單世平等

摘 要：筆者歸納綜述了湖南省6種典型的稻田土壤類型及其成土母質(zhì)，分析了淹水條件對土壤肥力及理化特性的影響，并探討了高產(chǎn)土壤改良的策略，以期為湖南省高產(chǎn)稻田土壤的立地條件和主要肥力特性提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：稻田土壤類型；淹水條件；土壤理化特性；土壤改良

中圖分類號：S343.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號：2014-0510

Abstract： The six typical paddy soil types and soil parent material from Hunan Province were described， influence of submerged conditions on the physicochemical properties and fertility of paddy soil was analyzed， and high-yield soil improvement strategies were explored， in order to provide theoretical basis for local conditions and fertility properties of the typical paddy soils of several rice production areas in Hunan Province.

Key words： Paddy Soil Types； Submerged Conditions； the Physicochemical Properties of Paddy Soil； Soil Improvement

0 引言

稻田土壤肥力是土壤的物理、化學(xué)及生物等特性的綜合反映，是土壤從環(huán)境狀況和營養(yǎng)條件協(xié)調(diào)和供應(yīng)作物生長的能力。而土壤營養(yǎng)狀況是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其豐缺狀況直接影響到農(nóng)作物的產(chǎn)量高低和品質(zhì)優(yōu)劣。有研究表明，土壤肥力水平高低既取決于土壤的類型及其成土母質(zhì)、土壤發(fā)育的環(huán)境條件，也受耕作方式、施肥狀況等的影響[1-2]。湖南省屬于中亞熱帶濕潤氣候，是中國稻米主產(chǎn)區(qū)之一，全省水稻土的面積占該省土壤總面積的16.5%。調(diào)查結(jié)果表明，由于不合理的耕作方式和施肥實(shí)踐，湖南省部分地區(qū)稻田的有機(jī)質(zhì)含量下降50%以上，氮、磷、鉀含量也分別下降了25%、54.2%和5.8%，產(chǎn)量也下降了40%。因此，維持該地區(qū)稻田土壤良好的肥力狀況，對于開展中國的糧食生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義[3-4]。

中國稻田不同耕作方式的研究起始于20世紀(jì)60年代，近年來，在湖南、湖北等省份開展了稻田免耕、常耕和機(jī)耕等耕作方式的研究。李鳳博等[5]研究表明，免耕相對于翻耕和機(jī)械旋耕，減少了勞動(dòng)量、節(jié)約了能源，但土壤容重明顯增高，造成了土壤板結(jié)，土壤肥力下降。曾希柏等[6]研究表明，土壤質(zhì)量退化的主要原因是施肥結(jié)構(gòu)的逐漸上升的無機(jī)化趨勢以及氮磷鉀肥料施用的比例失調(diào)。張?zhí)伊值萚7]研究表明，農(nóng)田養(yǎng)分退化主要是由于磷的固定和氮的淋失。王艷玲等[8]研究表明，成土母質(zhì)和土地的利用方式通過影響土壤的團(tuán)聚體的組成來制約土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)過程，而這些過程又影響著土壤的生產(chǎn)能力。楊長明等[9]研究表明，有機(jī)無機(jī)肥配施與干濕交替的養(yǎng)分和水分管理模式配置，可以明顯改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤生物學(xué)活性，從而大大提高土壤的綜合質(zhì)量。這些研究大都注重于耕作方式、施肥、水分管理等與土壤肥力水平之間的關(guān)系，而水稻土在水稻生長期間長期淹水，形成了特殊的生長環(huán)境，其土壤肥力不僅受到土壤類型、成土母質(zhì)的影響，而且獨(dú)特的厭氧生長環(huán)境以及土壤理化特性對土壤肥力也有著重要的影響。為此，筆者從湖南省的典型土壤類型和成土母質(zhì)入手，對淹水條件及其稻田土壤理化特性對肥力的影響進(jìn)行了綜述，并探討了土壤改良的策略，以期為湖南省高產(chǎn)稻田土壤的立地條件和主要肥力特性提供理論依據(jù)。

1 湖南省的典型土壤類型及其成土母質(zhì)

根據(jù)國土資源部劃分標(biāo)準(zhǔn)，湖南省土壤類型共有13個(gè)土類，其中以紅壤、水稻土、黃壤、紫色土、黃棕壤和潮土分布最為廣泛，分別占全省土壤總面積的51%、16.5%、12.62%、7.86%、3.73%、1.66%[10-11]。

