童文彬,楊良覦,章明奎*

(1.浙江省衢江區(qū)土壤肥料技術(shù)推廣站,浙江 衢州 324022;2.浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院,浙江 杭州 310058)

0 引言

紅壤地區(qū)自然條件優(yōu)越,氣溫高,光照足,雨量充沛,宜種性廣,生產(chǎn)潛力大,是我國南方地區(qū)重要的土壤資源[1]。建國以來,我國在紅壤開發(fā)利用上取得了巨大的成就,通過推廣種植綠肥、施用磷肥及深耕與配施石灰等措施,顯著縮短了土壤的熟化時(shí)間,大面積的紅壤荒地成為耕地[2-6],形成了豐富多彩的土地利用模式,大大促進(jìn)了紅壤地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高。我國紅壤開發(fā)利用歷史大致經(jīng)歷了以下3個(gè)階段:20世紀(jì)50年代開始在紅壤坡地種植旱作物,主要通過增施有機(jī)肥、施用石灰和磷肥來改良紅壤的酸、瘦、粘等不良性狀;20世紀(jì)60年代開始紅壤坡地改梯田、旱地改水田,加快了土壤的熟化,有效地減少了水土流失;20世紀(jì)70年代以后加強(qiáng)了紅壤綜合利用和綜合治理工作,從片面追求糧食產(chǎn)量向多種經(jīng)營轉(zhuǎn)化,獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。紅壤改良利用過程中土壤肥力的演變一直是紅壤地區(qū)農(nóng)技人員關(guān)心的重要問題,60多年來我國南方地區(qū)開展了大量的田間試驗(yàn),系統(tǒng)研究了肥料種類、施肥方式、種植模式和耕作制度等對紅壤肥力演變的影響。戴茨華等[7]的定位試驗(yàn)研究表明：氮、磷、鉀配施能有效提高作物產(chǎn)量,但長期只施氮、磷肥可導(dǎo)致其它元素失衡,而有機(jī)肥和氮磷配施可顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量;年施有機(jī)肥30 t/hm2、不施化學(xué)鉀肥也能維持土壤鉀素平衡；紅壤磷素自然供給能力極低,施磷可顯著增加其速效磷含量。孫波等[8]通過兩個(gè)時(shí)段采樣結(jié)合田間長期定位試驗(yàn)的研究表明：將紅壤荒地開墾為水田后土壤肥力有增加趨勢,旱地系統(tǒng)中速效磷和速效鉀含量增加;旱坡地紅壤全氮和速效鉀含量的變化與氮、鉀的平衡量顯著相關(guān)。王姍娜[9]對江西省進(jìn)賢縣長期施肥條件下紅壤性水稻土肥力演變的研究表明：長期施用有機(jī)肥可提高紅壤性水稻土耕層的有機(jī)質(zhì)、全氮與有效氮含量；施用含磷肥料可提高耕層土壤全磷和有效磷含量,其中以有機(jī)肥對土壤磷素含量的提升作用最為顯著;平衡施用化肥能夠維持作物較高的產(chǎn)量,化肥與有機(jī)肥配施是紅壤水稻土可持續(xù)的施肥模式。張?zhí)伊值萚10]對集約農(nóng)業(yè)利用下紅壤地區(qū)土壤肥力與環(huán)境質(zhì)量的變化研究表明：一般農(nóng)田的土壤有機(jī)質(zhì)含量變化不大,而城郊菜地的土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量有明顯增加;與傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)比較,集約化土壤酸化趨勢明顯；種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、大量施用化肥和畜禽糞肥是造成土壤養(yǎng)分富集和失衡、土壤酸化的重要原因。張靜等[11]對不同土地利用方式下赤紅壤肥力的研究表明：利用方式可對土壤生物學(xué)性狀產(chǎn)生明顯的影響,果園土壤的微生物數(shù)量和酶活性顯著高于其它用地的；新墾旱地土壤的呼吸速率顯著增加,但微生物數(shù)量、酶活性顯著下降;高有機(jī)質(zhì)含量和高肥力水平的土壤有利于微生物的生長和酶活性的提高。

