深汕特別合作區水稻田土壤肥力狀況調查與分析

劉夢丹,胡思敏,王宗抗

(1.深圳時代融創生態科技有限公司,廣東深圳 518000;2.深圳市芭田生態工程股份有限公司,廣東深圳 518000)

深汕特別合作區位于粵港澳大灣區最東端,總面積為468.3 km2,包括鵝埠、赤石、小漠、鲘門4個鎮和圓墩林場,憑借豐富的土地資源、水資源等優勢,成為深圳市重要的農業生產區,水稻產業更是全區農業結構的重要組成部分[1-2]。廣東省水稻種植面積占糧食作物種植總面積的75%以上,稻米也是居民重要主食,在新冠疫情常態化的新形勢下,水稻高產優質直接影響糧食安全[3]。黃繼川等[4]研究表明,與第二次土壤普查相比,隨著農業生產和經濟發展,廣東省水稻田的土壤肥力狀況發生了明顯變化,水稻土有機質、全氮、堿解氮、有效磷含量呈上升趨勢,速效鉀含量呈下降趨勢,并指出今后水稻增產需增加有機肥和鉀肥的施用。目前研究主要集中在特定的地域和條件下,改變土壤利用方式和施肥措施對土壤pH、土壤團聚體[5]、微生物多樣性及氮磷鉀等土壤肥力狀況的影響,也有關于土壤肥力狀況和水稻產量量化關系的研究。李新悅等[6]研究發現秸稈還田配施化肥可提高 0～20和20～40 cm土層團聚體穩定性,并增加團聚體氮、磷、鉀養分含量,尤其是大團聚體(>1 mm)。李秀芝等[7]研究發現紫色水稻土利用方式對土壤鉀的賦存形態產生顯著影響。劉淑軍等[8]選取土壤pH及有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量等土壤肥力評價指標,運用土壤肥力質量指數和水稻產量之間的關系模型對祁陽縣紅壤丘陵雙季稻區的土壤培肥管理和生產力進行評估。土壤肥力是水稻高產優質的基礎資源,受成土母質、土地利用方式、自然氣候條件、培肥措施等因素的影響[8-9],以上研究的土壤肥力狀況具有明顯的區域差異,未能科學指導深汕特別合作區水稻生產。因此,探明深汕特別合作區水稻田土壤肥力狀況,對于促進深汕特別合作區農業高質量發展、保障國家糧食安全具有重要意義。筆者通過采集深汕特別合作區鵝埠、赤石、小漠、鲘門4個鎮的水稻田土壤表層(0～20 cm)樣品,測定有機質、大量元素及微量元素等土壤肥力關鍵指標,根據《廣東土壤》土壤肥力分級標準對當地水稻田土壤肥力狀況進行分析評價,為進一步探索深汕特別合作區水稻田土壤肥力提升和水稻生產新技術研究應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 土樣采集及處理于2021年11月在深汕特別合作區的水稻田采集土樣,共計采集32個水稻田土壤樣品,其中鵝埠鎮16個、赤石鎮12個、小漠鎮3個、鲘門鎮1個。因鵝埠鎮和赤石鎮為深汕特別合作區的主要水稻種植區,水稻種植面積比例較大,而小漠鎮和鲘門鎮的水稻種植面積較小,因此取樣點設置符合《測土配方施肥技術規程》(NY/T 2911)相關要求,可以代表該區域的水稻田土壤肥力狀況。每個取樣點按“S”型采樣法采集深度0～20 cm的土壤樣品,所取樣品均勻混合后采取四分法留取1 kg左右,風干后研磨分別過0.25和2.00 mm篩后測定土壤肥力指標。

1.2 測定項目與方法選取11項土壤肥力指標(pH、有機質、銨態氮、硝態氮、有效磷、速效鉀、有效硼、鐵、錳、銅、鋅)為評價指標,并采用常規方法測定[10-11]。土壤pH采用水浸-電位法測定;有機質采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測定;銨態氮采用靛酚藍比色法測定;硝態氮采用酚二磺酸比色法測定;有效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法測定;速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定;有效硼采用沸水浸提-甲亞胺比色法測定;有效鐵、錳、銅、鋅采用DTPA-TEA 浸提-原子吸收法測定。

1.3 數據處理采用Excel軟件對相關數據進行統計分析。土壤變異系數(CV,%)可表示土壤養分指標的離散程度,CV<15%為弱變異性,15%75%為強變異性[12]。

2 結果與分析

2.1 土壤pH由表1可知,土壤pH為4.08～5.79,平均值為5.01,屬于酸性土壤,變異系數為7.89%,屬于弱變異性。從深汕特別合作區水稻田土壤酸堿度分級狀況[13]看出(表2),強酸性土壤占9.37%、酸性土壤占81.25%、弱酸性土壤占9.38%,說明深汕特別合作區水稻田土壤在弱酸性到強酸性范圍,且有80%以上的土壤處于4.5～5.5,大部分屬于酸性土壤。

