量已从1982年的中高水平为主变为2012年的中等水平为主，呈现出明显的下降趋势。

为了解杭州市郊近30 a来不同土种有机质含量变化情况，将2010—2012年采集的266个土壤样品的有机质含量按土种进行统计，分别为培泥砂田、泥砂田、小粉田、黄松田、黄斑田、粉泥田、青紫泥田和青粉泥田。并与1982年第二次土壤普查时相对应土种的有机质含量平均值进行单样本t检验，结果见表3。

表3　近30 a来杭州市郊水稻田有机质含量变化情况

注：*表示有机质含量比1982年有显著变化；**表示有机质含量比1982年有极显著变化；无*表示有机质含量与1982年相比无显著差异。

从表3可以看出，总体来讲，近30 a来，8个土种的有机质含量平均值轻微下降，即从第二次土壤普查时的30.89 g/kg下降到了2012年的29.98 g/kg，但降幅不显著，仅为2.95%。土壤中有机质含量变化因土壤种类而异。进行比较的8个土种中，近30 a来，土壤有机质含量上升的有5个土种，下降的有3个土种。其中增幅最大的是培泥砂田，从第二次土壤普查时的19.55 g/kg上升到了2012年的24.02 g/kg，增幅高达22.86%，经SPSS分析，达到了极显著水平。小粉田、泥砂田和黄斑田的有机质含量也呈极显著上升，增幅分别达15.86%，8.62%和5.58%；粉泥田有机质含量增幅为8.15%，也达到了显著水平。而有机质含量下降的3个土种分别为青紫泥田、青粉泥田和黄松田，其中青紫泥田和青粉泥田的降幅都呈极显著水平，分别高达22.59%和15.92%，而黄松田有机质虽有下降，但降幅不显著。

2.3有机质变化原因

土壤有机质是土壤的重要组成部分，因环境变化或季节性水热条件的变化，其始终处于不断的积累与降解动态变化之中。农业生产中各种有机物质的输入和输出及影响土壤有机质形成与降解因素的变化都将在一定程度上改变土壤有机质的平衡。结合我市情况，对近30 a来杭州市郊水稻田土壤有机质的变化原因分析如下。

(1) 有机肥料投入减少。众多研究表明，肥料种类和施用量可对土壤有机质的积累产生很大的影响。有机肥的施用、绿肥的翻压和农作物秸秆还田均可促进土壤有机质的积累，而长期单一施用化肥可能导致土壤有机质的下降[12-14]。有资料显示[15]，从20世纪70年代末开始，杭州市郊化肥施用量显著增加，氮肥由1977年的2.89 kg/hm2上升到1984年的7.26 kg/hm2，增幅高达151.21%。与此相反，绿肥种植面积却呈现显著下降的趋势，1966年杭州市绿肥种植面积高达101 333 hm2，以后逐年减少，到1995年仅16 493 hm2，降幅高达83.72%。此外，80年代以后，畜禽粪便施用也逐年减少，作物秸秆资源大量剩余，就地焚烧现象十分严重，有些农田已基本没有有机肥料的投入。这可能是引起近30 a来杭州市郊水稻田土壤有机质下降的主要原因之一。

(2) 耕作制度改变。杭州市郊部分稻田由双季稻改为单季稻或者水旱轮作。在种稻淹水条件下，土壤水分状况属于人为滞水水分状况，全剖面土壤全为潮态或湿态，土壤通气性较差，有机物质属于嫌气分解，发酵过程所释放的能量远低于好气分解，有机质降解缓慢。而由双季稻改为单季稻或者水旱轮作后，大大改变了土壤的水热条件，由于土壤通气性增强促进土壤微生物活性，加速了土壤有机质的矿化作用，促进有机质分解[16-17]。这也是引起近30 a来杭州市郊水稻田土壤有机质下降的主要原因之一。

(3) 耕作方式影响。传统耕作方式频繁的土壤扰动可能导致土壤有机质因矿化或土壤侵蚀而流失，最终造成农田土壤有机质下降[18]。

(4) 土地平整。近年来，在标准农田建设和土地平整过程中，有些稻田进行了平整，势必影响表土有机质的含量。

3讨论与结论

目前，杭州市郊水稻田土壤有机质含量主要在20～40 g/kg范围内，平均为29.98 g/kg，属中等水平。不同类型水稻土的耕层土壤有机质含量差异较大，其耕层有机质平均含量由高到低分别为：潴育水稻土>脱潜水稻土>渗育水稻土。

杭州市郊水稻田土壤有机质含量在近30 a来变化较大。总体来讲，杭州市郊水稻田土壤有机质含量已从1982年的中高水平为主变为2012年的中等水平为主，呈现出明显的下降趋势。统计分析不同土种的结果表明，土壤有机质含量已由1982年的30.89 g/kg下降至2012年的29.98 g/kg，降幅为2.95%。土壤有机质变化程度和变化方向因土壤种类而异。其中土壤有机质增加的土种有培泥砂田、小粉田、黄斑田、泥砂田和粉泥田，特别是培泥砂田，土壤有机质含量增幅高达22.86%；而土壤有机质下降的土种有青紫泥田、青粉泥田和黄松田，且青紫泥田土壤有机质含量降幅高达22.59%。分析认为，施肥结构、耕作方式及耕作制度是引起土壤有机质变化的主要原因，建议采取以下措施进行调控，确保农作物正常生长。

