近30年我國(guó)典型水稻土肥力演變特征

武紅亮，王士超，閆志浩，槐圣昌，馬常寶，薛彥東，徐明崗，盧昌艾*

（1 中國(guó)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/耕地培育技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2 農(nóng)業(yè)部耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)保護(hù)中心，北京 100125）

水稻土是我國(guó)重要的土地資源，也是面積最大、分布最廣的耕地土壤類(lèi)型。目前，我國(guó)水稻種植面積3300多萬(wàn)公頃，占全國(guó)耕地面積的1/5，其產(chǎn)量約占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的1/2[1]，維持水稻土生產(chǎn)力的穩(wěn)定輸出對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)和安全至關(guān)重要。而土壤生產(chǎn)力高低主要取決于土壤肥力水平及外源肥料的合理施用[2]，因此分析并掌握水稻土養(yǎng)分演變特征和規(guī)律，對(duì)水稻土合理培肥和作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)有重要的指導(dǎo)作用。

目前對(duì)水稻土養(yǎng)分含量、比例及動(dòng)態(tài)變化已有較多報(bào)道。劉暢等[3]通過(guò)對(duì)亞熱帶稻田土壤有機(jī)碳和全氮演變特征的研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期不施肥處理水稻土有機(jī)碳和全氮含量略有下降，施化肥處理水稻土有機(jī)碳和全氮含量分別提高了13%和18%；徐明崗等[4]基于我國(guó)南方水稻土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀消長(zhǎng)變化差異巨大，有機(jī)肥或有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量，而單施或偏施化肥的土壤培肥效果不顯著。鄭圣先等[5]對(duì)湖南不同生產(chǎn)力水稻土肥力特征進(jìn)行研究，結(jié)果表明，長(zhǎng)期培肥下水稻土有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷含量顯著提高，有機(jī)質(zhì)庫(kù)和磷庫(kù)均處于盈余狀態(tài)，而高產(chǎn)稻田速效鉀相對(duì)不足，需補(bǔ)充外源鉀素；王偉妮[6]系統(tǒng)分析湖北水稻土肥力變化規(guī)律得出長(zhǎng)期施肥促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量提高，但外源鉀素供應(yīng)不足及作物吸收導(dǎo)致土壤速效鉀含量下降；而作物養(yǎng)分元素主要來(lái)自土壤，故改善土壤供肥能力是提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵。李忠芳等[7]的研究同樣表明水稻土水熱條件穩(wěn)定，基礎(chǔ)肥力對(duì)水稻產(chǎn)量貢獻(xiàn)較大。所以水稻土肥力水平是保證作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要指標(biāo)。另外，近期研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)田土壤pH值顯著下降[7]，尤其是紅壤性水稻土酸化嚴(yán)重。周曉陽(yáng)等[8]研究發(fā)現(xiàn)，1988—2013年間中國(guó)南方6省水稻土pH值下降0.59個(gè)單位，酸化趨勢(shì)可能成為土壤肥力和生產(chǎn)力合理演變的限制因素。

有關(guān)水稻土肥力演變的研究大多基于較小空間或較短時(shí)間尺度，而在大區(qū)域尺度 (全國(guó)) 對(duì)水稻土肥力長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)變化過(guò)程的研究和分析還比較缺乏，其演變特征和趨勢(shì)尚不明確，尤其是對(duì)水稻土肥力演變的主控因子還少有報(bào)道。因此，本研究擬依托國(guó)家級(jí)水稻土長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)1988—2016年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，旨在揭示近30年來(lái)農(nóng)民習(xí)慣施肥管理下，我國(guó)水稻土養(yǎng)分的長(zhǎng)期演變特征和規(guī)律，為水稻土合理培肥和生產(chǎn)力高效輸出提供更加科學(xué)的依據(jù)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)概況

我國(guó)水稻土監(jiān)測(cè)點(diǎn)廣泛分布在湖南 (28)、湖北(12)、安徽 (15)、福建 (11)、江蘇 (9)、江西 (7)、廣東 (9)、廣西 (6)、河南 (5)、海南 (5)、四川 (8)、貴州 (5)、重慶 (3)、上海 (3)、浙江 (2)、云南 (1)、陜西 (1)、遼寧 (1)、吉林 (2) 和黑龍江 (3) 等省市，共136個(gè)。主要監(jiān)測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、pH值及水稻 (早稻、晚稻和單季稻) 和小麥產(chǎn)量等。水稻土監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)于1987年，1997年和2003年新增部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)均設(shè)無(wú)肥區(qū)、常規(guī)施肥區(qū) (農(nóng)民習(xí)慣施肥) 兩個(gè)處理，種植制度以早稻?晚稻、小麥?水稻和單季稻為主。本研究主要分析了136個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)常規(guī)施肥下土壤養(yǎng)分含量和生產(chǎn)力變化趨勢(shì)，明確水稻土耕地質(zhì)量變化情況和生產(chǎn)力水平隨時(shí)間的變化規(guī)律，為水稻土的耕地質(zhì)量建設(shè)和可持續(xù)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)。

