低丘红壤垦造耕地土壤肥力演变及其熟化标准探讨

姜铭北 章明奎 严建立 王道泽

摘要：為了解低丘红壤垦造地土壤肥力的演变规律，采用以空间代时间的方法探讨了低丘红壤耕地在垦造和培肥熟化过程中土壤质量的演变历程。结果表明，荒地红壤开垦为耕地初期，土壤有机质、全氮、水稳定性团聚体及有效磷和速效钾含量因表土与心土混合而显著下降；但随着培肥熟化时间的增长，土壤酸度逐渐下降，盐基饱和度增加，有机质和腐殖质占有机质的比例逐渐上升，水稳定性团聚体数量、全磷、有效磷和微生物生物量碳逐渐增加，而土壤质地逐渐变轻，C/N比逐渐趋向稳定。通过多地点不同时间垦造耕地地力和生产力的对比研究，提出了以下红壤垦造耕地土壤熟化的建议指标：耕作层厚度> 15 cm；结构以小块状或团块状为主，>0.25 mm水稳定性团聚体>30%；pH>5.5，盐基饱和度大于60%；有机质含量15～20 g/kg，C/N比12～17，H/F大于0.40，腐殖酸/有机质比例为>0.30；有效磷7.5～30 mg/kg，有效钾大于75 mg/kg；微生物生物量碳>75 mg/kg。

关键词：垦造耕地；肥力演变；熟化指标；酸度；有机质；C/N

中图分类号：S141，S156文献标志码：A论文编号：cjas20190600075

Soil Fertility of Red Soil Reclamation Land in Low Hilly Area： Evolution and Maturity Criteria

Jiang Mingbei1， Zhang Mingkui2， Yan Jianli3， Wang Daoze4

（1Chun’an Plant Protection and Soil-fertilizer Station， Chun’an 311700， Zhejiang， China； 2College of Environment and Resources， Zhejiang University， Hangzhou 310058， Zhejiang， China； 3Hangzhou Academy of Agricultural Sciences， Hangzhou 310024， Zhejiang， China； 4Hangzhou Plant Protection and Soil-fertilizer Station， Hangzhou 310020， Zhejiang， China）

Abstract： To understand the evolution law of soil fertility of red soil reclamation land in low hilly area， we studied the soil quality evolution in the process of reclamation， fertilization and maturation from red soil farmland by the method of replacing time with space. The results showed that： the contents of soil organic matter， total nitrogen， water- stable aggregates， available phosphorus and available potassium decreased significantly at the initial stage of reclamation of wasteland red soil because of the mixing of topsoil and subsoil， but with the increase of fertilization and maturation time， the soil acidity decreased gradually， the base saturation， the organic matter and the ratio of humus to organic matter increased； meanwhile， the contents of water- stable aggregates， total phosphorus， available phosphorus and microbial biomass carbon gradually increased， the soil texture gradually became lighter， and the C/N ratio gradually tended to be stable. Based on the comparative study of the soil fertility and productivity of reclamation cultivated land in different places and at different reclamation times， the following indicators are put forward for soil maturation of reclamation cultivated land in red soil hilly area： the thickness of tillage layer is >15 cm； the structure mainly dominated by small block and cluster； the percentage of >0.25 mm water stable aggregates is >30%； the soil pH value is >5.5 the base saturation is >60%； the soil organic matter content ranges from 15 to 20 g/kg with C/N ratio of 12-17， H/F is >0.40， and the ratio of humic acid and organic matter is >0.30； the soil available phosphorus， available potassium， and microbial biomass carbon are 7.5-30 mg/kg， >75 mg/kg， >75 mg/kg， respectively.

Keywords： Reclamation Cultivated Land； Fertility Evolution； Maturation Index； Acidity； Organic Matter； C/N

0引言

耕地是农业发展和人类赖以生存的物质基础。对于某一国家和地区，确保耕地的数量和质量不仅是社会经济发展的需要，同时也是社会安定和粮食安全的重要保障[1-3]。中国南方地区人多地少，耕地资源十分紧缺，耕地需求与建设占用的矛盾日益尖锐[4-5]。因此，这一地区十分重视后备土地资源的开发利用，其中开垦低丘红壤是这一地区耕地的重要来源[6-9]。

