近40 年间长沙市稻田土壤肥力变化特征

邓耀辉，叶 钰

（1. 长沙市农业技术推广中心，湖南 长沙 410031；2. 长沙县农业技术推广中心，湖南 长沙 410199）

水稻是我国最主要的粮食作物，其产量占粮食总产1/3 左右。1980—2010 年间，我国水稻播种面积略有减少，但稻谷产量提高60%以上，而近10 年间水稻播种面积和总产量基本保持稳定，继续维持和提升稻田的生产力对于保障我国粮食安全具有重要意义[1]。稻田生产力取决于土壤肥力状况和施肥管理，因此了解近40 年间稻田土壤肥力变化特征，提出优化施肥管理建议，对进一步培肥稻田土壤和保障水稻的稳产增产具有重要指导作用[2]。

关于农田土壤肥力的时空演变近年来备受关注，已有较多报道，但不同区域呈现出差异性变化特征。武红亮等[2]分析了全国136 个水稻土肥力监测点肥力变化，发现1988—2016 年间我国水稻土有机质与全氮基本保持稳定，速效磷和速效钾快速提高，pH 值则呈下降趋势。毛伟等[3]发现1984—2014 年间扬州市农田土壤有机质、全氮和速效磷均显著提升，但速效钾含量明显降低。任雪菲等[4]对比分析了洞庭湖区农田土壤在第二次土壤普查（1982）和测土配方施肥调查（2010）期间的肥力变化，发现有机质和速效氮磷钾养分均明显提高，但土壤酸化趋势明显，酸性障碍的比例由26%增至53%。可见，开展区域性土壤肥力监测与变化特征分析，有助于准确掌握土壤培肥需求和制定科学施肥方案。

湖南是我国水稻生产大省，水稻播种面积和产量常年位居全国三甲[1]。长沙市作为湖南省会，其所属长沙县、宁乡市、浏阳市和望城区水稻播种面积和产量均位居全省县域前列。其中长沙县、宁乡市和浏阳市是典型丘陵区，而望城区则归属洞庭湖区，代表了湖南省主要类型粮食主产县。分析近40 年间长沙市稻田土壤肥力变化特征，可为市域乃至全省稻田的保育及科学施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

长沙市位于湖南省东部偏北，东北、西北两端山地环绕，中部递降趋于平缓，湘江由南而北斜贯中部，南部丘岗起伏，北部平坦开阔，山地、丘陵、岗地、平原大体各占四分之一。土壤类型以红壤和水稻土为主，分别占土壤总面积的70%与25%。属亚热带季风气候，年平均气温16.8 ～17.3 ℃，年均降水量1 358.6～1 552.5 mm。常年稻田面积24 万hm2，稻谷产量200 万t，稻田主要种植模式为一季稻—油菜（绿肥/蔬菜）、早稻—晚稻—冬闲（绿肥）[5]。

1.2 数据来源

第二次土壤普查（以下简称“二普”）数据（1979—1982）来源于《长沙市土壤》[6]。2021 年土壤肥力指标数据来源于全市60 个稻田质量监测点土样检测数据，委托湖南省土壤肥料研究所严格按照耕地质量监测相关技术规程取样、检测。

1.3 数据处理

二普原始数据无法获得，通过提取《长沙市土壤》中各类型水稻土均值、标准误差和样本量，使用网站https://www.statstodo.com/CombineMeansSDs.php 进行换算，得到总体样品均值及标准误差。为更直观对比土壤pH 值、有机质和养分含量分布区间变化，采用湖南省二普的分级标准进行区间划分和计算分布频率[4]。2021 年监测数据统计及图表制作采用Excel软件。

2 结果与分析

2.1 土壤有机质与全氮含量变化

与二普时期相比，2021 年监测结果显示长沙市稻田土壤有机质平均含量由31.1 g/kg 提升至33.9 g/kg，提升幅度为9.00%（图1）。有机质分布区间来看，二普时期，长沙市稻田土壤有机质含量大多在20 g/kg以上，分布在≥40、30～40 和20～30 g/kg 的占比分别为18.27%、41.38%和32.57%；2021 年监测结果显示，稻田土壤有机质含量分布主要分布区间仍为上述3个，分布频率分别为25.00%、41.67%和23.33%。根据土壤有机质丰缺标准，目前长沙市稻田土壤有机质含量总体处于丰富水平。其他研究人员在湖南洞庭湖区农田[4]和扬州市农田[3]研究结果均表明，自20 世纪80年代以来土壤有机质含量明显提高，而且提升幅度都在25%以上。而针对全国不同区域稻田监测结果则显示，土壤有机质含量无明显变化[2]。秸秆还田以及作物单产提升导致的根茬还田量增大是土壤有机质含量升高的重要驱动力[3]，而偏施氮磷钾化肥则会在一定程度降低土壤有机质含量[7]，二者共同作用可能是长沙市稻田土壤有机质含量略有提升的原因。

图1 近40 年间长沙市稻田土壤有机质平均含量及分布区间变化

相比于二普时期，2021 年时长沙市稻田土壤全氮平均含量由1.53 g/kg 提升至2.20 g/kg，提高了43.79%（图2）。两个时期相比，土壤全氮主要分布区间也发生了明显变化。目前，土壤全氮最主要分布区间为≥2.0 和1.5～2.0 g/kg，分布频率分别为71.67%和21.67%；而二普时期的主要分布区间为≥2.0、1.5～2.0 和1.0～1.5 g/kg，其占比依次为22.25%、46.72%、23.77%。根据土壤全氮含量丰缺标准，当前长沙市稻田土壤全氮含量总体属于极丰富水平。相比于扬州市以及全国不同区域稻田监测点平均结果，近40 年间长沙市稻田土壤全氮含量提高幅度更大[2-3]，主要是由于化学氮肥的大量使用。