1.2 樣品采集與分析

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)對(duì)照 (不施肥) 和常規(guī)施肥 (農(nóng)民習(xí)慣施肥) 兩個(gè)處理，并定位記錄施肥種類(lèi)和數(shù)量，作物產(chǎn)量以及管理措施等信息。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)每季作物秋季收獲后分別采集對(duì)照區(qū)和常規(guī)施肥區(qū)耕層土壤(0—20 cm) 樣品，三次重復(fù)，土壤樣品置陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，人工除去肉眼可見(jiàn)根茬及秸稈碎屑，過(guò)2 mm篩，混勻后備用。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)年度監(jiān)測(cè)指標(biāo)為土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、有效磷含量、速效鉀含量、pH值及作物產(chǎn)量。各指標(biāo)測(cè)定方法依據(jù)《土壤分析技術(shù)規(guī)范》[9]和NY/T1121.1-18土壤檢測(cè)方法[10]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一用Excel 2010整理及制表，運(yùn)用SigmaPlot 12.5、R 3.4.4分析并作圖，借助SPSS (19.0)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)[LSD，Duncan (D)，P ＜ 0.05]。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻土肥力演變

2.1.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量 對(duì)136個(gè)水稻土長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析表明，近30年常規(guī)施肥下，水稻土2012—2016年土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值為32.2 g/kg，與1988—1991年土壤有機(jī)質(zhì)含量 (31.3 g/kg) 無(wú)顯著差異；長(zhǎng)期施肥管理下水稻土有機(jī)質(zhì)含量無(wú)顯著變化 (圖 1)。

2.1.2 土壤全氮含量 水稻土監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，監(jiān)測(cè)初期 (1988—1991年) 土壤全氮水平在0.75～3.33 g/kg之間，平均為1.89 g/kg；2012—2016年各監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤全氮在0.66～3.96 g/kg之間，平均為1.92 g/kg，與初始年份相比，無(wú)顯著變化 (圖1)。

2.1.3 土壤有效磷含量 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，水稻土有效磷含量以年均0.18 mg/kg的速率顯著升高。監(jiān)測(cè)初期 (1988—1991年) 水稻土有效磷含量在0.8～74 mg/kg之間，平均水平為15.2 mg/kg；而2012—2016年監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤有效磷含量在1.2～152 mg/kg之間，平均值為20.0 mg/kg，顯著高于起始年份的平均水平，提高31.9 % (圖1)。

2.1.4 土壤速效鉀含量 水稻土長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，水稻土速效鉀含量呈顯著上升趨勢(shì)。2012—2016年土壤速效鉀含量的平均水平 (92.1 mg/kg) 比1988—1991年監(jiān)測(cè)初期的平均水平 (77.8 mg/kg) 提高18.4 %(圖 1)。

2.1.5 土壤pH值 水稻土長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，土壤pH值前期快速降低而后期趨于穩(wěn)定，總體呈降低趨勢(shì)。1988—1991年間，土壤pH值平均為6.42，2002—2006年間土壤pH值平均為5.96，較監(jiān)測(cè)前期 (1988—1991) 年均下降0.025個(gè)單位；2007—2016年間，土壤pH值基本保持穩(wěn)定，維持在6.04～6.07。水稻土pH值變化與周曉陽(yáng)等[8]研究結(jié)果一致 (圖1)。

2.2 水稻土生產(chǎn)力演化

2.2.1 早稻產(chǎn)量 長(zhǎng)期常規(guī)施肥管理下早稻產(chǎn)量穩(wěn)中有升（圖2）。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示水稻土早稻產(chǎn)量在外源肥料投入情況下有升高趨勢(shì)，1988—1991年早稻產(chǎn)量平均水平為5990 kg/hm2，2012—2016年早稻產(chǎn)量平均水平為6847 kg/hm2，較監(jiān)測(cè)初期 (1988—1991)提高14.3%，年均增長(zhǎng)29.6 kg/hm2，可見(jiàn)，常規(guī)施肥管理對(duì)作物產(chǎn)量的穩(wěn)定和提高有重要影響。

