霍潤(rùn)霞，張哲，李雯萍，張洋洋，廖世鵬，任濤，李小坤，陸志峰，叢日環(huán)，魯劍巍

冬油菜主產(chǎn)區(qū)近40年土壤基本理化性質(zhì)變化特征

霍潤(rùn)霞1，張哲2，李雯萍1，張洋洋1，廖世鵬1，任濤1，李小坤1，陸志峰1，叢日環(huán)1，魯劍巍1

1華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中下游耕地保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070；2全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，北京 100125

【目的】探究近40年長(zhǎng)江流域冬油菜主產(chǎn)區(qū)土壤基本理化性質(zhì)的變化，明確冬油菜種植區(qū)耕地土壤綜合肥力變化特征，以期為長(zhǎng)江流域中低產(chǎn)田保育和土壤肥力改良提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā客ㄟ^(guò)收集整理近40年國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)及碩士、博士論文數(shù)據(jù)，分析長(zhǎng)江流域冬油菜種植區(qū)土壤基礎(chǔ)性質(zhì)的時(shí)序變化特征，評(píng)估土壤綜合肥力變化及其與土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)的相關(guān)性?！窘Y(jié)果】1981—1990年長(zhǎng)江流域冬油菜主產(chǎn)區(qū)耕層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、pH均值分別為18.54 g·kg-1、1.16 g·kg-1、8.60 mg·kg-1、42.90 mg·kg-1和6.26，2016—2020年這些指標(biāo)的均值分別為25.60 g·kg-1、1.41 g·kg-1、18.66 mg·kg-1、108.98 mg·kg-1和6.31，40年來(lái)長(zhǎng)江流域冬油菜區(qū)土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)得到很大程度的改善。其中土壤有機(jī)質(zhì)、全氮年均增幅分別為1.2%和0.7%，土壤有效磷、速效鉀含量年均增幅達(dá)3.0%和4.0%，土壤pH則在近40年內(nèi)保持穩(wěn)定（不同時(shí)段平均值范圍6.21—6.45）。基于改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)估表明，IFI（土壤綜合肥力指數(shù)）值逐年上升，其中2001—2020年IFI均值較1981—2000年顯著提高14.8%—30.4%。土壤有機(jī)質(zhì)、pH、全氮、有效磷、速效鉀與IFI呈極顯著正相關(guān)性，通徑分析表明土壤速效鉀是影響冬油菜區(qū)IFI最大的指標(biāo)，其次是土壤全氮和有效磷?！窘Y(jié)論】近40年來(lái)長(zhǎng)江流域冬油菜主產(chǎn)區(qū)的土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)和綜合肥力顯著提高。發(fā)展油菜種植有利于提高長(zhǎng)江流域農(nóng)田土壤生產(chǎn)力，是長(zhǎng)江流域中低產(chǎn)田地力提升的有效途徑。

