重慶市江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤肥力調(diào)查與評價

李志琦，彭 清，王 洋，羅 博，陳文春，李四光，尚 成，蔡國學

（江津區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，重慶江津 402260）

養(yǎng)分是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征，也是衡量土壤肥力的重要指標。土壤肥力是土地生產(chǎn)力的基礎，土壤肥力水平高低直接關(guān)系到作物生長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)、布局及效益等方面[1-3]。全面客觀地評價土壤肥力水平對于科學制訂農(nóng)田施肥方案、提高養(yǎng)分資源利用率、減少過量施肥造成的環(huán)境污染、實現(xiàn)精準施肥具有重要意義[4-5]。

1 材料與方法

1.1 江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園概況

重慶市江津區(qū)白酒釀造歷史悠久。據(jù)史料記載，江津釀酒業(yè)在明嘉靖年間已“邑中產(chǎn)酒甲于省”，20 世紀初江津白沙沿街槽坊、酒肆無數(shù)，形成了酒香飄萬里的壯麗畫卷。

2014 年，重慶江記酒莊有限公司入駐江津白沙，目前年釀酒產(chǎn)能已達到6萬t的規(guī)模，橫空打造出了聞名全國乃至世界的“江小白”品牌。高粱是其釀酒原料，為支持“江小白”原料本地化，2018 年《江津區(qū)黃莊片區(qū)鄉(xiāng)村振興總體規(guī)劃》中提出“在永興鎮(zhèn)黃莊村、旸巖村，白沙鎮(zhèn)黑石村、高屋社區(qū)、東山社區(qū)，慈云鎮(zhèn)涼河村規(guī)劃建設1 333 hm2高粱產(chǎn)業(yè)園”。該園區(qū)屬亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明，冬暖春早，初夏多雨，盛夏炎熱伏旱，秋多連綿陰雨，無霜期長，雨量充沛。年平均氣溫18 ℃，冬季平均氣溫7.7 ℃，夏季平均氣溫28.5 ℃，年降雨量900 mm，無霜期335 d。園區(qū)土壤為沙溪廟組母質(zhì)發(fā)育而成，土壤肥力總體水平較好，適宜高粱生產(chǎn)。園區(qū)采取的耕制模式為高粱-油菜輪作，形成了春有油菜花、夏有紅高粱的美麗鄉(xiāng)村圖案。

2018 年，該園區(qū)啟動建設，通過宜機化整地和高標準農(nóng)田建設，到2020 年已建成333 hm2。本文以建成園區(qū)為基礎，開展高粱產(chǎn)業(yè)園土壤肥力調(diào)查評價，以期為高粱產(chǎn)業(yè)園的科學種植提供技術(shù)支撐。

1.2 土壤樣品采集

土壤樣品于2020年在重慶市江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園內(nèi)采集，按3.3 hm2采集1 個土樣，具有很好的代表性，土壤樣品采集點分布見圖1。土壤采集方式按照代表性原則，每個樣點采用“S”型布點選取選4 個采樣點，在每個點采集地表0～20 cm 土層的土壤約200 g，除去植物根、石塊等雜質(zhì)，4 個采樣點采集的土壤混合均勻后，采用四分法取土樣約500 g，做好記錄并帶回實驗室，風干后過20目篩。

圖1 土壤樣品采集點分布

1.3 土壤指標測定

土壤測定指標包括pH 值，有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，交換性鈣、鎂含量，有效性鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬、硫、硅含量，陽離子交換量，全硒含量。土壤pH 值在水土重量比為2.5∶1 的條件下用pH 計測定；各項營養(yǎng)指標測定方法：有機質(zhì)用重鉻酸鉀容量法—外加熱法，全氮用自動定氮儀法，全磷用堿熔法和酸溶法，全鉀用氫氟酸消解法，堿解氮用堿解擴散法，有效磷用Olsen 法，速效鉀用乙酸銨浸提—火焰光度計，交換性鈣、鎂用醋酸銨提取—原子吸收分光光度計，有效鐵、錳、銅、鋅用DTPA 浸提—原子吸收分光光度法，有效硼用沸水浸提—姜黃素比色法，有效鉬用草酸-草酸銨浸提—極譜法，有效硫用磷酸鹽-醋酸提取—硫酸鋇比濁法，陽離子交換量用DTPA-銨鹽浸提—蒸餾滴，全硒用原子熒光光譜法、氫化物原子吸收光譜法和熒光法。

