張家界永定區(qū)耕地土壤有效磷現(xiàn)狀及其空間特征

金虹屹，周衛(wèi)軍*，鄧 冉，王 瑛，劉 沛，譚 潔

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，湖南長沙 410128;2.湖南省張家界市永定區(qū)農(nóng)業(yè)局，湖南張家界 427000)

磷是植物必需的三大營養(yǎng)元素之一，包括有機和無機兩大部分［1］。有效磷作為土壤磷貯庫中對作物最有效的部分，能直接供作物吸收利用，因而它是評價土壤供磷能力的重要指標［2］。由于受自然和人類活動的影響，土壤有效磷含量在田間或區(qū)域分布上常具有明顯的時空變化特點［3－6］。若缺乏對其含量特征、時空變異規(guī)律的了解，則不能根據(jù)其變化確定施肥管理措施，有可能導致土壤磷素虧缺或盈余。土壤磷素虧缺影響作物生長，而土壤處于磷素盈余狀態(tài)，則會加大土壤磷素向水體流失的風險，并產(chǎn)生潛在的生態(tài)環(huán)境問題?？梢姡菩泻侠淼氖┓使芾泶胧┖陀行Э刂妻r(nóng)業(yè)面源磷污染已成為越來越受關注的熱點問題［3，7］。因此，了解和弄清耕地土壤有效磷的空間變化規(guī)律，不僅能為耕地質(zhì)量管理和科學施用磷肥提供指導，而且能為農(nóng)業(yè)面源污染控制提供科學依據(jù)。筆者利用張家界市永定區(qū)2008年開始的測土配方施肥的耕地土壤的測定數(shù)據(jù)，采用分類匯總和空間插值方法研究了全縣耕地土壤有效磷含量特征與時空變化規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 張家界市永定區(qū)地處湖南省西北部，武陵山脈腹地，澧水中上游，N28°51'13″～ 29°25'6″，E110°4'15″～110°55'6″。土地總面積 2 173.808 km2，占全省總面積的1.1%，耕地面積28 327.4 hm2。該地區(qū)屬中亞熱帶山原型季風性濕潤氣候，冬暖夏涼，四季溫和，年均氣溫為16.8℃，光熱充足，雨量充沛，年均降水量1 497 mm，無霜期長，嚴寒期短，適宜喜溫作物水稻、玉米、紅薯、苧麻與越冬作物麥、豆、油菜等的生長。

1.2 土壤樣品的采集與分析測定 按照測土配方施肥項目要求，參照第二次土壤普查的土壤樣品采集點，根據(jù)土種面積2～4 hm2采集一個土樣，共采集土壤樣品6 040個。在土樣采集時，根據(jù)室內(nèi)實際布點情況，采用GPS記錄采樣點的地理坐標，考慮采樣田塊的大小和形狀，分別采用S形、梅花形、網(wǎng)格法等方法采集0～20 cm土樣，多點采樣，混勻后采用四分法進行取舍，使得每個樣品的質(zhì)量控制在1 000 g左右。采用0.5 mol/L NaHCO3浸提－鉬銻抗分光光度法，測定土壤有效磷含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理 測定數(shù)據(jù)采用EXCEL 2007進行統(tǒng)計分析。利用MAPGIS中的地統(tǒng)計學功能，對土壤有效磷進行空間插值，分析其空間規(guī)律。采用土地利用現(xiàn)狀圖、土壤圖、行政區(qū)劃圖進行疊加，作為空間分析的工作底圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有效磷含量特征 從圖1可以看出，依據(jù)湖南省第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級標準［8］，總體為中偏高水平，平均為15.3 mg/kg，變化在2.0～49.9 mg/kg之間;10～20 mg/kg的樣本數(shù)為2 247個，占總樣本數(shù)的比例為37.2%;20～40 mg/kg的樣本數(shù)為1 582個，占26.19%;而高于40 mg/kg的樣本數(shù)只有70個，僅占1.16%;低于3 mg/kg的樣本數(shù)也只有112個，占1.85%。