長(zhǎng)江流域；冬油菜；有機(jī)質(zhì)；速效鉀；土壤綜合肥力指數(shù)；時(shí)序變化特征

0 引言

【研究意義】土壤地力是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的核心，是保障農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。土壤地力水平與作物產(chǎn)量表現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系。良好的土壤條件能夠?yàn)樽魑锾峁┤炕蛘卟糠值谋匦锠I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1]，提升耕地質(zhì)量和生產(chǎn)力是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要途徑[2]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】已有研究表明，土壤基礎(chǔ)地力水平與土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量呈顯著正相關(guān)[3-4]。OLDFIELD等[5]進(jìn)行的一項(xiàng)全球meta分析表明，土壤有機(jī)質(zhì)提升顯著促進(jìn)作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加，玉米和小麥的每公頃平均產(chǎn)量分別增加10%和23%。黃少輝等[6]基于836個(gè)田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，冬小麥基礎(chǔ)地力產(chǎn)量每提高1 000 kg·hm-2，基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率提高8%。在一定程度上，土壤養(yǎng)分含量是反映土壤基礎(chǔ)地力的重要指標(biāo)[7]，養(yǎng)分因子與基礎(chǔ)地力產(chǎn)量具有較好的擬合關(guān)系。在研究中選擇正確且合適的土壤肥力指標(biāo)是進(jìn)行土壤肥力研究的關(guān)鍵，土壤物理、化學(xué)指標(biāo)，如土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、pH，在土壤中含量相對(duì)穩(wěn)定，測(cè)定方法也相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)表征土壤肥力水平有很好的代表性[8-9]。李玉浩等[10]研究表明土壤速效鉀、土壤有效磷含量和土壤pH分別是影響玉米、小麥和水稻基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率的最關(guān)鍵因素。長(zhǎng)江流域作為我國(guó)冬油菜主要種植區(qū)，其種植面積和產(chǎn)量均占全國(guó)油菜種植面積和產(chǎn)量的90%以上，鄒娟[3]研究表明冬油菜生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中植株吸收的總氮量的57%、總磷量的70%、總鉀量的80%，均來(lái)自土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量的貢獻(xiàn)。因此，培肥土壤、提高耕地質(zhì)量至關(guān)重要?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人多基于對(duì)某一特定區(qū)域或某一長(zhǎng)期定位試驗(yàn)田土壤地力的研究，而較少關(guān)注區(qū)域尺度下油菜種植區(qū)耕層土壤基本理化性質(zhì)的時(shí)序性變化特征?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究基于近40年公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，對(duì)長(zhǎng)江流域冬油菜區(qū)土壤基本理化性質(zhì)進(jìn)行整理分析，旨在探明該區(qū)域土壤基本理化性質(zhì)時(shí)序變化特征，以便于充分了解和掌握油菜種植區(qū)土壤基礎(chǔ)地力情況，為長(zhǎng)江流域中低產(chǎn)田地力提升和油菜主產(chǎn)區(qū)的油菜科學(xué)栽培管理提供重要科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于Web of science、中國(guó)知網(wǎng)CNKI、萬(wàn)方、維普數(shù)據(jù)庫(kù)，試驗(yàn)區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)江流域，包括四川、重慶、貴州、湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、浙江和上海等?。ㄊ校＿x取1980—2020年在國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)表的關(guān)于油菜產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)的期刊文獻(xiàn)、碩博論文等，檢索區(qū)域?yàn)槎筒朔N植區(qū)；中文檢索詞包括“油菜”“產(chǎn)量”“土壤”及其組合；英文檢索詞包括rapeseed yield，oilseed rape，soil及其組合。以此構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)（1980—2020），主要內(nèi)容包括文獻(xiàn)信息（期刊、作者、年份、題目）、試驗(yàn)點(diǎn)信息（試驗(yàn)?zāi)攴?、省、市、縣）、土壤信息（土壤有機(jī)質(zhì)SOM、全氮TN、有效磷AP、速效鉀AK和pH）、栽培管理措施信息。篩選文獻(xiàn)限制為大田試驗(yàn)，共檢索出252篇文獻(xiàn)。不同年代數(shù)據(jù)樣本分布如表1所示。

表1 不同年代數(shù)據(jù)樣本分布特征

其中，1981—1990年選取試驗(yàn)點(diǎn)主要分布于湖北、江蘇、江西、湖南等省份，水田、旱地占比16%、84%；1991—2000年選取試驗(yàn)點(diǎn)主要分布于湖北、江蘇、安徽、浙江等省份，水田、旱地占比為38%、62%；2001—2010年選取試驗(yàn)點(diǎn)主要分布于湖北、江蘇、安徽、浙江省份，水田、旱地占比為47%、53%；2011—2015年選取試驗(yàn)點(diǎn)主要分布于湖北、安徽、江西、四川等省份，水田、旱地占比為72%、28%；2016—2020年選取試驗(yàn)點(diǎn)主要分布于湖北、安徽、江西、四川等，水田、旱地占比為80%、20%。

