長江中下游糧食主產(chǎn)區(qū)25年來稻田土壤養(yǎng)分演變特征

李建軍， 辛景樹， 張會民， 段建軍，任 意， 孫 楠， 徐明崗

(1貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州貴陽 550025； 2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與養(yǎng)分循環(huán)重點實驗室，北京 100081； 3全國農(nóng)技推廣服務(wù)中心，北京 100026)

長江中下游糧食主產(chǎn)區(qū)25年來稻田土壤養(yǎng)分演變特征

李建軍1,2， 辛景樹3， 張會民2*， 段建軍1*，任 意3， 孫 楠2， 徐明崗2

(1貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州貴陽 550025； 2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與養(yǎng)分循環(huán)重點實驗室，北京 100081； 3全國農(nóng)技推廣服務(wù)中心，北京 100026)

【目的】目前我國的水稻產(chǎn)量約占糧食總產(chǎn)量的一半以上，面積占耕地總面積的30%，為了探明我國水稻土土壤養(yǎng)分和肥力的演變特征，科學(xué)合理地指導(dǎo)稻田土壤養(yǎng)分管理和施肥，本文對長江中下游水稻主產(chǎn)區(qū)20世紀80年代以來國家水稻土長期動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了整理分析。【方法】 利用時間趨勢分析和中值分析的方法對長江中下游地區(qū)稻田土壤養(yǎng)分隨時間的變化趨勢進行了分析，分別總結(jié)了土壤有機質(zhì)(SOM)、全氮(TN)、堿解氮(AN)、有效磷(AP)和速效鉀(AK)的含量以及土壤pH在不同監(jiān)測時期的演變特征和總體變化趨勢；用統(tǒng)計分析得出不同監(jiān)測時期施肥量的變化情況；運用主成分分析的方法對上述6大肥力指標對該區(qū)土壤綜合肥力屬性的年代變化趨勢所產(chǎn)生的作用和影響進行了分析，得出不同監(jiān)測時期土壤肥力主要貢獻因子和限制性因子的變異情況?！窘Y(jié)果】 1)我國長江中下游地區(qū)稻田土壤有機質(zhì)、全氮和堿解氮含量與監(jiān)測初期相比均略有升高，其中有機質(zhì)含量從監(jiān)測中期到監(jiān)測后期上升趨勢明顯 (P<0.05)，堿解氮從監(jiān)測初期到中期也呈顯著性增加趨勢 (P<0.05)； 2)監(jiān)測25年來，土壤有效磷含量從12.4 mg/kg增加到12.9 mg/kg，土壤速效鉀含量總體上呈穩(wěn)中有升的變化趨勢，與監(jiān)測初期相比，監(jiān)測中期和監(jiān)測后期的速效鉀含量分別增加了13.9 mg/kg和17.9 mg/kg； 3)土壤pH值總體呈緩慢降低的趨勢，下降了0.37個單位，表明在當前的施肥和田間管理措施下我國水稻土存在一定的酸化趨勢； 4)土壤全氮、堿解氮與有機質(zhì)含量變化存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，且變化趨勢基本一致； 5)與監(jiān)測初期相比， 20_25年后水稻土土壤肥力主要貢獻因子由全氮、堿解氮和有機質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿?、堿解氮和速效鉀，主要限制因素從有效磷和速效鉀含量的缺乏轉(zhuǎn)向pH值的逐漸降低。【結(jié)論】在農(nóng)民習慣的耕作施肥管理條件下，該地區(qū)稻田土壤養(yǎng)分含量基本呈上升趨勢，說明土壤肥力總體上得到了改善；但土壤pH在一定程度上已顯現(xiàn)出對土壤肥力的限制性作用，所導(dǎo)致的酸化趨勢需要關(guān)注。另外，從農(nóng)田養(yǎng)分平衡管理的角度看，土壤速效鉀和有效磷仍然是該區(qū)稻田持續(xù)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要影響因素，在施肥過程中對鉀與磷的投入仍需加強，而氮肥施用量需要合理控制。

