耕地土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀研究
——基于陜西省渭南市臨渭區(qū)耕地

胡 明

(1.渭南師范學(xué)院 化學(xué)與材料學(xué)院，陜西 渭南 714099；2.陜西省河流濕地生態(tài)環(huán)境重點實驗室，陜西 渭南 714099)

近年來，土壤養(yǎng)分狀況隨著田間種植制度、耕作方法、施肥水平的改變而發(fā)生變化，與20世紀(jì)80年代相比較，目前我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展主要受土壤耕層變淺、容重增大、緩沖能力下降、污染加劇等因素的威脅。[1]雷詠雯等在不同取樣尺度下測定發(fā)現(xiàn)，土壤中有機(jī)質(zhì)、有效態(tài)氮、有效磷、速效鉀在大比例尺下呈正態(tài)分布，中小比例尺下呈微偏態(tài)分布。[2]土地質(zhì)量的高低不僅與農(nóng)業(yè)操作有著密切的關(guān)系，更主要是由土地利用方式的多樣性及所處地域的差異性所造成的。[3]

渭南市是陜西省最大商品糧生產(chǎn)基地，而臨渭區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量的高低將直接影響整個渭南地區(qū)商品糧產(chǎn)量，調(diào)查農(nóng)業(yè)土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀，并結(jié)合1982年全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)，對比了解土壤養(yǎng)分的變化情況，進(jìn)一步分析其變化原因，這將對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的健康發(fā)展提供幫助，同時為提高施肥精度、調(diào)整田間不同施肥量、減少浪費、提高土地生產(chǎn)力、增加農(nóng)民收入、保護(hù)農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境質(zhì)量改善等方面具有重要的指導(dǎo)意義，此外也有助于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。

1 研究內(nèi)容及方法

1.1 研究區(qū)概況

渭南市臨渭區(qū)在陜西省關(guān)中平原的東部，109°23′E ～109°45′E，34°15′N～34°45′N，南北長60 km，東西寬14～32 km，總面積 1 254 km2,臨渭區(qū)位于渭河流域，地形平坦，灌溉設(shè)施良好，盛產(chǎn)小麥、玉米、棉花，是我國重要的糧棉油生產(chǎn)基地。[4-5]

1.2 數(shù)據(jù)來源及樣品采集

實驗所需的樣品采集于2014年，根據(jù)農(nóng)業(yè)土壤分布情況，共設(shè)置采樣點301個，土壤類型主要為耕地，作物為小麥、玉米、大豆，按照隨機(jī)均勻分布點方式，在每個區(qū)域范圍之內(nèi)設(shè)15～20個樣品采集點，采集土壤表層25 cm以上農(nóng)業(yè)土壤，將所有樣點土壤樣混合去雜后，采用四分法留土壤樣1 kg左右，并用GPS定位，將土樣帶回實驗室令其自然風(fēng)干，挑揀出石頭，并用研缽研磨過篩后將其裝好待測。

1.3 測定方法

pH值的測定用酸度計；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法測定)；堿解氮的測定采用擴(kuò)散法；速效磷采用中性和石灰性法測定；速效鉀則用NH4OAc浸提火焰光度法測定。[6]

1.4 統(tǒng)計分析

使用Microsoft Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)全國第二次土壤普查的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將土壤養(yǎng)分含量分級，詳見表1至表5。

表1 土壤養(yǎng)分含量豐缺臨界指標(biāo)表

表2 土壤有機(jī)質(zhì)含量豐缺臨界指標(biāo)表

表4 臨渭區(qū)耕地采樣點土樣有機(jī)質(zhì)含量的實際計算結(jié)果統(tǒng)計表

表5 臨渭區(qū)土壤養(yǎng)分狀況分析

2.1 土壤pH含量分析

從表3可以看出臨渭區(qū)耕地pH在6.5～7.5之間的采樣點占土壤總采樣數(shù)的17%，pH值在7.5～8.5之間的占總采樣數(shù)的83%，平均值7.63。由此可見，臨渭區(qū)耕地土壤中性偏堿，無極酸、極堿情況，說明在多年的化學(xué)肥料施用過程中，沒有給當(dāng)?shù)氐耐寥涝斐擅黠@的變化。

由表5，pH變異系數(shù)為0.03，可以得出該地區(qū)pH相對穩(wěn)定，空間差異小。土壤的pH既對土壤養(yǎng)分的有效性影響大，又與土壤養(yǎng)分關(guān)系密切[7]。臨渭區(qū)土壤養(yǎng)分偏堿，這對作物的生長以及土壤物理性狀的改善都有一定的幫助。

