杭州市新墾耕地土壤質(zhì)量狀況及提升途徑

王道澤，嚴(yán)建立，李丹，方亞偉

(1.杭州市植保土肥服務(wù)總站，浙江 杭州 310020； 2.杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310024)

耕地是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，沒有充足和肥沃的耕地資源作為支撐，很難保障區(qū)域糧食安全生產(chǎn)[1]。近30 a來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的推進，我國許多地區(qū)的優(yōu)質(zhì)耕地資源呈現(xiàn)下降趨勢[2]，這在一定程度上影響了區(qū)域糧食安全，這種變化在我國東部和南方經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)尤為明顯。為了減緩或避免耕地數(shù)量的進一步下降，實行最嚴(yán)格的耕地保護制度，保障糧食安全，近年來我國許多地區(qū)出臺了相應(yīng)政策，通過土地平整、坡面整治、土地整理及提質(zhì)改造等多種途徑墾造耕地，在一定程度上緩解了耕地數(shù)量的下滑，保持了耕地資源的占補平衡。但與長期耕作的老耕地比較，新耕地多位于立地條件相對較差的區(qū)域，存在諸多不利因素或限制條件，其土壤肥力質(zhì)量普遍較差[3-7]。因此，如何有效開展新墾耕地質(zhì)量提升，通過科學(xué)施肥和采取針對性的措施進行土壤改良和質(zhì)量提升，是新墾耕地后續(xù)管護的重要內(nèi)容。本研究以杭州市為例，對近年新墾耕地的土壤質(zhì)量狀況進行了調(diào)查，并提出針對性的提升對策，以期為全市新墾耕地的后續(xù)管護提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查與采樣

調(diào)查在杭州市域內(nèi)進行，調(diào)查對象為2013—2016年新墾耕地，其地貌類型主要為丘陵，坡度在25°以下。根據(jù)新墾耕地的分布，調(diào)查共設(shè)99個點位，分別在代表性地區(qū)進行調(diào)查和采樣，涉及耕地的總面積為802.78 hm2。

土壤樣品采集在當(dāng)年度最后一季作物收獲后進行。采樣方法參照DB33/T 895—2013《耕地質(zhì)量評定與地力分等定級技術(shù)規(guī)范》進行，每個墾造耕地項目點為1 個評價單元，每13.3 hm2設(shè)1個取樣單元，每個取樣單元設(shè)10個以上的取樣點，按S形取樣法取0～15 cm耕層土樣，樣本充分混勻后，用四分法縮分至1 kg。

1.2 分析

分析項目有耕層厚度、容重、礫石度、pH、有機質(zhì)、陽離子交換量(CEC)、速效鉀、有效磷。耕層厚度采取直接觀察法測量，容重用環(huán)刀法測定，礫石度(即>1 mm礫石含量)采用重量法測定，pH采用電位法測定，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化法測定，CEC用醋酸銨交換法測定，速效鉀用醋酸銨溶液提取-火焰光度計法測定，有效磷采用鹽酸氟化銨法測定[8]，生產(chǎn)能力分值根據(jù)DB33/T 895—2013確定。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤物理性狀

2.1.1 耕層厚度

耕層是農(nóng)作物根系生長的主要場所，其厚度直接影響耕地養(yǎng)分容量和保水、蓄水能力。檢測結(jié)果(圖1)表明， 99個點位耕層厚度有較大的差異，為7～30 cm，平均為15.7 cm。其中：耕層厚度<12 cm(生產(chǎn)能力分值0.3～0.6分)的面積為198.5 hm2，占調(diào)查總面積的24.7%；耕層厚度12～<16 cm(生產(chǎn)能力分值0.8分)的面積為310.0 hm2，占38.6%；耕層厚度16～20 cm(生產(chǎn)能力分值0.9分)的面積為175.8 hm2，占21.9%；耕層厚度>20 cm(生產(chǎn)能力分值1.0分)的面積為118.6 hm2，占14.8%。優(yōu)等耕地要求耕層厚度>20 cm，但上述結(jié)果表明，杭州市新墾耕地耕層厚度在≤20 cm的占比達85.2%。由此可見，杭州市新墾耕地普遍存在耕層“薄”的問題。