常規(guī)施肥；稻田；土壤養(yǎng)分；土壤肥力；變化趨勢

水稻是我國最重要的糧食作物，長江中下游地區(qū)則是我國最重要的水稻種植和分布區(qū)。2010年長江中下游地區(qū)水稻種植面積為1.49×107hm2，占全國水稻種植面積的49.87%，總產(chǎn)量9.85×106t，占全國稻谷總產(chǎn)量的50.33%[1]。因此保持并不斷提高我國包括長江中下游地區(qū)的水稻產(chǎn)量對我國糧食安全具有舉足輕重的作用。然而水稻單產(chǎn)高低和水稻土土壤肥力狀況很大程度上取決于土壤養(yǎng)分含量及其比例，監(jiān)測、分析我國及長江中下游地區(qū)水稻土土壤養(yǎng)分狀況及其演變特征對我國糧食生產(chǎn)和糧食安全以及水稻土科學(xué)管理都具有重要的現(xiàn)實意義。

目前關(guān)于土壤養(yǎng)分的研究和監(jiān)測工作已有大量報道。如自全國第二次土壤普查以來，我國農(nóng)田土壤氮、磷持續(xù)盈余且盈余量持續(xù)加大，鉀虧缺逐年緩和，有機質(zhì)含量除東北地區(qū)外大部分地區(qū)呈上升趨勢[2-3]。我國耕地土壤在常規(guī)施肥管理水平下從1985_1997年有機質(zhì)和氮、磷、鉀含量不斷提高；1998_2006年間土壤肥力狀況基本穩(wěn)定，其中有效磷穩(wěn)中有升，速效鉀變化不大，不同區(qū)域土壤養(yǎng)分含量和pH值的變化趨勢存在一定差異[4]。張世熔等對1980和 2000年河北省曲周縣124個樣點耕層土壤有效磷和速效鉀含量的分析結(jié)果表明，2000年該縣土壤有效磷和速效鉀平均含量為8.8 mg/kg和90.0 mg/kg, 分別比1980年增加69.2%和降低46.1%[5]。

對水稻土土壤養(yǎng)分含量和動態(tài)研究也有不少報道，如我國南方水稻主產(chǎn)區(qū)1987_2006年土壤有機質(zhì)平均含量由28.6 g/kg上升到 33.4 g/kg，增幅為16.8%，隨種植年限的增加土壤有機質(zhì)略呈上升趨勢[6]。劉暢等對不同施肥措施下亞熱帶稻田土壤有機碳、全氮的演變特征及其耦合關(guān)系進行了研究，結(jié)果表明，1986_2003年不施肥處理稻田的土壤有機碳和全氮含量略呈下降趨勢；施化肥處理的土壤有機碳和全氮含量分別提高了13%和18%，土壤C/N為8.5_12.9[7]。1990_2005年南方?jīng)_積性水稻土施氮、磷、鉀化肥或氮磷鉀化肥與有機肥配施處理的速效鉀呈上升趨勢[8]。另外近期有研究表明，我國主要農(nóng)田土壤酸化嚴重[9]，尤其是紅壤酸化已經(jīng)成為南方稻田作物生長的重要限制因子[10-11]。長達20年的紅壤耕地pH值定位觀察試驗也發(fā)現(xiàn)土壤pH值平均每10年下降0.8，其中江西興國農(nóng)田定位觀察試驗點的土壤pH值平均降幅達0.94個單位[12-13]。

然而綜合目前有關(guān)農(nóng)田土壤養(yǎng)分和肥力演變的一系列研究不難發(fā)現(xiàn)，在國家層面和大區(qū)域尺度上對水稻土土壤養(yǎng)分和肥力的長期動態(tài)變化過程的分析和研究還比較缺乏，其演變特征尚不明確，尤其是有關(guān)土壤肥力演變過程中主要限制和貢獻因子的研究還未見報道。因此，本研究整理并分析了農(nóng)業(yè)部1988年以來長江中下游地區(qū)稻田土壤養(yǎng)分的監(jiān)測數(shù)據(jù)資料，旨在揭示25年來在我國農(nóng)民習慣施肥管理方式下，稻田土壤養(yǎng)分的長期變化趨勢，并進一步分析稻田土壤肥力屬性的年代差異，為稻田土壤肥力培育和制訂更科學(xué)的施肥策略提供重要的參考依據(jù)。