雖然目前對影響紅壤肥力演變的因素已有較多的認(rèn)識,但多數(shù)知識主要是在試驗(yàn)條件下獲得的。實(shí)際上我國廣大紅壤地區(qū)的施肥模式、土地利用模式遠(yuǎn)比試驗(yàn)條件下復(fù)雜,而且在實(shí)際生產(chǎn)中還存在眾多不合理的現(xiàn)象,特別是近年來紅壤地區(qū)肥料結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化,例如有機(jī)肥和石灰投入的明顯減少、化肥施用量的顯著增加等,這使得紅壤耕地土壤肥力的變化可能明顯不同于田間試驗(yàn)的情況。為了更全面地了解我國南方地區(qū)紅壤肥力的狀況,特別是不同土地利用方式間土壤肥力變化的差異,為合理利用紅壤資源和科學(xué)施肥提供科學(xué)依據(jù)，筆者以浙江省為例,利用近期調(diào)查的耕地地力數(shù)據(jù),比較研究了紅壤丘陵區(qū)旱地與水田的土壤肥力特征,并與自然紅壤進(jìn)行了比較。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品情況

共從近期獲得的浙江省耕地地力調(diào)查數(shù)據(jù)中篩選出4738個(gè)完整的紅壤丘陵采樣點(diǎn)的分析數(shù)據(jù)(包括由自然紅壤開墾的旱地土壤和水田),按利用方式分為旱地(196個(gè))和水田(4537個(gè));同時(shí),在丘陵區(qū)采集了150個(gè)自然紅壤樣品(利用方式為林地和荒地)。土壤采樣深度統(tǒng)一為0～20 cm。

1.2 分析方法

土壤分析按農(nóng)業(yè)部耕地地力標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行。其中,土壤有機(jī)質(zhì)含量的測定采用重鉻酸鉀氧化法；土壤pH值采用pH計(jì)測定；土壤全氮含量采用凱氏法測定；土壤有效磷含量采用Olsen法測定；土壤速效鉀含量采用醋酸銨提取-火焰光度計(jì)法測定。分析方法參見文獻(xiàn)[12]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析在SPSS軟件上進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤酸堿度

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,紅壤旱地和水田的酸堿度均有較大的變化,紅壤旱地的pH值最低為3.60,最高值為7.50;紅壤水田的pH值最低為3.60,最高值為7.55;水田的平均pH值高于旱地的,前者為5.53,后者為5.15。從pH值的分級組成來看(圖1),兩種利用方式的土壤pH值均以<5.5為主,紅壤水田占63.55%,紅壤旱地占68.37%。另外,紅壤旱地pH值<4.5的比例(19.39%)明顯高于紅壤水田的(4.50%)。兩種利用方式的中性及微堿性土壤的比例均很低,紅壤水田和紅壤旱地分別為5.84%和3.57%。這一結(jié)果說明,浙江省紅壤丘陵區(qū)耕地土壤酸化非常嚴(yán)重,但長期種植水稻有利于保持紅壤相對較高的pH值。

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量

紅壤旱地和水田的土壤有機(jī)質(zhì)含量也有較大的變化,紅壤旱地的有機(jī)質(zhì)含量在6.60～88.60 g/kg之間,平均為23.75 g/kg;紅壤水田的有機(jī)質(zhì)含量在3.00～76.10 g/kg之間,平均為27.80 g/kg;兩種利用方式土壤的有機(jī)質(zhì)平均含量均在中下水平(圖2),水田土壤有機(jī)質(zhì)含量平均比旱地高17.05%。兩種利用方式的土壤有機(jī)質(zhì)含量分級組成均以20～30 g/kg占優(yōu)勢,都在40%以上;但10～20 g/kg級的比例旱地明顯高于水田,而30～40 g/kg級的比例旱地明顯低于水田。

圖1 土壤pH值的分級構(gòu)成

圖2 土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的分級構(gòu)成

2.3 土壤全氮含量

土壤全氮含量的變化趨勢與有機(jī)質(zhì)含量相似,其中紅壤旱地的全氮含量在0.44～8.63 g/kg之間,平均為1.61 g/kg;紅壤水田的全氮含量在0.18～6.83 g/kg之間,平均為1.73 g/kg;兩種利用方式土壤的全氮平均含量均在中下水平,水田土壤的全氮平均含量比旱地高7.45%；它們的土壤全氮含量分級組成均以1.0～1.5 g/kg和1.5～2.0 g/kg占優(yōu)勢(圖2),旱地和水田的這兩級比例之和分別為61.23%和51.56%。全氮含量為1.5～2.0 g/kg和>2.5 g/kg的比例水田明顯高于旱地。