1.2 數(shù)據(jù)計(jì)算與分析方法

（1）土壤綜合肥力評(píng)估

參考全國(guó)第二次土壤普查分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表2），對(duì)土壤各養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化，本研究基于改進(jìn)的內(nèi)梅羅指數(shù)法[11]進(jìn)行土壤綜合肥力評(píng)估。

養(yǎng)分分肥力系數(shù)（IFIi）的計(jì)算公式為：

通過(guò)得到的養(yǎng)分分肥力系數(shù)計(jì)算養(yǎng)分綜合肥力指數(shù)（IFI）：

式中，IFIi是土壤單一指標(biāo)養(yǎng)分分肥力系數(shù)；x為土壤養(yǎng)分指標(biāo)值；xa、xb和xc為指標(biāo)等級(jí)閾值，主要參考第二次全國(guó)土壤普查標(biāo)準(zhǔn)（表2）；IFI為土壤綜合肥力指數(shù)；Ave（IFIi）和Min（IFIi）分別表示所有養(yǎng)分指標(biāo)分肥力系數(shù)的平均值和最小值；n表示參與計(jì)算的養(yǎng)分指標(biāo)個(gè)數(shù)，本研究中n=5。

通過(guò)該方法標(biāo)準(zhǔn)化后，IFIi參數(shù)值介于0—3之間。標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)點(diǎn)在于相同參數(shù)間可比性較強(qiáng)；同一級(jí)別各屬性分肥力系數(shù)較接近，可比性高，測(cè)定值超過(guò)上限時(shí)，分肥力系數(shù)不再提高，反映出作物對(duì)土壤屬性的要求不是越高越好的實(shí)際。

表2 土壤理化性質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

xa、xb、xc分別為土壤養(yǎng)分指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化中第三級(jí)、第二級(jí)和第一級(jí)分級(jí)的閾值

xa, xb, xcwere represented thresholds for the third, second, and first levels of soil nutrient index standardization, respectively

（2）數(shù)據(jù)分析與制圖

采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與整理。文獻(xiàn)中出現(xiàn)的圖形數(shù)據(jù)，采用GetData Graph Digitizer 2.25軟件獲得，制圖和方程擬合采用Origin 8.0軟件進(jìn)行；采用SPSS 21.0進(jìn)行差異性檢驗(yàn)以及通徑分析。

2 結(jié)果

2.1 土壤有機(jī)質(zhì)和全氮

由圖1-A可知，近40年長(zhǎng)江流域冬油菜種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量總體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，年均增幅1.2%。從不同時(shí)間段的有機(jī)質(zhì)變化均值來(lái)看（圖1-B），1981—1990年土壤有機(jī)質(zhì)平均含量為18.54 g·kg-1；1991—2000年和2000—2010年土壤有機(jī)質(zhì)均值較1981—1990年分別提高了13.6%和15.6%。2011— 2015年和2016—2020年土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)一步增至27.06和25.60 g·kg-1，相較于2001—2010年分別提高了26.3%和19.5%（＜0.05）。

與土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)序變化特征相似，1980—2020年的長(zhǎng)江流域冬油菜種植區(qū)土壤全氮含量同樣呈現(xiàn)上升趨勢(shì)（圖1-C），年均增幅0.7%。不同時(shí)間段的土壤全氮均值表現(xiàn)為（圖1-D），1981—1990、1991—2000、2001—2010年土壤全氮含量均值差異不明顯，分別為1.16、1.17和1.16 g·kg-1；2011—2015年和2016—2020年，土壤全氮含量均值提高至1.34和1.41 g·kg-1，相較于2001—2010年全氮含量顯著上升15.5%和21.5%（＜0.05）。