1 材料與方法

長江中下游雙季和單季稻區(qū)共有80個國家水稻土養(yǎng)分長期動態(tài)監(jiān)測點，分布在江蘇(8)、上海(3)、浙江(7)、安徽(15)、江西(8)、湖北(13)、湖南(26)等七省市(圖1)。本區(qū)屬亞熱帶濕潤季風氣候，稻作生長季210_260 d，≥10℃積溫4500_6500℃，日照時數(shù)700_1500 h，稻作期降水量700_1600 mm。稻作土壤在平原地區(qū)多為新積土、潮土和沼澤土，在丘陵山地多為紅壤、黃壤、黃棕壤和黃褐土。監(jiān)測點絕大部分從1988年開始監(jiān)測記錄，期間又做部分調(diào)整，并新增加了一些監(jiān)測點位，因此將80個監(jiān)測點劃分為監(jiān)測初期(1988_1992年)、監(jiān)測中期(1993_2007年)和監(jiān)測后期(2008_2012年)3個時間段進行分析，以避免個別年份點位差異對土壤養(yǎng)分指標演變規(guī)律造成影響。另外，為減少個別年份年際間氣候變異的影響，分別以前5年(1988_1992年)和后5年(2008_2012年)的養(yǎng)分含量中值表示監(jiān)測初期和監(jiān)測后期的養(yǎng)分狀況。

監(jiān)測項目每個監(jiān)測點設(shè)對照(不施肥)和常規(guī)施肥(農(nóng)民習慣施肥)兩個處理。依照當?shù)剞r(nóng)民習慣進行施肥、輪作及水肥管理，并記錄不同時期的施肥量、肥料種類、養(yǎng)分含量、作物類型等信息。每季水稻收獲后采集耕層土壤(0—20 cm)樣品，用常規(guī)分析方法[14]測定有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀以及土壤pH值等土壤肥力指標。試驗數(shù)據(jù)采用MS Excel 2007軟件進行整理；運用Sigmaplot10.0和SPSS17.0進行相關(guān)分析及顯著性檢驗；采用SAS軟件結(jié)合周波等[15]的方法作主成分分析。

另外，鑒于算術(shù)平均數(shù)容易受一組數(shù)據(jù)中極端數(shù)值(特大或特小)的影響，代表性較差，所以本研究中有關(guān)土壤養(yǎng)分和施肥量演變趨勢的數(shù)據(jù)均以中值表示。不同監(jiān)測時期土壤養(yǎng)分與施肥量中值之間采用 Kruskal-Wallis H單向顯著性檢驗(P<0.05)；基本思想是，如果多個總體的中位數(shù)無顯著差異，或者說多個總體有共同的中位數(shù)，那么這個共同的中位數(shù)應(yīng)在各樣本組中均處在中間位置上，于是，每組樣本中大于該中位數(shù)或小于該中位數(shù)的樣本數(shù)目應(yīng)大致相同。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分變化趨勢

2.1.1 土壤有機質(zhì) 縱觀整個變化過程，長江中下游區(qū)稻田土壤有機質(zhì)含量總體略呈上升趨勢，經(jīng)過20_25年間的演變，從監(jiān)測初期的29.4 g/kg增加到監(jiān)測后期的30.8g/kg(圖2)；尤其從監(jiān)測中期到后期，呈顯著性上升趨勢(P<0.05)。

2.1.2 土壤全氮 從總體變化情況來看，土壤全氮的變化趨勢與土壤有機質(zhì)相近，基本呈現(xiàn)上升趨勢；從監(jiān)測初期到監(jiān)測中期土壤全氮含量由1.7 g/kg增加到1.8g/kg；而從監(jiān)測中期到監(jiān)測后期沒有明顯的增減變化，基本趨于穩(wěn)定(圖3)。

2.1.3 土壤堿解氮 該區(qū)土壤堿解氮含量總體呈上升趨勢；尤其從監(jiān)測初期到監(jiān)測中期，上升趨勢明顯(P<0.05)，總體增加了11 mg/kg；而監(jiān)測中期以后土壤堿解氮含量總體變化趨勢相對平緩。