3.1大力推广商品有机肥

据统计，2013年杭州市纳入政府补贴的商品有机肥生产企业达30家，年生产商品有机肥5.00×105t，可消纳畜禽粪便资源总量约2.20×106t。自2009年开始实施农业部《测土配方施肥补贴》项目以来，在全市范围内大面积推广施用商品有机肥，2013年推广应用1.25×105t，施用面积41 667 hm2，其中市郊水稻田施用有机肥面积为4 433 hm2，目前有机肥每公顷施用量为2 250 kg。根据市郊水稻田有机质下降趋势、农业产业发展情况和政府不断加大的补贴力度，将大大提高农户施用有机肥的积极性，适当增加有机肥单位面积施用量，推广应用前景广阔。

3.2推进作物秸秆综合利用

作物秸秆是重要的有机肥源，是当前中国农田唯一可靠的潜在有机肥源。秸秆还田有利于保持土壤肥力、改善土壤理化性状，是国内外提倡的保护性耕作措施之一。按照现有农业生产水平，连续3 a秸秆还田，可增加土壤有机质0.2%～0.4%[19]。目前，秸秆还田还是以直接还田为主，但在降解、吸收等方面存在一系列问题。因此，结合杭州市郊实际和农业部土壤有机质提升补贴项目(秸秆腐熟剂)，可采取以下措施：早稻秸秆应根据稻田有机质含量，用秸秆快速腐蚀剂处理后，部分直接还田，部分移出稻田；单季稻和连作晚稻秸秆可直接还田或覆盖在冬种作物上。

3.3加大冬绿肥翻压面积

种植绿肥能为土壤提供丰富的养分，具有显著的增肥功效。绿肥翻压进入土壤后，增加了土壤的新鲜有机能源物质，使微生物迅速繁殖，活动增强，从而促进腐殖质的形成，养分的有效化，加速土壤熟化。长期以来，绿肥作物一直是杭州市农业生产的重要有机肥源，但到了20世纪90年代初期，绿肥产量剧减，这严重影响了杭州市农业的发展。针对杭州市郊水稻田土壤有机质现状，拟在有机质含量处于4，5级水平(≤20 g/kg)的水稻田采取冬种绿肥进行翻压的措施，以增加土壤有机质含量。

3.4采取保护性耕作方式

保护性耕作因其具有保持水土、降低生产投入、增加土壤肥力和产量等优点，已受到世界许多地区的陆续实施。免耕作为保护性耕作的极端形式，在CO2和N2O等温室气体含量不断上升的背景下更是备受关注。此外，垄作也是保护性耕作中行之有效的形式之一。而垄作免耕将两者很好地结合起来，不仅能增加表层土壤的有机质含量，还能促进水稻根系生长，有利于下层土壤有机质的累积[20]。

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收稿日期：2015-06-08修回日期：2015-08-11

通讯作者：王京文(1974—),女(汉族),山东省淄博市人,硕士,高级农艺师,主要从事土壤环境研究。E-mail:wjingwen@hz.cn。

文献标识码：A

文章编号：1000-288X(2016)03-0131-05

中图分类号：S157.3

Changing Characteristics and Improvement Measures of Soil Organic Matter in Paddy Land of Hangzhou Suburb During 1982-2012

LI Dan1, WANG Jingwen1, LI Fenggen2, YANG Wenye1, ZHANG Linying1

(1.PlantProtectionandSoil-fertilizerStationofHangzhouCity,Hangzhou,Zhejiang310020,ZhejiangChina;2.AgriculturalPublicServiceStationofXindengTown,Fuyang,Zhejiang311404,China)

Abstract：[Objective] We investigated the variations of soil organic matter in paddy land of Hangzhou suburb over the last 30 years in order to provide basis for accurate soil fertility management and high intensive agricultural production. [Methods] Historic materials and current soil quality survey data were collected and compared to investigate the variations of soil organic matter. [Results] From 1982 to 2012, the mean content of soil organic matter decreased by 2.95%. The changes of soil organic matter varied with soil types. The mean content of soil organic matter in culture muddy-sandy field, silt paddy land, Fe-accumuli-stagnic anthrosols, muddy-sandy field and silt loamy paddy land showed an increasing trend, especially, in culture muddy-sand field, soil organic matter increased by 22.86%. In contrast, the mean content of organic matter in degleyed clayey paddy soil, blue silt loamy paddy soil and yellow loamy paddy soil showed a decreasing trend, and this decreasing trend in degleyed clayey paddy soil reached to 22.59 %. [Conclusion] The content of organic matter in the paddy soils changed greatly during the past 30 years, and this change varied among different soil types. Fertilization structure, tillage practices and farming system were the main reasons that cause the variations of soil organic matter.

Keywords:Hangzhou suburb; paddy soil; organic matter

资助项目：杭州市科委重大科技创新专项“标准农田地力提升关键技术研究与集成应用”(20131812A01)

第一作者：李丹(1985—),女(汉族),浙江省绍兴市人,硕士,中级农艺师,主要从事耕地质量管理研究。E-mail:daidai850823@126.com。