基于時空尺度的廣東農(nóng)墾蔗區(qū)土壤養(yǎng)分變化分析

楊江波 馮學(xué)娟，2 吳 刃，2 經(jīng)福林，2 張曼其，2

（1.廣東農(nóng)墾熱帶農(nóng)業(yè)研究院有限公司，廣東 廣州 511365；2.廣東省湛江農(nóng)墾科學(xué)研究所，廣東 湛江 524086）

0 引言

土壤是植物生長最主要的載體，其基本理化性質(zhì)不僅影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境發(fā)展［1］，而且影響該區(qū)域在全國生態(tài)環(huán)境戰(zhàn)略布局中的地位［2］。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，農(nóng)業(yè)發(fā)展方向已由曾經(jīng)的家庭農(nóng)業(yè)向集約化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，土地利用方式隨之發(fā)生巨大變化［3］。了解和掌握耕地土壤的養(yǎng)分時空變化，可為改良耕地土壤和提高耕地土壤質(zhì)量提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是耕地地力評價與測土配方施肥的前提條件。

甘蔗是熱帶、亞熱帶地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物［4］，是全球第一大糖料作物和第二大生物能源作物，也是我國重要的工業(yè)原料之一，在國民生產(chǎn)生活中占據(jù)著重要地位［5］。目前，我國是世界第三大甘蔗生產(chǎn)國，食糖總產(chǎn)量中超90%為蔗糖，但其僅能滿足國內(nèi)70%的用糖需求，剩余仍依賴進(jìn)口［6］。雖然我國甘蔗的種植面積和產(chǎn)量都處于高水平，但是與巴西、澳大利亞等生產(chǎn)強(qiáng)國相比，單位面積產(chǎn)量仍存在較大差距［7］。部分生產(chǎn)者為追求高產(chǎn)量，肆意提高養(yǎng)分投入量，導(dǎo)致施肥亂象叢生，單位面積的養(yǎng)分投入量遠(yuǎn)高于上述國家，由此導(dǎo)致的養(yǎng)分利用率低、生產(chǎn)成本和環(huán)境污染風(fēng)險增加等問題愈發(fā)突出，并導(dǎo)致耕地土壤質(zhì)量逐年下降［8］。因此，摸清近年來我國甘蔗主產(chǎn)區(qū)耕地土壤養(yǎng)分分布情況，對促進(jìn)甘蔗產(chǎn)業(yè)向高產(chǎn)、高效、環(huán)境友好及可持續(xù)方向發(fā)展意義重大?；浳魇俏覈收嶂饕N植地區(qū)，廣東農(nóng)墾蔗區(qū)也集中在該區(qū)域。統(tǒng)計資料顯示，2014—2019年粵西甘蔗種植面積年均1.37×105hm2，平均產(chǎn)量85 t/hm2［9］?；诖耍P者以廣東農(nóng)墾蔗區(qū)為研究對象，分析其土壤養(yǎng)分時空變化情況。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

2016—2020年，在廣東農(nóng)墾湛江墾區(qū)蔗區(qū)進(jìn)行布點采樣，采樣地點涉及東方紅農(nóng)場、火炬農(nóng)場、友好農(nóng)場、五一農(nóng)場、湖光農(nóng)場、金星農(nóng)場、南華農(nóng)場、華海公司、廣前公司和豐收公司等10個墾區(qū)農(nóng)場。2016—2020年，分別采樣214、256、228、140份和340份，共計1 178份甘蔗種植地土壤樣品。

1.2 試驗方法

采樣時避開施肥區(qū)域，去除土樣中植物根系及土塊、石塊，每份樣品約1 kg。土壤帶回實驗室后自然風(fēng)干、磨細(xì)、過篩，分別測定其pH值及有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。其中，有機(jī)質(zhì)含量采用外加熱重鉻酸鉀容量法測定，全氮含量采用凱氏定氮法測定，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定，有效磷含量采用鹽酸-硫酸浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定，pH值采用電位法（土液比1.0∶2.5）測定。