2.1.4 土壤有效磷 長江中下游地區(qū)稻田土壤有效磷含量總體呈上升趨勢(圖5)；分析結(jié)果顯示，監(jiān)測初期土壤有效磷含量為12.4 mg/kg，20_25年后總體含量增加到12.9 mg/kg，并且從監(jiān)測初期到中期的增長幅度要大于從監(jiān)測中期到后期的增長幅度。

2.1.5 土壤速效鉀 從圖6可以明顯看出，近25年來長江中下游地區(qū)稻田土壤速效鉀含量的變化趨勢表現(xiàn)為穩(wěn)步上升。而對三個監(jiān)測時期的變化情況進行差異性分析可得出，每個監(jiān)測階段之間都呈現(xiàn)出顯著性差異(P<0.05)；其中，監(jiān)測后期土壤速效鉀含量為74 mg/kg，與監(jiān)測中期(70 mg/kg)和監(jiān)測初期(56.1 mg/kg)相比，分別提高了7.1%和31.9%。

2.1.6 土壤pH值 由圖7可知，長江中下游區(qū)稻田土壤pH值總體呈下降趨勢，監(jiān)測25年后下降了0.37個單位。尤其從監(jiān)測初期(6.4)到監(jiān)測中期(6.0)，土壤pH值下降顯著(P<0.05)。

2.2 施肥用量的變化趨勢

通過對長江中下游地區(qū)25年來農(nóng)民習慣性管理水平下肥料施用量(由于信息記錄的原因，本文以數(shù)據(jù)相對完善的第一季作物施肥量的變化情況為例)的統(tǒng)計分析可以看出，肥料總施用量整體上隨時間呈上升趨勢，從監(jiān)測初期的194.9 kg/hm2增加到監(jiān)測后期的219.1kg/hm2，增加了12.4%。但每種肥料施用量(氮肥、磷肥、鉀肥)的變化趨勢卻不盡相同(圖8)：氮肥的施用量總體呈上升趨勢，由監(jiān)測初期的322.3kg/hm2增加到監(jiān)測后期的324.3 kg/hm2；磷肥用量從監(jiān)測初期到監(jiān)測中期總體上呈增加趨勢，但到監(jiān)測后期由于數(shù)據(jù)記錄大量的缺失，具有的信息不能真實地反映農(nóng)民的磷肥施用情況；而鉀肥的施用量持續(xù)增加，并且在監(jiān)測的每一階段都呈現(xiàn)出顯著性差異(P<0.05)，由監(jiān)測初期的61.2 kg/hm2分別增加到中期的108 kg/hm2和后期的119.7 kg/hm2，增加幅度分別為76.5%與95.6%。

2.3 不同年代土壤肥力演變的主成分分析

從以上對長江中下游地區(qū)稻田土壤養(yǎng)分變化趨勢的分析可以看出，從1988年到2012年間，土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷以及速效鉀的含量均呈上升趨勢，土壤pH值呈下降趨勢；但不同階段的變化幅度和差異不盡相同，因此，不同肥力指標隨時間的變化趨勢存在較大的差異。由于單個土壤肥力指標的分析不能很好地反映土壤綜合肥力屬性的年代變化規(guī)律，故運用主成分分析的方法對土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH值6個肥力指標進行了分析，并分析了其對土壤綜合肥力屬性的年代變化趨勢所產(chǎn)生的作用和影響。

2.3.1 土壤養(yǎng)分各指標的相關(guān)系數(shù)矩陣 運用相關(guān)系數(shù)公式，計算該區(qū)各土壤養(yǎng)分指標之間的相關(guān)系數(shù)矩陣(表1)?？梢钥闯?，從1988年到2012年間，長江中下游糧食主產(chǎn)區(qū)稻田土壤全氮、堿解氮與有機質(zhì)含量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。

2.3.2 主成分貢獻率 根據(jù)統(tǒng)計學(xué)累計貢獻率≥85%來提取主成分的原則，本研究分別從監(jiān)測初期(1988_1992)和后期(2008_2012)同時提取了3個主成分。監(jiān)測初期統(tǒng)計結(jié)果表明，第1、2、3主成分對于總方差的貢獻率分別為52.8%、20.7%、17.0%，三者之和達到90.4%，即前三個主成分能夠把土壤全部指標所提供信息的90.4%反映出來(表2)。同樣，由監(jiān)測后期的統(tǒng)計結(jié)果(表3)也可以看出，前3個主成分的累計貢獻率達到86.5%，即能夠把土壤全部指標所提供信息的86.5%反映出來。因此，利用主成分分析長江中下游地區(qū)稻田土壤肥力屬性的變異情況是可靠的。

