澄邁縣水稻土養(yǎng)分特征及其相關(guān)性研究①

李 曉 潘孝忠 李博賑 張冬明③

(1海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與土壤研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海南耕地保育科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站/海南省耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 海南?？?571100;2澄邁縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 海南澄邁 571900)

澄邁縣位于海南島北部，處于北緯19°22＇～20°00＇，東經(jīng)109°43＇～109°15＇。東接定安縣，西靠臨高縣、儋州市，北瀕瓊州海峽，與雷州半島隔海相望，南與屯昌縣、瓊中縣接壤。全縣土地總面積2 072 km2，2017年底總?cè)丝?6.1萬(wàn)人，下轄11個(gè)鎮(zhèn)、3個(gè)國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)、2個(gè)省直屬林場(chǎng)和1個(gè)省級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，176個(gè)村（居）委會(huì)、867個(gè)自然村［1］。澄邁縣屬熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為23.8℃，年平均降雨量1 786.1 mm，年均日照時(shí)數(shù)2 059 h；地勢(shì)南高北低，南部為丘陵山地，中部為河積平原，北部為臺(tái)地和海積平原。全縣土壤類型較豐富，共有6個(gè)土類，13個(gè)亞類，49個(gè)土屬，164個(gè)土種；其中，水稻土23 213 hm2，約占全縣耕地總面積的35.54%，主要分布在南渡江流域的平坦開(kāi)闊地帶。

水稻土是在長(zhǎng)期淹水種稻條件，經(jīng)人為活動(dòng)和自然因素的雙重作用，形成特有剖面特征的土壤，是澄邁縣最主要的耕地類型，是糧食生產(chǎn)最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著全縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，以及耕地資源不合理利用；人地矛盾日益突出，耕地質(zhì)量的降低和數(shù)量的減少，已成為影響全縣熱帶特色高效農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵限制因素。澄邁縣是海南省農(nóng)業(yè)大縣，水稻土是該縣第三大土壤類型，占全縣土壤總面積的11.32%，是全縣農(nóng)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的重要保障。了解并掌握水稻土養(yǎng)分特征和肥力狀況，是水稻科學(xué)施肥和中低產(chǎn)田培肥改良的重要依據(jù)。

目前，海南有關(guān)耕地土壤養(yǎng)分性質(zhì)與肥力評(píng)價(jià)方面的成果已有較多報(bào)道，如張冬明等［2］對(duì)海南島土壤養(yǎng)分質(zhì)量進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，曾迪等［3-4］分析了文昌市和瓊中縣什運(yùn)鄉(xiāng)耕地土壤養(yǎng)分狀況，鐘萍等［5］研究了海南省東方市農(nóng)田土壤養(yǎng)分的時(shí)空分布；除此之外，吳能義等、麥全法等、孫娟等、張冬明等［6-9］研究了海南省保亭墾區(qū)龍眼園、三亞芒果園、中西部荔枝園及全省主要油茶林的土壤養(yǎng)分狀況，鮮有關(guān)于臨高縣水稻土養(yǎng)分狀況的研究報(bào)道。為此，以澄邁縣水稻土為研究對(duì)象，分析其養(yǎng)分性質(zhì)與空間分布特征，并采用層次分析法評(píng)價(jià)其肥力狀況，以期為澄邁縣類似地區(qū)土壤養(yǎng)分資源的綜合評(píng)價(jià)和科學(xué)施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土樣采集

以2017年澄邁縣土地利用現(xiàn)狀空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)軟件提取水稻土現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，疊加地形地貌數(shù)據(jù)，并兼顧空間均勻分布的原則，按照135 hm2左右布設(shè)一個(gè)采樣點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，全縣水稻土共布設(shè)114個(gè)采樣點(diǎn)。野外采樣時(shí)采用GPS定點(diǎn)，采樣時(shí)記下實(shí)時(shí)經(jīng)緯度信息，每一樣點(diǎn)在直徑120 m范圍采用“S”采樣法，采集15～20個(gè)點(diǎn)的耕層土壤混合樣品，按四分法保留1 kg左右，帶回室內(nèi)處理，采樣時(shí)間為2017年10月至12月。