1.1 紅壤

紅壤是亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)的代表性土壤，是湖南省主要的地帶性土壤。發(fā)育于第四紀(jì)紅土、花崗巖、板頁巖、砂礫巖、石灰?guī)r坡（殘）積物，占土壤總面積的51.0%。受其成土母巖的影響，礦質(zhì)元素（可溶態(tài)）含F(xiàn)e、Mn豐富，鐵的游離度高，并使土壤呈紅色，但是Ca、Mg的含有量較為貧乏，土壤呈弱酸性，粘重，保水保肥力差，耕性較差，有酸、粘、瘦的特性。該類型的土壤在湘北、湘中、湘南、湘西均有分布，適宜各種作物生長。

1.2 水稻土

水稻土既是人類能動(dòng)性改造和利用自然的結(jié)果，又是人類賴以生存的最重要的資源之一。其成土母質(zhì)為近代河流沖積物、泥質(zhì)巖類風(fēng)化物、紅砂巖類風(fēng)化物、第四紀(jì)紅色粘土和酸性結(jié)晶巖類風(fēng)化物等，不同母質(zhì)類型水稻土剖面各層次有機(jī)質(zhì)含量之間存在顯著性差異，耕作層、滲育層顯著高于母質(zhì)層。土壤全氮、堿解氮、速效磷、有效鉀含量隨土壤深度的增加而減少。可以分為淹育型、潴育型、漂白型和潛育型4個(gè)亞類[10]。

1.2.1 淹育型水稻土 該類型水稻土開墾時(shí)間較短、熟化程度低，主要分布在丘崗山地的上部，俗稱高岸田。以水旱輪作制為主，主要集中在懷化、自治州、常德、衡陽、永州等地，占水稻土面積的7.86%。

1.2.2 潴育型水稻土 該類型土壤熟化程度高、利用途徑廣，適合各種耕作制。分布于沖積平原、山丘坡地中下部、沖垅及階地等，占水稻土面積的72.74%。

1.2.3 漂白型水稻土 該層土壤主要分布于第四紀(jì)紅土和板頁巖母質(zhì)地區(qū)的緩坡地帶，地形部位相對較高，由于水分在土體中長期的側(cè)向運(yùn)動(dòng)，致使土體中有色物質(zhì)被漂洗殆盡，因此，該層土壤呈白色。主要分布在常德、長沙、岳陽、永州、郴州、益陽等地，占水稻土面積的1.10%。

1.2.4 潛育型水稻土 該類型土壤是湖南省面積最大且最典型的低產(chǎn)田，包括沖垅下部、平區(qū)低洼地、丘崗間洼地等地形部位。由于常年處于淹水狀態(tài)，形成青泥層，該類型土壤占水稻土面積的18.29%。

1.3 黃壤

黃壤是湖南省垂直帶譜上的主要土壤類型之一，多分布在海拔700 m以上的山地，成土母質(zhì)以沙頁巖、板巖、花崗巖為主。該類型土壤地處環(huán)境濕度較大，土壤經(jīng)常保持潮濕，鐵的化合物以褐鐵礦和多水氧化鐵為主，土壤剖面呈現(xiàn)黃棕色，此類土壤由于各地水利條件和耕作施肥水平不同，土壤肥力差異懸殊。主要分布在湘西北、湘南和湘東北，占全省土壤總面積的12.62%。

1.4 紫色土

該類型土壤由紫色巖石風(fēng)化發(fā)育而來，其成土母質(zhì)為中生代紫色砂頁巖風(fēng)化物，土壤中磷、鉀含量比較豐富，不用經(jīng)過熟化培肥就可以栽培植物。主要分布于湘江中游、洞庭湖東側(cè)、沅江谷地及澧水谷地，占土壤總面積的7.86%。

1.5 黃棕壤

該類型土壤主要分布在海拔1000～1300 m以上山地，其成土母質(zhì)為不同時(shí)期的沉積巖、玄武巖和第四紀(jì)沉積物。黃棕壤分布地區(qū)，具有雨量多、濕度大、氣溫低、日照短等氣候特點(diǎn)，自然肥力比較高。在湘南和湘北均有分布，占全省土壤總面積的3.73%。

