新疆滴灌棉田35年耕地土壤肥力演變趨勢(shì)分析
——以芳草湖農(nóng)場(chǎng)為例*

馬 旭，高 翔，梁 飛

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第六師農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站 新疆五家渠 831300；2.石河子工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 新疆石河子 832000；3.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所 新疆石河子 832000)

0 前言

土壤肥力是衡量土壤能夠提供作物所需各種養(yǎng)分能力的重要指標(biāo)[1]，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。培肥是維持農(nóng)業(yè)土壤肥力水平最重要的措施之一，了解土壤肥力的變化規(guī)律可為合理利用土壤資源和科學(xué)施肥提供依據(jù)[2]。單一作物長(zhǎng)期種植造成土壤養(yǎng)分的變化是引起土壤連作障礙的重要因素之一[3]。迫于人口增加和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的需求，單一作物大面積連作在許多地區(qū)仍然普遍存在，新疆棉區(qū)棉花連作便是一種無(wú)法避免的普遍種植模式[4]。丁峰等[5]對(duì)新疆天山北坡經(jīng)濟(jì)帶滴灌棉田不同年限的連作耕地土壤質(zhì)量的研究表明，土壤中有機(jī)質(zhì)的含量先升后降，平均含量整體增加；全氮、有效磷的含量呈S形上升趨勢(shì)，速效鉀則呈明顯下降趨勢(shì)。高文翠等[6]的研究表明，隨連作年限的延長(zhǎng)，棉田土壤中有機(jī)碳的含量在時(shí)間尺度上表現(xiàn)為先增后降，連作1～5 a時(shí)土壤中總有機(jī)碳含量增加，連作5～17 a時(shí)總有機(jī)碳含量顯著下降。

棉花是新疆農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)，北疆棉區(qū)長(zhǎng)期進(jìn)行棉花連作。芳草湖農(nóng)場(chǎng)有37 000 hm2耕地，是兵團(tuán)最大的中心團(tuán)場(chǎng)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和技術(shù)水平在北疆墾區(qū)具有代表性，區(qū)域棉田一方面施肥量比其他農(nóng)作物大[7]，另一方面棉花連作面積和時(shí)間逐年增大和延長(zhǎng)，棉田土壤質(zhì)量問題日益突出，嚴(yán)重制約了棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的持續(xù)提高，因此迫切需要開展長(zhǎng)期連作棉田土壤肥力演變趨勢(shì)研究。同時(shí)，芳草湖農(nóng)場(chǎng)土壤基礎(chǔ)資料保存較完整，分析芳草湖農(nóng)場(chǎng)多年間土壤養(yǎng)分的變化，可以為北疆棉區(qū)的科學(xué)施肥和土壤質(zhì)量管理工作提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

芳草湖農(nóng)場(chǎng)位于新疆維吾爾自治區(qū)呼圖壁縣境內(nèi)大片的河漫平原中，全年無(wú)霜期142～184 d(平均163 d)，不低于10 ℃的積溫3 649.8 ℃，熱量條件滿足特早熟-早熟棉花生產(chǎn)要求；地勢(shì)平坦，土壤類型為灌耕灰漠土，土壤質(zhì)地以壤土為主；轄區(qū)面積1 129.6 km2，耕地面積37 333 hm2；主要作物有棉花、加工番茄、小麥、葡萄、葫蘆、食葵、打瓜等，其中棉花的占比為播種面積的三分之二以上，是主要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)作物。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于1985年(全國(guó)第二次土壤普查)、1996年(團(tuán)場(chǎng)取樣化驗(yàn)結(jié)果)、2006年(測(cè)土配方數(shù)據(jù))和2020年(第三次全國(guó)土地調(diào)查)對(duì)土壤養(yǎng)分的調(diào)查，數(shù)據(jù)指標(biāo)包括有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量，相關(guān)肥力評(píng)價(jià)因子測(cè)定方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[8]；棉花產(chǎn)量水平來源于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第六師的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)棉田土壤養(yǎng)分含量的均值、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行分析，土壤養(yǎng)分分級(jí)參照全國(guó)第二次土壤普查分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[9]和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《耕地質(zhì)量等級(jí)》(GB/T 33469—2016)[10]，主要養(yǎng)分含量分級(jí)指標(biāo)體系見表1。數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和SPSS 16.0軟件處理和分析，采用Sigmaplot 12.5作圖。

表1 土壤中主要養(yǎng)分含量分級(jí)指標(biāo)

2 結(jié)果與分析

2.1 35年棉田土壤中有機(jī)質(zhì)含量的變化趨勢(shì)

土壤有機(jī)質(zhì)具有協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分、水分和氣、熱的功能，是土壤肥力的重要指標(biāo)[11]。根據(jù)馬鄂超[12]的研究，1988年兵團(tuán)秸稈還田390.17萬(wàn)畝(1畝=667 m2)，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)由1980年的0.25%～0.70%提高至0.70%～1.20%。由圖1可以看出，新疆棉田土壤中有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體呈上升趨勢(shì)，從1985年的11.7 g/kg升至2020年的17.7 g/kg，但是有機(jī)質(zhì)水平仍處于低肥范圍。土壤有機(jī)質(zhì)含量增加的主要原因可能與新疆滴灌棉田秸稈還田有關(guān)，秸稈作為重要的有機(jī)肥源，連作結(jié)合秸稈還田年限延長(zhǎng)，棉田土壤有機(jī)質(zhì)含量穩(wěn)定性逐漸提高[13]。

2.2 35年棉田土壤中全氮含量的變化趨勢(shì)