1.2 檢測(cè)方法

水稻土養(yǎng)分含量測(cè)定方法參照土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［10］：pH值采用水土比（1∶2.5）酸度計(jì)測(cè)定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化容量法測(cè)定，有效磷采用鹽酸—氟化銨提取鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀用乙酸銨提取火焰光度法，土壤交換性鈣鎂采用醋酸銨交換原子吸收分光光度法測(cè)定，有效硫采用磷酸鹽—乙酸提取硫酸鋇比濁法測(cè)定，土壤有效硼采用姜黃素比色法測(cè)定。土壤有效鐵錳銅鋅采用DTPA浸提原子吸收分光光度法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理與養(yǎng)分豐缺標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)分析采用Excel 2010、SPS 18.0軟件進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。依據(jù)海南省土壤養(yǎng)分分級(jí)方案［11］，把一二級(jí)歸并為豐富的類別、三四級(jí)歸并為適量的類別、五六歸并為缺乏的類別，制定了不同土壤養(yǎng)分豐缺標(biāo)準(zhǔn)表（表1）。土壤pH評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：pH＜4.5為強(qiáng)酸性，4.5～5.5為酸性，5.5～6.5為弱酸性，6.5～7.5為中性。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH、有機(jī)質(zhì)特征

澄邁縣水稻土pH測(cè)試結(jié)果（表2）表明，全縣114個(gè)樣點(diǎn)pH在3.75～6.04，其中強(qiáng)酸性樣本為30個(gè)，占比為26.32%，酸性樣本比例為64.91%，弱酸性樣本比例為8.8%?？傮w來(lái)看，全縣水稻田土壤偏酸性，平均值為4.75，有73.68%適宜水稻及冬季瓜菜的生長(zhǎng)；從變異系數(shù)來(lái)看，屬于弱變異程度，說(shuō)明全縣水稻土pH變動(dòng)幅度較小，主要受氣候、土壤本身性質(zhì)等自然因素影響，人為因素影響較弱。

表1 土壤養(yǎng)分豐缺標(biāo)準(zhǔn)

表2 水稻田土壤pH和分布頻率

全縣114個(gè)水稻土樣本有機(jī)質(zhì)平均含量為18.01 g/kg，變化范圍在2.55～45.71 g/kg，變異系數(shù)為39.12%，為中等變異強(qiáng)度，受人為施肥、耕作等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施影響較大。全縣水稻土有機(jī)質(zhì)含量較適量，在114個(gè)樣本中，有99個(gè)樣本有機(jī)質(zhì)含量處在適量狀況，占比為86.84%，有7個(gè)樣本的有機(jī)質(zhì)含量處于缺乏狀況，占比為6.14%，有機(jī)質(zhì)含量豐富的占7.02%。見(jiàn)表3。

表3 水稻土土壤有機(jī)質(zhì)含量和分布頻率

2.2 大中量元素養(yǎng)分豐缺狀況

由表4可見(jiàn)，澄邁縣水稻土土壤鈣和硫養(yǎng)分有效含量處于豐富的水平，但空間分布不均勻，受人為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施影響較大，變異系數(shù)高，變異強(qiáng)度大，兩極化嚴(yán)重，尤其是鈣含量，全部樣本鈣含量都處在豐富水平，短時(shí)間內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不會(huì)存在因缺鈣而影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的現(xiàn)象發(fā)生；土壤有效磷是較缺乏的大量元素，有41.23%樣本土壤有效磷含量處于缺乏狀態(tài)，僅有26.32的樣本土壤有效磷含量處于豐富水平，整體來(lái)看土壤有效磷含量及分布非常不均勻，平均含量達(dá)到24.08 mg/kg為豐富水平，變異系數(shù)高達(dá)183.01%，屬?gòu)?qiáng)變異程度，受人為措施影響巨大，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中要注重測(cè)土施肥技術(shù)，避免磷肥的浪費(fèi)和不足現(xiàn)象發(fā)生；氮、鉀和鎂的有效含量處于適量的狀態(tài)，3種元素含量的變幅都較大，且頻率分布兩極化現(xiàn)象嚴(yán)重，其中，堿解氮的適量和缺乏的比重分別為57.02%和4.39%，速效鉀的適量和缺乏水平樣本量的比重分別為51.75%和18.42%，交換性鎂的適量和缺乏水平的樣本量比重分別為61.40%和19.30%，三者的變異系數(shù)分別為32.38%、82.21%和68.66%，均屬于中等變異強(qiáng)度，其有效含量受人為和自然因素的雙重影響，但人為因素大于自然因素。

