深汕特別合作區(qū)水稻田土壤肥力狀況調(diào)查與分析

劉夢丹,胡思敏,王宗抗

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

深汕特別合作區(qū)位于粵港澳大灣區(qū)最東端,總面積為468.3 km2,包括鵝埠、赤石、小漠、鲘門4個鎮(zhèn)和圓墩林場,憑借豐富的土地資源、水資源等優(yōu)勢,成為深圳市重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū),水稻產(chǎn)業(yè)更是全區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)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(tài)化的新形勢下,水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展,廣東省水稻田的土壤肥力狀況發(fā)生了明顯變化,水稻土有機質(zhì)、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(chǎn)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(guān)于土壤肥力狀況和水稻產(chǎn)量量化關(guān)系的研究。李新悅等[6]研究發(fā)現(xiàn)秸稈還田配施化肥可提高 0～20和20～40 cm土層團聚體穩(wěn)定性,并增加團聚體氮、磷、鉀養(yǎng)分含量,尤其是大團聚體(>1 mm)。李秀芝等[7]研究發(fā)現(xiàn)紫色水稻土利用方式對土壤鉀的賦存形態(tài)產(chǎn)生顯著影響。劉淑軍等[8]選取土壤pH及有機質(zhì)、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(zhì)量指數(shù)和水稻產(chǎn)量之間的關(guān)系模型對祁陽縣紅壤丘陵雙季稻區(qū)的土壤培肥管理和生產(chǎn)力進行評估。土壤肥力是水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)資源,受成土母質(zhì)、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(qū)域差異,未能科學指導(dǎo)深汕特別合作區(qū)水稻生產(chǎn)。因此,探明深汕特別合作區(qū)水稻田土壤肥力狀況,對于促進深汕特別合作區(qū)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)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(qū)鵝埠、赤石、小漠、鲘門4個鎮(zhèn)的水稻田土壤表層(0～20 cm)樣品,測定有機質(zhì)、大量元素及微量元素等土壤肥力關(guān)鍵指標,根據(jù)《廣東土壤》土壤肥力分級標準對當?shù)厮咎锿寥婪柿顩r進行分析評價,為進一步探索深汕特別合作區(qū)水稻田土壤肥力提升和水稻生產(chǎn)新技術(shù)研究應(yīng)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(qū)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(zhèn)16個、赤石鎮(zhèn)12個、小漠鎮(zhèn)3個、鲘門鎮(zhèn)1個。因鵝埠鎮(zhèn)和赤石鎮(zhèn)為深汕特別合作區(qū)的主要水稻種植區(qū),水稻種植面積比例較大,而小漠鎮(zhèn)和鲘門鎮(zhèn)的水稻種植面積較小,因此取樣點設(shè)置符合《測土配方施肥技術(shù)規(guī)程》(NY/T 2911)相關(guān)要求,可以代表該區(qū)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(zhì)、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀、有效硼、鐵、錳、銅、鋅)為評價指標,并采用常規(guī)方法測定[10-11]。土壤pH采用水浸-電位法測定;有機質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測定;銨態(tài)氮采用靛酚藍比色法測定;硝態(tài)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(shù)據(jù)處理采用Excel軟件對相關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。土壤變異系數(shù)(CV,%)可表示土壤養(yǎng)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(jié)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(shù)為7.89%,屬于弱變異性。從深汕特別合作區(qū)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(qū)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(zhì)與氮磷鉀養(yǎng)分土壤有機質(zhì)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(shù)為44.41%,屬于中等變異性(表1)。從深汕特別合作區(qū)水稻田土壤有機質(zhì)含量分級狀況[13]看(表3),土壤有機質(zhì)含量大部分處于20 g/kg以上,占總樣品數(shù)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(qū)水稻田土壤有機質(zhì)含量中等偏上,但分布不均。

表3 水稻田土壤有機質(zhì)與大量元素含量分級狀況

由表1可知,土壤硝態(tài)氮含量為0.36～9.53 mg/kg,平均含量為3.47 mg/kg,變異系數(shù)為84.07%,屬于強變異性。土壤銨態(tài)氮含量為0.08～339.00 mg/kg,平均含量為12.59 mg/kg,變異系數(shù)為473.69%,屬于強變異性?？傮w來看,深汕特別合作區(qū)水稻田土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)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(shù)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(shù)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(qū)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(shù)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(shù)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(qū)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(shù)為52.58%,屬于中等變異性(表1)。從深汕特別合作區(qū)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(shù)的100%?？傮w上,深汕特別合作區(qū)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(shù)為98.07%,屬于強變異性(表1)。從深汕特別合作區(qū)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(shù)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(qū)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(shù)為69.24%,屬于中等變異性(表1)。從深汕特別合作區(qū)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(shù)的6.25%、34.37%和59.38%?？傮w上,深汕特別合作區(qū)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(shù)為79.99%,屬于強變異性(表1)。從深汕特別合作區(qū)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(shù)的25.00%、37.50%、31.25%和6.25%?？傮w上,深汕特別合作區(qū)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(yǎng)分離子淋失及重金屬離子有效性、有機質(zhì)轉(zhuǎn)化等,進而影響水稻的生長發(fā)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(chǎn)量顯著降低。深汕特別合作區(qū)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(yīng)注意采取輪作制度、種植綠肥、增施有機肥、施用礦物質(zhì)土壤調(diào)理劑、石灰、鈣鎂磷肥等酸性土壤調(diào)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(zhì)能改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤的保水保肥和供肥能力。深汕特別合作區(qū)的水稻田土壤有機質(zhì)含量大部分處于中等偏上水平,但仍有28.12%的土壤有機質(zhì)含量處于缺乏以下水平。氮、鉀、鋅、硼等元素有效量與有機質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)[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(zhì)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(tài)氮和銷態(tài)氮形式存在。該研究中深汕特別合作區(qū)水稻田土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和速效鉀總體含量較缺乏,主要原因可能是研究區(qū)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(fā)、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(dǎo)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(chǎn)量、品質(zhì)、抗病性及氮肥利用率。因此,深汕特別合作區(qū)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(huán)節(jié),可結(jié)合水肥耦合施肥模式,采取優(yōu)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(yīng)能力[32-38]。

該研究中深汕特別合作區(qū)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(yīng)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(dǎo)致一系列農(nóng)業(yè)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(chǎn)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(qū)水稻種植過程中降低磷肥施用比例,配施含腐殖酸、有機質(zhì)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(chǎn)生不良影響[42]。該研究中深汕特別合作區(qū)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(zhì)含量影響土壤微量元素有效量,尤其是有機質(zhì)通過絡(luò)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(chǎn)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(jié)論

根據(jù)以上對深汕合作區(qū)水稻田土壤質(zhì)量狀況的分析,結(jié)果表明深汕特別合作區(qū)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(zhì)含量大部分處于中等偏上水平,但仍有28.12%的土壤有機質(zhì)含量處于缺乏以下水平;土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)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(jù)以上結(jié)果,建議根據(jù)深汕特別合作區(qū)水稻田土壤養(yǎng)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(yǎng)分,相應(yīng)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(zhì)土壤調(diào)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(qū)水稻田土壤的主要養(yǎng)分指標進行評價,后期還需結(jié)合水稻營養(yǎng)需求、目標產(chǎn)量及品質(zhì)深入研究,建立更完整的水稻施肥體系。