皖江經(jīng)濟帶耕地土壤養(yǎng)分豐缺地球化學評價及科學施肥研究

杜國強 陳富榮 邢潤華 梁紅霞 陶春軍 李明輝 史春鴻 嚴明疆

摘要 利用1∶25萬土地質量地球化學調查獲取的9 632個耕地表層土壤（0～20 cm）數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析評價皖江經(jīng)濟帶耕地土壤養(yǎng)分含量、豐缺狀況及空間分布，探討科學施肥方法。結果表明，皖江經(jīng)濟帶耕地土壤耕作層有機質、全氮、全磷、全鉀含量分別為21.07、1.21、0.59、16.47 g/kg;不同耕地類型養(yǎng)分含量差異明顯，有機質、全氮含量為水田>旱地>水澆地，全磷、全鉀含量為水澆地>旱地>水田;耕地有機質處于中等—較缺乏水平，全氮以中等水平為主，全磷處于較缺乏水平，全鉀處于中等—較缺乏水平;耕地土壤養(yǎng)分綜合等級以中等等級（14 632 km2、占比51.52%）為主，較缺乏等級（11 430 km2、占比40.24%）次之，不同耕地類型土壤養(yǎng)分綜合等級差異顯著;建議根據(jù)養(yǎng)分評價結果結合農作物種植現(xiàn)狀，在合肥、滁州西部、六安東部等養(yǎng)分缺乏區(qū)適當增加相應缺肥比例。該研究結果可為皖江經(jīng)濟帶耕地科學管護及合理施肥提供參考。

關鍵詞 皖江經(jīng)濟帶;耕地;土壤養(yǎng)分豐缺;地球化學評價;科學施肥

中圖分類號 X142? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）07-0150-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.07.036

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Geochemical Evaluation of Soil Nutrient Abundance and Deficiency of Cultivated Land in the Wanjiang Economic Belt and Brief Discussion on Scientific Fertilization

DU Guo-qiang，CHEN Fu-rong，XING Run-hua? et al

（Geological Survey of Anhui Province（Anhui Institute of Geological Sciences），Hefei，Anhui 230001）

Abstract Using the data of 9 632 topsoil （0-20 cm） of cultivated land obtained from the 1∶250 000 geochemical survey of soil quality，systematic analysis and evaluation of soil nutrient content，abundance and deficiency status and spatial distribution of cultivated land in the Wanjiang Economic Belt were done in order to explore scientific fertilization methods.Research showed that the organic matter，total nitrogen，total phosphorus，and total potassium content of the cultivated land in the Wanjiang Economic Belt were 21.07，1.21，0.59，16.47 g/kg;the nutrient content of different cultivated land types were obviously different， organic matter and total nitrogen content were paddy field>dry land>irrigated land，the content of total phosphorus and total potassium was irrigated land> dry land> paddy field.The organic matter of cultivated land was at a medium-relatively deficient level， total nitrogen was mainly at a medium level，total phosphorus was at a relatively deficient level，and total potassium was at a relatively deficient-medium level.The comprehensive soil nutrient level of cultivated land was mainly at the medium level （14 632 km2，accounting for 51.52%），followed by the relatively deficient level （11 430 km2，accounting for 40.24%）.There were significant difference in the comprehensive soil nutrient levels of different cultivated land types.It was recommended that based on the results of nutrient evaluation and the status of crop planting，we should increase the proportion of corresponding fertilizer shortages in the nutrient-deficient areas such as Hefei，western Chuzhou， and eastern Lu'an. The research results can provide references for the scientific management and protection of cultivated land and rational fertilization for the Wanjiang Economic Belt.