2.3 微量元素養(yǎng)分豐缺狀況

選取了土壤有效鐵、錳、銅、鋅和硼5種微量元素養(yǎng)分含量進(jìn)行分析研究，其含量豐缺比例情況見(jiàn)表5，其特點(diǎn)有三：一是各微量元素養(yǎng)分有效含量變幅范圍大，分別為18.9～1 002.6、4.9～354.6、0.4～16.78、0.99～16.30 和 0.04～0.18mg/kg；二是土壤有效鐵、錳、銅和鋅均豐富，分布頻率處在豐富的樣本比例分為100%、87.72%、98.25%和99.12%；三是全縣水稻土均非常缺乏硼，114個(gè)樣本有效硼含量均處于缺乏水平。

表4 水稻土土壤大中量養(yǎng)分有效含量和分布頻率

表5 水稻土微量元素養(yǎng)分有效含量和分布頻率

縱向來(lái)看，5種微量元素中有4種有效含量較為豐富，鐵最豐富，其次是鋅，第三是銅，最后是錳；而微量元素硼則嚴(yán)重缺乏，沒(méi)有一個(gè)樣本的有效硼含量超過(guò)0.2 mg/kg，100%的樣本有效硼含量均處在缺乏水平；這種現(xiàn)象在高溫高濕多降雨的南方地區(qū)比較普遍。

2.4 土壤pH值、有機(jī)質(zhì)及有效養(yǎng)分間的相關(guān)性分析

從表6可以看出，澄邁縣水稻土pH與土壤交換性鈣含量間呈極顯著正相關(guān)，與有效銅呈正相關(guān)關(guān)系，但與有效硫、有效鐵呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與有效磷呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；土壤有機(jī)質(zhì)只跟土壤有效磷含量間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與堿解氮、交換性鎂、有效銅、有效鋅和有效硼均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系；土壤有效磷除了與有效硫和有效硼外，與其余指標(biāo)均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中與有機(jī)質(zhì)、有效銅和有效錳的負(fù)相關(guān)關(guān)系達(dá)到極顯著；土壤有效鉀只和pH和有效鐵為負(fù)相關(guān)關(guān)系，與其余養(yǎng)分指標(biāo)均為正相關(guān)關(guān)系，與有效鐵的負(fù)相關(guān)程度達(dá)極顯著，而與有效錳和有效硼的正相關(guān)程度達(dá)極顯著；土壤交換性鈣與有效磷和有效硫間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但未達(dá)到顯著水平，與其余指標(biāo)均為正相關(guān)關(guān)系，并與pH、交換性鎂、有效銅和有效鋅之間達(dá)到極顯著正相關(guān)關(guān)系；交換性鎂只與有效磷呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與其他指標(biāo)均為正相關(guān)關(guān)系，且與有機(jī)質(zhì)、交換性鈣、有效錳、有效銅和有效鋅間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；有效硫與pH和交換性鈣為負(fù)相關(guān)關(guān)系，且與pH達(dá)到極顯著關(guān)系，但與堿解氮和有效鐵為極顯著正相關(guān)關(guān)系；有效鐵與pH和速效鉀間呈極顯著負(fù)相關(guān)性，而與有機(jī)質(zhì)和有效硫間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；土壤有效錳與堿解氮、速效鉀、交換性鈣和有效銅間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，只與有效磷呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；土壤有效銅與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、交換性鈣、交換性鎂和有效鋅間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，其中相關(guān)系數(shù)最大的是交換性鎂，達(dá)到0.560，只與有效磷的相關(guān)關(guān)系為極顯著負(fù)相關(guān)；有效鋅只與有效磷和有效錳間為負(fù)相關(guān)關(guān)系，與其余的土壤指標(biāo)間均為正相關(guān)關(guān)系，且與有機(jī)質(zhì)、交換性鈣、交換性鎂、有效銅、有效硼間的正相關(guān)關(guān)系達(dá)到極顯著水平；與有效硼相關(guān)關(guān)系為負(fù)相關(guān)的為pH和有效錳，與有效硼正相關(guān)關(guān)系達(dá)到極顯著水平的土壤指標(biāo)有有機(jī)質(zhì)、速效鉀和有效鋅。