2.2.2 晚稻產(chǎn)量 長(zhǎng)期常規(guī)施肥管理下水稻土晚稻產(chǎn)量顯著提高（圖2）。監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)表明常規(guī)施肥區(qū)晚稻產(chǎn)量從1988—2016年間顯著升高，1988—1991年晚稻平均產(chǎn)量為5820 kg/hm2，2012—2016年晚稻平均產(chǎn)量為6616 kg/hm2，較監(jiān)測(cè)初期 (1988—1991) 提高13.7%，年均增長(zhǎng)27.4 kg/hm2。

2.2.3 單季稻產(chǎn)量 單季稻監(jiān)測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，長(zhǎng)期施肥管理下單季稻產(chǎn)量顯著提升。常規(guī)施肥區(qū)單季稻產(chǎn)量隨時(shí)間顯著升高，1988—1991年單季稻平均產(chǎn)量為6435 kg/hm2，2012—2016年單季稻平均產(chǎn)量為7610 kg/hm2，較監(jiān)測(cè)初期 (1988—1991年)提高18.3%，年均增長(zhǎng)40.5 kg/hm2。單季稻產(chǎn)量及增產(chǎn)效果明顯高于早稻和晚稻（圖2）。

2.2.4 小麥產(chǎn)量 水稻土小麥產(chǎn)區(qū)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，常規(guī)施肥下小麥產(chǎn)量呈顯著上升趨勢(shì)。1988—1991年小麥產(chǎn)量平均水平為3692 kg/hm2，2012—2016年小麥產(chǎn)量平均水平為5063 kg/hm2，較監(jiān)測(cè)初期(1988—1991) 提高37.1%，年均增長(zhǎng)47.3 kg/hm2，施肥管理下小麥增產(chǎn)效果優(yōu)于水稻（圖2）。

圖1 常規(guī)施肥下水稻土肥力和pH近30年的變化Fig. 1 Trends of soil fertility and pH under conventional fertilization in paddy soil for the past 30 years

2.2.5 作物產(chǎn)量與基礎(chǔ)肥力的關(guān)系 采用無(wú)肥區(qū)產(chǎn)量作為衡量土壤基礎(chǔ)肥力對(duì)作物產(chǎn)量貢獻(xiàn)率的指標(biāo)，以常規(guī)施肥區(qū)產(chǎn)量與無(wú)肥區(qū)產(chǎn)量的相關(guān)性，說(shuō)明土壤基礎(chǔ)肥力與作物產(chǎn)量的關(guān)系。常規(guī)施肥下早稻、晚稻、單季稻和小麥產(chǎn)量 (y) 與無(wú)肥區(qū)相應(yīng)作物產(chǎn)量(x，基礎(chǔ)肥力) 呈顯著正相關(guān) (圖3)，土壤基礎(chǔ)肥力越高，作物產(chǎn)量越高。水稻土對(duì)早稻、晚稻、單季稻和小麥產(chǎn)量的肥力貢獻(xiàn)率分別為0.46、0.50、0.47和0.38，土壤基礎(chǔ)肥力對(duì)水稻產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率高于小麥，而外源肥料投入下小麥的增產(chǎn)效應(yīng)優(yōu)于水稻。

2.3 水稻土肥力演變的主控因子分析

圖2 常規(guī)施肥區(qū)水稻、小麥產(chǎn)量30年變化趨勢(shì)Fig. 2 Trend of rice and wheat yields during the past 30 years in tested area

圖4中PC1軸和PC2軸對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率分別為80.48%和14.15%，兩者對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率達(dá)到了94.63%，可見(jiàn)，利用主成分分析水稻土肥力及主要指標(biāo)演變情況是可行的。由分析結(jié)果可以看出，近30年來(lái)，水稻土肥力演變的首要決定因子是土壤速效鉀 (AK)，其次是土壤有效磷 (AP)，長(zhǎng)期培肥下土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量相對(duì)穩(wěn)定，沒(méi)有對(duì)土壤肥力演變產(chǎn)生主要影響作用，甚至可以說(shuō)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量是土壤肥力演變的主要障礙因素。另外，水稻土pH值降低可能會(huì)阻礙土壤肥力的合理演變。