表1 水稻田土壤肥力指標

表2 水稻田土壤酸堿度分級狀況

2.2 土壤有機質與氮磷鉀養分土壤有機質含量為2.16～57.90 g/kg,平均含量為29.04 g/kg,處于中等水平,變異系數為44.41%,屬于中等變異性(表1)。從深汕特別合作區水稻田土壤有機質含量分級狀況[13]看(表3),土壤有機質含量大部分處于20 g/kg以上,占總樣品數的71.88%,分布于缺乏和極缺乏的土壤分別占25.00%和3.12%。整體上,深汕特別合作區水稻田土壤有機質含量中等偏上,但分布不均。

表3 水稻田土壤有機質與大量元素含量分級狀況

由表1可知,土壤硝態氮含量為0.36～9.53 mg/kg,平均含量為3.47 mg/kg,變異系數為84.07%,屬于強變異性。土壤銨態氮含量為0.08～339.00 mg/kg,平均含量為12.59 mg/kg,變異系數為473.69%,屬于強變異性。總體來看,深汕特別合作區水稻田土壤硝態氮、銨態氮含量總體較低,且含量差異較大。

土壤有效磷含量為1.50～227.00 mg/kg,平均含量為76.67 mg/kg,處于極豐富水平,變異系數為60.82%,屬于中等變異性(表1)。從表3可以看出,土壤有效磷含量大部分處于20 mg/kg以上,占總樣品數的93.75%,分布于極豐富、豐富、缺乏和極缺乏的土壤分別占81.25%、12.50%、3.13%和3.12%。整體上,深汕特別合作區水稻田土壤有效磷含量較豐富,但分布不均。

土壤速效鉀含量為9.00～806.00 mg/kg,平均含量為85.44 mg/kg,處于缺乏水平,變異系數為175.74%,屬于強變異性(表1)。由表3可知,土壤速效鉀含量大部分處于100 mg/kg以下的缺乏水平,占總樣品數的84.38%,分布于極豐富和豐富的土壤分別占12.50%和3.12%,分布于缺乏、很缺乏和極缺乏的土壤分別占12.50%、40.63%和31.25%。因此,深汕特別合作區水稻田土壤速效鉀含量總體偏低,分布不均。

2.3 土壤微量元素綜合評價土壤有效鐵含量為42.80～439.00 mg/kg,平均含量為217.43 mg/kg,處于較高水平,變異系數為52.58%,屬于中等變異性(表1)。從深汕特別合作區水稻田土壤微量元素含量分級狀況[13-14]看(表4),土壤有效鐵含量均處于20 mg/kg以上,占總樣品數的100%。總體上,深汕特別合作區水稻田土壤有效鐵含量較高。

表4 水稻田土壤微量元素含量分級狀況

土壤有效錳含量為1.01～29.30 mg/kg,平均含量為7.39 mg/kg,處于中等水平,變異系數為98.07%,屬于強變異性(表1)。從深汕特別合作區水稻田土壤微量元素含量分級狀況[13-14]看(表4),土壤有效錳含量分布于豐富和適宜的土壤分別占樣品總數的12.50%和40.63%,分布于缺乏和極缺乏的土壤分別占43.75%和3.12%。因此,深汕特別合作區水稻田土壤有效錳含量總體為中等偏低,分布不均。

土壤有效銅含量為0.25～3.71 mg/kg,平均含量為1.05 mg/kg,處于中等水平,變異系數為69.24%,屬于中等變異性(表1)。從深汕特別合作區水稻田土壤微量元素含量分級狀況[13-14]看(表4),土壤有效銅含量分布于很高、豐富和適宜的土壤分別占樣品總數的6.25%、34.37%和59.38%。總體上,深汕特別合作區水稻田土壤有效銅含量為中等偏上。

土壤有效鋅含量為0.37～6.20 mg/kg,平均含量為2.06 mg/kg,處于豐富水平,變異系數為79.99%,屬于強變異性(表1)。從深汕特別合作區水稻田土壤微量元素含量分級狀況[13-14]看(表4),土壤有效鋅含量分布于很高、豐富、適宜和缺乏的土壤分別占樣品總數的25.00%、37.50%、31.25%和6.25%。總體上,深汕特別合作區水稻田土壤有效鋅含量為中等偏上,但分布不均。