A、C 分別表示土壤有機(jī)質(zhì)、全氮的1980—2020年分布特征的散點(diǎn)圖；紅色陰影部分表示95%的置信帶。圖B、D分別表示1981—1990、1991—2000、2001—2010、2011—2015和2016—2020年土壤有機(jī)質(zhì)、全氮分布箱線圖。每個(gè)箱子的上下界分別表示25%和75%分位，箱子外的上下短線分別表示10%和90%分位，箱子內(nèi)部的實(shí)線和虛線分別表示中值和平均值；用LSD方法檢驗(yàn)處理間的差異顯著性，箱子上方不同小寫字母表示處理間差異顯著（P＜0.05）。下同

2.2 土壤有效磷和速效鉀

近40年，長(zhǎng)江流域冬油菜種植區(qū)土壤有效磷（圖2-A）、速效鉀（圖2-C）含量顯著增加，年均增幅分別達(dá)到3.0%、4.0%。不同時(shí)段來(lái)看，1981—1990年土壤有效磷含量均值僅為8.60 mg·kg-1；2001—2010年土壤有效磷含量（均值14.95 mg·kg-1）相較于1981—1990年增加了73.8%（＜0.05）；2011—2015年和2016—2020年土壤有效磷含量均值分別增至17.77和18.66 mg·kg-1，相較于2001—2010年土壤有效磷含量分別增加了18.9%和24.9%。

由圖2-D可知，1981—1990年土壤速效鉀含量平均僅為42.90 mg·kg-1；1991—2000年土壤速效鉀含量相較于1981—1990年土壤速效鉀含量顯著提高85.1%（＜0.05）；2011—2015年和2016—2020年土壤速效鉀含量均值分別達(dá)到102.24和108.98 mg·kg-1，相較于2001 —2010年土壤速效鉀含量分別提高14.7%和22.4%。

A、C表示土壤有效磷、速效鉀的1980—2020年分布散點(diǎn)圖；B、D 表示1981—1990、1991—2000、2001—2010、2011—2015和2016—2020年土壤有效磷、速效鉀分布箱線圖

2.3 土壤pH

長(zhǎng)江流域油菜種植區(qū)土壤pH隨時(shí)間變化不顯著（圖3-A）。從不同時(shí)間段的均值（圖3-B）來(lái)看，1981—1990、1991—2000、2001—2010、2011—2015和2016—2020年土壤pH均值分別為6.26、6.45、6.21、6.38和6.31，土壤pH范圍分別為4.81—7.95、5.00—8.00、4.30—7.88、4.76—7.77、4.90—7.99。

2.4 土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)對(duì)土壤綜合肥力的貢獻(xiàn)

通過(guò)分析不同年代下土壤綜合肥力指數(shù)發(fā)現(xiàn)（圖4），土壤綜合肥力指數(shù)隨著時(shí)間的演變呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，從不同時(shí)間段來(lái)分析1981—2000年土壤綜合肥力指數(shù)均值范圍為1.15—1.25，而2001—2020年土壤綜合肥力指數(shù)均值范圍為1.44—1.47，較1981—2000年顯著上升了14.8%—30.4%。

圖3 長(zhǎng)江流域冬油菜種植區(qū)土壤pH時(shí)序變化特征（1980—2020）

圖4 不同年代下土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）差異

土壤綜合肥力指數(shù)與有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性，與pH呈正相關(guān)性（表3）。通徑分析表明，全氮、有效磷、速效鉀與土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）具有極顯著的直接正相關(guān)。通徑系數(shù)的大小反映了土壤指標(biāo)與IFI的直接相關(guān)程度，通徑系數(shù)越大表明對(duì)IFI的影響越大。在本研究中，對(duì)長(zhǎng)江流域冬油菜區(qū)土壤綜合肥力指數(shù)影響最大的是速效鉀，其次是全氮和有效磷。

表3 土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）與土壤性質(zhì)的相關(guān)和通徑分析

不同指標(biāo)后的上標(biāo)**和*分別表示差異達(dá)到極顯著（＜0.01）和顯著（＜0.05）

The superscript ** and * after each index indicated that the difference was extremely significant (＜0.01) and significant (＜0.05), respectively