土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)于土壤養(yǎng)分有效性影響較大。一般來(lái)說(shuō)，有機(jī)質(zhì)含量高低，直接影響其它養(yǎng)分含量；pH也是影響土壤微量元素有效性的重要因素之一。由于土壤酸度的集中分布，變化幅度小，基本很難從本研究中深度挖掘中土壤微量元素含量隨pH變化的規(guī)律。建議在今后從事土壤微量元素有效性隨pH變化規(guī)律的研究時(shí)，應(yīng)盡量保持土壤pH有個(gè)從酸到堿的一個(gè)跨度，這樣既能夠保證數(shù)據(jù)的完整性，更能發(fā)掘變化規(guī)律的科學(xué)合理性。

表6 土壤pH值、有機(jī)質(zhì)及有效養(yǎng)分間的相關(guān)性關(guān)系（n=114）

3 討論與結(jié)論

土壤是個(gè)巨大的緩沖體，自然條件下土壤酸堿度變化非常緩慢，土壤酸堿度能夠影響土壤養(yǎng)分的有效性，進(jìn)而影響土壤肥力；一般中性土壤磷的有效性大，堿性土壤微量元素有效稍差。澄邁縣水稻土大部分樣本都是屬于鹽基不飽和，土壤偏酸，這與呂烈武等［12］的研究結(jié)果基本一致。一方面由于熱帶季風(fēng)性氣候的影響，土壤的淋溶和復(fù)鹽基過(guò)程強(qiáng)度相對(duì)較大；另一方面化肥的不合理使用，增加了土壤中至酸離子的濃度，加劇了土壤的酸化。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)注重土壤酸化改良，可適量撒施生石灰，施用堿性肥料，減緩?fù)寥浪峄觿　?/p>

土壤有機(jī)質(zhì)含量是衡量土壤肥力的一項(xiàng)最重要指標(biāo)，其含量的高低關(guān)系到土壤的保肥、保水和酸堿緩沖作用，能夠改善土壤物理性質(zhì)，潮濕和低溫環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)的積累，而高溫干旱有助于有機(jī)質(zhì)礦化。據(jù)研究，全國(guó)耕地土壤有機(jī)質(zhì)平均含量為24.65 g/kg［13］，而本次調(diào)查水稻土有機(jī)質(zhì)平均含量為18.01 g/kg，明顯低于全國(guó)平均水平，但是相比實(shí)施測(cè)土配方施肥資金補(bǔ)貼項(xiàng)目時(shí)期耕地土壤有機(jī)含量，提高了11.17%［13］。主要原因：一是農(nóng)業(yè)部測(cè)土配方施肥項(xiàng)目的實(shí)施，提升了農(nóng)民科學(xué)種田水平，化肥施用更合理；二是隨著海南省委省政府近幾年大力推進(jìn)“轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)”重大部署，低效益的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式漸漸退出市場(chǎng)，高效益、大投入的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)占主要地位，耕作制度的變化導(dǎo)致有機(jī)肥用量大幅增加；三是水稻秸桿還田技術(shù)的推廣，使農(nóng)田土壤的有機(jī)質(zhì)含量大幅增加。

研究發(fā)現(xiàn)，澄邁水稻土氮、磷、鉀、鈣、鎂和硫6種元素分布頻率為豐富水平的百分比分別為38.60%、 26.32%、 29.82%、 100.00%、 19.30% 和54.39%，只有有效磷含量豐富的樣本數(shù)量略低，水稻田大中量元素中氮、鉀和鎂的有效含量分布頻率處在適量的水平，鈣和硫的有效含量則處在豐富的水平，這與多年來(lái)澄邁縣提倡科學(xué)施肥關(guān)系密切，同時(shí)全縣水稻土pH整體偏酸也增加了大中量元素養(yǎng)分的有效性。堿解氮平均含量為115.97 mg/kg，不缺乏尚豐富，主要是氮肥的過(guò)量施用，由于氮肥表施多，且易揮發(fā)和徑流損失，因此氮素不過(guò)量，處在適宜作物生長(zhǎng)的水平。土壤有效磷含量樣本間差異大，變異系數(shù)大，有47個(gè)樣本處于缺乏水平，占樣本總數(shù)的41.23%，一方面與磷肥施入農(nóng)田后，易被固定，難以被作物吸收利用有關(guān)［15］，另一方面因?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局不同造成化肥的不合理施用，冬季瓜菜基地的三元化肥用量，導(dǎo)致土壤有效磷含量較高，未開(kāi)展冬季瓜菜生產(chǎn)的區(qū)域，土壤有效磷含量相對(duì)較低，這也是出現(xiàn)全縣水稻田土壤有效含量差異較大的直接原因。

