淹水條件對稻田土壤肥力及理化性質的影響研究進展

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，分析了淹水條件對土壤肥力及理化特性的影響，并探討了高產土壤改良的策略，以期為湖南省高產稻田土壤的立地條件和主要肥力特性提供理論依據。

關鍵詞：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 文獻標志碼：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、化學及生物等特性的綜合反映，是土壤從環境狀況和營養條件協調和供應作物生長的能力。而土壤營養狀況是土壤肥力的重要物質基礎，其豐缺狀況直接影響到農作物的產量高低和品質優劣。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、土壤發育的環境條件，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，是中國稻米主產區之一，全省水稻土的面積占該省土壤總面積的16.5%。調查結果表明，由于不合理的耕作方式和施肥實踐，湖南省部分地區稻田的有機質含量下降50%以上，氮、磷、鉀含量也分別下降了25%、54.2%和5.8%，產量也下降了40%。因此，維持該地區稻田土壤良好的肥力狀況，對于開展中國的糧食生產和農業可持續發展具有重要的意義[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械旋耕，減少了勞動量、節約了能源，但土壤容重明顯增高，造成了土壤板結，土壤肥力下降。曾希柏等[6]研究表明，土壤質量退化的主要原因是施肥結構的逐漸上升的無機化趨勢以及氮磷鉀肥料施用的比例失調。張桃林等[7]研究表明，農田養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，成土母質和土地的利用方式通過影響土壤的團聚體的組成來制約土壤的物理、化學和生物學過程，而這些過程又影響著土壤的生產能力。楊長明等[9]研究表明，有機無機肥配施與干濕交替的養分和水分管理模式配置，可以明顯改善土壤理化性質，提高土壤生物學活性，從而大大提高土壤的綜合質量。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境，其土壤肥力不僅受到土壤類型、成土母質的影響，而且獨特的厭氧生長環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入手，對淹水條件及其稻田土壤理化特性對肥力的影響進行了綜述，并探討了土壤改良的策略，以期為湖南省高產稻田土壤的立地條件和主要肥力特性提供理論依據。

1 湖南省的典型土壤類型及其成土母質

根據國土資源部劃分標準，湖南省土壤類型共有13個土類，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

紅壤是亞熱帶季風濕潤氣候區的代表性土壤，是湖南省主要的地帶性土壤。發育于第四紀紅土、花崗巖、板頁巖、砂礫巖、石灰巖坡（殘）積物，占土壤總面積的51.0%。受其成土母巖的影響，礦質元素（可溶態）含Fe、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性改造和利用自然的結果，又是人類賴以生存的最重要的資源之一。其成土母質為近代河流沖積物、泥質巖類風化物、紅砂巖類風化物、第四紀紅色粘土和酸性結晶巖類風化物等，不同母質類型水稻土剖面各層次有機質含量之間存在顯著性差異，耕作層、滲育層顯著高于母質層。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?？梢苑譃檠陀汀笥?、漂白型和潛育型4個亞類[10]。

1.2.1 淹育型水稻土 該類型水稻土開墾時間較短、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紅土和板頁巖母質地區的緩坡地帶，地形部位相對較高，由于水分在土體中長期的側向運動，致使土體中有色物質被漂洗殆盡，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田，包括沖垅下部、平區低洼地、丘崗間洼地等地形部位。由于常年處于淹水狀態，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，成土母質以沙頁巖、板巖、花崗巖為主。該類型土壤地處環境濕度較大，土壤經常保持潮濕，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化發育而來，其成土母質為中生代紫色砂頁巖風化物，土壤中磷、鉀含量比較豐富，不用經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、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，其成土母質為不同時期的沉積巖、玄武巖和第四紀沉積物。黃棕壤分布地區，具有雨量多、濕度大、氣溫低、日照短等氣候特點，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

潮土發育于近代河流沖積物和湖積物，其成土母質主要是賦存于第四紀更新世的砂、砂礫、砂質粘土、粉砂細質粘土、淤泥等。該類型土壤偏砂，通透性好，礦質元素（可溶態）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，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的影響

成土母質是土壤形成的物質基礎，是構成土壤的原始材料，其組成和理化性質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、生物、時間等綜合作用下的產物。水稻土是在一定的自然環境、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；在排水、晾田季節，耕作層呈氧化狀態。這種周期性的干濕交替過程，形成了水稻土特有的物理、化學和生物性狀[12]。