1.4 土壤養(yǎng)分分級標準

參考第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準，結(jié)合江津區(qū)實際情況，制訂土壤養(yǎng)分各指標豐缺標準（見表1～表3）[6-7]。

表1 土壤pH值分級標準

表2 土壤有機質(zhì)和大量元素養(yǎng)分含量分級標準

表3 土壤中微量元素和CEC含量分級標準

1.5 高粱產(chǎn)業(yè)園土壤綜合肥力評價方法

在高粱產(chǎn)業(yè)園100 個定點土樣化驗數(shù)據(jù)中，選取pH、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、有效鉀5 項指標作為確定高粱產(chǎn)業(yè)園土壤肥力綜合指標值的變量因子，再利用因子分析法和改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法對土壤進行綜合評價[8-10]。

1.5.1 因子分析法

采用隸屬函數(shù)對各評價指標進行歸一化處理，pH采用拋物線型函數(shù)，其余各項指標均采用S 型函數(shù)。再用因子分析法確定每個指標的權(quán)重，某評價指標的公因子方差與所有評價指標的公因子方差之和的比值即為該評價指標的權(quán)重[11-14]。

根據(jù)模糊數(shù)學加乘法原則，計算土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）。

式（1）中，Wm和Pm分別表示第m 項的權(quán)重和隸屬函數(shù)值；n 代表評價指標的個數(shù)。IFI 取值在0～1，值越大代表土壤綜合肥力越高。

1.5.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法

采用改進后的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對高粱產(chǎn)業(yè)園土壤肥力進行綜合評價，選取了pH、有機質(zhì)等5 個指標作為參比項來綜合反映高粱產(chǎn)業(yè)園土壤肥力水平[14-17]。根據(jù)土壤養(yǎng)分分級標準設置各屬性分級標準值Xa、Xc、Xp（見表4）。此外，土壤pH 分級標準值確定參考前人研究結(jié)果，當土壤pH 值在高粱最適范圍6.5～7.0時，IFIi=3；pH 值在較適范圍7.0～8.5 時，IFIi=2；pH 值在＜6.5 或＞8.5 等不適范圍時，IFIi=1，綜合肥力（IFI值）分級標準見表5[18]。

表4 土壤各指標的分級標準值

表5 土壤綜合肥力評價標準

分肥力系數(shù)IFIi的計算：

肥力綜合指數(shù)IFI的計算：

式（2）中，IFIi表示分肥力系數(shù)；X表示測定值；Xa、Xc和Xp為分級標準值。式（3）中，IFI 為土壤綜合肥力指數(shù)，IFIi平均為各肥力系數(shù)均值；IFIi最小為各肥力系數(shù)最小值；n代表評價指標的個數(shù)。IFI 值介于0～3，IFI值越大，表示該土壤越肥沃。

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Office 2007 處理，SPSS 22.0 進行相關(guān)性分析，Arcgis 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分分析與豐缺評價