氮素是各種農(nóng)作物在生長(zhǎng)發(fā)育階段中不可缺少的重要元素之一，也是土壤養(yǎng)分的重要組成部分。土壤全氮是土壤中各種形態(tài)氮素含量的總和，在一定程度上可代表土壤的供氮水平，與土壤肥力和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程密切相關(guān)[12]。由圖2可知：新疆滴灌棉田土壤中全氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升趨勢(shì)，從1985年的0.60 g/kg升至2020年的1.09 g/kg，35年土壤全氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)漲幅達(dá)到82%；2006年以前新疆滴灌棉田土壤中全氮含量處于低肥水平，2006—2020年全氮含量的漲幅較快，2020年已達(dá)到中肥條件。新疆棉田土壤中全氮含量上升與施肥量增加有關(guān)，新疆兵團(tuán)第六師的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，芳草湖農(nóng)場(chǎng)全部化肥用量1985年為974 t，1996年為7 532 t，2006年為9 063 t；2020年芳草湖農(nóng)場(chǎng)化肥總用量為19 241 t，其中氮肥6 150 t、磷肥5 653 t、鉀肥1 151 t、復(fù)合肥6 287 t。

2.3 35年棉田土壤中有效磷含量的變化趨勢(shì)

磷是重要的養(yǎng)分資源，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)均具有重要影響[13]。土壤有效磷是指能被植物直接吸收和利用的無(wú)機(jī)磷或者小分子有機(jī)磷，是評(píng)價(jià)土壤供磷能力的重要指標(biāo)[14]。由圖3可知：新疆滴灌棉田土壤中有效磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升趨勢(shì)，從1985年的8.60 mg/kg升至2020年的31.1 mg/kg，35年土壤中速效磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加了262%；由1985年的低肥水平逐步發(fā)展成中肥水平(1996—2006年)，2020年已達(dá)到高肥水平。其主要原因是區(qū)域肥料用量逐年增加，尤其磷肥利用率低，土壤殘留量較大。

2.4 35年棉田土壤中速效鉀含量的變化趨勢(shì)

土壤速效鉀能夠直觀反映土壤鉀素水平和供應(yīng)能力，作為作物生長(zhǎng)周期內(nèi)可以獲取的主要養(yǎng)分，直接影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)[15]。由圖4可知：新疆滴灌棉田土壤中速效鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升趨勢(shì)，從1985年的196.9 mg/kg升至2020年的554.4 mg/kg，35年土壤中速效鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高了182%；除1985年芳草湖農(nóng)場(chǎng)土壤中速效鉀含量為高肥水平外，1996—2020年均處于極高水平。其主要原因與新疆土壤的成土母質(zhì)中富含鉀礦石和灌溉水中普遍含有鉀、鈉離子有一定的關(guān)系，同時(shí)不能忽視施肥對(duì)土壤速效鉀累積的影響。

2.5 35年皮棉產(chǎn)量的變化趨勢(shì)

新疆滴灌棉田棉花產(chǎn)量直接影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的收入和區(qū)域社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。由圖5可知：芳草湖農(nóng)場(chǎng)滴灌棉田的皮棉平均產(chǎn)量從1985年的494 kg/hm2增加至2006年的2 295 kg/hm2，20年間提高了3.6倍；雖然2006—2020年間芳草湖農(nóng)場(chǎng)的化肥用量提高了2.12倍，但皮棉產(chǎn)量基本上無(wú)大的變化，說明過量施肥不能帶來棉花的增產(chǎn)，因此建議合理施肥，控制肥料投入總量。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)新疆滴灌棉田35年耕地土壤肥力演變趨勢(shì)

從1985年到2020年，新疆滴灌棉田耕地土壤肥力整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中有機(jī)質(zhì)含量增加了51%，全氮含量增加了82%，速效磷含量增加了262%，速效鉀含量增加了182%；耕地土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮含量增加較慢，按照主要養(yǎng)分含量分級(jí)指標(biāo)體系分析，有機(jī)質(zhì)和全氮含量仍處于低肥水平；速效磷含量增加較快，已由1985年的低肥水平逐步發(fā)展到1996—2006年的中肥水平，2020年達(dá)到了高肥水平；速效鉀含量也增加較快，從1985年的高肥水平發(fā)展到1995—2020年的極高水平；20年間皮棉產(chǎn)量提高了3.6倍；2006—2020年間化肥用量提高了2.12倍，但皮棉產(chǎn)量無(wú)明顯增加。

(2)新疆滴灌棉田施肥建議

新疆滴灌棉田應(yīng)結(jié)合土壤肥力狀況和水肥一體化技術(shù)進(jìn)行施肥。首先，秸稈還田應(yīng)繼續(xù)實(shí)施，通過合理實(shí)施棉花秸稈還田技術(shù)，提升耕地中的有機(jī)質(zhì)和全氮含量；其次，應(yīng)控制磷肥、鉀肥用量，通過水肥一體化技術(shù)在棉花需肥關(guān)鍵期合理施用磷肥、鉀肥，做到因缺補(bǔ)缺；再次，新疆棉田實(shí)現(xiàn)水肥一體化后，棉花根系分布范圍發(fā)生了極大的變化，大量的根系分布在滴灌帶周圍，因此在施肥中應(yīng)充分考慮根系分布范圍，做到根區(qū)施肥；最后，根據(jù)前期研究結(jié)果，硼、鋅、錳等微量元素分布不均勻，部分耕地處于缺乏狀態(tài)[16]，應(yīng)充分利用水肥一體化技術(shù)并結(jié)合測(cè)土配方技術(shù)，合理配施中微量元素肥料。