Key words Wanjiang Economic Belt;Cultivated land;Soil nutrient abundance and deficiency;Geochemical evaluation;Scientific fertilization

皖江經(jīng)濟帶是安徽省重要糧食主產區(qū)，是長三角優(yōu)質農產品基地。2018年安徽統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)顯示皖江經(jīng)濟帶耕地面積284.029萬hm2[1]，占全省總耕地的48.26%。區(qū)內2019年稻谷、小麥、玉米總產量分別為1 120.3萬、329.8萬、70.5萬t，分別占全省總產量的69%、20%、11%，油菜籽、棉花、煙葉產量全省占比高達80%以上[2]。耕地土壤耕作層主要養(yǎng)分元素含量、豐缺狀況及其空間分布特征是耕地肥力的重要標志，含量直接影響農作物生長[3-6]。受地質背景、土壤類型、土地利用方式以及地形、氣候等因素影響[7-8]，區(qū)域土壤養(yǎng)分狀況往往差異明顯。因此，掌握重要耕地區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺狀況及空間分布對農業(yè)生產種植具有重要意義。

筆者利用皖江經(jīng)濟帶地區(qū)1∶25萬土地質量地球化學調查獲取的9 632個高密度、高精度耕地表層土壤地球化學數(shù)據(jù)，選取有機質、全氮、全磷、全鉀作為研究指標，運用地統(tǒng)計學和土壤養(yǎng)分地球化學綜合評價等方法，系統(tǒng)揭示土壤養(yǎng)分含量、豐缺狀況及空間分布特征，并提出養(yǎng)分缺乏區(qū)科學合理施肥建議，以期為耕地科學管護及科學合理施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

皖江經(jīng)濟帶地處安徽省中南部，行政區(qū)劃包括合肥、蕪湖、馬鞍山、銅陵、安慶、池州、滁州、宣城8個地級市全境及六安市金安區(qū)、舒城縣，總面積75 800 km2，地理坐標115°45′00″～119°23′00″E、29°34′00″～33°10′00″N。區(qū)內涉及江淮丘陵平原、沿江平原、大別山地和皖南山地等地貌類型，以亞熱帶濕潤季風氣候和暖溫帶半濕潤氣候為主。土壤母質類型復雜多樣，以河流沖積物母質、晚更新世黃土母質為主，占比分別為23.14%、2381%。土壤類型以水稻土和紅壤為主，其次為黃褐土和粗骨土。耕地面積28 402.9 km2，占皖江經(jīng)濟帶總面積的37.5%，是安徽省稻谷、油菜籽、棉花、煙葉等農產品的主產區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于9 632件2003—2017年調查完成的皖江經(jīng)濟帶地區(qū)1∶25萬土地質量地球化學調查表層（耕作層）土壤數(shù)據(jù)，土壤樣品采集方法及質量要求執(zhí)行《DZ/T 0258—2014多目標區(qū)域地球化學調查規(guī)范（1∶250 000）》[9]。表層土壤樣品按1 km×1 km網(wǎng)格化均勻布設樣點，在網(wǎng)格中具有代表性的位置50 m內等量采集4件土壤子樣組合成1件樣品，采樣深度為0～20 cm，去除植物根莖、礫石等雜質，樣品重量1 kg，野外自然晾曬干燥后過20目尼龍篩，并充分混勻，按1件/4 km2等量抽取過篩后的單點樣品組合為1件樣品（200 g），送實驗室分析。

1.3 樣品檢測

樣品分析測試由安徽省地質實驗研究所（自然資源部合肥礦產資源監(jiān)督檢測中心）完成。采用重鉻酸鉀氧化還原容量法（VOL）測定有機質含量，采用凱氏氮容量法（VOL）測定全氮含量，采用粉末壓片-X射線熒光光譜法（XRF）測定全磷和全鉀含量。采用國家一級標準物質等進行樣品分析質量控制，分析測試檢出限、報出率、準確度、精密度等均符合《DZ/T 0258—2014 多目標區(qū)域地球化學調查規(guī)范（1∶250 000）》要求。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運用Excel 2016統(tǒng)計土壤養(yǎng)分元素地球化學參數(shù)，應用PASW Statistics 18對試驗數(shù)據(jù)進行相關分析，相關系數(shù)達顯著者建立其相應的函數(shù)回歸方程，應用地球化學勘查一體化系統(tǒng)結合Mapgis 67軟件編制土壤養(yǎng)分豐缺分級等圖件。