2.1.1 pH值、有機質(zhì)和大量元素

根據(jù)100 個樣品化驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤pH 值變幅范圍為4.2～8.5，平均值為5.6，總體處于弱酸性，弱酸性及以下（pH 值＜6.5）樣點占比82%。有機質(zhì)含量變幅范圍為3.54～29.30 g·kg-1，平均值為14.10 g·kg-1，總體上處于中等偏下水平，中等偏下及以下（＜20 g·kg-1）樣點占比86%。全氮含量變幅范圍為0.38～1.75 g·kg-1，平均值為0.87 g·kg-1，總體上處于中等偏下水平，中等偏下及以下（＜1 g·kg-1）樣點占比71%。全磷含量變幅范圍為0.15～1.16 g·kg-1，平均值為0.455 g·kg-1，總體上處于中等偏下水平，中等偏下及以下（＜0.6 g·kg-1）樣點占比78%。全鉀含量變幅范圍為5.9～27.5 g·kg-1，平均值為19.0 g·kg-1，總體上處于中等偏上水平，中等偏上及以上（＞15 g·kg-1）樣點占比85%。堿解氮含量變幅范圍為22.0～163.0 mg·kg-1，平均值為72.0 mg·kg-1，總體上處于中等偏下水平，中等偏下及以下（＜90 mg·kg-1）樣點占比76%。有效磷含量變幅范圍為0.4～282.0 mg·kg-1，平均值為38.0 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，但波動幅度較大，豐富及以上（＞20 mg·kg-1）樣點占比50%。速效鉀含量變幅范圍為14.0～845.0 mg·kg-1，平均值為179 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，豐富及以上（＞150 mg·kg-1）樣點占比51%。

2.1.2 中微量元素

根據(jù)30個樣品化驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤交換性鈣含量變幅范圍為1 200～7 600 mg·kg-1，平均值為4 162.7 mg·kg-1，總體上處于極豐富水平，所有樣點均大于國家級和市級分級標準的最高值（＞1 000 mg·kg-1）。交換性鎂含量變幅范圍為240～1 440 mg·kg-1，平均值為732.8 mg·kg-1，總體上處于極豐富水平，90%的樣點均大于國家級和市級分級標準的最高值（＞300 mg·kg-1）。有效鐵含量變幅范圍為8.8～277.0 mg·kg-1，平均值為92.1 mg·kg-1，總體上處于極豐富水平，極豐富（＞20 mg·kg-1）樣點占比90%。有效錳含量變幅范圍為8.8～80.2 mg·kg-1，平均值為31.9 mg·kg-1，總體上處于極豐富水平，極豐富（＞30 mg·kg-1）樣點占比53.4%。有效銅含量變幅范圍為0.22～2.33 mg·kg-1，平均值1.07 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，豐富及以上（＞1 mg·kg-1）樣點占比43.3%，但另外56.7% 的樣點均為中等水平（0.2～1.0 mg·kg-1）。有效鋅含量變幅范圍為0.24～3.50 mg·kg-1，平均值為1.3 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，豐富及以上（＞1 mg·kg-1）樣點占比43.4%，另外有46.7%的樣點處于中等水平（0.5～1.0 mg·kg-1）。有效硼含量變幅范圍為0.05～0.49 mg·kg-1，平均值為0.179 mg·kg-1，總體上處于極缺乏水平，極缺乏（＜0.2 mg·kg-1）樣點占比66.7%。有效鉬含量變幅范圍為0.03～0.11 mg·kg-1，平均值為0.057 mg·kg-1，總體上處于極缺乏水平，極缺乏（＜0.1 mg·kg-1）樣點占比93.3%。有效硫含量變幅范圍為4.81～87.30 mg·kg-1，平均值為16.55 mg·kg-1，總體上處于缺乏和中等水平，缺乏（＜16 mg·kg-1）樣點占比63.3%，中等（16～30 mg·kg-1）樣點占比26.7%。有效硅含量變幅范圍為60.1～786.0 mg·kg-1，平均值為170 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，豐富及以上（＞115 mg·kg-1）樣點占比50%。陽離子交換量變幅范圍為9.58～28.00 cmol·kg-1，平均值為21.3 cmol·kg-1，總體上處于極豐富水平，極豐富（＞20 cmol·kg-1）樣點占比66.7%。全硒含量變幅范圍為0.08～0.43 mg·kg-1，平均值為0.21 mg·kg-1，總體上處于富硒水平（包括高硒和中硒），富硒（＞0.2 mg·kg-1）樣點占比63.3%。