注(Note): *—P<0.05； **—P<0.01

注(Note): EV—Eigenvalues; PTVEV—Proportion of the total variance explained variance; CP—Cumulative percentages; CVEF—Characteristic value of each factor; CR—Contribution ratio; CCR—Cumulative contribution rate.

注(Note): EV—Eigenvalues; PTVEV—Proportion of the total variance explained variance; CP—Cumulative percentages; CVEF—Characteristic value of each factor; CR—Contribution ratio; CCR—Cumulative contribution rate.

2.3.3 特征值和特征向量的計算 表4、表5分別為監(jiān)測初期和后期所對應(yīng)的初始因子載荷矩陣，每一個載荷量所表示的就是主成分與對應(yīng)變量的相關(guān)系數(shù)。而A1、A2、A3分別為所提取的主成分中每個養(yǎng)分指標所對應(yīng)的特征向量。

2.3.4 主要肥力因素分析 提取的主成分是原來各個指標的線性組合，各指標的權(quán)數(shù)為特征向量；它所表示的是各個單項指標對于主成分的重要程度并決定了該主成分的實際意義。因此，各肥力指標在主成分中的綜合得分，即各肥力指標在3個主成分中所對應(yīng)的載荷系數(shù)、特征向量(表4、表5)與該主成分的貢獻率(表2、表3)的乘積加和(表6)。由計算結(jié)果分析可以得出，監(jiān)測初期該區(qū)土壤肥力的主要決定因素是全氮、堿解氮和有機質(zhì)，主要障礙因素是土壤有效磷、速效鉀含量的缺乏。20_25年后土壤肥力變化偏向于有效磷和速效鉀含量提高，pH有所降低；土壤肥力的主要決定因素是土壤全氮、堿解氮和速效鉀，主要限制因素可能為較低的pH值。因此，可以看出，從監(jiān)測初期到監(jiān)測后期，土壤肥力的主要決定指標和限制性因素發(fā)生了較大的變化。并且通過對土壤綜合肥力的判別分析發(fā)現(xiàn)，兩個年代的土壤綜合肥力存在一定差異。

3 討論與結(jié)論

土壤養(yǎng)分盈虧是導(dǎo)致農(nóng)田土壤肥力時空變化的主要因素[16]，而研究表明導(dǎo)致土壤養(yǎng)分盈虧變化的主要原因之一就是施肥量和施肥種類的變化[17]。施肥量的增減和施肥種類的不斷變化而導(dǎo)致的農(nóng)田養(yǎng)分平衡尤其是氮、磷、鉀養(yǎng)分平衡的波動是農(nóng)田土壤肥力演變的主要影響因素。

綜合25年來長江中下游地區(qū)稻田土壤養(yǎng)分變化趨勢，可以看出，該區(qū)稻田土壤肥力總體得到了改善，除土壤pH值外，土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷以及速效鉀含量基本呈現(xiàn)上升趨勢，與陳斌等[18]的觀測分析結(jié)果一致。土壤有機質(zhì)的穩(wěn)定水平取決于農(nóng)田有機碳投入和輸出之間的平衡[19]。馬俊永等[20]研究表明，除增施秸稈外，單施化肥也能提高土壤有機質(zhì)含量，而化肥配施秸稈更有利于土壤有機質(zhì)的積累。長期定位試驗研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田及有機肥配施氮、磷、鉀化肥，還能提高土壤耕層有效磷和速效鉀的含量[21-22]。然而化肥尤其是化學(xué)氮肥的大量施用可導(dǎo)致農(nóng)田氮素大量盈余，1995年我國南方的浙江、福建、江西、湖南、廣東和廣西6省區(qū)農(nóng)田氮素盈余量分別占輸入量的52%、185%、76%、104%、185%和70%[23]。沈善敏等研究指出，長期施磷肥或有機肥能顯著擴大土壤有效磷庫，其中23年不施肥黑土全磷和有效磷含量分別下降了37.4%和60.0%，而施用磷肥則土壤全磷含量增加了53.9%_65.7%，有效磷增加了6_15倍[24-25]。可見，長期施肥對土壤養(yǎng)分有重要影響，施肥量的增減和施肥種類的變化直接影響土壤養(yǎng)分的演變趨勢。