1.6 潮土

潮土發(fā)育于近代河流沖積物和湖積物，其成土母質(zhì)主要是賦存于第四紀(jì)更新世的砂、砂礫、砂質(zhì)粘土、粉砂細(xì)質(zhì)粘土、淤泥等。該類型土壤偏砂，通透性好，礦質(zhì)元素（可溶態(tài)）較豐富，酸堿性適中，多系富含碳酸鈣的黃土性沉積物，主要分布于洞庭湖平原和湘、資、沅、澧四水流域范圍內(nèi)，以湖南常德、益陽和岳陽市較為集中，其他的地市多沿河作片狀或帶狀分布。

2 淹水條件對土壤理化性質(zhì)的影響

成土母質(zhì)是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，是構(gòu)成土壤的原始材料，其組成和理化性質(zhì)對土壤的形成和肥力高低有著深刻的影響。土壤是氣候、母質(zhì)、生物、時(shí)間等綜合作用下的產(chǎn)物。水稻土是在一定的自然環(huán)境、人為施加的各種栽培措施、長期灌溉和干濕交替的共同影響下形成的不同于旱地的特殊土壤。水稻土在種稻灌水期間，耕作層呈還原狀態(tài)；在排水、晾田季節(jié)，耕作層呈氧化狀態(tài)。這種周期性的干濕交替過程，形成了水稻土特有的物理、化學(xué)和生物性狀[12]。

2.1 氧化還原狀態(tài)

土壤的氧化還原狀態(tài)通常以氧化還原電位（Eh值）的高低來衡量，一般認(rèn)為，當(dāng)Eh值高于300 mV時(shí)，土壤以氧化狀態(tài)為主；Eh值若低于300 mV，土壤以還原狀態(tài)為主。在淹水狀態(tài)下，稻田土壤耕作層為水分所飽和，處于還原狀態(tài)。據(jù)研究，當(dāng)土壤處于在還原狀態(tài)時(shí)，其中的無機(jī)氮幾乎全部以銨態(tài)氮存在，有利于水稻的吸收利用，同時(shí)，銨態(tài)氮是陽離子，容易被土壤膠體吸附，不易流失。同時(shí)，在低Eh值條件下，鎘更易于由水溶態(tài)和可交換態(tài)轉(zhuǎn)化為無效態(tài)，有效降低土壤溶液中的鎘含量，提高水稻對鎘的耐受性，增強(qiáng)其生態(tài)修復(fù)效應(yīng)[13-14]。于童等[15]的研究表明，當(dāng)氧化性土壤的初始Eh值降低時(shí)，pH上升，原有氧化鐵表面基團(tuán)釋放出H+，負(fù)電性增加，從而對溶液中帶正電的鎘離子或離子團(tuán)的吸附性增大，鎘的活性降低。

2.2 土壤酸堿度

水稻適于在微酸性到中性土壤中生長，對于堿性土壤，稻田淹水后，由于灌水稀釋、淋洗等作用，其pH降低，最后趨于中性而達(dá)到平衡；對于酸性土壤，稻田淹水后，pH往往升高，氧化還原電位降低，最后趨于中性而達(dá)到平衡，從而加快磷酸鐵的水解，促進(jìn)高價(jià)鐵鹽、硅復(fù)合體的還原，有效增加土壤中的有效磷和二氧化硅含量，有利于水稻吸收[16]。

2.3 土壤有機(jī)質(zhì)含量

有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，是作物碳素營養(yǎng)和礦質(zhì)養(yǎng)分的重要供給源。水稻土在淹水缺氧的情況下，嫌氣性微生物占居優(yōu)勢，土壤的氧化還原電位降低，有機(jī)質(zhì)分解速度緩慢，其含量增加對于土壤的保水、保氣保肥和通氣性起著重要的作用。但如果土壤的還原性較強(qiáng)或更強(qiáng)，積累的有機(jī)質(zhì)嫌氣分解速度加快，有機(jī)物質(zhì)在還原條件下分解，不僅不徹底，而且在氧化還原電位太低時(shí)，產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，甚至甲烷、硫化氫乳酸、甲酸、乙酸、丙酸等對作為有害的中間產(chǎn)物，不僅會(huì)阻礙水稻根部的泌氧能力，而且嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成稻根發(fā)黑、腐爛和死亡。楊長明等[17]的研究表明，有機(jī)與無機(jī)肥配施必須同時(shí)實(shí)施合理水分管理，改善水稻植株根系形態(tài)和增強(qiáng)根系活力的效應(yīng)才能更大。連續(xù)淹水模式因土壤施入有機(jī)肥而加劇土壤還原狀況，導(dǎo)致土壤中還原性Fe、Mn含量增加，并對水稻根系生長具有抑制和毒害作用。因此，要利用排灌技術(shù)、晾田、耕作等措施，調(diào)節(jié)土壤中氧化還原狀態(tài)和pH，不斷更新土壤營養(yǎng)環(huán)境，滿足水稻生長發(fā)育對養(yǎng)分的需要[14，18]。