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量分析

有機(jī)質(zhì)一方面是土壤中各種營養(yǎng)元素尤其是氮、磷的主要來源，另一方面又是植物和土壤微生物不可或缺的營養(yǎng)元素[8]。土壤有機(jī)質(zhì)含量的高低是體現(xiàn)土壤肥力的重要指標(biāo)，同時該指標(biāo)也會影響土壤中 N、P含量，而且還能夠讓土壤具有保肥力和緩沖性，這對于提高土壤的物理性質(zhì)具有重要意義[9]。臨渭區(qū)農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)的高低，可以較為直接地體現(xiàn)出土壤中有效態(tài)氮的含量。從表4看出：有機(jī)質(zhì)大于處于豐富水平的采樣點占總體的99.7%，而剩余的0.3%采樣點處于缺乏水平。由此發(fā)現(xiàn)：臨渭區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量整體上很豐富，極少數(shù)地方含量缺乏。造成農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)含量豐富的原因可能與有機(jī)肥料投入過多，秸稈還田量增加，作物莖稈、根茬C/N較高，在厭氧條件下分解緩慢，有機(jī)質(zhì)得到積累等因素有關(guān)。再結(jié)合表5得出，該地有機(jī)質(zhì)平均值為15.41 g/kg，最大值為29 g/kg，最小值為1.4 g/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為3.98，變異系數(shù)為0.26，這些數(shù)據(jù)表明有機(jī)質(zhì)在空間上的變化幅度大，分布不均勻，這可能與施肥情況不同有著密切的關(guān)系。

2.3 土壤堿解氮含量分析

與全氮相比較，堿解氮能較好地反映土壤近期之內(nèi)氮素供應(yīng)情況，也是衡量土壤肥力的一個指標(biāo)。對于平衡施肥、控制農(nóng)田面源污染具有重要意義[10]。由表3看出，土壤堿解氮在缺乏水平上占總采樣點的81.1%，極缺乏水平占10.9%，中等及豐富水平占8.0%。表明臨渭區(qū)土壤中堿解氮含量還很缺乏，結(jié)合前面有機(jī)質(zhì)含量的情況來看，有機(jī)質(zhì)含量大，說明全氮含量較高，但是當(dāng)季可被植物吸收利用的堿解氮含量卻比較低，說明土壤中氮主要是以緩效態(tài)為主。結(jié)合表5發(fā)現(xiàn)，該地堿解氮最大值為159 mg/kg，最小值為13.40 mg/kg，變異系數(shù)為0.29，說明該地空間差異性較大。造成農(nóng)業(yè)土壤堿解氮含量低，空間變異性大的原因與農(nóng)民的施肥種類及施肥量有著密切的關(guān)系，應(yīng)繼續(xù)增加臨渭區(qū)農(nóng)業(yè)土壤中氮肥的施入，但要注意在施肥過程中所造成的土壤酸化問題。

2.4 土壤有效磷含量分析

有效磷是土壤中易被農(nóng)作物吸收的成分，是反映土壤磷素養(yǎng)分供應(yīng)高低的指標(biāo)，而土壤中磷素的貯量和供應(yīng)能力又是通過土壤磷素養(yǎng)分含量高低來體現(xiàn)的。從表3可以發(fā)現(xiàn)：土壤有效磷在10～20 mg/kg的采樣點占總數(shù)的41.7%，在20～40 mg/kg的占總數(shù)的45.7%，小于10 mg/kg的不足9%，大于40 mg/kg的占3.7%。結(jié)合表5，土壤有效磷最大值為172 mg/kg，最小值為4.3 mg/kg，變異系數(shù)為0.63，說明臨渭區(qū)耕地土壤有效磷含量大部分處于中等及豐富水平，小部分在不足或缺乏水平；土壤中有效磷變化幅度大，這可能與耕作施肥有關(guān)，另外也可能與磷肥在土壤中遷移率低，不易因雨水淋洗而損失有關(guān)，從而導(dǎo)致投入大于吸收，磷在土壤中積累增加。過量施磷肥會導(dǎo)致磷的浪費，而且磷肥生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量廢氣、廢渣、廢水，對土壤酸化、水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題具有極大的影響[11]，所以該地磷肥施用量較大，應(yīng)適當(dāng)控制磷肥使用。

2.5 土壤速效鉀含量分析

土壤中的鉀主要以速效鉀、緩效鉀和礦物態(tài)鉀3種形式存在，速效鉀能夠較快地被作物吸收，在作物營養(yǎng)診斷和測土配方施肥方面意義重大。表3中土壤速效鉀含量在100～150 mg/kg的采樣點占20%，在150～250 mg/kg的占79.7%，還有0.3%的采樣點處于偏高水平。由此發(fā)現(xiàn)，臨渭區(qū)土壤中速效鉀含量非常豐富，不需要專門以施肥的方式增加土壤中鉀含量，這也與前人對黃土高原土壤中鉀含量較高的研究結(jié)果相一致。結(jié)合表5，土壤速效鉀最大值為267 mg/kg，最小值為109 mg/kg，變化幅度大，變異系數(shù)為0.13，標(biāo)準(zhǔn)差為22.01，地區(qū)分布不均，這可能與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民耕種方式以及耕種種類差異有關(guān)。