長江中下游地區(qū)水稻土監(jiān)測點的數(shù)據(jù)顯示，監(jiān)測初期到監(jiān)測后期肥料的總施用量從194.9 kg/hm2增加到219.1 kg/hm2，增加了12.4%，農(nóng)用氮肥和鉀肥分別增加了0.6%和95.6%，磷肥用量從監(jiān)測初期到監(jiān)測中期也呈現(xiàn)增加趨勢。而《中國農(nóng)業(yè)年鑒》的統(tǒng)計結(jié)果為，該區(qū)監(jiān)測前期農(nóng)用氮肥施用量為510.1×104_566.5×104t，磷肥施用量為141.9×104_164.9×104t，鉀肥施用量為40.7×104_69.9×104t，復(fù)合肥施用量為60.3×104_124.3×104t。隨著人們對施肥的日益重視，該區(qū)肥料施用量，尤其是化肥施用量不斷增加，到監(jiān)測后期，農(nóng)用氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥的施用量分別上升到652.8×104_662.2×104t，210.2×104_212.8×104t，144.4×104_154.6×104和401.5×104_485.5×104t[1]。與監(jiān)測初期相比，農(nóng)用氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥大約每公頃分別增加了0.10 t，0.04 t，0.07 t，0.24 t[1]，與該區(qū)水稻土監(jiān)測點的施肥用量的變化趨勢相一致，因此導(dǎo)致土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷以及速效鉀含量基本上都保持上升趨勢。另外，注重秸稈還田，推行淺耕和免耕的耕作方式也會在一定程度上增加有機質(zhì)等養(yǎng)分的積累[26-27]。

長江中下游地區(qū)稻田土壤pH值總體呈逐漸下降趨勢，從1988年到2012年總體下降了0.37個單位。長期不合理施用化學(xué)肥料可導(dǎo)致土壤酸化，尤其是化學(xué)氮肥對土壤酸化的影響比酸沉降大25倍[28-29]；如果連續(xù)施用10_20年，一些農(nóng)田的耕層土壤pH值下降幅度可超過1.0個單位，且隨施氮量的增加而明顯增加[30]。該區(qū)氮肥施用量20_25年來每公頃增加了0.10 t[1]，是該區(qū)pH值下降的主要原因。

主要肥力貢獻因子和限制因子的變化與化肥投入量的持續(xù)增加有關(guān)，隨氮肥用量的增加，磷、鉀肥用量也在逐年增加，與監(jiān)測初期相比，20_25年后磷肥和鉀肥的施用量分別增加了(58.1±10.2)×104t和(94.2±9.5)×104t，增幅為37.9%和170.3%[1]。土壤肥力的主要貢獻因子從全氮、堿解氮和有機質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥廊?、堿解氮和速效鉀，主要限制因素從有效磷和速效鉀含量的缺乏轉(zhuǎn)向pH值的逐漸降低，這表明從農(nóng)田養(yǎng)分平衡管理的角度來看，土壤速效鉀和有效磷仍然是該區(qū)稻田持續(xù)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要影響因素，在施肥過程中對鉀與磷的投入和補充仍需加強，而氮肥施用量需要合理控制。另外，農(nóng)田養(yǎng)分含量與作物產(chǎn)量之間的關(guān)系密切，尤其是大區(qū)域間農(nóng)田基礎(chǔ)地力的演變與土壤綜合肥力的時空變異存在著深遠的聯(lián)系，但二者之間又有著顯著的區(qū)別。以后的研究有待結(jié)合產(chǎn)量等數(shù)據(jù)進一步深入分析稻田土壤肥力及基礎(chǔ)地力的時空演變特征，以便更加全面地了解農(nóng)田地力的演變規(guī)律。

