瀘縣稻田土壤肥力綜合評(píng)價(jià)及對(duì)農(nóng)田產(chǎn)量的影響分析

徐開(kāi)坤，朱 雙，張前林，肖光莉，文雙全，姚旭松

（1.瀘縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，四川瀘州 646100；2.四川省科源工程技術(shù)測(cè)試中心有限責(zé)任公司，四川成都 611130；3.自然資源部耕地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610045；4.四川省能源地質(zhì)調(diào)查研究所，四川成都 610073）

瀘縣是四川省瀘州市下轄縣，位于四川盆地南部，年平均氣溫18.1 ℃，極端最高氣溫38.2 ℃，極端最低氣溫0.7 ℃，全年降水1 179.4 mm，全年日照時(shí)數(shù)950.3 h。境內(nèi)地貌有低山深丘、中丘中窄谷、淺丘寬谷和河谷階地四種形態(tài)，分別占縣域總面積的7%、27%、60.5%和5.5%。瀘縣地勢(shì)東北高、西南低，轄區(qū)內(nèi)土壤類(lèi)型有水稻土、潮土、紫色土、黃壤四個(gè)土壤類(lèi)型[1]。土壤是生態(tài)系統(tǒng)的基本要素，也是人類(lèi)賴以生存的基礎(chǔ)物質(zhì)條件之一，土壤與大氣、水域和生物環(huán)境之間不斷進(jìn)行著物質(zhì)和能量的交換，土壤環(huán)境的惡化與污染會(huì)通過(guò)“土壤—植物（水體）—人體”的路徑，間接對(duì)人體健康造成潛在危害。對(duì)土壤肥力與農(nóng)田產(chǎn)量的關(guān)系研究較少。合理施肥是防止地力衰退和提高農(nóng)田產(chǎn)量的有效措施。根據(jù)瀘縣的土壤肥力制定施肥方案，才能更好地促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)田產(chǎn)量的提高。為了響應(yīng)國(guó)家高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，本研究通過(guò)廣泛調(diào)研采集瀘縣種植區(qū)水稻農(nóng)田土壤樣品，對(duì)主要養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，并綜合評(píng)價(jià)土壤肥力狀況，使用灰度關(guān)聯(lián)度分析，評(píng)價(jià)土壤肥力對(duì)農(nóng)田產(chǎn)量的影響，為區(qū)域土壤改良及精準(zhǔn)施肥提供參考[2]。

1 材料與方法

1.1 土樣采集與處理

本次調(diào)研于2020 年9 月開(kāi)展，調(diào)研區(qū)域包括百和鎮(zhèn)、潮河鎮(zhèn)、得勝鎮(zhèn)、方洞鎮(zhèn)等20個(gè)主要農(nóng)業(yè)種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)，區(qū)域內(nèi)農(nóng)田均屬水稻土。調(diào)研取樣點(diǎn)如表1所示。

表1 瀘縣農(nóng)田調(diào)研取樣點(diǎn)情況

本次每個(gè)點(diǎn)位采集土壤5 份樣品，共計(jì)95 份。采樣時(shí)，利用GPS 定位，每個(gè)調(diào)研地塊采集0～20 cm 土層的土壤樣品，避開(kāi)施肥位置按照“S”型路線隨機(jī)選擇5 點(diǎn)取樣，樣品混合后，用四分法取1 kg 左右的樣品代表該地塊土壤[3]。所有樣品做好取樣標(biāo)簽，帶回實(shí)驗(yàn)室。土樣放在陰涼通風(fēng)的樣品室風(fēng)干，注意不要暴曬，不要放在陽(yáng)光直射的地方，在半干時(shí)，用手將大土塊掰碎，撿去石子和碎草，晾干后，過(guò)20 目篩，樣品量不少于1.1 kg。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

樣品采集完成后，依次進(jìn)行樣品流轉(zhuǎn)、樣品加工和實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)試，土壤樣品分析測(cè)試指標(biāo)包括常見(jiàn)的影響土壤肥力的各項(xiàng)理化指標(biāo)。其中，pH值采用電位法（HJ 962-2018）測(cè)定，陽(yáng)離子交換量采用分光光度法（HJ 889-2017）測(cè)定，質(zhì)地采用密度計(jì)法（GB/T 50123-2019）測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸溶液氧化法（NY/T 1121.6-2006）測(cè)定，堿解氮采用堿解-擴(kuò)散法（LY/T 1228-2015）測(cè)定，有效磷采用鹽酸-硫酸浸提-鉬銻抗比色法（LY/T 1232-2015）測(cè)定，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法（LY/T1234-2015）測(cè)定。測(cè)試結(jié)果均由具有CMA 資質(zhì)認(rèn)定的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室出具。