3 討論

3.1 冬油菜主產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的變化

近40年來(lái)長(zhǎng)江流域冬油菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，年均增幅1.2%。1990—2000年，隨著油菜產(chǎn)量的增加，大量根茬碳投入土壤進(jìn)而提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量。而近20年來(lái)（2001—2020年）由于國(guó)家實(shí)施測(cè)土配方施肥行動(dòng)，持續(xù)推進(jìn)農(nóng)田科學(xué)平衡施肥，油菜產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量也得到穩(wěn)步提升。從多位學(xué)者的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究結(jié)果來(lái)看，長(zhǎng)期平衡施用化肥能夠保障土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量不下降甚至略有提高[12-13]。例如王旭東等[14]在21年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期不施用化肥導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)下降了1.04 g·kg-1，而長(zhǎng)期平衡施用化肥則可以保持土壤有機(jī)質(zhì)含量不下降。本文研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，2011—2015年和2016—2020年土壤有機(jī)質(zhì)含量較2001—2010年顯著提高了26.3%和19.5%，這與作物產(chǎn)量提高帶來(lái)的根茬碳投入增加和秸稈還田率不斷提高等有關(guān)。CONG等[15]通過(guò)分析4個(gè)冬小麥-夏玉米輪作長(zhǎng)期定位試驗(yàn)點(diǎn)土壤碳含量變化特征發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥或秸稈還田土壤有機(jī)碳年均增幅可達(dá)到1.0 t·hm-2。查燕等[16]研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)20年秸稈還田條件下，東北黑土區(qū)春玉米農(nóng)田基礎(chǔ)地力產(chǎn)量提高了69.4%。在某一氣候環(huán)境條件下，對(duì)作物產(chǎn)量的形成存在閾值，土壤有機(jī)質(zhì)過(guò)低或過(guò)高對(duì)作物高生產(chǎn)力的形成都是不利的。HOWARD等[17]研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)和土壤功能之間的關(guān)系并不總是呈現(xiàn)一個(gè)線性增加的關(guān)系，從表層土壤有機(jī)碳（SOC）含量與土壤生產(chǎn)力的關(guān)系來(lái)看，存在土壤有機(jī)質(zhì)上限閾值，為20 g·kg-1的SOC含量（相當(dāng)于34 g·kg-1的有機(jī)質(zhì)含量），超過(guò)此值后，SOC再增加不再影響作物產(chǎn)量。而我國(guó)大部分冬油菜種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量依然低于此閾值，仍需通過(guò)持續(xù)秸稈還田、提高畜禽糞污肥料化還田等措施進(jìn)一步提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