1.5 土壤養(yǎng)分等級劃分方法 土壤有機質、全氮、全磷、全鉀養(yǎng)分豐缺分級參照全國第二次土壤普查養(yǎng)分等級劃分標準，并將五等、六等標準合并（表1），四等及以下的養(yǎng)分等級劃分標準不變。

土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級劃分方法依據(jù)《DZ/T 0295—2016 土地質量地球化學評價規(guī)范》[10]，在土壤全氮、全磷、全鉀單指標養(yǎng)分豐缺等級基礎上，按照公式（1）計算土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級，其等級劃分見表2。

f 養(yǎng)綜= k if i（i=1，2，3，4，…，n） （1）

式中，f 養(yǎng)綜為土壤全氮、全磷、全鉀評價總得分，1≤f 養(yǎng)綜≤5;k i為全氮、全磷、全鉀權重系數(shù)，分別取0.4、0.4和0.2;f i為土壤全氮、全磷、全鉀的單指標等級得分，單指標等級為五等、四等、三等、二等、一等所對應f i分值分別為1分、2分、3分、4分、5分。

2 結果與分析

2.1 耕地土壤養(yǎng)分含量特征

皖江經(jīng)濟帶耕地土壤耕作層中有機質、全氮、全磷、全鉀平均含量分別為21.07、1.21、059、16.47 g/kg，分別處于中等、中等、較缺乏、中等水平（表3）。與全國第二次土壤普查時安徽省耕地土壤養(yǎng)分平均值相比[11]，研究區(qū)耕地土壤有機質、全氮、全磷含量略高，而全鉀偏低，濃集系數(shù)表現(xiàn)為全磷（1.20）>全氮（1.09）>有機質（1.05）>全鉀（0.89）。區(qū)內有機質、全氮、全磷、全鉀均屬中等變異（10%<變異系數(shù)<100%）[12-13]，變異程度表現(xiàn)為全磷（39.6%）>有機質（24.2%）>全鉀（23.7%）>全氮（20.4%）。

經(jīng)相關性分析，皖江經(jīng)濟帶耕地土壤耕作層中有機質和全氮含量高度相關，R=0.660 4，確定系數(shù)R2=0.436 1，統(tǒng)計學意義表示皖江經(jīng)濟帶耕地土壤耕作層中全氮含量與有機質含量之間呈正相關，但氮素量的變異平方和只有43.61%決定于有機質含量，還有56.39%則為其他因素造成，結果與全國第二次土壤普查時全省研究結果相似。其他指標之間相關性較低（圖1）。

2.2 不同耕地類型土壤養(yǎng)分含量特征

根據(jù)安徽省土地利用現(xiàn)狀資料進行統(tǒng)計，皖江經(jīng)濟帶耕地類型以水田為主，水田、旱地、水澆地面積分別為24 363、3 612、428 km2，占比分別為85.8%、12.7%、1.5%，其中旱地主要分布于長江沿岸和滁州、合肥地區(qū)，水澆地主要分布于宿松、望江、東至、繁昌、和縣等沿江地區(qū)。

2.2.1 水田。

皖江經(jīng)濟帶水田耕作層中有機質、全氮、全磷、全鉀平均含量分別為21.32、1.23、0.57、16.36 g/kg，有機質、全氮、全鉀處于中等水平，全磷處于較缺乏水平（表4）。與研究區(qū)耕地土壤養(yǎng)分平均值相比，水田耕作層中有機質、全氮略高，全磷、全鉀略低。與全國第二次土壤普查時安徽省水田中土壤養(yǎng)分平均值相比，研究區(qū)水田耕作層中全磷明顯較高，有機質略高，全氮、全鉀略低。水田中有機質、全氮、全磷、全鉀均為中等變異。

