新疆阿拉爾植棉區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺狀況評價(jià)

焦?jié)櫯d,卜東升,張濤,邵延慧,陳玲,水涌

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,新疆 阿拉爾 843300)

棉花作為重要的農(nóng)產(chǎn)品和經(jīng)濟(jì)作物,是新疆主要的支柱產(chǎn)業(yè)之一,2020年新疆植棉面積為2 501.9 khm2,達(dá)到了全國的78.9%,棉花產(chǎn)量為5 161 kt,占全國總產(chǎn)量的87.3%[1]。阿拉爾市作為我國重要的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地之一,植棉土壤的養(yǎng)分含量是棉花生長發(fā)育的基礎(chǔ),直接影響棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)。通過測定土壤養(yǎng)分,為棉田土壤培肥、科學(xué)施肥提供理論依據(jù)[2-3]。近年來,隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和傳統(tǒng)種植結(jié)構(gòu)的變化,使得阿拉爾植棉區(qū)的土壤養(yǎng)分狀況出現(xiàn)了明顯變化。因此,為保證棉花健康生長,必須了解當(dāng)前植棉區(qū)土壤肥力狀況,優(yōu)化棉花施肥管理方式,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)阿拉爾市棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。張濤等[4]分析了阿拉爾地區(qū)耕地土壤養(yǎng)分情況,結(jié)果表明土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量缺乏,速效磷和速效鉀含量偏高,應(yīng)提高有機(jī)肥用量,適當(dāng)減少磷肥用量,補(bǔ)充微量鋅、錳和硼肥配比。李春梅等[5]連續(xù)3年在阿拉爾十一團(tuán)開展田間試驗(yàn),推薦阿拉爾地區(qū)棉花氮肥適宜用量為 270 kg·hm-2,可獲得棉花高產(chǎn),并減少收獲期土壤養(yǎng)分殘留。蔡利華等[6]研究發(fā)現(xiàn)阿拉爾墾區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量低,堿解氮含量存在兩極化,總體屬輕鹽化土。前人對土壤養(yǎng)分的研究僅以阿拉爾耕地整體狀況為研究對象,由于阿拉爾不同團(tuán)鎮(zhèn)種植結(jié)構(gòu)存在差異,部分團(tuán)鎮(zhèn)近年來大力發(fā)展特色林果業(yè)和設(shè)施農(nóng)業(yè),植棉面積和土壤養(yǎng)分狀況均發(fā)生了較大變化,對不同團(tuán)鎮(zhèn)植棉區(qū)的土壤養(yǎng)分狀況缺乏針對性研究。本研究旨在明確阿拉爾植棉區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺狀況并提出合理施肥建議,為阿拉爾各團(tuán)鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分平衡管理和科學(xué)施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

阿拉爾市地處塔里木盆地西北邊,銜接阿克蘇河、塔里木河、臺(tái)蘭河和多浪河水系。地理坐標(biāo)為40°22′～40°57′N,80°30′～81°58′E。東西相距約281 km,南北相距約180 km。阿拉爾市所在地區(qū),屬典型的大陸性荒漠氣候,也是純灌溉型農(nóng)業(yè)區(qū)。年降水量19.8～81.4 mm,蒸發(fā)量1 870～2 660 mm,年平均氣溫7.5～11.5 ℃,日照2 654～3 025 h,年有效積溫3 450～4 423 ℃,年均無霜期200 d以上。

1.2 土壤樣品采集與制備

依據(jù)“S”形取樣法,于2021年10—11月在阿拉爾市15個(gè)團(tuán)鎮(zhèn)采集耕層0～20 cm土壤。結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況,共采集棉田土壤樣品150個(gè),依據(jù)師市棉田土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)監(jiān)測項(xiàng)目實(shí)施方案以及不同團(tuán)鎮(zhèn)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的差異,其中 2團(tuán)、3團(tuán)、10團(tuán)和16團(tuán)選取有代表性采樣點(diǎn)5個(gè),6團(tuán)、9團(tuán)、11團(tuán)和12團(tuán)各15個(gè),1團(tuán)、5團(tuán)、7團(tuán)、8團(tuán)、13團(tuán)、14團(tuán)和托喀依鄉(xiāng)各10個(gè)。將采集的土壤樣品及時(shí)送回實(shí)驗(yàn)室,平攤為2～3 cm的薄層于陰涼處自然風(fēng)干,經(jīng)研磨、過篩后編號裝袋備用。