2.4 土壤有效磷含量

從圖3可以看出：浙江省紅壤旱地的有效磷含量在0.15～500.00 mg/kg之間,其平均值為50.95 mg/kg,變異系數(shù)達(dá)188.32%;紅壤水田的有效磷含量在0.10～498.00 mg/kg之間,其平均值為27.90 mg/kg,變異系數(shù)達(dá)181.47%;旱地的有效磷平均含量比水田高82.61%。但兩種利用方式土壤的有效磷含量變化極大,且呈高、低二極化分布，其中,紅壤旱地有效磷含量超過40.00 mg/kg的比例達(dá)30.10%,低于10.00 mg/kg的比例也達(dá)35.72%,而處于中等的比例相對較低；紅壤水田有效磷含量超過40.00 mg/kg的比例為17.04%,而低于10.00 mg/kg的比例達(dá)44.84%,說明有較高比例的土壤存在磷素不足。

圖3 土壤有效磷和速效鉀含量的分級構(gòu)成

2.5 土壤速效鉀含量

由圖3可見：紅壤旱地的速效鉀含量在25.00～532.00 mg/kg之間,平均為124.62 mg/kg,變異系數(shù)達(dá)70.49%;紅壤水田的速效鉀含量在8.00～599.00 mg/kg之間,平均為78.48 mg/kg,變異系數(shù)達(dá)68.85%;旱地的速效鉀平均含量比水田高58.79%。此外，紅壤水田的速效鉀含量主要集中分布在80.00 mg/kg以下,占66.14%,但也有少量的土壤(7.34%)的速效鉀含量超過了150.00 mg/kg。紅壤旱地的速效鉀含量在80.00 mg/kg以下的比例為35.21%,超過150.00 mg/kg的土壤占26.02%。紅壤旱地速效鉀含量在100.00～200.00 mg/kg之間的比例明顯高于水田的?？梢?總體上,旱地的土壤速效鉀含量高于水田的,且前者速效鉀含量的組成比例較為合理。

2.6 耕地土壤養(yǎng)分與自然土壤養(yǎng)分的比較

由表1可知：紅壤旱地的pH值低于自然紅壤的,表明種植旱地土壤呈現(xiàn)酸化趨勢；但水田的平均pH值高于自然紅壤的；紅壤水田的平均有機(jī)質(zhì)含量高于自然紅壤的,平均含量前者比后者高9.15%;紅壤旱地的有機(jī)質(zhì)含量低于自然紅壤的,前者比后者低6.75%；紅壤旱地和紅壤水田的全氮含量均高于自然紅壤的,分別比自然紅壤增加了25.78%和35.16%,表明氮肥的施用有利于土壤氮素的積累；紅壤旱地和紅壤水田的有效磷含量分別是自然紅壤的11.99和6.56倍；紅壤旱地的速效鉀含量比自然紅壤高26.19%,但紅壤水田的速效鉀含量比自然紅壤低35.16%。

表1 不同類型紅壤肥力指標(biāo)的比較

3 討論

3.1 紅壤開墾農(nóng)用后土壤固碳潛力的變化

土壤有機(jī)質(zhì)含量是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo),其受氣候因子、土壤理化性狀及土地利用方式、耕作制度、有機(jī)肥和化肥施用量等的影響[13-15]。本研究的結(jié)果表明,紅壤旱地的土壤有機(jī)質(zhì)含量低于自然紅壤,這表明自然紅壤開墾為旱地后土壤有機(jī)質(zhì)含量趨于下降,其原因可能是旱地環(huán)境下頻繁的耕作加速了土壤有機(jī)質(zhì)的礦化,不利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累。相反,自然紅壤改為水田后其土壤有機(jī)質(zhì)含量趨向增加,這與淹水種植導(dǎo)致通氣條件較差,減弱了土壤有機(jī)質(zhì)的礦化,促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的積累有關(guān)。這一結(jié)果表明,從土壤固碳的角度,水田是一種理想的利用方式,而旱地不利于土壤固碳。