3.2 冬油菜主產(chǎn)區(qū)土壤速效養(yǎng)分的變化

除土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯提升外，本研究發(fā)現(xiàn)近40年冬油菜主產(chǎn)區(qū)土壤有效磷含量顯著提高。20世紀(jì)90年代初期，油菜主產(chǎn)區(qū)土壤有效磷含量普遍偏低，隨著磷肥的大量施用，磷素在土壤中不斷積累，有效磷含量隨施磷年限呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。但由于磷的轉(zhuǎn)化過(guò)程較復(fù)雜，仍有70%—90%的磷被固定在土壤中難以利用，磷肥利用效率顯著下降[18]。近年來(lái)，隨著磷肥、復(fù)合肥、作物專用肥料的長(zhǎng)期施用，尤其是15-15-15三元復(fù)合肥的廣泛應(yīng)用顯著補(bǔ)充了土壤磷庫(kù)，到2010年土壤有效磷含量顯著提升。由于作物對(duì)磷的吸收能力有限，長(zhǎng)期且大量的磷投入會(huì)使土壤中磷庫(kù)容量達(dá)到飽和狀態(tài)，土壤中磷盈余量不斷增加導(dǎo)致土壤有效磷含量也逐漸提高[19]。曹寧等[20]對(duì)我國(guó)磷肥需求預(yù)測(cè)表明，自1980年到2003年我國(guó)農(nóng)田土壤磷累積盈余高達(dá)392 kg·hm-2，全國(guó)主要農(nóng)田土壤有效磷含量均值已達(dá)到19 mg·kg-1。近年來(lái)大量研究表明秸稈還田不僅可以增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量[21-22]，還直接補(bǔ)充了土壤中的磷庫(kù)，同時(shí)秸稈還田提高了微生物磷的周轉(zhuǎn)率進(jìn)而提高土壤磷的有效性[23]。此外，我們發(fā)現(xiàn)2011—2020年來(lái)土壤有效磷含量高于40 mg·kg-1的油菜種植地占比可達(dá)7.8%（圖2-a），環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)增加。目前，長(zhǎng)江流域土壤中的磷正在經(jīng)歷一個(gè)快速積累期，當(dāng)磷的積累達(dá)到一定的飽和度時(shí)，其向外界的輸出將迅速增加[24]。因此，需要重視磷肥的合理施用，精準(zhǔn)施肥，提高磷肥利用效率，保障作物產(chǎn)量與環(huán)境安全。

近40年來(lái)，我國(guó)冬油菜主產(chǎn)區(qū)土壤速效鉀含量得到顯著提升。由于長(zhǎng)江流域氣候條件影響，土壤中速效磷、速效鉀含量較低，而油菜是一種需鉀量較多的作物，其需鉀量相當(dāng)于谷類作物的3倍，氮、磷、鉀需求量之比達(dá)1﹕0.35﹕0.95[25]。自20世紀(jì)80年代初，由于經(jīng)濟(jì)條件限制，同時(shí)鉀肥成本較高，農(nóng)民往往忽略了鉀肥的施用。90年代以后，隨著氮、磷的不斷投入，鉀的缺乏成為產(chǎn)量的限制因素，農(nóng)民開(kāi)始重視對(duì)鉀肥的投入，鉀肥用量進(jìn)入快速增長(zhǎng)期。2005年后，國(guó)家開(kāi)始推行秸稈還田，進(jìn)一步增加了鉀素的歸還量，土壤速效鉀含量顯著提升。ZHU等[26]發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期秸稈翻壓還田促進(jìn)了土壤中團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的形成，增加了大團(tuán)聚體中碳和鉀的積累。然而長(zhǎng)江流域冬油菜種植地區(qū)速效鉀含量差異較大（圖2-c），仍有部分種植地區(qū)土壤速效鉀含量較低，對(duì)于此類區(qū)域仍要重視鉀肥的合理施用，為作物與土壤提供所需的養(yǎng)分。根據(jù)鄒娟[3]、張洋洋[27]和朱丹丹[28]的研究結(jié)果，對(duì)于部分速效鉀含量高于150 mg·kg-1的土壤，可以在秸稈還田的條件下，適當(dāng)減少鉀肥的施用，降低生產(chǎn)成本。李繼福等[29]在稻-油輪作種植區(qū)進(jìn)行的3年定位試驗(yàn)表明，在土壤供鉀能力較強(qiáng)的田塊上連續(xù)秸稈還田，水稻季和油菜季分別可以減少鉀肥用量42.2%和31.2%，并能夠維持作物產(chǎn)量水平。