括號內(nèi)數(shù)據(jù)為生產(chǎn)能力加分值，圖2～8同。

2.1.2 礫石度

礫石度是指土壤中礫石的含量，較高礫石度影響耕地的耕作性狀，并可影響土壤水穩(wěn)定性團聚體的形成及保水性能。分析結(jié)果(圖2)表明，杭州市新墾耕地礫石度變化較大，為3.0%～32.2%，平均為13.4%，總體上耕層礫石度較高。多數(shù)土壤(占70.1%)礫石度在10%～25%(生產(chǎn)能力分值0.5分)，面積為602.5 hm2；礫石度<10%(生產(chǎn)能力分值1.0分)的耕地面積為183.8 hm2，占22.9%；礫石度>25%(生產(chǎn)能力分值0.2分)的耕地面積為16.5 hm2，約占2.1%。耕性良好的耕地土壤礫石度一般<10%，但杭州市新墾耕地礫石度≥10%的占77.1%，表明這些新墾耕地多存在“粗骨”特性，在一定程度上影響土壤的耕性。

圖2 新墾耕地礫石度的分布情況

2.1.3 容重

容重可反映土壤的顆粒組成和結(jié)構(gòu)狀況，影響土壤的通氣性、保水性和透水性，合適的容重可協(xié)調(diào)土壤的水氣平衡，過高和過低的容重都將影響耕地的生產(chǎn)性能。過高的容重將導(dǎo)致土壤板結(jié)，造成通氣不良，過低的容重會降低土壤的保水保肥性能。圖3表明，杭州市新墾耕地容重跨度較大，為0.95～1.50 g·cm-3，平均為1.32 g·cm-3。與優(yōu)質(zhì)耕地合適的容重0.9～1.1 g·cm-3比較，杭州市新墾耕地容重總體上偏高，即土體較為堅實。其中：容重>0.9～1.1 g·cm-3(生產(chǎn)能力分值1.0分)的面積為45.2 hm2，占5.6%；>1.1～1.3 g·cm-3(生產(chǎn)能力分值0.8分)的面積為364.1 hm2，占45.4%；>1.3 g·cm-3(生產(chǎn)能力分值0.5分)的面積為393.5 hm2，占49.0%。全市新墾耕地容重>1.1 g·cm-3的面積達94.4%，表明新墾耕地土壤多存在土體堅實、板結(jié)現(xiàn)象。

圖3 新墾耕地容重的分布情況

2.2 土壤化學(xué)性狀

2.2.1 pH

pH值是反映土壤酸堿度的重要指標(biāo)，其不僅可直接影響農(nóng)作物的生長，也可影響土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)量，并影響土壤微生物活動和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化[9-10]。調(diào)查結(jié)果(圖4)表明，杭州市新墾耕地pH有較大的差異，為4.2～8.4，總體上呈酸性，并以酸性(pH 4.5～5.5)和微酸性(pH 5.5～6.5)為主。其中：pH<4.5(強酸性)的面積較小，為6.7 hm2，占0.8%；pH 4.5～<5.5(生產(chǎn)能力分值0.4分)的面積為363.6 hm2，占45.3%；pH 5.5～<6.5(生產(chǎn)能力分值0.8分)的面積為302.1 hm2，占37.7%；pH 6.5～<7.5(中性，生產(chǎn)能力分值1.0分)、7.5～8.5(微堿性，生產(chǎn)能力分值0.7分)的面積分別為104.2和26.2 hm2，分別占13.0%和3.3%。多數(shù)農(nóng)作物適宜的土壤pH為6.5～7.5，上述結(jié)果表明，杭州市新墾耕地pH屬中性的占比僅為13.0%，而呈微酸性及酸性的土壤占比達83.8%，表明全市新墾造耕地土壤普遍存在“酸化”現(xiàn)象。

圖4 新墾耕地pH的分布情況

2.2.2 CEC

CEC是衡量土壤保肥性的重要指標(biāo)，是土壤顆粒組成、礦物組成和有機質(zhì)積累綜合作用的結(jié)果。CEC越高，其保肥性越高。調(diào)查結(jié)果(圖5)顯示，杭州市新墾耕地CEC變幅很大，最低的僅為4.00 cmol·kg-1，最高的達27.22 cmol·kg-1，平均為10.0 cmol·kg-1，多數(shù)耕地CEC偏低。在調(diào)查的新墾耕地中：CEC<5 cmol·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.1分)的面積為139.2 hm2，占17.4%； CEC 5～<10 cmol·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.4分)的面積為342.0 hm2，占42.6%；CEC 10～<15 cmol·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.6)的面積為215.3 hm2，占26.8%；CEC 15～20 cmol·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.9分)的面積為82.4 hm2，占10.2%；CEC>20 cmol·kg-1(生產(chǎn)能力分值1.0分)的面積為23.8 hm2，僅占3.0%。全市新墾耕地CEC<15 cmol·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.6分以下)的占86.8%，表明全市多數(shù)新墾耕地土壤保肥性能差，容易導(dǎo)致養(yǎng)分的流失。