红壤是热带、亚热带地区各类岩石长期风化淋溶和成土作用的产物，其具有酸、瘠、粘等缺点[10-14]，新开垦的红壤在正常农业利用前必须经过长期的改良与培肥，如何培肥熟化是红壤开垦成败的关键[15-18]。耕地熟化是在耕作条件下通过合理耕作、科学培肥与改良，使土壤水、肥、气、热诸因素不断谐调，以达到作物高产、稳产的过程[19-20]。一般来说，耕地熟化过程可分为改造熟化、培肥熟化和高肥稳产等3个阶段。改造熟化阶段主要是改造土壤固有的不利性状，对于红壤来说主要是治酸；培肥熟化阶段是指通过科学施肥改善土壤营养条件和土壤结构；高肥稳产阶段是指进一步提升土壤肥力水平，使农作物达到高产的目的。中国对红壤资源的开垦及改良利用已有近百年的历史，对耕地红壤的性状已有广泛的调查[21-26]，孙波等[21]提出了红壤退化中的土壤质量变化；杨建峰等[23]评述了中国南方红壤地区土壤质量综合评价的方法；解开治等[25]探讨了不同土壤改良剂对红壤性状的影响；张璐等[26]分析了湘南红壤丘陵区不同植被类型下土壤肥力特征。

但是，至今对如何评价垦造红壤耕地的熟化度及用什么指标来衡量还缺少统一的标准。理论上，耕地土壤熟化度与土壤地力评价相似，都是综合评价土壤质量[27-30]，但至今，对于某一地区的新垦耕地来说达到怎么样的土壤质量才算是熟化还缺乏深入的研究。为此，本研究以浙江省为例，在对典型低丘红壤垦造和培肥熟化过程中土壤质量性状演变研究的基础上，通过不同时间垦造红壤耕地地力和生产力的对比研究，探讨了垦造红壤耕地的熟化标准，以期为评估垦造红壤的熟化程度提供依据。

1材料与方法

1.1土壤样品的采集

采样于2017年11—12月在浙江省金衢盆地进行。研究土壤样品分为二类：（1）低丘红壤垦造和培肥熟化过程中土壤性状的变化历程研究：选择金衢盆地第四纪红土发育的红壤，采用以空间代时间的方法分析低丘红壤垦造和培肥熟化过程中土壤性状的变化。采集的样品包括垦造前荒地、垦造后（指刚完成垦造但未经培肥）、改良培肥5～10年、改良培肥20～30年和改良培肥50年以上，各类耕地各采集表土样10个，剖面3个。（2）垦造红壤耕地熟化指标研究：包括改良培肥5～10年、改良培肥20～30年和改良培肥50年以上，相应的观察点分别为28、32、39个。各观察点土壤均为红壤，成土母质包括第四纪红土、花岗岩、凝灰岩、变质岩、泥页岩等，样点分布于浙江省金衢盆地、杭州、湖州及绍兴等地。每一组耕地根据采样地农户对其上作物生长状况把地力分为低、中、高3个级别。

1.2分析方法

分析内容包括：土壤pH、交换性酸、交换性铝、交换性盐基、有机质及组分、水稳定性团聚体、全磷、有效磷、全氮、微生物生物量碳、质地和土壤剖面形态特征。采用常规方法测定[31]。

2结果与分析

2.1垦造和培肥熟化过程中耕层土壤性状的变化

表1为典型样区耕地垦造前后及培肥过程中土壤性状变化的统计结果。与垦造前荒地比较，开垦后表层土壤酸度（交换性酸）略有增加，土壤pH值和盐基饱和度呈现下降趋势，土壤有机质和腐殖质占有机质的比例、有效磷和有效钾均有下降的趋势，原因可能与土地平整过程中原表土因深翻与心土混合有关。但除土壤有机质、全氮和速效钾之外，变化均没有达到显著水平。

通过改良培肥后，表层土壤性状随培肥种植时间增加发生了明显的变化，pH值和盐基饱和度明显提高，土壤交换性酸显著降低，同时，土壤CEC、有机质含量、腐殖质/有机质比值、H/F、全磷、有效磷、速效钾、微生物生物量碳和水稳定性团聚体均有显著的提高，而C/N比逐渐下降，表土粘粒含量也因耕作而逐渐下降。从变化趋势来看，多数性状在改良培肥20年后逐渐趋向稳定，接近动力学平衡。

2.2垦造和培肥熟化过程中剖面土壤性状的变化

与垦造前比较，垦造后土壤剖面各土层肥力指标的差异变小，这对于有机质、全磷、有效磷、速效钾及微生物生物量碳尤为明显（见表2）；但随着改良培肥时间的增加，土壤性状的变化逐渐由表土向下延伸，其中在改良初期，肥力指标的变化主要发生在表层；20年后，特别是50年后，心土（20～40 cm）和底土（40～80 cm）的变化逐渐明顯。这一结果表明，随培肥时间的增加，土壤肥力性状改善可向深层发展。