3.3 冬油菜主產(chǎn)區(qū)土壤pH

本研究表明，冬油菜主產(chǎn)區(qū)土壤pH隨時(shí)間變化不顯著，不同時(shí)段平均值范圍6.21—6.45。這種變化主要是由于自1980年冬油菜種植區(qū)域擴(kuò)增而產(chǎn)生的。起初冬油菜多種植于湖南、江西等土壤pH較低的區(qū)域，隨著種植面積的增加，酸性土壤所占比例減小，進(jìn)而導(dǎo)致近40年來(lái)冬油菜主產(chǎn)區(qū)土壤pH沒(méi)有顯著差異。同時(shí)伴隨近年來(lái)土壤有機(jī)質(zhì)含量以及有效磷、速效鉀含量的提高，降低了生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)從而減緩?fù)寥浪峄^(guò)程。GUO等[30]表明，1980—2000年全國(guó)主要作物產(chǎn)區(qū)土壤pH均顯著下降。本文研究同樣表明，近40年來(lái)隨著氮肥的大量施用，至2016—2020年油菜產(chǎn)區(qū)酸性土壤占比達(dá)到88.0%，表現(xiàn)出土壤酸化的趨勢(shì)（圖3）。主要是由于化肥的過(guò)量施用以及生理酸性肥料（如過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀）的不合理施用，導(dǎo)致長(zhǎng)江流域土壤偏酸性土壤pH呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。叢日環(huán)等[31]研究表明，長(zhǎng)江中游油菜種植區(qū)土壤pH在6.0左右，部分三熟制種植地區(qū)土壤pH處于4.5—5.5。因此，在保證作物產(chǎn)量的條件下，減少氮肥用量以及增加有機(jī)肥料施用以減緩?fù)寥浪峄厔?shì)。

3.4 冬油菜主產(chǎn)區(qū)土壤綜合肥力的演變

本研究結(jié)果表明土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）隨著時(shí)間的演變呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，其中2001—2020年土壤綜合肥力指數(shù)較1981—2000年顯著上升了14.8%— 30.4%。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀與土壤綜合肥力指數(shù)呈極顯著正相關(guān)性，速效鉀對(duì)土壤綜合肥力影響最大。土壤養(yǎng)分含量的提高帶來(lái)土壤地力的提升，這與油菜種植帶來(lái)的土壤肥力的提升關(guān)系密切[32-33]。張順濤等[32]基于3周年輪作定位試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，油-稻輪作相比麥-稻輪作土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量在各施肥處理中分別提高了13.1%—19.2%和18.8%—59.5%，表明種植油菜在提高土壤肥力方面發(fā)揮了重要的作用。朱蕓等[33]通過(guò)收集1990—2017年油-稻與麥-稻輪作體系發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，評(píng)估長(zhǎng)江流域不同輪作體系周年養(yǎng)分收支平衡發(fā)現(xiàn)，油-稻輪作體系周年養(yǎng)分歸還量高于麥-稻體系。尤其是秸稈還田條件下，油-稻輪作體系周年氮、磷、鉀養(yǎng)分收支平衡量分別較麥-稻輪作高出30.9%、3.2%和28.7%。綜上，長(zhǎng)江流域冬油菜區(qū)仍需通過(guò)氮、磷、鉀肥平衡施用、秸稈還田及有機(jī)肥施用等提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，保證土壤有效磷、速效鉀含量處于適宜的農(nóng)學(xué)閾值。同時(shí)也有研究表明，長(zhǎng)江流域油菜種植區(qū)土壤中的速效養(yǎng)分尤其是硼、鎂等元素仍存在缺乏的現(xiàn)象[34]，因此在我國(guó)長(zhǎng)江流域冬油菜生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)注重化肥的合理施用，在做好氮磷鉀肥科學(xué)施用的同時(shí)，要重視硼、鎂等中微量元素的補(bǔ)充，有利于進(jìn)一步提高油菜產(chǎn)量，保障食用油供給安全。

4 結(jié)論

長(zhǎng)江流域近40年土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)總體得到改善。從不同時(shí)間段來(lái)看，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量顯著提高，土壤pH保持穩(wěn)定。土壤綜合肥力指數(shù)隨著時(shí)間的演變呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，近20年的土壤綜合肥力指數(shù)均值較1981—2000年顯著提高。隨著國(guó)家測(cè)土配方施肥技術(shù)和秸稈還田的大力推廣以及油菜自身的養(yǎng)地功能，長(zhǎng)江流域冬油菜區(qū)土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)指標(biāo)逐年提高，土壤綜合肥力不斷提升，對(duì)于保障農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展極為重要。