澄邁縣水稻土速效鉀平均含量為136.25 mg/kg，處在海南省第二次土壤普查制定的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的2級(jí)水平，僅有21個(gè)樣本的速效鉀含量處于缺乏水平，澄邁縣水稻土土壤鉀素并不缺乏，同時(shí)鉀素很容易通過(guò)施肥進(jìn)行補(bǔ)充，因此鉀素并不能成為影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的養(yǎng)分因子。土壤中的鈣、鎂和硫主要來(lái)自人為投入的農(nóng)資產(chǎn)品，分布頻率處在缺乏的百分?jǐn)?shù)分別為0.00%、19.30%和8.77%，缺乏程度較其他大量元素輕了很多，土壤鈣含量還存在過(guò)量嚴(yán)重現(xiàn)象。需要注意的是，有研究表明農(nóng)產(chǎn)品果實(shí)鈣含量與土壤鈣并不存在明顯相關(guān)性，在土壤鈣含量豐富的情況下作物仍可能出現(xiàn)缺鈣現(xiàn)象，而且土壤鈣積累可能對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和利用產(chǎn)生拮抗作用。

全縣水稻土微量元素含量總體上豐富，從分布頻率百分比來(lái)看，土壤鐵、錳、銅和鋅豐富水平的占比分別為100%、87.72%、98.25%和99.12%；而土壤硼則相反，100%樣本缺乏。導(dǎo)致澄邁水稻土微量元素有效含量出現(xiàn)這種豐缺分布的原因可能有以下幾點(diǎn)：一是與成土母質(zhì)本身關(guān)系密切，淺海沉積物水稻土受人為長(zhǎng)期耕作、施肥、灌溉等水耕活動(dòng)影響，使土壤內(nèi)部物質(zhì)進(jìn)入周期性的氧化還原交替、有機(jī)質(zhì)合成和分解、鹽基淋溶和復(fù)鹽基作用的熟化過(guò)程都促使了土壤鐵、錳等微量元素的有效性提高；二是微肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中逐漸被重視，受不利天氣條件下，近年來(lái)微肥的使用量也逐年攀升，增加了水稻土微量元素的輸入量；三是農(nóng)藥的施用也增加了微量元素的輸入量，例如在防治病菌過(guò)程中常常施用波爾多液，也可增加土壤銅含量；四是與土壤的持續(xù)酸化關(guān)系密切，有研究表明，與澄邁縣第二次土壤普查時(shí)期耕地土壤pH相比下降了0.2個(gè)單位，大大增加了微量元素的有效性。因此，應(yīng)根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，開(kāi)展土壤酸化改良和耕地質(zhì)量長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)工作，做好測(cè)土配方施肥，同時(shí)還應(yīng)重視土壤鈣、鐵和鋅等含量過(guò)高的現(xiàn)象，避免過(guò)來(lái)施肥造成毒害或環(huán)境污染問(wèn)題。

從相關(guān)性分析來(lái)看，土壤越酸土壤養(yǎng)分有效含量越高，土壤有機(jī)質(zhì)含量越高土壤養(yǎng)分有效含量越高，與劉占軍［16］研究我國(guó)南方水稻土養(yǎng)分特征的結(jié)論相一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，土壤鈣和鎂含量的相關(guān)程度最大，為極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.811，其次是土壤有機(jī)質(zhì)含堿解氮，第三是土壤鈣和銅，第四是土壤鎂和土壤銅；從負(fù)相關(guān)關(guān)系來(lái)看，負(fù)相關(guān)程度最大的是土壤pH和硫，其次是土壤鐵和有機(jī)質(zhì)。