成都市稻-麦和稻-油长期轮作种植模式下土壤养分特征分析

张 成，王 科，钟文挺，李 根，肖欣娟，陈媛媛，朱文杰

(成都市农业技术推广总站，成都 610041)

水稻是成都市播种面积最大的粮食作物，常年稳定在15.33×104hm2左右[1]。种植模式以稻-麦和稻-油轮作为主，而轮作种植是农田用养结合的途径之一，可以提高土壤有机质，稳定土壤肥力[2]。近年来，成都市不断优化水稻品种，大力推广秸秆还田技术和测土配方施肥技术，实现了水稻稳产高产，提升了耕地土壤肥力水平，提高了农民收入，保障了粮食的安全。由于土壤中有机质和氮、磷、钾等速效养分的含量对农作物产量和品质的影响明显[3]，而土壤养分含量受种植模式、施肥方式、土壤类型、成土母质等多种因素影响[4-5]。因此，调查成都市稻-麦和稻-油轮作模式下土壤养分空间分布特征对于指导科学施肥和耕地质量保护工作具有重要意义。本文利用2020成都市土壤环境质量监测体系建设项目采集的土壤样品，分析了稻-麦和稻-油轮作模式下土壤肥力现状，并利用土壤养分分级标准对其作出相应评价，以期为成都稻-麦和稻-油轮作模式的科学施肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2020年9～10月，水稻收获后按照《2020成都市土壤环境质量监测体系建设》项目的要求，遵循代表性、均匀性原则在全市涉农地区采集稻-麦和稻-油模式下土壤样品。田间采样方式为：S形随机采集各调查点3～5个耕层土壤(0～20cm)样品均匀混合后作为该点土样(约2kg)。

1.2 测定项目及方法

土样经编号登记、自然风干、去杂磨细后，分别过 2 mm和0.2mm孔径的尼龙筛装袋备用。pH采用pH计法测定，水土比为2.5:1；有机质含量采用重铬酸钾-硫酸消化法测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定。

1.3 数据处理与评价标准

采用Excel2010、SPSS17.0 软件对稻-麦和稻-油轮作模式下土壤有机质和养分含量的平均值、变异系数及分布频率进行统计分析。土壤养分分级标准采用全国第2次土壤普查养分分级标准(表1)。土壤pH分级标准为：pH≤4.5为强酸性土壤；pH 4.5～5.5为酸性土壤；pH 5.5～6.5为弱酸性土壤；pH 6.5～7.5为中性土壤；pH 7.5～8.5为弱碱性土壤；pH>8.5为强碱性土壤。土壤阳离子交换量的分级标准为：CEC<10保肥性弱；CEC 10～15保肥性中等；CEC>15保肥性较好。

采用修正的内梅罗指数法(Nemoro)对土壤肥力进行综合评价。按照下列公式进行计算：

Pi=Ci/Si

式中，P综表示土壤肥力综合指数，其值越高表示土壤肥力状况越好；Pi表示第i个指标的单项肥力指数，当单项肥力指数Pi>3 时，该项肥力指数以Pi=3计，Ci表示土壤指标i的实测值，Si表示土壤指标i的评价标准值，Pi ave——土壤所有肥力指数的平均值；Pi min表示土壤所有指标中单项肥力指数最小值；n表示参与评价的肥力指标个数。土壤养分评价标准值(Si)和土壤综合肥力评价标准参照《NY/T1749—2009南方地区耕地土壤肥力诊断与评价》,以水田参数为准。

表1 土壤养分分级标准

表2 土壤肥力等级评价

2 结果与分析

2.1 土壤pH

样品中稻-麦轮作模式土壤pH平均值为6.88，变幅为5.18～8.56(见表3)，整体呈中性。稻-油轮作模式土壤pH平均值为7.13，变幅4.08～8.89，整体呈中性。根据分级标准，稻-麦轮作模式土壤pH介于6.5～7.5中性样本占比最高，达到39.4%。稻-油轮作模式土壤pH介于7.5～8.5的弱碱性样本比例占比最高，达到41.7%。总体来说，成都市稻-麦轮作模式下土壤pH略低于稻-油轮作模式。

表3 成都市稻-麦和稻-油轮作模式下土壤pH及分布频率

2.2 土壤有机质

土壤有机质是衡量耕地土壤肥力水平的重要指标[6]。从表4可知，成都市稻-麦轮作模式土壤有机质含量在12.5～56.1g/kg，平均值为36.9g/kg，整体处于丰富水平；稻-油轮作模式土壤有机质含量在8.0～54.9g/kg，平均值为28.3g/kg，整体处于中等水平。从有机质等级分布来看，稻-麦轮作模式下土壤有机质达到丰富及以上水平的样品占比达到75.8%，中等水平的样品占21.2%。稻-油轮作模式下土壤有机质达到丰富及以上水平的样品占比为50.0%，中等水平的样品占25.0%。成都市稻-麦轮作模式土壤有机质整体达到丰富水平，稻-油轮作模式也达到中等水平，这表明成都市在推行的秸秆还田措施取得了较好成效。