1.3 評價(jià)指標(biāo)及檢測方法

選取土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀、pH值、土壤全鹽量9個(gè)指標(biāo)對土壤肥力進(jìn)行評價(jià)。土壤樣品各理化性質(zhì)的檢測方法按農(nóng)業(yè)及林業(yè)行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,其中有機(jī)質(zhì)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為LY/T 1237—1999,采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定;全氮、堿解氮的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為LY/T 1228—2015,土壤全氮采用凱氏定氮法測定,堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測定;全磷、速效磷的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為LY/T 1232—2015,全磷采用堿熔法測定,速效磷采用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定;全鉀、速效鉀的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為LY/T 1234—2015,全鉀采用堿熔法測定,速效鉀采用1 mol·L-1乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)測定;pH值的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為NY/T 1121.2—2006,采用酸度計(jì)法測定,水土比2.5∶1;全鹽量的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為LY/T 1251—1999,采用電導(dǎo)法測定,水土比5∶1。

1.4 土壤養(yǎng)分、pH值和鹽分評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

土壤養(yǎng)分和pH值分級依據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)。鑒于阿拉爾植棉區(qū)土壤鹽分組成以氯化物-硫酸鹽為主,土壤鹽分分級依據(jù)新疆土壤鹽漬化程度中的氯化物-硫酸鹽分級標(biāo)準(zhǔn),分級標(biāo)準(zhǔn)見表1和表2。

表1 全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[7]

表2 新疆土壤鹽漬化程度分級標(biāo)準(zhǔn)[8]

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0和Excel 2010對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理分析。

各指標(biāo)等級分布比例(%)=測試樣點(diǎn)數(shù)/該團(tuán)鎮(zhèn)采樣點(diǎn)總數(shù)×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機(jī)質(zhì)

阿拉爾市棉田土壤有機(jī)質(zhì)最高含量為22.8 g·kg-1,最低含量為4.74 g·kg-1,平均含量為11.6 g·kg-1,變異系數(shù)為27.6%,中等比例為1.3%,較缺、缺乏和極缺比例分別為69.3%、26.7%和2.7%。5團(tuán)有機(jī)質(zhì)平均含量最高,為17.4 g·kg-1,變異系數(shù)為25.7%,中等比例為20.0%;9團(tuán)有機(jī)質(zhì)平均含量最低,為8.03 g·kg-1,變異系數(shù)為28.2%;其中9團(tuán)、12團(tuán)和13團(tuán)極度缺乏比例分別為6.7%、13.3%和10.0%。

在15個(gè)團(tuán)鎮(zhèn)中僅5團(tuán)土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到中等水平,其他14個(gè)團(tuán)鎮(zhèn)的有機(jī)質(zhì)含量均處于較缺、缺乏和極缺水平(表3)。

表3 阿拉爾市棉田土壤有機(jī)質(zhì)含量

2.2 土壤全氮、全磷與全鉀

阿拉爾市棉田土壤全氮平均含量處于較缺乏水平,均值為0.95 g·kg-1,變異系數(shù)為41.1%,缺乏比例占到整體的74.0%,其中較缺、缺乏和極缺比例分別為46.0%、26.0%和2.0%,豐富和較豐比例均為4.0%,中等比例為18.0%。阿拉爾市棉田土壤全磷含量整體處于中等及以上水平,均值為0.97 g·kg-1,變異系數(shù)為12.1%,其中豐富、較豐和中等比例分別為32.0%、60.0%和8.0%。阿拉爾市棉田土壤全鉀平均含量為19.0 g·kg-1,變異系數(shù)為12.5%,較豐及中等比例分別為28.0%和70.0%,較缺比例僅為2.0%,整體處于中等及以上水平(表4、表5)。

表4 阿拉爾市棉田土壤養(yǎng)分含量

表5 阿拉爾市棉田土壤養(yǎng)分等級分布

2.3 土壤堿解氮

阿拉爾市棉田土壤堿解氮含量最高為273 mg·kg-1,最低為11.0 mg·kg-1,均值為71.8 mg·kg-1,變異系數(shù)為59.1%,其中豐富、較豐、中等、較缺、缺乏和極缺比例分別為3.3%、7.3%、12.7%、32.7%、36.0%和8.0%。