致謝：本文的完成得到了全國農(nóng)技推廣服務(wù)中心和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所各位專家老師的關(guān)心和幫助，在此表示衷心地感謝！同時感謝沈浦、蔡岸東、岳龍凱、何亞婷在文章修改過程中給予的建議和協(xié)助。

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Evolution characteristics of soil nutrients in the main rice production regions, the middle-lower reach of Yangtze River of China

LI Jian-jun1,2, XIN Jing-shu3, ZHANG Hui-min2*, DUAN Jian-jun1*, REN Yi3, SUN Nan2, XU Ming-gang2

(1CollegeofAgriculture,GuizhouUnierisity,Guiyang,Guizhou550025,China; 2InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,CAAS/KeyLaboratoryofCropNutritionandFertilizationoftheMinistryofAgriculture,Beijing100081,China; 3TheCenterofExtendingandServiceofAgriculturalTechniqueinChina,Beijing100026,China)

【Objectives】In China, rice accounts for more than half of total grain production, and more than 30% of the total cultivated land. However, research of paddy soil nutrient evolution with large area scale on the national level has not been carried out, the evolution dynamic and process of soil fertility need to be investigated. In this study a long-term, since 1980s multi-point monitoring experiments were set up for investigating the evolution characteristics of soil nutrients and fertility in the major rice production regions, the middle-lower reach of Yangtze River of China. 【Methods】The temporal change and principal component analysis were carried out for the soil nutrients and the rational fertilization in the paddy fields. At first, the change of paddy soil nutrients over time in the area was analyzed using temporal change descriptive statistics analysis, and summarized results of the evolution characteristics and overall trend about soil organic matter (SOM), total nitrogen (TN), alkaline-hydrolyzable N (AN), available phosphorous (AP), available potassium (AK) content and soil pH in different monitoring periods. Secondly, the fertilization amount trend in different monitoring period was analyzed using statistical analysis. Finally, the role and influence of the six fertility indicators, at the temporal trend of integrated soil fertility properties were analyzed using the principal component analysis, and the results were provided with the variation of the main contribution factor and limiting factor of soil fertility in different monitoring periods. 【Results】 1) Compared with the first monitoring stage, SOM, TN and AN slightly increased after 20-25 years, SOM significantly increased from middle monitoring stage to the later monitoring stage (P<0.05), while AN also significantly increased from first monitoring stage to the middle monitoring stage (P<0.05). 2) AP increased from 12.4 mg/kg to 12.9 mg/kg. Similarly, AK was increased by 13.9 mg/kg and 17.9 mg/kg respectively in the middle monitoring stage and later monitoring stage compared with the first monitoring stage. 3) In general soil pH was decreased by 0.37 units, which indicated that the famer’s habitual fertilization model and field management led to soil acidification in the paddy field soils. 4) Three nutrient indexes (SOM, TN, and AN) were significantly positive correlations (P<0.01), with a similar temporal change trends. 5) Compared with the first monitoring stage, 20-25 years later, the main contribution factors for soil fertility in these paddy fields were changed from TN, AN and SOM to TN, AN and AK. The main restricted factors for soil fertility were changed from the deficits of AP and AK to the declined pH value.【Conclusions】In general, the soil nutrients increased under famer’s habitual fertilization model in the paddy fields, which indicated that soil fertility improved. However, it appeared that the soil acidification became the restrict factors for soil fertility. In addition, from the perspective of farmland nutrient balance management, soil available potassium and phosphorus are still the key influence factors of sustainable production and development of agriculture in paddy soil. Potassium and phosphorus fertilizer inputs needs to be strengthened in the fertilization process, and nitrogen fertilizer needs to be reasonable controlled.

conventional fertilization; paddy field; soil nutrients; soil fertility; change trend

2014-05-23 接收日期： 2014-09-07

國家“973”課題(2011CB100501)； 公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項經(jīng)費項目(201203030)資助。

李建軍(1987—)， 男， 河南信陽人， 碩士研究生， 主要從事土壤肥力與作物生產(chǎn)研究。 E-mail: lijjyes@126.com * 通信作者 E-mail: zhanghuimin@caas.cn; E-mail: djjwxl@126.com

158.3

A

1008-505X(2015)01-0092-12