2.4 氮素的存在狀態(tài)

稻田土壤在淹水條件下，除了土壤表面一薄層處于氧化狀態(tài)外，其余都處于缺乏氧氣的還原狀態(tài)。銨態(tài)氮施入稻田土壤過程中，在土壤表層一部分會(huì)被氧化成硝態(tài)氮，然后下滲到還原層，在反硝化細(xì)菌的作用下，一部分會(huì)變成游離態(tài)氮釋放到空氣中。倪吾鐘等[19]研究了不同氧化還原電位條件下稻田土壤中15N標(biāo)記硝態(tài)氮的反硝化作用，結(jié)果表明，氧化和還原條件下均能進(jìn)行硝態(tài)氮的反硝化作用，在4周的培養(yǎng)試驗(yàn)期間，直接測得的氧化和還原條件下的15N氣態(tài)損失分別占加入量的60.23%±8.04%和83.89%±4.79%，因此，在施用銨態(tài)氮或硝態(tài)氮化肥時(shí)，應(yīng)深施為宜[20]。

3 高產(chǎn)土壤改良措施

根據(jù)目前土壤的理化性質(zhì)和肥力豐缺狀況，推廣測土配方施肥技術(shù)，實(shí)行因土施肥，提高施肥效益。采取工程措施、生物措施和農(nóng)藝措施相結(jié)合的土壤改良技術(shù)，改良土壤結(jié)構(gòu)、培肥地力。推廣水旱輪作、作物間作，適度深耕，增加耕層厚度，增施有機(jī)肥，大力推廣植物綠肥，改善稻田土壤的生態(tài)環(huán)境，提高土壤的肥力水平[21]。

3.1 土壤結(jié)構(gòu)改良

通過施加畜禽糞便、作物秸稈、農(nóng)作物副產(chǎn)品，提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高肥力和固定表土，保護(hù)土壤耕層。

3.2 酸性土壤改良

控制化工業(yè)廢水、廢氣和廢渣的排放和任意堆放，控制酸雨的發(fā)展；對已經(jīng)酸化的土壤施加堿性肥料、熟石灰、碳酸鈉等土壤改良劑來改善土壤肥力、增加土壤的透水性和透氣性。

3.3 土壤重金屬污染改良

采用海泡石、高嶺土、蒙脫石等粘土礦物原位鈍化土壤中的重金屬，降低重金屬在土壤中的有效性，從而減少植物對重金屬的吸收；通過重金屬高積累植物，富集土壤中的重金屬，并對富集的植物進(jìn)行集中處理，回收植物吸收的重金屬；通過施加高吸附的微生物通過表面吸附、胞外沉淀、胞外絡(luò)合、氧化還原等作用鈍化/固定土壤中的重金屬，減少植物的吸收。

4 小結(jié)與展望

成土母質(zhì)是稻田土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，影響著土壤無機(jī)膠體的形成[22]。而土地的利用是干預(yù)土壤結(jié)構(gòu)最重要的人類活動(dòng)，人類通過不同的利用方式干擾和調(diào)整著土壤中有機(jī)膠體的組成。不合理的土地開發(fā)和利用破壞了土壤的結(jié)構(gòu)，加速了土壤綜合質(zhì)量的退化[23-24]。提高肥力是保證農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的前提，增施有機(jī)肥，不斷提高土壤有機(jī)質(zhì)含量是提高土壤肥力的重要環(huán)節(jié)，有機(jī)質(zhì)能夠增加土壤的通氣性、透水性、蓄水性，進(jìn)而保水、保肥能力增強(qiáng)；通過合理的施肥措施讓施入的肥料盡量為植物利用從而減少其隨水淋失，減少氮肥對土壤酸化的影響[25]。同時(shí)，根據(jù)土壤不同的土壤類型和成土母質(zhì)，通過測土配方施肥，對于土壤改良會(huì)起到事半功倍的功效。因此，加深了解湖南省主要的土壤類型及其成土母質(zhì)的基本屬性，以及淹水條件及其稻田土壤理化特性對肥力的影響，旨在為通過土壤改良措施來提升農(nóng)田土壤肥力及構(gòu)建健康的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)方面的深入研究提供借鑒。

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