2.3不同垦造时间耕地的肥力水平

表3为基于垦造改良培肥时间分组的基础上，根据采样地农户对耕地上作物生长状况把耕地地力分为低、中、高3个级别的土壤肥力特性统计结果。由表3可知，随着改良培肥时间的增加，地力水平呈现逐渐增加的趋势。改良培肥5～10年后，土壤地力基本上由低至中构成，无高级别地力等级；地力等级以低地力水平为主，占79%，中级别的占21%。改良培肥20～30年后，土壤地力基本上由低、中和高三级组成，并以中地力水平为主，占50%，低和高分别占19%和31%。改良培肥50年后，土壤地力也由低、中和高三级组成，但以中和高地力水平为主，分别占43%和49%，低的只占8%。表3结果也表明，根据采样地农户对耕地上作物生长状况把地力分为低、中、高3个级别的土壤肥力特性统计结果也能很好地体现其肥力的高低，各肥力指标平均值基本上与农户评估的等级一致。

另外，地力中、高级别的耕地耕作层颜色与心土层间的差异逐渐明显，厚度一般在15 cm以上，其结构主要由小块状或团块状为主，而地力较低的耕地耕作层含有较多的大块状结构。

3讨论

以上结果表明，低丘红壤开垦后通过培肥种植土壤性状可以逐渐改善，但其改善程度随培肥时间的增加而增加，这表明垦造红壤的培肥是与时俱进的。耕地熟化过程可分为改造熟化、培肥熟化和高肥稳产等 3个阶段。红壤的改造熟化主要是治酸，一般在垦造耕地同时通过施用石灰在短时间内完成，但此一阶段养分还没有得以明显的改善；培肥熟化阶段需花费较长的时间，通过这一阶段的培肥，土壤养分有明显的改善，并获得较高的产量；高肥稳产阶段是指进一步提升土壤肥力水平，这一阶段农作物可基本实现高产稳产的目的。以上3个培肥阶段大致相当于本研究中低、中、高3个地力等级。从以上调查可知，在常规的培肥条件下10年内，垦造红壤的地力很难达到高产稳产的情况；至改良培肥20～30年后，也只有一部分垦造耕地的地力达到高产稳产的情况。中国至今对如何评价垦造红壤耕地的熟化度及用什么指标来衡量还没有一个统一的标准，虽然研究者普遍认为土壤质量是“越高越好”[32-34]，但有关土壤质量到达什么水平时才能认为是“熟化”实际上是模糊不清的[35-37]。在实际应用时，若以区域内土壤质量最大值作为“标杆”来指导耕地土壤改良培肥缺乏实际指导意义，因为这样的“标杆”目标在实际培肥中常常是难以实现的。然而，确定一个合适的熟化标准对指导新垦耕地改良培肥非常重要的，熟化标准设定过低则达不到高产稳产的建设目标，熟化标准设定过高则会引起不合理的投资。笔者认为，耕地熟化标准应因地而异，其不仅与起源土壤类型有关，也与耕地所在地的地理环境及社会生产力发展水平存在联系。一个地区的设定的耕地熟化标准必须是现实的，即是通过实施这一地区已掌握的较为先进的土壤改良技术在一定时间内能够做到了，相应的耕地质量状况也是多数生产者普遍认可的。基于这一观点，我们认为红壤地区耕地熟化标准应以耕地地力达到中等水平为宜，这样既能保障正常的农业生产，获得一定的收益，也能在相对较短的时间内实现提升目标。据此，以表3中所有中等地力调查数据为基础，获得了如表4所示的垦造红壤耕地熟化指标。

4结论

研究表明，红壤荒地开垦为耕地初期土壤有机质、全氮、水稳定性团聚体及有效磷和速效钾因表土与心土混合存在短期的下降过程，但随着培肥熟化时间的增长，土壤酸度逐渐下降，盐基饱和度增加，有机质和腐殖质占有机质的比例逐渐上升，水稳定性团聚体数量、全磷、有效磷和微生物生物量逐渐增加，C/N比逐渐趋向稳定。红壤地区垦造耕地地力随时间逐渐提升，但要达到高度熟化需要较长的培肥时间，认为红壤地区耕地熟化标准应以耕地地力达到中等水平为宜，熟化建议指标如下：耕作层厚度大于15 cm；结构以小块状或团块状为主，>0.25 mm水稳定性团聚体>30%；pH>5.5，盐基饱和度大于60%；有机质含量15～20g/kg，C/ N比12～17，H/F大于0.40，腐殖酸/有机质比例为> 0.30；有效磷7.5～30 mg/kg，有效钾大于75 mg/kg；微生物生物量碳>75 mg/kg。

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