綜合黃振瑞［10］、溫中海［11］、劉少春［12］等研究，將土壤分級標(biāo)準(zhǔn)定為5個等級。其中，pH值分級標(biāo)準(zhǔn)如下：強(qiáng)酸性，pH值＜4.5；酸性，4.5≤pH值＜5.5；微酸性，5.5≤pH值＜6.5；適宜，6.5≤pH值＜7.5；堿性，pH值≥7.5。土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)詳見表1。

表1 蔗區(qū)土壤養(yǎng)分含量分級標(biāo)準(zhǔn)

所有數(shù)據(jù)計算、分析及圖表制作均采用Excel 2016軟件。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 土壤pH值

由表2可知，2016—2020年5 a蔗區(qū)土壤pH值的平均值為4.68。其中，強(qiáng)酸性和酸性土壤合計占比均超過93%（2019年除外，83.57%），說明蔗區(qū)土壤酸化情況嚴(yán)峻，不利于甘蔗生長。根據(jù)甘蔗生長對土壤pH值的要求，5 a平均僅6.87%的土壤符合甘蔗

表2 蔗區(qū)土壤pH值分布情況

生長要求，其中2019年比例最高，為16.43%。

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量

由表3可知，2016—2020年蔗區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值呈先降后升趨勢，5 a平均值為29.09 g/kg。其中，2016年和2020年平均值均超過30 g/kg，2018年最低，為26.03 g/kg。雖然土壤有機(jī)質(zhì)含量變化幅度較大，但中量及以上占比均超過85%，2020年甚至全部處于中量以上水平，有26.18%的土壤有機(jī)質(zhì)含量為豐富級別，表明蔗區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)總體較為豐富，且呈上升趨勢。

表3 蔗區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量分布情況

2.3 土壤全氮含量

由表4可知，2016—2020年蔗區(qū)土壤全氮含量平均值為1.38 g/kg。除2018年外，其余年份超過90%土壤全氮含量在中量以上，說明蔗區(qū)土壤全氮總體較為豐富。

表4 蔗區(qū)土壤全氮含量分布情況

2.4 土壤堿解氮含量

由表5可知，2016—2020年蔗區(qū)土壤堿解氮含量平均值為133.46 mg/kg，處于中量水平，但分布范圍在15.60～540.76 mg/kg。其中，2017年變幅最大，變異系數(shù)超過40%。從分布頻率來看，各年缺量和低量占比均超過30%，中量占比最高，過量（包括高量和豐量，下同）比例少于10%，表明蔗區(qū)土壤堿解氮含量總體較為適宜。

表5 蔗區(qū)土壤堿解氮含量分布情況

2.5 土壤有效磷含量

由表6可知，2016—2020年蔗區(qū)土壤有效磷含量變化幅度較大，最低0.91 mg/kg，最高99.76 mg/kg。5 a土壤有效磷平均含量為37.29 mg/kg，平均變異系數(shù)為68.00%，表明蔗區(qū)土壤有效磷含量分布不均勻。其中，2016—2020年缺量和低量占比之和分別為34.11%、33.21%、28.07%、37.15%、22.65%，中量及以上所占比例分別為65.89%、66.79%、71.93%、62.85%、77.36%，說明蔗區(qū)土壤有效磷含量雖然變幅較大，但整體處于過量狀態(tài)，缺乏所占比例較小。

表6 蔗區(qū)土壤有效磷含量分布情況

2.6 土壤速效鉀含量

由表7可知，2016—2020年蔗區(qū)土壤速效鉀含量變化很大，除2016年外，其余年份的變異系數(shù)均超過50%，2017年達(dá)到峰值83.46%，隨后逐年降低。2016年，蔗區(qū)土壤有效磷含量有91.12%集中在中量及以上水平，而2017—2020年有所降低，分別為52.34%、62.72%、62.14%、75.29%。各年缺量所占比例均低于1.5%，其中2016年和2020年無缺量比例。2016—2020年，土壤速效鉀含量平均值分別為176.00、130.71、130.83、138.87、138.73 mg/kg，除2016年較高外，2017—2020年維持在穩(wěn)定水平，表明隨著時間推移，蔗區(qū)土壤速效鉀含量趨于穩(wěn)定和豐富。