表6 江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤養(yǎng)分屬性特征

2.2 土壤養(yǎng)分含量的空間分布特征

由圖2可知，江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤pH 值空間上呈中西部高、東部低的分布趨勢。有機質(zhì)空間上呈均勻分布，差異不明顯。全氮整體分布呈西南向東北逐漸增加趨勢。全磷呈現(xiàn)出中部低、四周高的空間分布特征。全鉀整體呈西南高、東北低的趨勢。堿解氮整體分布呈西南向東北逐漸增加趨勢。有效磷呈整體豐富、局部缺乏的分布格局。速效鉀整體分布呈西南向東北逐漸增加趨勢。

圖2 江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤養(yǎng)分空間分布圖（未完，待續(xù)）

續(xù)圖2 江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤養(yǎng)分空間分布圖（未完，待續(xù)）

續(xù)圖2 江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤養(yǎng)分空間分布圖（未完，待續(xù)）

續(xù)圖2 江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤養(yǎng)分空間分布圖

土壤交換性鈣空間上呈中部局部低、四周高的分布特點。交換性鎂空間上呈中部低、南北高的分布特點。有效鐵空間分布較為均勻，且都很豐富。有效錳整體呈中部低、南北高的分布趨勢。有效銅、有效鋅、有效硼空間上都呈西南低、東北高的分布特點。有效鉬空間分布較為均勻，且都很缺乏，東北局部較高。有效硅空間上由西向東呈降低趨勢。有效硫呈現(xiàn)出中部低、西南和東北高的空間分布特征。陽離子交換量空間上呈整體含量高、東西部局部低的分布格局。土壤硒含量整體呈中部高、南北低的趨勢。

2.3 土壤養(yǎng)分指標的相關(guān)性分析

江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤各養(yǎng)分指標的相關(guān)性分析如表7所示，土壤pH 值與全磷、交換性鈣、陽離子交換量呈顯著正相關(guān)，與堿解氮、有效磷、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅、有效硫、全硒呈顯著負相關(guān)。土壤有機質(zhì)與全氮、堿解氮、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅、有效硼、有效鉬、全硒呈顯著正相關(guān)。土壤全氮與堿解氮、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅、有效硼、有效鉬、全硒呈顯著正相關(guān)。土壤全磷與全鉀、有效磷、交換性鈣、陽離子交換量呈顯著正相關(guān)，與有效銅、有效硫呈顯著負相關(guān)。土壤全鉀與有效磷、交換性鈣、交換性鎂、陽離子交換量呈顯著正相關(guān)，與有效硫、全硒呈顯著負相關(guān)。土壤堿解氮與有效磷、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅、有效硼、有效鉬、全硒呈顯著正相關(guān)，與交換性鈣呈顯著負相關(guān)。土壤有效磷與有效錳呈顯著正相關(guān)，與有效硫、全硒呈顯著負相關(guān)。土壤速效鉀與有效鐵、有效鋅、有效硼呈顯著正相關(guān)。土壤交換性鈣與陽離子交換量呈顯著正相關(guān)，與有效鐵、有效鋅、有效硫、全硒呈顯著負相關(guān)。土壤交換性鎂與全硒呈顯著負相關(guān)。土壤有效鐵與有效銅、有效鋅、有效硼、有效鉬、全硒呈顯著正相關(guān)。土壤有效錳除與有效磷顯著正相關(guān)外，與其他養(yǎng)分指標都沒有相關(guān)性。土壤有效銅與有效鋅、有效硼、全硒呈顯著正相關(guān)。土壤有效鋅與有效硼、全硒呈顯著正相關(guān)。土壤有效鉬僅與有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效鐵呈顯著正相關(guān)，與其他養(yǎng)分指標都沒有相關(guān)性。土壤有效硼與有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅呈顯著正相關(guān)，與其他養(yǎng)分指標都沒有相關(guān)性。土壤有效硫與陽離子交換量呈顯著負相關(guān)。土壤有效硅與陽離子交換量呈顯著負相關(guān)。土壤陽離子交換量與全硒呈顯著負相關(guān)。