2.4 水稻土作物產(chǎn)量的冗余分析

經(jīng)水稻土作物產(chǎn)量的冗余分析，RDA1軸和RDA2軸對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率分別為98.25%和1.49%，兩者對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率達(dá)到了99.74% (圖5)。冗余分析結(jié)果表明，影響水稻土作物產(chǎn)量的肥力因子主要有土壤速效鉀、土壤有效磷和土壤有機(jī)質(zhì)。其中，對(duì)早稻、晚稻和單季稻產(chǎn)量影響最大的肥力因子為土壤速效鉀，而土壤有效磷對(duì)小麥產(chǎn)量影響最大。從圖中還可以得出土壤pH值與作物產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，即pH值的下降可能限制了作物產(chǎn)量，且對(duì)晚稻產(chǎn)量的影響最大。

3 討論

3.1 水稻土養(yǎng)分演變

圖3 施肥區(qū)與無(wú)肥區(qū)作物產(chǎn)量關(guān)系Fig. 3 Relationship between crop yield in fertilization area and yield in no-fertilization area

圖4 水稻土肥力演變主成分分析Fig. 4 Principal component analysis of fertility in black soil

土壤養(yǎng)分盈虧是導(dǎo)致土壤肥力水平出現(xiàn)時(shí)空差異的主要因素，而外源養(yǎng)分投入是調(diào)控土壤養(yǎng)分供給平衡以及滿足作物生產(chǎn)需求的高效管理途徑[11–12]。近30年常規(guī)施肥管理下，水稻土有機(jī)質(zhì) (31.3～32.2 g/kg) 和全氮 (1.88～1.92 g/kg) 含量總體穩(wěn)定，速效養(yǎng)分 (有效磷、速效鉀) 含量明顯增加。外源肥料的投入提高了水稻土氮磷鉀等養(yǎng)分含量及有效性，而有機(jī)質(zhì)和全氮含量沒(méi)有顯著增加，這可能是由于本研究在全國(guó)層面上分析土壤養(yǎng)分演變，而有機(jī)質(zhì)變化與氣候因子、土壤理化因子及農(nóng)業(yè)管理因子有關(guān)，導(dǎo)致不同區(qū)域有機(jī)質(zhì)增減效果相互抵消。文炯等[13]同樣發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域水稻土有機(jī)質(zhì)含量、活性和演變趨勢(shì)明顯不同，東北、華南和西南區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均含量呈下降趨勢(shì)，而長(zhǎng)江中下游地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均水平明顯提高。另外，外源養(yǎng)分投入數(shù)量與養(yǎng)分配比也會(huì)影響有機(jī)質(zhì)消長(zhǎng)變化，有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥配施可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，氮磷鉀肥配施下土壤有機(jī)質(zhì)含量?jī)H僅維持或略有提高，單施或偏施化肥導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量降低[3]。

圖5 作物產(chǎn)量與土壤肥力響應(yīng)關(guān)系Fig. 5 The response relationship between crop yield and soil fertility

近30年來(lái)，水稻土速效養(yǎng)分含量總體呈上升趨勢(shì)?，F(xiàn)階段 (2012—2016年) 水稻土有效磷含量平均水平為20.1 mg/kg，顯著高于監(jiān)測(cè)前期平均水平 (15.2 mg/kg)。大量研究顯示目前我國(guó)大多數(shù)農(nóng)田土壤磷素的輸入輸出平衡處于盈余狀態(tài)[14–15]，且盈余量正以不同速度增長(zhǎng)[16]。磷素不參與大氣循環(huán)，磷肥施入土壤后轉(zhuǎn)化形成難溶性的磷酸鹽并迅速為土壤礦物吸附固定或?yàn)槲⑸锕坛諿17]，造成磷素移動(dòng)性差，當(dāng)季利用率低，在土壤中不斷積累，提高了磷的容量和強(qiáng)度[18]。同時(shí)土壤中磷吸附位點(diǎn)被有機(jī)酸、有機(jī)陰離子等占據(jù)，降低對(duì)磷酸根的吸附固定，土壤有效磷含量也隨之增加。另外，水稻土中有機(jī)質(zhì)的礦化分解作用較強(qiáng)，仍會(huì)釋放部分無(wú)機(jī)磷或低分子量活性有機(jī)磷[19]。長(zhǎng)期肥料投入，尤其是有機(jī)肥的投入會(huì)帶來(lái)豐富的養(yǎng)分元素，提高土壤有效態(tài)或活性養(yǎng)分含量，這些因素共同作用，促進(jìn)土壤有效磷含量提高。目前水稻土速效鉀含量的平均水平 (92.1 mg/kg)較監(jiān)測(cè)初期 (77.8 mg/kg) 提高了18.4 %。具體來(lái)說(shuō)，土壤速效鉀含量呈降低、升高再穩(wěn)定的趨勢(shì)。監(jiān)測(cè)初期人們對(duì)鉀肥及其貢獻(xiàn)重視不足，施用量普遍較低，鉀素來(lái)源主要取決于自身供應(yīng)，速效鉀含量只維持在前期較低水平，而作物收獲和淋溶損失造成鉀素進(jìn)一步損失，從而引起土壤速效鉀含量降低；監(jiān)測(cè)中期鉀肥的施用和效益得到人們的關(guān)注和認(rèn)可，鉀肥施用量逐年升高，且作物收獲后秸稈及根茬大多還田，顯著降低土壤對(duì)外源鉀素的固定量，土壤速效鉀含量和比例迅速提高[20]。