在15個(gè)團(tuán)鎮(zhèn)中,3團(tuán)棉田土壤堿解氮含量豐富比例最高為20%,其余均為缺乏和極缺水平,所占比例均為40%,變異系數(shù)為119.0%,變異系數(shù)大表明各取樣點(diǎn)間離散程度、變幅較大;7團(tuán)棉田土壤堿解氮含量中等及以上和偏低水平各占50%;8團(tuán)棉田土壤堿解氮含量中等及以上和較缺比例各占50%;1團(tuán)、2團(tuán)和12團(tuán)棉田土壤堿解氮含量均處于中等及以下水平;5團(tuán)、16團(tuán)和托喀依鄉(xiāng)棉田土壤堿解氮含量整體處于較缺、缺乏或極缺狀態(tài)(表6)。

表6 阿拉爾市棉田土壤堿解氮含量

2.4 土壤速效磷

阿拉爾市棉田土壤速效磷含量整體偏高,均值為42.7 mg·kg-1,最大值達(dá)到101 mg·kg-1,最小值為8.30 mg·kg-1,變異系數(shù)為45.0%,豐富和較豐比例分別為49.3%和42.7%,中等比例為6.7%,較缺比例僅為1.3%,表明目前該地區(qū)大多數(shù)耕層土壤速效磷處于盈余狀態(tài)。

在實(shí)際生產(chǎn)中,農(nóng)民不斷增加磷肥用量,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過作物吸收量,土壤中的磷有連年累加效應(yīng),從而導(dǎo)致土壤供磷能力大幅增加,所以生產(chǎn)上應(yīng)合理施用磷肥,提高磷肥當(dāng)季利用率,減少土壤磷素累積(表7)。

表7 阿拉爾市棉田土壤速效磷含量

2.5 土壤速效鉀

阿拉爾市棉田土壤速效鉀平均含量為183 mg·kg-1,最大值489 mg·kg-1,最小值23.5 mg·kg-1,變異系數(shù)為41.0%,豐富、較豐和中等比例分別為36.0%、31.3%和20.7%,較缺比例為10.7%,缺乏和極缺比例均為0.7%。2團(tuán)和16團(tuán)棉田土壤速效鉀含量偏高,豐富和較豐比例分別為80.0%和20.0%;6團(tuán)、8團(tuán)、13團(tuán)、14團(tuán)和托喀依鄉(xiāng)5個(gè)團(tuán)鎮(zhèn)棉田土壤速效鉀含量均處于中等及偏高水平;1團(tuán)、3團(tuán)、5團(tuán)、7團(tuán)、10團(tuán)、11團(tuán)和12團(tuán)7個(gè)團(tuán)鎮(zhèn)棉田土壤速效鉀含量處于豐富、較豐、中等和較缺4個(gè)水平,不存在缺乏和極缺水平;在該地區(qū)15個(gè)團(tuán)鎮(zhèn)中,僅有9團(tuán)棉田耕層土壤速效鉀含量存在缺乏和極缺水平,各占6.7%,中等和較缺比例各占33.3%,豐富比例為20.0%,在生產(chǎn)上應(yīng)適當(dāng)增施鉀肥,后期大田生產(chǎn)管理中適量追施鉀肥,增加土壤中速效鉀含量,從而提高棉花纖維品質(zhì),增加種子的含油量,提高霜前花率,促進(jìn)棉花早熟。

綜合來看,除少數(shù)團(tuán)鎮(zhèn)需要適當(dāng)增施鉀肥,大部分團(tuán)鎮(zhèn)棉田耕層土壤供鉀能力尚可(表8)。

表8 阿拉爾市棉田土壤速效鉀含量

2.6 土壤pH

阿拉爾市棉田土壤pH平均值為8.06,最大值為8.99,最小值為7.32,變異系數(shù)為3.6%,強(qiáng)堿性、弱堿性和中性比例分別為6.7%,91.3%和2.0%,不存在酸性土壤。鑒于阿拉爾墾區(qū)棉田土壤pH現(xiàn)狀,生產(chǎn)上可以通過采用物理、化學(xué)和生物改良措施進(jìn)行綜合治理,降低土壤酸堿度,改良土壤理化性質(zhì),提高土壤肥力,保證棉花持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)(表9)。