2.2.2 旱地。皖江經(jīng)濟帶旱地耕作層中有機質、全氮、全磷、全鉀平均含量分別為19.65、1.12、0.66、16.66 g/kg，有機質處于較缺乏水平，全氮、全磷、全鉀處于中等水平（表4）。與研究區(qū)耕地土壤養(yǎng)分平均值相比，旱地耕作層中有機質、全氮略低，全磷、全鉀略高。與全國第二次土壤普查時安徽省旱地中土壤養(yǎng)分平均值相比，研究區(qū)旱地耕作層中有機質、全氮、全磷明顯較高（濃集系數(shù)均大于1.2），全鉀略低。旱地中有機質、全氮、全磷、全鉀均為中等變異。

2.2.3 水澆地。

皖江經(jīng)濟帶水澆地耕作層中有機質、全氮、全磷、全鉀平均含量分別為18.90、1.09、0.96、21.03 g/kg，有機質處于較缺乏水平，全氮處于中等水平，全磷、全鉀達較豐富水平（表4）。與研究區(qū)耕地土壤養(yǎng)分平均值相比，水澆地耕作層中有機質、全氮略低，全磷、全鉀明顯較高。水澆地中有機質、全氮、全磷、全鉀均為中等變異。

皖江經(jīng)濟帶不同耕地類型土壤養(yǎng)分含量對比結果顯示，有機質、全氮含量表現(xiàn)為水田>旱地>水澆地，全磷、全鉀含量表現(xiàn)為水澆地>旱地>水田，僅全氮在不同耕地類型中均處于同等豐缺水平，全磷在不同耕地類型中豐缺水平差異最顯著，表明不同耕地類型中有機質、全氮、全磷、全鉀含量差異明顯。

2.3 單指標土壤養(yǎng)分豐缺等級

2.3.1 有機質。

皖江經(jīng)濟帶耕地有機質總體處于中等—較缺乏水平（表5、圖2），二者總面積26 828 km2，比例達94.45%，其中有機質較缺乏土壤主要分布于合肥市及周邊區(qū)域。有機質豐富、較豐富及缺乏土壤零星分布，總比例僅5.55%，其中有機質豐富—較豐富土壤主要分布于蕪湖市南陵縣、無為縣、蕪湖縣以及宣城市宣州區(qū)和馬鞍山市當涂縣地區(qū)，有機質缺乏土壤主要零星分布于長江沿岸、滁州市定遠縣及鳳陽縣。

2.3.2 全氮。

皖江經(jīng)濟帶耕地全氮以中等水平為主（面積22 499 km2，比例達79.21%），較缺乏及較豐富土壤次之，豐富及缺乏土壤零星分布。全氮豐富—較豐富土壤主要分布于蕪湖市南陵縣、宣城市宣州區(qū)、馬鞍山市當涂縣、池州市東至縣等地，全氮較缺乏—缺乏土壤主要分布于滁州市定遠縣、鳳陽縣、明光市及合肥市肥東縣和安慶市潛山—太湖一帶（表5、圖3）。

2.3.3 全磷。

皖江經(jīng)濟帶耕地全磷總體處于較缺乏水平（面積15 797 km2，占比55.62%），中等土壤次之，缺乏及較豐富土壤比例接近，豐富土壤零星分布。全磷豐富—較豐富土壤主要分布與長江沿岸及滁州市來安縣—明光市一帶，前者呈帶狀分布，后者分布與玄武巖出露范圍一致，受地質背景控制特征顯著。全磷較缺乏—缺乏土壤主要分布于合肥、滁州西部、六安東部等地區(qū)（表5、圖4）。

2.3.4 全鉀。

皖江經(jīng)濟帶耕地全鉀總體處于中等—較缺乏水平（面積23 717 km2，占比83.50%），豐富—較豐富土壤比例為15.71%，主要分布于長江沿岸、大別山區(qū)和皖南山區(qū)，缺乏土壤比例低（0.79%），主要零星分布于宣城市宣州區(qū)、廣德市、郎溪縣和安慶市望江縣、宿松縣（表5、圖5）。