图2 近40 年间长沙市稻田土壤全氮平均含量及分布区间变化

2.2 土壤速效养分含量变化

近40 年间长沙市稻田土壤碱解氮、速效磷、速效钾平均含量以及分布区间变化如图3 所示。二普时期，土壤碱解氮平均含量为140.30 mg/kg，2021 年时已提高至175.18 mg/kg，提高幅度24.86%。相应的分布区间也发生了一定的变化。二普时期，稻田土壤碱解氮含量主要分布区间为≥150 和120～150，各区间占比依次为41.02%、37.97%。至2021 年，土壤碱解氮含量集中分布在≥150 和120～150 mg/kg，分布频率分别为68.33%和28.33%，≥150 mg/kg 以上比例明显提高。目前，长沙市稻田土壤碱解氮含量绝大部分已达到极丰富和丰富水平。

图3 近40 年间长沙市稻田土壤速效养分平均含量及其分布区间变化

二普时期，土壤速效磷平均含量仅为5.42 mg/kg，属于稍缺乏水平，而2021 年监测结果显示其平均含量提高至12.56 mg/kg，提高幅度为131.73%，总体达到中等水平。二普时期，稻田土壤速效磷主要处于缺乏状态，含量低于10 mg/kg 的土壤占比达到85.15%。至2021 年，虽然稻田土壤速效磷平均含量成倍提升，但仍处于缺乏状态的点位占比还高达61.67%（＜10 mg/kg），而速效磷达到中等（10～20 mg/kg）和丰富（20～40 mg/kg）水平的比例分别上升至20.00%和15.00%。

2021 年时，长沙市稻田土壤速效钾的平均含量为121.25 mg/kg，总体处于中等水平，相比于二普时期（73.58 mg/kg）提高了64.79%。土壤速效钾含量的主要分布区间已由二普时期的稍缺乏（50～100 mg/kg，占比42.85%）和缺乏（30～50 mg/kg，占比32.06%）水平变化为中等（100～150 mg/kg，占比31.67%）和稍缺乏（占比45.00%），而且目前的丰富（150～200 mg/kg）和极丰富（≥200 mg/kg）水平的样点比例也均提高至10%以上。由于氮磷钾化肥的大量施用，洞庭湖农田土壤以及全国各地稻田监测点的碱解氮、速效磷和速效钾含量也均有较大幅度提升[2,4]，但在扬州地区发现速效钾含量略有降低[3]。

2.3 土壤pH 值变化

土壤pH 值是土壤酸碱度的常用指标，关系到土壤养分的周转与有效性以及作物生长的适宜性[4]。2021 年和二普时期土壤pH 值均值和分布区间如图4所示。二普时期，长沙市稻田土壤pH 值平均为6.24，到2021 年降低至5.68，降低幅度为0.56 个单位，年均降幅约为0.014 个单位。土壤pH 值的主要分布区间也由二普时期的中性（6.5～7.5，占比35.51%）和微酸性（5.5～6.5，49.81%）变化为微酸性（占比56.67%）和强酸性（38.33%）。在全国其他地区也发现了类似的变化，如扬州市农田土壤pH 值均值在1984～2014年间降低了0.77 个单位[3]，湖南省洞庭湖区在1982—2010 年间农田土壤pH 值平均降低了0.38 个单位[4]，广东省稻田土壤pH 值在1984—2014 年间平均降低了0.33 个单位[8]。重化肥而轻有机肥、长期偏施氮肥的施肥策略以及水稻产量提高促进盐基离子的移除等共同造成了稻田土壤酸化的趋势[9-10]。

图4 近40 年间长沙市稻田土壤平均pH 值及其分布区间变化

2.4 土壤肥力变化

通过对比2021 年监测数据和二普数据可以发现，长沙市稻田土壤有机质和养分水平均有不同程度的提高，尤其是速效氮磷钾养分的供应水平大幅度提升。其中土壤氮素营养水平大多已经达到丰富和极丰富水平，最高甚至达到365 mg/kg，也基本消除了土壤速效钾缺乏的问题，但速效磷素缺乏问题仍然较为突出，土壤酸化趋势明显。而查阅《长沙统计年鉴2021》可以发现，在不考虑复合肥施用的情况下，全市目前氮磷钾化肥（折纯）的投入比约为3 ∶1 ∶2，偏施氮肥的现象仍然较为突出[5]。

3 结论与建议

综上所述，近40 年间（1982—2021 年）长沙市稻田土壤有机质含量略有增加，土壤全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量均有较大幅度增加，土壤pH 值较大幅度下降。目前长沙市稻田土壤全氮和碱解氮含量水平较高，已基本消除土壤速效钾缺乏问题，但速效磷缺乏问题还较为广泛，土壤酸化趋势明显。

基于这一现状，为保障稻田稳产增产、控制农业面源污染和增加稻田碳汇，提出如下优化施肥对策：（1）继续推行测土配方施肥，保障土壤养分供应能力；（2）推进秸秆还田、种植绿肥和增施有机肥，采取有机无机配合施肥方式，在强酸性土壤上可以增施石灰物质等调理材料，抑制土壤酸化趋势；（3）增加磷肥施用，严控氮肥施用和保持钾肥施用水平，均衡土壤氮磷钾素营养水平。