表9 阿拉爾市棉田土壤pH情況

2.7 土壤全鹽量

阿拉爾市棉田土壤全鹽量均值為4.1 g·kg-1,最大值為16.4 g·kg-1,最小值為0.1 g·kg-1,變異系數(shù)為81.6%,變異系數(shù)較大,表明各團(tuán)鎮(zhèn)取樣點(diǎn)間變異程度較大。

整體來看,阿拉爾市棉田土壤非鹽漬化所占比例最高,達(dá)到86.7%,輕度鹽漬化、中度鹽漬化和重度鹽漬化所占比例分別為7.3%、4.7%和1.3%,無鹽土。2團(tuán)、3團(tuán)、5團(tuán)、7團(tuán)、13團(tuán)、14團(tuán)和托喀依鄉(xiāng)7個(gè)團(tuán)鎮(zhèn)棉田土壤均為非鹽漬化,其他8個(gè)團(tuán)鎮(zhèn)存在不同比例的輕度、中度或重度鹽漬化土壤,僅1團(tuán)和12團(tuán)個(gè)別棉田土壤達(dá)到重度鹽漬化(表10)。

表10 阿拉爾市棉田土壤全鹽量

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

本研究結(jié)果與2013年卜東升等[9]在有機(jī)質(zhì)、全磷和全鉀含量方面結(jié)果一致,全氮和堿解氮含量雖然有所增加,但仍然處于低水平,速效磷、速效鉀和全鹽量均有所提高。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分的重要來源,也是土壤微生物必不可少的碳源和能源,使土壤具有保肥性和緩沖性[10]。本研究中,僅5團(tuán)植棉區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到中等水平,其他14個(gè)團(tuán)鎮(zhèn)的有機(jī)質(zhì)含量均處于低水平。一般來說,土壤有機(jī)質(zhì)含量越高,其物理性能相對越好,供肥潛力也越高[11]。

氮、磷、鉀是農(nóng)作物生長的必需營養(yǎng)元素,化肥對于提高農(nóng)作物產(chǎn)量具有不可替代的作用,但是平衡施肥對于化肥高效使用和作物持續(xù)高產(chǎn)具有重要意義[12]。本研究中,阿拉爾市棉田耕層土壤全氮含量均值為0.95 g·kg-1,堿解氮含量均值為71.8 mg·kg-1,均處于較缺乏水平;土壤全磷平均含量為0.97 g·kg-1,全鉀平均含量為19.0 g·kg-1,處于中等及以上水平;土壤速效磷和速效鉀平均含量分別為42.7 mg·kg-1和183 mg·kg-1,整體偏高,在該地區(qū)15個(gè)團(tuán)鎮(zhèn)中,僅有9團(tuán)棉田耕層土壤速效鉀含量存在缺乏和極缺水平;總的來說,阿拉爾市植棉區(qū)表現(xiàn)為土壤氮素含量缺乏,磷、鉀元素含量富足。長期以來,棉花產(chǎn)量的提升是以氮素的高投入為基礎(chǔ)[13]。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中,農(nóng)民偏重施用氮肥,這與土壤氮素表現(xiàn)的缺乏狀態(tài)相悖,原因可能是由于地表徑流、氨揮發(fā)、反硝化及淋溶等造成施入氮素的損失[14]。磷、鉀元素含量偏高,這可能與常年磷、鉀肥投入量較大有一定關(guān)系。因此,建議該地區(qū)在以后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,合理控制磷、鉀肥的施用量,對于氮肥的補(bǔ)充施用,應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況,可以通過有機(jī)肥和化學(xué)氮肥配施或者棉花秸稈還田配施氮肥等途徑增加土壤全氮含量,維持土壤肥力[15]。化肥作為速效肥料優(yōu)點(diǎn)是起效快、作用明顯,但易于淋失和揮發(fā),降低肥料利用率,引起土壤次生鹽漬化和土壤板結(jié),在生產(chǎn)實(shí)際中,可通過增施有機(jī)肥、有機(jī)肥部分替代化肥改善土壤物理、化學(xué)及生物學(xué)特性,提高養(yǎng)分資源利用率[16-17]。