圖5 新墾耕地CEC的分布情況

2.3 土壤養(yǎng)分狀況

2.3.1 有機質(zhì)

有機質(zhì)含量是土壤肥力的重要指標(biāo)，其對容重、水穩(wěn)定性團聚體等物理指標(biāo)的改善有重要影響，同時也是控制CEC的重要因素及土壤中有效態(tài)氮、磷、微量元素的重要來源[11-12]。優(yōu)質(zhì)耕地的有機質(zhì)含量一般在30 g·kg-1以上。分析結(jié)果(圖6)表明，杭州市新墾耕地有機質(zhì)較低，在1.9～28.3 g·kg-1，全部在優(yōu)質(zhì)耕地含量標(biāo)準(zhǔn)以下，平均僅為11.4 g·kg-1。其中：有機質(zhì)含量≤10 g·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.3分)的面積為385.1 hm2，占48.0%；>10～20 g·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.5分)的面積為339.1 hm2，占42.2%；>20～30 g·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.8分)的面積為78.6 hm2，占9.8%。表明杭州市新墾耕地有機質(zhì)匱乏，有機質(zhì)含量≤20 g·kg-1的占比達90.2%。

圖6 新墾耕地有機質(zhì)的分布情況

2.3.2 有效磷

磷是農(nóng)作物需要的大量元素之一，一般來說，土壤中有效磷含量達30～40 mg·kg-1才能滿足大多數(shù)農(nóng)作物正常生長的需要。調(diào)查結(jié)果(圖7)表明，杭州市不同地區(qū)的新墾耕地有效磷差異明顯，為0.23～45.97 mg·kg-1，平均為4.1 mg·kg-1，總體上耕地土壤缺磷突出。絕大多數(shù)的新墾耕地有效磷<10 mg·kg-1，其中：有效磷≤5 mg·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.2分)和>5～10 mg·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.5分)的面積分別為402.0和274.1 hm2，分別占50.1%和34.2%；有效磷在>10～20 mg·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.7～0.8分)的面積為93.5 hm2，占11.7%；>20～30 mg·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.9分)的面積為13.3 hm2，占1.7%；>30～40 mg·kg-1(生產(chǎn)能力分值1.0分)和>40 mg·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.8的)的面積分別為13.0和6.8 hm2，分別占1.5%、0.8%。

圖7 新墾耕地有效磷的分布情況

2.3.3 速效鉀

農(nóng)作物對鉀的需求量較高，一般情況下當(dāng)速效鉀含量>150 mg·kg-1可基本滿足多數(shù)農(nóng)作物的生長。調(diào)查結(jié)果(圖8)表明，杭州市新墾耕地之間速效鉀差別較大，在17.2～266 mg·kg-1，平均為91.7 mg·kg-1，總體上呈中低水平。多數(shù)耕地土壤的速效鉀<100 mg·kg-1，其中：速效鉀≤50 mg·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.3分)的面積為209.2 hm2，占26.0%；>50～80 mg·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.5分)的面積為171.5 hm2，占21.4%；>80～100 mg·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.7分)的面積為109.4 hm2，占13.6%；速效鉀含量>100～150 mg·kg-1(生產(chǎn)能力分值0.9分)的面積為226.0 hm2，占28.2%；>150 mg·kg-1(生產(chǎn)能力分值1.0分)的面積較小，僅為86.7 hm2，占10.8%。總體上，杭州市新墾耕地有效磷和速效鉀不足，且不同耕地間不平衡，存在養(yǎng)分“貧瘠”的問題。