2.4 土壤養(yǎng)分地球化學綜合等級

評價結果顯示，皖江經(jīng)濟帶耕地土壤養(yǎng)分處于豐富、較豐富、中等、較缺乏、缺乏等級的面積分別為38、2 220、14 632、11 430、83 km2，所占比例分別為0.13%、7.82%、51.52%、40.24%、0.29%，說明皖江經(jīng)濟帶耕地土壤養(yǎng)分以中等等級為主，較缺乏等級次之，二者比重較接近，較豐富等級比例較小，豐富及缺乏等級僅零星分布（表5、圖6）。在空間上養(yǎng)分豐富—較豐富土壤主要沿長江兩岸分布，養(yǎng)分較缺乏土壤較集中分布于合肥市、滁州西部、六安東部地區(qū)，養(yǎng)分缺乏土壤零星分布于鳳陽縣、定遠縣、金安區(qū)、郎溪縣、廣德市、望江縣、宿松縣。

不同耕地類型中，土壤養(yǎng)分綜合等級存在顯著差異（圖7）。水田中土壤養(yǎng)分以中等—較缺乏等級為主;旱地中土壤養(yǎng)分雖同樣以中等—較缺乏等級為主，但中等/較缺乏土壤養(yǎng)分比值高于水田，同時較豐富及缺乏等級土壤的比例明顯高于水田;水澆地中土壤養(yǎng)分則以較豐富—中等等級為主，明顯區(qū)別于水田和旱地。

2.5 研究區(qū)科學施肥方案

耕地養(yǎng)分缺乏阻礙我國農業(yè)的發(fā)展，導致農業(yè)出現(xiàn)低產現(xiàn)象，但盲目過量使用化肥可能導致土壤酸堿度嚴重失衡，造成土壤結構遭到嚴重破壞從而導致土壤板結，對農作物生長產生不良的影響，甚至對地下水等環(huán)境造成污染和加劇氧化亞氮等溫室氣體排放[14-15]。因此根據(jù)土壤養(yǎng)分測評結果及作物生長習性進行科學合理施肥尤為重要。

根據(jù)皖江經(jīng)濟帶耕地土壤主要養(yǎng)分元素豐缺狀況及分布特征，針對有機質、全氮、全磷、全鉀缺乏的區(qū)域，共劃分了8種不同的施肥建議（圖8），供測土配方和農業(yè)生產參考。如針對合肥、滁州西部、六安東部、馬鞍山市和縣等磷缺乏地區(qū)，建議根據(jù)種植作物類型，適當增加施肥中磷肥的比例，在定遠縣西北局部適當增加有機質的比例，在宿松縣、望江縣、廣德市局部鉀缺乏區(qū)適當增加鉀肥比例等。

3 結論與討論

（1）皖江經(jīng)濟帶耕地土壤耕作層中有機質、全氮、全磷、全鉀平均含量分別為21.07、1.21、0.59、16.47 g/kg，分別處于中等、中等、較缺乏、中等水平，全氮與有機質含量呈正相關，相關系數(shù)為0.66。

（2）不同耕地類型中有機質、全氮、全磷、全鉀含量差異明顯，有機質、全氮含量表現(xiàn)為水田>旱地>水澆地，全磷、全鉀含量表現(xiàn)為水澆地>旱地>水田。

（3）皖江經(jīng)濟帶耕地有機質總體處于中等—較缺乏水平，全氮以中等水平為主，全磷總體處于較缺乏水平，全鉀總體處于中等—較缺乏水平。

（4）皖江經(jīng)濟帶耕地土壤養(yǎng)分以中等等級（面積14 632 km2、占比51.52%）為主，較缺乏等級（面積11 430 km2、占比40.24%）次之，二者比重較接近。不同耕地類型土壤養(yǎng)分綜合等級存在顯著差異。

（5）針對合肥、滁州西部等養(yǎng)分缺乏區(qū)，建議根據(jù)土壤養(yǎng)分評價結果和作物類型，調整氮、磷、鉀施肥比例，做到科學合理施肥。

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