表7 江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤養(yǎng)分指標相關(guān)性分析（n=100）

2.4 土壤肥力綜合評價

選取土壤pH 值、有機質(zhì)及速效氮、磷、鉀5個養(yǎng)分指標，利用因子分析法和改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法對江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤肥力進行定量化的綜合評價。由表8 可知，因子分析法結(jié)果：2020 年江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤綜合肥力平均值為0.45，變幅范圍為0.16～0.84，變異系數(shù)為32.4%，總體處于Ⅲ級肥力水平；改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法分析結(jié)果：2020 年江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤綜合肥力平均值為1.1，變幅范圍為0.57～1.57，變異系數(shù)為17.8%，總體處于Ⅲ級肥力水平。不管是因子分析法還是內(nèi)梅羅指數(shù)法，高粱產(chǎn)業(yè)園土壤綜合肥力總體處于偏低水平（Ⅲ級），其中pH 值、有機質(zhì)、堿解氮的分肥力系數(shù)較低。

表8 土壤肥力綜合評價結(jié)果

3 結(jié)論

江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤pH 值總體處于弱酸性，平均值為5.6，弱酸性及以下（pH 值＜6.5）樣點占比82%。土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮總體上處于中等偏下水平，平均值分別為14.1 g·kg-1、0.87 g·kg-1、0.455 g·kg-1、72.0 mg·kg-1，中等偏下及以下樣點占比分別為86%、71%、78%、76%。土壤全鉀總體上處于中等偏上水平，平均值為19.0 g·kg-1，中等偏上及以上樣點占比85%。土壤有效磷、速效鉀總體上處于豐富水平，平均值為38.0 mg·kg-1、179 mg·kg-1，豐富及以上樣點占比分別為50%、51%。

根據(jù)中微量元素分析結(jié)果，土壤交換性鈣、交換性鎂、有效鐵、有效錳、陽離子交換量總體上處于極豐富水平，平均值分別為4 162.7 mg·kg-1、732.8 mg·kg-1、92.1 mg·kg-1、31.9 mg·kg-1、21.3 cmol·kg-1，所有 樣點的交換性鈣均大于國家級和市級分級標準的最高值（＞1 000 mg·kg-1），90%樣點的交換性鎂均大于國家級和市級分級標準的最高值（＞300 mg·kg-1），土壤有效鐵、有效錳、陽離子交換量，極豐富樣點占比分別為90.0%、53.4%、66.7%。土壤有效銅、有效鋅、有效硅總體上處于豐富水平，平均值分別為1.07 mg·kg-1、1.3 mg·kg-1、170 mg·kg-1，豐富及以上樣點占比分別為43.3%、43.4%、50.0%。土壤有效硼、有效鉬總體上處于極缺乏水平，平均值分別為0.179 mg·kg-1、0.057 mg·kg-1，極缺乏樣點占比分別為66.7%、93.3%。土壤有效硫總體上處于缺乏和中等水平，平均值為16.55 mg·kg-1，缺乏樣點占比63.3%，中等樣點占比26.7%。土壤全硒總體上處于富硒水平（包括高硒和中硒），平均值為0.21 mg·kg-1，富硒樣點占比63.3%。

江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤各養(yǎng)分指標含量空間分布特征各不相同，部分養(yǎng)分指標之間存在顯著的相關(guān)性。

土壤肥力綜合評價結(jié)果表明，江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤綜合肥力總體處于偏低水平（Ⅲ級），土壤pH值、有機質(zhì)和堿解氮是主要限制因子。建議在高粱產(chǎn)業(yè)園重點治理土壤酸化問題，采用秸稈還田、施用有機肥、種植綠肥等措施提高土壤有機質(zhì)含量，并結(jié)合土壤養(yǎng)分空間分布特征，科學合理地施用化肥。