3 討論

南方水稻田土壤pH呈不同程度的降低,影響土壤微生物活性、養分離子淋失及重金屬離子有效性、有機質轉化等,進而影響水稻的生長發育[15-16]。曾勇軍等[17]研究表明,水稻在pH 5.0～6.0的土壤也能正常生長,當土壤pH下降至 5.0以下時,雙季稻前期分蘗受到抑制,產量顯著降低。深汕特別合作區的水稻田土壤pH大部分處于4.5～5.5,最適宜的土壤僅占9.38%,且有9.37%的土壤pH低于4.5,應注意采取輪作制度、種植綠肥、增施有機肥、施用礦物質土壤調理劑、石灰、鈣鎂磷肥等酸性土壤調理劑、推行測土配方施肥與水肥一體化等改良措施來提升水稻田土壤pH[18-25]。

有機質能改善土壤結構,提高土壤的保水保肥和供肥能力。深汕特別合作區的水稻田土壤有機質含量大部分處于中等偏上水平,但仍有28.12%的土壤有機質含量處于缺乏以下水平。氮、鉀、鋅、硼等元素有效量與有機質含量呈顯著正相關[26],因此在水稻施肥管理中,需注重有機肥的投入,特別是秸稈還田,且在有機質含量缺乏的稻田土壤增施有機肥,以提升土壤肥力。

水稻生長需要大量氮素、鉀素,土壤中主要以無機氮和速效鉀的形式直接吸收利用,而土壤中的無機氮大多以銨態氮和銷態氮形式存在。該研究中深汕特別合作區水稻田土壤硝態氮、銨態氮和速效鉀總體含量較缺乏,主要原因可能是研究區具有高溫多雨、雨熱同期的氣候特點,稻田中的氮素、鉀素通過氨揮發、反硝化作用、淋溶、徑流等途徑損失[27]。目前水稻田氮肥利用率僅30%,直接增施氮肥可能導致土壤酸化加劇[28-29]。侯文峰[30]、王秀娜等[31]研究顯示,氮鉀配施可顯著提高水稻產量、品質、抗病性及氮肥利用率。因此,深汕特別合作區水稻種植不宜通過直接增施氮肥來改善土壤氮缺乏狀況,提高氮肥利用率和平衡施肥是施肥管理中值得重視的環節,可結合水肥耦合施肥模式,采取優化基追肥比例、綠肥輪作-還田、增施有機肥及鉀肥、配施生物炭與鋅等增效劑來提升土壤氮、鉀供應能力[32-38]。

該研究中深汕特別合作區水稻田土壤有效磷含量高于20 mg/kg的土壤樣品占比達93.75%,土壤磷供應總體較充足,但土壤有效磷含量最高可達227 mg/kg,最低的僅為1.5 mg/kg,這可能是由于磷在土壤中極易被固定[39],且過量的土壤磷累積導致一系列農業面源污染[40]。黃家怡等[41]研究表明,磷肥減量20%后配施生物炭、腐殖酸的施肥方式對水稻產量無顯著影響,且明顯降低了磷流失風險。因而建議深汕特別合作區水稻種植過程中降低磷肥施用比例,配施含腐殖酸、有機質的肥料提高根系對土壤磷吸收利用率。

土壤微量元素有效量直接決定植物的吸收量,水稻土微量元素缺乏或過量均對水稻生長產生不良影響[42]。該研究中深汕特別合作區水稻田土壤有效鐵、銅、鋅含量整體較為豐富,有效錳含量水平分布不均,有46.87%的土壤處于錳缺乏狀況。研究表明,土壤pH、氧化還原電位(Eh)和有機質含量影響土壤微量元素有效量,尤其是有機質通過絡合固定作用可增加土壤微量元素有效量[27,43-44],采取葉面噴施可有效提高水稻對微量元素的吸收利用效率[45-46],達到顯著增產效果。因此,在微量元素缺乏的水稻田通過葉面補充微量元素,配施有機肥等措施進行補充。

4 結論

根據以上對深汕合作區水稻田土壤質量狀況的分析,結果表明深汕特別合作區的水稻田土壤pH大部分處于4.5～5.5,最適宜的土壤僅占9.38%;有機質含量大部分處于中等偏上水平,但仍有28.12%的土壤有機質含量處于缺乏以下水平;土壤硝態氮、銨態氮和速效鉀總體含量較低;土壤速效磷、有效鐵含量豐富,有效銅、鋅含量整體中等偏上;有效錳含量總體中等偏低,且分布不均,有46.87%的土壤處于錳缺乏狀況。

根據以上結果,建議根據深汕特別合作區水稻田土壤養分豐缺狀況進行平衡施肥,通過有機無機配合施用、葉面噴施等方式針對性補充缺乏的養分,相應減少磷肥、含鐵肥料的施用,注重有機肥投入、綠肥種植及秸稈還田以提高土壤保水保肥能力,對酸性或強酸性的水稻田適量施用礦物質土壤調理劑、有機肥、石灰氮及石灰以有效改善土壤酸化。該研究只是初步對深汕特別合作區水稻田土壤的主要養分指標進行評價,后期還需結合水稻營養需求、目標產量及品質深入研究,建立更完整的水稻施肥體系。