主成分分析結(jié)果表明，水稻土肥力演變的主控因子是土壤速效鉀和有效磷，而土壤有機(jī)質(zhì)和全氮可能是水稻土肥力提高演變的障礙因素。長(zhǎng)期常規(guī)施肥條件下，土壤速效鉀和有效磷含量顯著提高，在滿足作物生長(zhǎng)需要的同時(shí)可以培肥地力，是土壤肥力的核心來(lái)源；而水稻土有機(jī)質(zhì)和全氮含量基本穩(wěn)定，培肥效果不顯著，限制了水稻土肥力的改善和提升。因此，水稻土高效培肥是土壤肥力合理演變的關(guān)鍵前提。大量研究表明，施用有機(jī)肥或有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可以顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，其效果優(yōu)于單施化肥[21]。因此，水稻土培肥應(yīng)注重化肥有機(jī)肥平衡配施，同時(shí)結(jié)合秸稈還田來(lái)改善水稻土肥力。

3.2 水稻土pH變化

長(zhǎng)期施肥管理下水稻土pH值總體呈先下降后平穩(wěn)的趨勢(shì)。前14年，土壤pH值由6.42顯著下降到5.96，年均下降0.03個(gè)單位，后期土壤pH值穩(wěn)定在6.0附近。該變化趨勢(shì)與周曉陽(yáng)[8]研究結(jié)果基本一致，長(zhǎng)期施肥管理下，水稻土pH值在前期迅速降低，年均下降0.05個(gè)單位，與化肥尤其是氮肥的施用顯著負(fù)相關(guān)。水稻土因富含鐵、錳氧化物而具有較強(qiáng)的酸化緩沖能力[22]，但是化肥的長(zhǎng)期不平衡施用導(dǎo)致我國(guó)農(nóng)田土壤面臨明顯的酸化趨勢(shì)，尤其是化學(xué)氮肥的施用加速土壤酸化[23]。有研究者整合分析顯示我國(guó)農(nóng)田耕層土壤pH值在20年間顯著下降0.13～0.76個(gè)單位[24]，其中水稻土酸化趨勢(shì)更為明顯。有研究發(fā)現(xiàn)1984—2014年，廣東省水稻土整體呈現(xiàn)明顯的酸化趨勢(shì)，期間水稻土pH下降0.33個(gè)單位，強(qiáng)酸性和酸性土壤的分布頻率明顯上升，重化肥而輕有機(jī)肥是導(dǎo)致水田土壤pH下降的主要原因[25]。蔡澤江等研究表明長(zhǎng)期施用化學(xué)氮肥 (單施氮肥、氮磷配施和氮磷鉀配施) 紅壤pH值明顯下降，單施氮肥降幅最大，18年降低了1.5個(gè)單位[26]；而化肥配施有機(jī)肥，土壤pH值高于單施化肥處理，有機(jī)肥或秸稈還田對(duì)改善和抑制土壤酸化有較好效果[27]。水稻土酸化趨勢(shì)明顯，在培肥過(guò)程中，應(yīng)提高有機(jī)肥投入量。