1.3 土壤養(yǎng)分等級(jí)評(píng)價(jià)方法

農(nóng)業(yè)種植土壤應(yīng)具備常規(guī)土壤的外觀，有一定疏松度、無(wú)明顯可視雜物、常規(guī)土色、無(wú)明顯異味。依據(jù)“北京市土壤養(yǎng)分分等定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)土壤肥力按養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)（見(jiàn)表2）。

表2 北京市土壤養(yǎng)分分等定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（養(yǎng)分指標(biāo)）

按照公式（1）計(jì)算每個(gè)評(píng)價(jià)地塊的土壤綜合肥力指數(shù)。

式中，I為地塊土壤綜合肥力指數(shù)，F(xiàn)i為第i 個(gè)指標(biāo)評(píng)分值，Wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

采用I值計(jì)算結(jié)果，根據(jù)“北京市土壤養(yǎng)分分等定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”將土壤養(yǎng)分劃分為極高、高、中、低和極低5個(gè)等級(jí)（見(jiàn)表3）。

表3 北京市土壤養(yǎng)分分等定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（綜合指數(shù)）

1.4 灰色關(guān)聯(lián)度分析

將瀘縣土壤的5 種土壤養(yǎng)分指標(biāo)和農(nóng)田產(chǎn)量作為一個(gè)灰色系統(tǒng)，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)土壤肥力對(duì)農(nóng)田產(chǎn)量的影響進(jìn)行綜合分析。

1）構(gòu)建參考序列

以各指標(biāo)的最優(yōu)值構(gòu)成理想的參考序列：X0(k)={X0(1)，X0(2)，X0(3)，…，X0(n)}（2）；以各指標(biāo)的測(cè)定值構(gòu)成比較序列：Xi(k)={Xi(1)，Xi(2)，Xi(3)，…，Xi(n)}（3）。其中，k=1，2，3，…，n，n為測(cè)定指標(biāo)數(shù)(此處為6)，i=1，2，3，…，m，m為測(cè)定瀘縣不同農(nóng)田土壤(此處為20)。

2）指標(biāo)的無(wú)量綱化

將各指標(biāo)的測(cè)定值轉(zhuǎn)化為評(píng)價(jià)值，用Xi'(k)=Xi(k)/X0(k)（4）對(duì)原始測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理。

3）計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

求比較數(shù)列Xi與參考數(shù)列X0各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的絕對(duì)差值，△i(k)=|X0(k)-Xi(k)|（5）；此處△i(k)為i 的瀘縣土壤指標(biāo)測(cè)定值Xi與理想值X0在第k個(gè)指標(biāo)上的絕對(duì)差值。則理想數(shù)列X0和比較數(shù)列Xi在k點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)εi(k)為:

式中，min min|X0(k)-Xi(k)|為二級(jí)最小差；max max|X0(k)-Xi(k)|為二級(jí)最大差。

4）求灰色關(guān)聯(lián)度

等權(quán)關(guān)聯(lián)度為：γi=（7），式中，n為測(cè)定指標(biāo)數(shù)。求出關(guān)聯(lián)度后，按照關(guān)聯(lián)度由大到小以1，2，3，…，m進(jìn)行排序，關(guān)聯(lián)度越大則貢獻(xiàn)度越高；比較數(shù)列越接近參考數(shù)列，土壤具有越優(yōu)等的肥力，反之則越差。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)田產(chǎn)量

農(nóng)田產(chǎn)量也是表征土壤肥力狀況的重要指標(biāo)。農(nóng)田產(chǎn)量的不同會(huì)顯示土壤肥力的不同。從20個(gè)調(diào)查點(diǎn)位、100 個(gè)土壤樣品分析來(lái)看，所調(diào)研的農(nóng)田水稻每667 m2產(chǎn)量均達(dá)到了600 kg，其中[600～620) kg 平均占比40%，[620～630) kg 平均占比50%，＞630 kg 平均占比10%；調(diào)研表明，高產(chǎn)田主要分布于百和鎮(zhèn)（LX1）、天興鎮(zhèn)（LX14）。

2.2 土壤養(yǎng)分等級(jí)評(píng)價(jià)

堿解氮含量能反映出短期內(nèi)土壤的氮素供應(yīng)情況和氮素釋放效率[3-4]；有效磷是土壤中可被植物吸收利用的磷的總稱(chēng)，它反映了土壤中植物可利用磷的多少；鉀能促進(jìn)植株莖稈健壯，改善果實(shí)品質(zhì)，增強(qiáng)植株抗寒能力，提高果實(shí)糖分和維生素C 的含量，所以鉀對(duì)植物生長(zhǎng)也起著十分重要的作用，植物所能利用的鉀是速效鉀，其含量是表征土壤鉀素供應(yīng)狀況的重要指標(biāo)之一[5-6]；土壤有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分的主要來(lái)源，它能促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)形成，改善土壤物理性質(zhì)，改變土壤孔隙度，提高土壤蓄水能力，增加土壤的保肥能力和緩沖性能，改善土壤的物理性質(zhì)，其中腐殖質(zhì)還具有生理活性和絡(luò)合作用，能促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育和消除土壤污染[7-9]；土壤酸堿度也是直接影響土壤養(yǎng)分有效性的重要因素之一[10-11]。