2.1 氧化還原狀態

土壤的氧化還原狀態通常以氧化還原電位（Eh值）的高低來衡量，一般認為，當Eh值高于300 mV時，土壤以氧化狀態為主；Eh值若低于300 mV，土壤以還原狀態為主。在淹水狀態下，稻田土壤耕作層為水分所飽和，處于還原狀態。據研究，當土壤處于在還原狀態時，其中的無機氮幾乎全部以銨態氮存在，有利于水稻的吸收利用，同時，銨態氮是陽離子，容易被土壤膠體吸附，不易流失。同時，在低Eh值條件下，鎘更易于由水溶態和可交換態轉化為無效態，有效降低土壤溶液中的鎘含量，提高水稻對鎘的耐受性，增強其生態修復效應[13-14]。于童等[15]的研究表明，當氧化性土壤的初始Eh值降低時，pH上升，原有氧化鐵表面基團釋放出H+，負電性增加，從而對溶液中帶正電的鎘離子或離子團的吸附性增大，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，最后趨于中性而達到平衡，從而加快磷酸鐵的水解，促進高價鐵鹽、硅復合體的還原，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 土壤有機質含量

有機質是土壤的重要組成部分，是作物碳素營養和礦質養分的重要供給源。水稻土在淹水缺氧的情況下，嫌氣性微生物占居優勢，土壤的氧化還原電位降低，有機質分解速度緩慢，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或更強，積累的有機質嫌氣分解速度加快，有機物質在還原條件下分解，不僅不徹底，而且在氧化還原電位太低時，產生大量的有機酸，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物，不僅會阻礙水稻根部的泌氧能力，而且嚴重時會造成稻根發黑、腐爛和死亡。楊長明等[17]的研究表明，有機與無機肥配施必須同時實施合理水分管理，改善水稻植株根系形態和增強根系活力的效應才能更大。連續淹水模式因土壤施入有機肥而加劇土壤還原狀況，導致土壤中還原性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、晾田、耕作等措施，調節土壤中氧化還原狀態和pH，不斷更新土壤營養環境，滿足水稻生長發育對養分的需要[14，18]。

2.4 氮素的存在狀態

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外，其余都處于缺乏氧氣的還原狀態。銨態氮施入稻田土壤過程中，在土壤表層一部分會被氧化成硝態氮，然后下滲到還原層，在反硝化細菌的作用下，一部分會變成游離態氮釋放到空氣中。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標記硝態氮的反硝化作用，結果表明，氧化和還原條件下均能進行硝態氮的反硝化作用，在4周的培養試驗期間，直接測得的氧化和還原條件下的15N氣態損失分別占加入量的60.23%±8.04%和83.89%±4.79%，因此，在施用銨態氮或硝態氮化肥時，應深施為宜[20]。

3 高產土壤改良措施

根據目前土壤的理化性質和肥力豐缺狀況，推廣測土配方施肥技術，實行因土施肥，提高施肥效益。采取工程措施、生物措施和農藝措施相結合的土壤改良技術，改良土壤結構、培肥地力。推廣水旱輪作、作物間作，適度深耕，增加耕層厚度，增施有機肥，大力推廣植物綠肥，改善稻田土壤的生態環境，提高土壤的肥力水平[21]。

3.1 土壤結構改良

通過施加畜禽糞便、作物秸稈、農作物副產品，提高土壤的有機質含量，促進土壤團粒結構的形成，改良土壤結構，提高肥力和固定表土，保護土壤耕層。

3.2 酸性土壤改良

控制化工業廢水、廢氣和廢渣的排放和任意堆放，控制酸雨的發展；對已經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 小結與展望

成土母質是稻田土壤形成的物質基礎，影響著土壤無機膠體的形成[22]。而土地的利用是干預土壤結構最重要的人類活動，人類通過不同的利用方式干擾和調整著土壤中有機膠體的組成。不合理的土地開發和利用破壞了土壤的結構，加速了土壤綜合質量的退化[23-24]。提高肥力是保證農業高產、穩產和優質的前提，增施有機肥，不斷提高土壤有機質含量是提高土壤肥力的重要環節，有機質能夠增加土壤的通氣性、透水性、蓄水性，進而保水、保肥能力增強；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，根據土壤不同的土壤類型和成土母質，通過測土配方施肥，對于土壤改良會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田土壤肥力及構建健康的農田生態系統方面的深入研究提供借鑒。

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