表4 成都市稻-麦和稻-油轮作模式下土壤有机质含量及分布频率

2.3 土壤全氮

土壤全氮与土壤有机质含量呈正相关关系。从表5可知，成都市稻-麦轮作模式土壤全氮含量为0.56～2.96g/kg，平均值为2.04g/kg，整体处于很丰富水平；稻-油轮作模式土壤全氮含量为0.51～3.27g/kg，平均值为1.68g/kg，整体处于丰富水平。从全氮等级分布来看，稻-麦轮作模式下土壤全氮达到丰富及以上水平的样品占比达到87.9%，中等水平的样品占6.1%。稻-油轮作模式下土壤全氮达到丰富及以上水平的样品占比为63.9%，中等水平的样品占22.2%。总的来说，两种种植模式下土壤全氮含量均较高，土壤氮素储量丰富，特别是稻-麦轮作模式。

表5 成都市稻-麦和稻-油轮作模式下土壤全氮含量及分布频率

2.4 土壤碱解氮

碱解氮是无机态氮和结构简单能为作物直接吸收利用的有机态氮，它可供作物近期吸收利用。从表6可知，成都市稻-麦轮作模式土壤碱解氮含量在63.8～225.7mg/kg，平均值为152.2mg/kg，整体处于很丰富水平。稻-油轮作模式土壤碱解氮含量在62.4～235.3mg/kg，平均值为141.5mg/kg，整体处于丰富水平。从碱解氮等级分布来看，稻-麦轮作模式下土壤碱解氮达到丰富及以上水平的样品占比达到77.8%，中等水平的样品占6.1%。稻-油轮作模式下土壤碱解氮达到丰富及以上水平的样品占比为66.6%，中等水平的样品占19.4%。两种种植模式下土壤中碱解氮含量整体均较高，特别是稻-麦轮作模式，可能存在氮素流失风险，可适当减少氮肥投入。

表6 成都市稻-麦和稻-油轮作模式下土壤碱解氮含量及分布频率

2.5 土壤有效磷

有效磷是指土壤中可被植物直接吸收利用的磷素。从表7可知，成都市稻-麦轮作模式土壤有效磷含量在5.7～56.5mg/kg，平均值为26.0mg/kg，整体处于丰富水平。稻-油轮作模式土壤有效磷含量在3.7～72.0mg/kg，平均值为28.6mg/kg，整体处于丰富水平。从有效磷等级分布来看，稻-麦轮作模式下土壤有效磷达到丰富及以上水平的样品占比达到75.7%，中等水平的样品占12.1%。稻-油轮作模式下土壤有效磷达到丰富及以上水平的样品占比为75.0%，中等水平的样品占8.3%。两种种植模式下土壤中有效磷含量整体均较高，可能存在磷素流失风险，可适当减少磷肥投入。

表7 成都市稻-麦和稻-油轮作模式下土壤有效磷含量及分布频率

2.6 土壤速效钾

速效钾含量是表征土壤钾素供应状况的重要指标之一，钾对禾本科作物后期营养物质转运作用和产量形成具有关键作用[7]。从表8可知，成都市稻-麦轮作模式土壤速效钾含量在48.8～291.3mg/kg，平均值为130.1mg/kg，整体处于中等水平。稻-油轮作模式土壤速效钾含量在32.1～348.0mg/kg，平均值为110.2mg/kg，整体处于中等水平。从速效钾等级分布来看，稻-麦轮作模式下土壤速效钾处于缺乏及以下水平的样品占比达到39.4%。稻-油轮作模式下土壤速效钾缺乏及以下水平的样品占比达到61.1%。两种种植模式下土壤中速效钾含量整体均不高，特别是稻-油轮作模式，可适当增加钾肥的投入量。

表8 成都市稻-麦和稻-油轮作模式下土壤速效钾含量及分布频率

2.7 土壤阳离子交换量

表9 成都市稻-麦和稻-油轮作模式下土壤阳离子交换量及分布频率

2.8 土壤综合肥力

本文选pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾和阳离子交换量7个指标来衡量综合土壤肥力。通过计算(表10)，成都市稻-麦轮作模式土壤综合肥力指数在0.61～1.72，平均值为1.18，整体处于Ⅱ级肥力水平；稻-油轮作模式土壤综合肥力指数在0.51～1.53，平均值为1.02，整体处于Ⅱ级肥力水平。两种种植模式下土壤综合肥力指数均集中分布在Ⅱ级，值得注意的是稻-油轮作模式有33.3%的样品土壤综合肥力指数处于Ⅲ级，该部分田块在施肥条件下能显著增产。总的来说，稻-麦轮作模式下土壤综合肥力优于稻-油轮作模式，施肥对稻-油轮作模式的产量影响大于稻-麦轮作模式。

表10 成都市稻-麦和稻-油轮作模式下土壤肥力综合指数及分布频率

3 结论

成都市稻-麦和稻-油轮作模式土壤耕层的有机质、全氮、碱解氮、有效磷的含量处于较高水平，而速效钾含量整体不高，土壤养分不均衡，土壤保肥性较好，土壤综合肥力指数处于Ⅱ级水平。有研究表明禾本科作物大约80%的钾素集中在秸秆中，水稻、小麦秸秆钾素当季释放率为85%～90%[8]。因此，稻-麦轮作系统中，秸秆还田对农田土壤钾素平衡有重要作用。稻-麦长期轮作种植模式下土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾、阳离子交换量明显高于稻-油轮作模式，有效磷含量差异不大。另外，稻-油轮作模式有33.3%的样品土壤综合肥力指数处于Ⅲ级，说明该部分田块在施肥条件下能显著增产。建议成都市水稻生产上持续推广秸秆还田技术，长期稻-麦轮作种植模式应严格控制氮、磷肥用量，增加钾肥的用量，稻-油模式应稳定氮磷肥的投入，增加钾肥的投入。