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REN T, GUO L X, ZHANG L M, YANG X K, LIAO S P, ZHANG Y Y, LI X K, CONG R H, LU J W. Soil nutrient status of oilseed rape cultivated soil in typical winter oilseed rape production regions in China. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(8): 1606-1616. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.08.010. (in Chinese)

40 Years’ Change Characteristics of Soil Basic Properties in the Main Planting Area of Winter Oilseed Rape

HUO RunXia1, ZHANG Zhe2, LI WenPing1, ZHANG YangYang1, LIAO ShiPeng1, REN Tao1, LI XiaoKun1, LU ZhiFeng1, CONG RiHuan1, LU JianWei1

1College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University/Key Laboratory of Arable Land Conservation (Middle and Lower Reaches of Yangtze River), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430070;2National Agricultural Technical Extension and Service Center, Beijing 100125

【Objective】The objective of this study was to investigate the changes in basic physical and chemical properties of soils in the main winter oilseed rape producing areas in the Yangtze River Basin over the past 40 years, and to clarify the characteristics of changes in comprehensive soil fertility of arable land in winter rape growing areas, in order to provide a scientific basis for conservation and soil fertility improvement in low and middle yielding fields in the Yangtze River Basin.【Method】By collecting and organizing the data from published literatures, master’s and doctoral dissertations at home and abroad in the past 40 years, the temporal variation characteristics of basic soil properties in winter oilseed rape growing areas in the Yangtze River Basin were analyzed. Then the variation characteristics of integrated soil fertility (IFI) and its correlation with basic soil physical and chemical properties were evaluated. 【Result】The average values of soil organic matter, total nitrogen, available phosphorus and potassium, and pH in the main winter oilseed rape producing areas of the Yangtze River Basin were 18.54 g·kg-1, 1.16 mg·kg-1, 8.60 mg·kg-1, 42.90 mg·kg-1, and 6.26 during the period of 1981-1990, respectively, but enhanced to 25.60 g·kg-1, 1.41 mg·kg-1, 18.66 mg·kg-1, 108.98 mg·kg-1, and 6.31 by 2016-2020, respectively. Clearly, the soil basic physical and chemical properties have been improved extensively in planting area of winter oilseed rape in the Yangtze River Basin. The average annual increase rate was 1.2% in soil organic matter and 0.7% in soil total nitrogen. Soil available phosphorus and available potassium were enhanced by 3.0% and 4.0% per year, respectively. Soil pH remained stable in the past 40 years, with the mean range of 6.21-6.45 among different periods. Based on the improved Nemerow index method, soil IFI value was also found enhanced in the past four decades. Compared with the mean IFI in the period of 1981-2000, the value was significantly increased by 14.8%-30.4% during the period of 2001-2020. The IFI was positively correlated with soil organic matter, pH, total nitrogen, available phosphorus and available potassium. Path analysis showed that soil available potassium was the most important index affecting IFI, followed by soil total nitrogen and available phosphorus. 【Conclusion】The basic physical and chemical properties and comprehensive fertility of the soil was significantly improved in the past 40 years in the planting area of winter oilseed rape. Developing the planting area of oilseed rape would be benefit for soil fertility and productivity improvement in the Yangtze River Basin, especially for the farmland with low yield productivity.

Yangtze River Basin; winter oilseed rape; soil organic matter; soil available potassium; soil comprehensive fertility index; temporal variation characteristics

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.23.011

2022-12-15；

2023-02-27

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2020YFD1000904）、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-12）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金（2662021ZH001）

霍潤(rùn)霞，E-mail：huorunxia@mail.hzau.edu.cn。通信作者叢日環(huán)，E-mail：congrh@mail.hzau.edu.cn

（責(zé)任編輯 李云霞）