3.2 土壤酸化的原因分析

紅壤是一類高度富鐵鋁化的土壤,由于風(fēng)化強(qiáng)烈,土壤脫鹽基明顯,其本身的酸度較高,因此我國20世紀(jì)50～70年代在紅壤改良利用中把施用石灰作為有效的農(nóng)業(yè)措施來推行,并獲得了良好的效果[1,16-17]。但近年來,我國許多地方施用石灰這一措施被逐漸弱化。水稻土的生境對土壤酸度有特殊的緩沖作用,隨著水稻種植年數(shù)的增加,水稻土?xí)饾u向中性方向發(fā)展,這與水稻土在淹水種植條件下土壤中鐵錳氧化物被還原時(shí)需消耗質(zhì)子有關(guān)[18]。但從本研究的結(jié)果來看,無論是紅壤水田還是紅壤旱地土壤酸化都非常嚴(yán)重,這從另一方面證實(shí)了在紅壤地區(qū)耕地上施用石灰的重要性，也表明過量施用化肥已抵消了種植水稻對土壤酸化的緩沖作用。有研究表明,施用氮肥引起的土壤酸化作用較酸沉降的影響大25倍,長期的不合理施肥,特別是施用酸性和生理酸性肥料可造成土壤酸化[19-20]。因此,在酸化嚴(yán)重的紅壤地區(qū)控制化肥用量和配施石灰在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中特別重要。

3.3 紅壤丘陵農(nóng)地的磷肥和鉀肥的合理施用

磷和鉀是農(nóng)作物生長必需的大量元素,而紅壤地區(qū)由于土壤的強(qiáng)烈風(fēng)化,土壤鉀素和磷素常顯不足,因此近40年來我國在紅壤地區(qū)推行了磷肥與鉀肥的施用[21-22]。從本研究的結(jié)果來看,紅壤地區(qū)推行磷肥的施用已取得了明顯的效果,紅壤旱地和紅壤水田的有效磷含量分別是自然紅壤的11.99和6.56倍。但從土壤有效磷含量的分級組成來看：浙江省紅壤地區(qū)土壤有效磷含量極不平衡,最高值與最低值相差懸殊,紅壤旱地和水田的有效磷含量的變異系數(shù)分別達(dá)188.32%和181.47%;紅壤旱地和紅壤水田土壤有效磷含量低于10.00 mg/kg的比例分別達(dá)到了35.72%和44.84%,而適合作物生長的有效磷含量中等的比例較低；同時(shí)有17.04%的紅壤旱地和30.10%的紅壤水田的土壤磷素過度積累(>40 mg/kg),可能會(huì)引起明顯的農(nóng)業(yè)面源污染。自然紅壤農(nóng)用后,旱地的速效鉀含量比自然紅壤高26.19%,表明紅壤地區(qū)鉀肥用量的增加在一定程度上提高了旱地土壤速效鉀的水平;但紅壤水田的土壤速效鉀含量比自然紅壤低 35.16%,表明水田環(huán)境不利于速效鉀的積累和提升?？梢娮匀患t壤農(nóng)用后種植水稻可能會(huì)加快土壤鉀素的衰減,這要求我們今后要加強(qiáng)研究與改進(jìn)紅壤水田的鉀肥管理模式?？傮w上,浙江省紅壤地區(qū)土壤的磷鉀肥施用存在較多的不合理現(xiàn)象,推行配方施肥仍然是維持這一區(qū)域土壤地力的重要措施。

4 結(jié)論

紅壤丘陵區(qū)旱地與水田土壤均呈現(xiàn)顯著的酸化,旱地土壤酸度大于水田;施氮有利于紅壤地區(qū)土壤氮素的積累,但旱作條件不利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累；在紅壤地區(qū)推行磷肥的施用已明顯提高了土壤有效磷的水平。與自然紅壤相比,水田土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷含量和pH值呈現(xiàn)上升趨勢,速效鉀含量呈現(xiàn)顯著的下降;而旱地土壤的全氮、有效磷和速效鉀含量呈現(xiàn)上升趨勢,有機(jī)質(zhì)含量和pH值呈現(xiàn)下降趨勢。無論是紅壤旱地還是紅壤水田，其土壤養(yǎng)分含量在空間上均存在很大的變異,不同地區(qū)間土壤養(yǎng)分含量存在明顯的不平衡現(xiàn)象,缺磷和缺鉀問題依然突出。因此,完善測土配方施肥工作仍是這一地區(qū)土壤養(yǎng)分管理的重要手段。