3.3 水稻土作物產(chǎn)量變化

就水稻土生產(chǎn)力而言，長(zhǎng)期常規(guī)施肥大幅提升了作物 (早稻、晚稻、單季稻和小麥) 產(chǎn)量。自1988—2016年，早稻產(chǎn)量提高14.3%，年均增長(zhǎng)29.6 kg/hm2，晚稻產(chǎn)量提高13.7%，年均增長(zhǎng)27.4 kg/hm2，單季稻產(chǎn)量提高18.3%，年均增長(zhǎng)40.5 kg/hm2，小麥產(chǎn)量提高37.1%，年均增長(zhǎng)47.3 kg/hm2，施肥管理可以有效提高水稻土作物產(chǎn)量，確保水稻土生產(chǎn)力的穩(wěn)定輸出，這與前人研究結(jié)果一致[28]，長(zhǎng)期施肥可有效提高和維持作物產(chǎn)量穩(wěn)定性和可持續(xù)性。水稻土對(duì)早稻、晚稻、單季稻和小麥產(chǎn)量的肥力貢獻(xiàn)率分別為0.46、0.50、0.47和0.38，土壤基礎(chǔ)肥力對(duì)水稻產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率高于小麥，但在外源肥料投入下小麥增產(chǎn)效應(yīng)更明顯。水稻土基礎(chǔ)肥力與作物產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，因此，土壤培肥是糧食產(chǎn)量提升的關(guān)鍵。大量的研究結(jié)果均證明有機(jī)肥與氮、磷、鉀化肥配施對(duì)土壤生產(chǎn)力貢獻(xiàn)居首，是提高生產(chǎn)力水平和培肥地力的最佳施肥結(jié)構(gòu)[29]。

具體來(lái)說(shuō)，水稻土長(zhǎng)期施肥管理下，單季稻增產(chǎn)效果優(yōu)于早稻和晚稻，而小麥增產(chǎn)效果優(yōu)于水稻。王家嘉等[30]研究也同樣發(fā)現(xiàn)，水稻土小麥季氮肥利用效率和增產(chǎn)率均顯著提高。通過(guò)作物產(chǎn)量冗余分析發(fā)現(xiàn)影響作物產(chǎn)量的主要土壤肥力因子是土壤速效鉀、有效磷和有機(jī)質(zhì)。對(duì)小麥產(chǎn)量影響最大的是土壤有效磷。小麥對(duì)土壤磷素水平反應(yīng)靈敏，磷素營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)量的高低和遲早，可以促進(jìn)或延續(xù)干物質(zhì)積累和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向分配中心轉(zhuǎn)移的進(jìn)程[31]。長(zhǎng)期施肥情況下，小麥產(chǎn)量隨著磷肥施用量增加而升高。劉建玲等[32]研究發(fā)現(xiàn)氮磷肥配合施用下小麥產(chǎn)量顯著高于氮肥單施下小麥產(chǎn)量，氮磷肥配施表現(xiàn)出極顯著的正交互作用。對(duì)水稻產(chǎn)量影響最大的肥力因子是土壤速效鉀。我國(guó)鉀肥資源相對(duì)缺乏，作物帶走和長(zhǎng)期氮磷鉀配施下土壤鉀素出現(xiàn)虧缺[33]，水稻土缺鉀及鉀肥對(duì)水稻的增產(chǎn)效應(yīng)已有較多研究[20,34]。長(zhǎng)期施用鉀肥可提高水稻土鉀素含量及有效性，提高水稻光合作用和同化產(chǎn)物運(yùn)輸，從而影響水稻產(chǎn)量。綜上，水稻土小麥季應(yīng)注重氮磷肥配施，水稻季需要適當(dāng)提高鉀肥供應(yīng)，同時(shí)增加有機(jī)物料 (有機(jī)肥和秸稈) 投入量和比例。

4 結(jié)論

近30年來(lái)，在農(nóng)民習(xí)慣施肥管理下，水稻土肥力水平總體得到改善。長(zhǎng)期施肥下水稻土有機(jī)質(zhì)和全氮含量基本穩(wěn)定，而速效養(yǎng)分 (有效磷和速效鉀)含量明顯提高。由于化肥的長(zhǎng)期投入，水稻土pH值明顯下降，應(yīng)合理調(diào)控氮肥的施用量，注重平衡施肥 (無(wú)機(jī)氮磷鉀肥配施，無(wú)機(jī)肥有機(jī)肥配施等)。水稻土基礎(chǔ)肥力水平較高，作物產(chǎn)量連年增長(zhǎng)，但是目前的培肥措施僅滿足作物生長(zhǎng)需要，而對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮水平的提升效果不明顯，因此需要改善目前的施肥結(jié)構(gòu)，在化肥施用基礎(chǔ)上，增加外源有機(jī)物料 (有機(jī)肥和秸稈) 的投入。