2.6 與全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)比較

與全國第二次土壤普查數(shù)據(jù)對比，可看出渭南市臨渭區(qū)土壤養(yǎng)分2014年和1982年的變化。從表6可以發(fā)現(xiàn)，臨渭區(qū)耕地土壤中pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀均呈現(xiàn)出不同的變化，其中變化量最為顯著的是堿解氮。土壤pH平均值與1982年相比增加了0.13個單位，增幅為1.73%，表明弱堿化和酸化問題同時存在于該區(qū)域，造成土壤酸堿兩極分化的原因可能與施肥、耕種及灌溉等有關(guān)。有機(jī)質(zhì)比1982年提高6.86個單位，增幅較明顯，增幅為80.23%，這不僅體現(xiàn)了該區(qū)域有機(jī)質(zhì)含量增加較明顯，還說明該地區(qū)對有機(jī)質(zhì)含量較低的土壤進(jìn)行常年的農(nóng)業(yè)改良，已經(jīng)初見成效。堿解氮平均值從1982年的49.9 mg/kg增加到75.52 mg/kg，最小值變化幅度不大。有效磷平均值從1982年的6.7 mg/kg提高到21.15 mg/kg，最小值變化較小，最大值由37.5 mg/kg增加到172 mg/kg，平均值增幅為215.7%，增幅很大，表明在土壤中磷元素有顯著累積。速效鉀含量的平均值與1982年比較下降了23.44個單位，減幅達(dá)12.45%，但是其最小值從68 mg/kg提高到109 mg/kg，而最大值與1982年相比下降了143個單位，整體處在較高含量水平，說明經(jīng)過多年耕種，當(dāng)?shù)厮傩р浐糠植几泳鶆?。土壤有機(jī)質(zhì)變化顯著，可能是與農(nóng)民對有機(jī)肥的使用更加重視、國家對秸稈還田技術(shù)的大力推廣有密切關(guān)系。氮肥、磷肥的大量使用是造成土壤中速效態(tài)氮磷元素增加的首要原因。土壤中速效鉀下降主要是由于鉀肥投入量減少，近年來人們受全國第二次土壤普查影響，普遍認(rèn)為北方鉀肥豐富，而忽視了鉀肥使用，所以與1982年相比鉀肥含量降低。

表6 2014年、1982年土壤養(yǎng)分統(tǒng)計參考值[12]

3 結(jié)論

土壤養(yǎng)分有助于提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。通過對臨渭區(qū)耕地301個采樣點數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

(1)臨渭區(qū)土壤pH以堿性為主，且空間差異性小，相對穩(wěn)定；土壤有機(jī)質(zhì)大多數(shù)采樣點處于豐富水平，地區(qū)差異較大；土壤堿解氮含量總體處于缺乏狀態(tài)，變化幅度較大，且空間分布不均勻；土壤中有效磷含量比較豐富，但變異系數(shù)很大，空間差異大；土壤有效鉀主要在豐富等級。

(2)與1982年相比較，pH變化相對不大，但仍需注意土壤長期施肥而造成的酸化；有機(jī)質(zhì)增加幅度大；堿解氮增加較快，增幅超過50%，有效磷增加幅度極大，增幅達(dá)到215.7%，土壤中有效態(tài)磷的大幅度提高與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)施肥以氮、磷肥為主有關(guān)；速效鉀含量有所減少，減幅達(dá)12.45%，但最低值有所提高，最大值降低，整體仍處于豐富水平。

(3)在臨渭區(qū)農(nóng)業(yè)土壤多年來的種植中，pH較為穩(wěn)定，而有機(jī)質(zhì)提高幅度較大，說明當(dāng)?shù)剞r(nóng)民非常重視農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量提高，在多年的種植管護(hù)中，土壤整體性狀有較大提高，建議在未來的耕種中應(yīng)繼續(xù)加大有機(jī)類肥料的使用，進(jìn)一步改善土壤的理化性狀；堿解氮、有效磷在多年的種植中含量有了一定的提高，這與當(dāng)?shù)厥┯没瘜W(xué)肥料有關(guān)，雖然土壤中不缺，但長期使用化肥會影響到土壤的物理性狀，建議可以適當(dāng)間種或輪作豆科或十字花科植物，以通過生物方式提高土壤肥力；土壤速效鉀多年來一直處于豐富水平，建議以后應(yīng)注意鉀肥的適當(dāng)施用。