圖8 新墾耕地速效鉀的分布情況

3 討論

耕地地力是特定氣候區(qū)域以及地形、地貌、成土母質(zhì)、土壤理化性狀、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施、培肥水平等要素綜合構(gòu)成的耕地生產(chǎn)能力，由立地條件、土壤條件、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施條件及培肥水平等因素影響并決定。田間調(diào)查表明，杭州市新墾耕地地面較為平整，基礎(chǔ)設(shè)施良好，田塊較為整齊，表明新墾耕地的外部環(huán)境總體上能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求。但從以上土壤物理、化學(xué)及養(yǎng)分的分析結(jié)果來看，多數(shù)新墾耕地存在耕層較薄、礫石度高、容重偏高、有機質(zhì)低下、缺磷缺鉀明顯等諸多問題。總體上，耕地土壤保肥、保水能力較弱，離優(yōu)質(zhì)耕地建設(shè)的要求較遠。這一結(jié)果也表明，當(dāng)前杭州市新墾耕地肥力建設(shè)還不能很好地滿足“占優(yōu)補優(yōu)”耕地建設(shè)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。分析認(rèn)為，杭州市新墾耕地肥力較低的原因可能有以下方面：(1)耕地墾造過程不夠規(guī)范。在土地平整過程中，沒有做好表土剝離工作，在平整過程中表土與底土混雜明顯，且因異地調(diào)入的優(yōu)質(zhì)剝離表土投入不夠，導(dǎo)致表土礫石度偏高，有機質(zhì)偏低。(2)部分墾造耕地選址不夠合理。因前期論證不夠充分，某些土質(zhì)較差(特別是砂性較強的粗骨土)、不適合作為新造耕地的區(qū)域被用于耕地墾造，這可能是導(dǎo)致部分耕地CEC低下及養(yǎng)分不足的原因之一。(3)建設(shè)過程中重田外建設(shè)、輕田內(nèi)培肥。許多地方的新墾耕地較多關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，但田內(nèi)投入不足(特別是有機肥和化肥)，導(dǎo)致了多數(shù)墾造耕地有效磷和速效鉀偏低。(4)沒有很好地開展墾造前墾造地土質(zhì)的檢測，缺少對墾造地土質(zhì)性狀的認(rèn)識。杭州市屬于亞熱帶丘陵地區(qū)，新墾耕地的原始土壤多為脫硅作用較強的富鋁化土壤(包括紅壤和黃紅壤亞類)，土壤酸性較強，導(dǎo)致新造耕地酸化問題突出。

針對當(dāng)前杭州市新墾耕地存在的有機質(zhì)缺乏、酸化明顯及養(yǎng)分不足等主要問題，建議從以下方面開展培肥工作：(1)結(jié)合深耕多途徑增加有機肥料的投入。根據(jù)新墾耕地分布地區(qū)的特點，采用多種方式增加有機物質(zhì)的投入。對于交通條件良好和有機物料較為豐富的地區(qū)，可重點考慮增施有機肥料及采用秸稈還田等方式來增加有機物料的投入?？蛇x擇的有機肥源包括人畜糞便、作物秸稈、餅肥、堆肥、廄肥、沼肥、綠肥等農(nóng)家肥料以及商品有機肥。對于用于果樹生產(chǎn)的耕地，可考慮采用覆草(即將農(nóng)作物秸稈、果園內(nèi)雜草、果樹的枯枝落葉等作為覆蓋材料)及通過果園生草來提升土壤有機碳水平。有機肥料投入在增加有機質(zhì)的同時，也可改善容重、CEC，并通過適度深耕，逐漸熟化耕層。(2)適量施用堿性改良劑。重點以pH在5.5以下的耕地為對象，通過施用石灰或者石灰石粉來校治土壤的酸度[13]。考慮到新墾耕地建設(shè)前土壤多為酸性較強的紅壤類土壤，土壤全剖面酸度都較低，石灰用量應(yīng)高于常規(guī)用量，這樣在降低耕層土壤酸度的同時也可同時降低心土層土壤的酸度[14]，全面提高pH值，改善鈣、鎂養(yǎng)分。(3)增加養(yǎng)分投入與平衡施肥。由于新墾耕地多屬于風(fēng)化較強的紅壤，鉀素貧乏，對磷固定作用明顯，因此，在土壤改良中應(yīng)重視磷肥和鉀肥的施用。由于不同地區(qū)的新墾耕地速效鉀和有效磷差異較大，磷肥和鉀肥的施用必須基于速效鉀和有效磷的檢測結(jié)果進行確定。

4 小結(jié)

土壤8項指標(biāo)的檢測結(jié)果表明，杭州市新墾耕地肥力等級較低，障礙因子較多，總體質(zhì)量可歸納為“酸、瘦、薄、粗”，具體表現(xiàn)為土壤偏酸，有機質(zhì)、有效磷等主要養(yǎng)分含量偏低，耕層偏薄，礫石度和容重偏高，板結(jié)現(xiàn)象較嚴(yán)重，保肥保水性能差。研究認(rèn)為，應(yīng)重點從多途徑增加有機肥料的投入、適量施用堿性改良劑、增加養(yǎng)分投入與平衡施肥等方面提升新墾耕地的質(zhì)量。