2.2 水稻土與旱地土壤有效磷的比較 從表1可以看出，永定區(qū)水稻土有效磷含量總體比旱地高，平均高3.7 mg/kg，低等級樣本數(shù)少，高等級樣本數(shù)多，如處于五級水平的水稻土沒有，旱地有568個樣本，占28.3%，二級水平的水稻土1 140個，占28.27%，旱地442個，占22.0%。這可能主要是由于永定區(qū)山地面積較大，旱地大部分位于地形部位較高、無灌溉條件且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不方便的區(qū)域，導致農(nóng)民在生產(chǎn)過程中采取一種粗放經(jīng)營方式，而水稻土是當?shù)刂饕幕巨r(nóng)田，投入較大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高度集約和重視，因而長期的農(nóng)業(yè)經(jīng)營導致兩者差異較大。

表1 土壤有效磷含量分級統(tǒng)計

2.3 土壤有效磷的空間特征

2.3.1 不同土類土壤有效磷的空間特征。從圖1可以看出，永定區(qū)耕地土壤有效磷的空間變異較大，總體呈小團塊狀或條帶狀。研究顯示，土壤有效磷含量的變異系數(shù)比其他土壤養(yǎng)分大，屬中等或強變異程度，具有較強的空間變異性，反映人為耕作管理措施的差異是其空間變異的主要因素。在農(nóng)田尺度下，土壤有效磷的空間變異性主要受施肥量的影響［6，9］。土壤有效磷含量空間變異性與土地利用方式關系密切［10］。從表2可以看出，永定區(qū)耕地三級土類土壤有效磷的分布面積最大，達到13 281.0 hm2，占耕地總面積的46.88%;不同土類差異較大，潮土、黑色石灰土、紅壤、紅色石灰土、黃壤、黃棕壤、紫色土等土類高水平(一級與二級)與低水平(五級)含量分布面積較小，而水稻土一級與二級水平含量分布面積為6 733.1 hm2，占耕地面積的39.69%，低水平含量分布面積較小，五級水平?jīng)]有分布。因此，施肥時既要考慮土壤有效磷的含量特征，又要針對不同土類的差異進行合理施肥，以防止部分高含量土壤有效磷含量過高，引起面源污染問題。

表2 不同土類有效磷分布面積hm2

2.3.2 不同行政區(qū)土壤有效磷的分布特征。從表3表明，永定區(qū)不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)各等級有效磷含量分布面積差異較大，但基本以三級、四級含量水平的分布面積較大，一級和五級含量水平分布面積較小，但有些鄉(xiāng)鎮(zhèn)二級含量水平分布面積也較大，如大坪鎮(zhèn)二級含量水平的分布面積為266.6 hm2，占全鎮(zhèn)耕地面積的48.37%，三岔鄉(xiāng)的分布面積為317.0 hm2，占全鎮(zhèn)耕地面積的50.87%。因此，雖然該區(qū)域耕地土壤有效磷含量總體呈中等偏高水平，但空間分布極不均勻。施肥時，要依據(jù)土壤有效磷的具體狀況和作物的需磷規(guī)律進行精準施肥。

3 小結(jié)與討論

(1)化肥施用量的增加導致土壤肥力的提高［11－12］。自農(nóng)村實行土地承包責任制以來，糧食產(chǎn)量連續(xù)增加，化肥使用量不斷增多，致使土壤肥力逐漸提高。研究表明，耕地土壤有效磷含量平均為15.3 mg/kg，處于中等水平，最高達到49.9 mg/kg。這與其他研究結(jié)果［3－5］一致。

(2)耕地土壤磷素養(yǎng)分的空間變異特征及其施肥模式與農(nóng)業(yè)面源污染的研究是人們關注的熱點問題［3－4，7］。由于人們長期以來對土壤養(yǎng)分狀況了解得不清楚，施肥時憑經(jīng)驗或依據(jù)傳統(tǒng)施肥，導致肥料施用量不斷增加，肥料利用率低，土壤中磷的盈余量大，農(nóng)業(yè)面源污染問題凸顯。該研究通過野外采樣分析，結(jié)合3S技術(shù)對永定區(qū)耕地土壤有效磷的空間特征進行研究，發(fā)現(xiàn)在縣域范圍內(nèi)耕地土壤有效磷的空間變異性較大，不同土類、不同土地利用方式、不同行政區(qū)等均有較大差異。施肥時，必須考慮土壤磷肥的含量與空間特征，科學施肥，提高磷肥的利用率，防止農(nóng)業(yè)面源污染的風險。

表3 不同行政區(qū)土壤有效磷分布面積hm2

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