土壤pH值和含鹽量是土壤重要的理化性質(zhì)。本研究結(jié)果中,9團(tuán)、12團(tuán)、13團(tuán)、14團(tuán)、16團(tuán)和托喀依鄉(xiāng)棉田耕層土壤pH達(dá)到強(qiáng)堿性。由于新疆灌區(qū)土壤鹽漬化類型、障礙特征以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件特點(diǎn)與全國其他區(qū)域土壤鹽漬化存在很大差異,因此本研究中土壤鹽漬化程度分級采用新疆土壤通用分級標(biāo)準(zhǔn),該分類標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)喬木等對近25 a來塔里木盆地灌區(qū)土壤鹽漬化時(shí)空變化的研究得出的,阿拉爾植棉區(qū)處于塔里木盆地灌區(qū),并且該區(qū)域鹽分類型為氯化物-硫酸鹽型,依據(jù)該分級標(biāo)準(zhǔn),僅有13.3%的土壤處于不同程度的鹽漬化水平,這可能是農(nóng)民意識(shí)到土壤鹽漬化對農(nóng)作物的危害,在生產(chǎn)中注重洗鹽、排鹽,使得0～20 cm土壤鹽漬化水平不高。另外,由于阿拉爾植棉區(qū)長期以來均采用冬、春灌的種植模式進(jìn)行洗鹽、排鹽,且土壤樣品采集時(shí)間為10—11月份,未處于返鹽期,采樣點(diǎn)選擇均為多年種植的棉田,未選擇新開墾耕地,研究結(jié)果表明阿拉爾植棉區(qū)大多數(shù)土壤處于非鹽漬化狀態(tài),因此該結(jié)論符合目前阿拉爾植棉區(qū)土壤鹽漬化程度現(xiàn)狀,并且具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。對于堿性和鹽漬化土壤,可以通過物理改良、化學(xué)改良、生物改良和工程改良等方式來治理鹽漬化土壤,或外施有機(jī)肥來改善土壤理化性質(zhì),降低土壤pH值,遏制土壤鹽漬化趨勢,從而促進(jìn)土壤養(yǎng)分活化,增加作物對土壤有效養(yǎng)分的吸收[18-20]。

3.2 結(jié)論

土壤養(yǎng)分豐缺狀況調(diào)查是對棉花進(jìn)行合理施肥與養(yǎng)分管理的主要依據(jù),本研究通過對阿拉爾植棉區(qū)150份土壤樣品進(jìn)行檢測分析,主要得出以下結(jié)論:

(1)有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮平均含量分別為11.6 g·kg-1、0.95 g·kg-1和71.8 mg·kg-1,整體處于低水平。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,可通過秸稈還田、種植綠肥、增施有機(jī)肥等有效途徑,培肥地力,同時(shí)增施適量氮肥增加棉田土壤堿解氮含量,維系土壤養(yǎng)分平衡。

(2)土壤全磷和全鉀平均含量分別為0.97 g·kg-1和19.0 g·kg-1整體處于中等及以上水平;速效磷和速效鉀均值分別為42.7 mg·kg-1和183 mg·kg-1,整體偏高。鑒于阿拉爾墾區(qū)棉田土壤速效磷含量較高,在供水有保障的前提下,建議磷肥全部隨水滴施,有助于增加棉鈴重,促進(jìn)棉花早熟。

(3)土壤pH值整體呈堿性,均值為8.06;土壤全鹽量均值為4.1 g·kg-1,非鹽漬化土壤所占比例達(dá)到86.7%。整體來看,阿拉爾植棉區(qū)大多數(shù)土壤處于非鹽漬化狀態(tài),僅部分土壤存在不同程度的鹽漬化水平。

優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)植棉區(qū)的土壤養(yǎng)分應(yīng)保持在一個(gè)充足而不過量的水平,養(yǎng)分投入量過高或比例不協(xié)調(diào),會(huì)造成肥料利用率低,增加環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。建議該地區(qū)合理施用化肥,增施有機(jī)肥以提升土壤肥力,結(jié)合土壤養(yǎng)分豐缺狀況繼續(xù)推進(jìn)測土配方施肥技術(shù)和水肥一體化養(yǎng)分綜合管理技術(shù),從而逐步實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)高效。