表7 蔗區(qū)土壤速效鉀含量分布情況

3 討論與結(jié)論

粵西蔗區(qū)是我國肥料投入最大的蔗區(qū)。有調(diào)查資料顯示，近年來這里的N、P2O5、K2O年投入量分別 為300～1000、120～400、240～600 kg/hm2，為世界平均水平的3倍，更是部分發(fā)達(dá)國家的5倍之多［13］。自2015年我國開始實施化肥減量增效行動，到2020年實現(xiàn)化肥用量零增長，該蔗區(qū)的土壤養(yǎng)分積累速度才有所緩和。馮學(xué)娟等［14］曾對該蔗區(qū)部分農(nóng)場進(jìn)行大面積的采樣調(diào)查，發(fā)現(xiàn)與第二次全國土壤普查結(jié)果相比，該蔗區(qū)土壤pH值呈下降趨勢，即土壤有酸化加重跡象。該研究結(jié)果顯示，2016—2020年該蔗區(qū)土壤pH值變化情況仍不樂觀，超過80%的土壤為酸性或強(qiáng)酸性，偏離甘蔗適宜pH值較多，而5 a平均僅有不到7%的土壤適宜種植甘蔗。

土壤有機(jī)質(zhì)含量是衡量土壤肥沃度的重要指標(biāo)之一。馮學(xué)娟等［14］研究表明，廣東湛江農(nóng)墾蔗區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量在20～34 g/kg，且呈下降趨勢。而該研究結(jié)果顯示，2016—2020年湛江墾區(qū)蔗區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值最小為26.03 g/kg、最大為34.66 g/kg，且呈先降后升趨勢，較前人調(diào)查有緩和跡象。這表明隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的改變，種植者更加注重有機(jī)肥的使用，同時秸稈還田也是增加土壤有機(jī)質(zhì)含量的有效措施。

隨著化肥減量增效行動的實施，蔗區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的養(yǎng)分投入量也在改變［15］。從早期的單施尿素到復(fù)合肥的使用，轉(zhuǎn)向化肥減量配施有機(jī)肥，再到近年來甘蔗專用配方肥的使用，蔗區(qū)土壤大量元素含量發(fā)生較大的變化［16］。該研究結(jié)果顯示，土壤全氮、堿解氮含量在5 a間呈先降后升趨勢，有效磷、速效鉀含量穩(wěn)定且豐富。分析原因，可能是由于前期發(fā)展需要，加之人們“增肥=增產(chǎn)”的認(rèn)知，在生產(chǎn)上一味地追求化肥尤其是氮肥的使用，造成土壤氮素累積，全氮和堿解氮含量均有所增加，土壤酸化情況加重，偏離了甘蔗生長需要，導(dǎo)致甘蔗對養(yǎng)分的吸收量降低。而隨著一系列減肥增效措施的落地，加之新型肥料、施肥技術(shù)的加持，蔗區(qū)土壤養(yǎng)分情況向較好的方向轉(zhuǎn)變。

廣東農(nóng)墾蔗區(qū)是全國主要的甘蔗生產(chǎn)區(qū)。2016—2020年的調(diào)查結(jié)果顯示，廣東農(nóng)墾蔗區(qū)土壤除pH值情況不樂觀外，有機(jī)質(zhì)和大量元素含量處于較為合適的區(qū)間。針對后期生產(chǎn)而言，蔗區(qū)需要加強(qiáng)對土壤酸化情況的監(jiān)測，在大規(guī)模機(jī)械化作業(yè)中注重土壤改良劑的使用，配施甘蔗配方肥和緩控釋肥等新型肥料，緩和酸化趨勢，從而提高養(yǎng)分利用效率，進(jìn)而實現(xiàn)甘蔗增產(chǎn)增收。