瀘縣農(nóng)田有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量總體均偏高，而有效磷含量普遍偏低，土壤各項(xiàng)肥力指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果詳見(jiàn)表4。通過(guò)分析土壤綜合肥力指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果（見(jiàn)表5）可知，有效磷含量明顯偏低是造成個(gè)別土壤肥力綜合指數(shù)較低的主要原因[12]，總體而言本次調(diào)查農(nóng)田土壤肥力處于中等水平。其中有效磷低于平均值的主要有LX1、LX3、LX4、LX9、LX10、LX11、LX14、LX15、LX17、LX19。對(duì)以上有效磷偏低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行土壤肥力分析，結(jié)果列于表6。從圖1可見(jiàn)，奇峰鎮(zhèn)（LX11）的綜合肥力指數(shù)最低，只有46。

圖1 有效磷低于平均值的鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤綜合肥力評(píng)價(jià)結(jié)果

表4 瀘縣農(nóng)田土壤各項(xiàng)肥力指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表5 瀘縣農(nóng)田土壤綜合肥力指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

表6 瀘縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田土壤有效磷低于平均值的各項(xiàng)肥力指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.3 土壤肥力對(duì)農(nóng)田產(chǎn)量的影響

為了探明土壤肥力與農(nóng)田產(chǎn)量之間的關(guān)系，將表7 的土壤肥力指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，結(jié)果列于表8；將土壤肥力指標(biāo)與農(nóng)田產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，結(jié)果列于表9?；疑P(guān)聯(lián)分析是多因素決策分析的一種簡(jiǎn)便有效的實(shí)用方法，不需要較多的樣本數(shù)量和典型的規(guī)律，具有計(jì)算量小、簡(jiǎn)便直觀、信息量大、分析結(jié)果可靠等優(yōu)點(diǎn)[13]。分析結(jié)果顯示，瀘縣土壤肥力指標(biāo)與農(nóng)田產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度為0.646～0.862。在土壤肥力各指標(biāo)中對(duì)農(nóng)田產(chǎn)量影響最大的是pH 值（0.862），其后依次是有機(jī)質(zhì)含量（0.827）、速效鉀含量（0.718）、有效磷含量（0.680）和堿解氮含量（0.646）。根據(jù)土壤肥力各指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度數(shù)據(jù)，查找pH 值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀最高灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)，pH 值關(guān)聯(lián)度最大的數(shù)值是0.979，對(duì)應(yīng)表7 相關(guān)數(shù)據(jù)為6.1；有機(jī)質(zhì)最高的關(guān)聯(lián)度為0.981，對(duì)應(yīng)表7 相關(guān)數(shù)據(jù)為21.1 g·kg-1；堿解氮最高的關(guān)聯(lián)度為1，對(duì)應(yīng)表7 相關(guān)數(shù)據(jù)為121 mg·kg-1；有效磷最高的關(guān)聯(lián)度為0.998，對(duì)應(yīng)表7相關(guān)數(shù)據(jù)為15 mg·kg-1；速效鉀最高的關(guān)聯(lián)度為0.994，對(duì)應(yīng)表7 相關(guān)數(shù)據(jù)為125 mg·kg-1。表明在現(xiàn)有土地條件下，土壤中pH 值在6.1 左右，有機(jī)質(zhì)在21.1 g·kg-1左右、堿解氮在121 mg·kg-1左右、有效磷在15 mg·kg-1左右、速效鉀在125 mg·kg-1時(shí)，有利于瀘縣農(nóng)田產(chǎn)量的提升。

表7 瀘縣農(nóng)田相關(guān)指標(biāo)

表8 瀘縣農(nóng)田土壤指標(biāo)無(wú)量綱化結(jié)果

表9 瀘縣土壤肥力指標(biāo)與農(nóng)田產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度

3 小結(jié)

1）農(nóng)田水稻產(chǎn)量均達(dá)到了600 kg/667 m2，其中[600～620)kg平均占比40%。

2）瀘縣土壤大多表現(xiàn)為酸性，少量表現(xiàn)為堿性；有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀含量總體較為豐富，有效磷含量較低。

3）土壤綜合肥力指數(shù)評(píng)價(jià)：有效磷含量明顯偏低，導(dǎo)致個(gè)別土壤肥力綜合指數(shù)較低；本次調(diào)查農(nóng)田土壤肥力處于中等水平，奇峰鎮(zhèn)（LX11）的綜合肥力最低。

4）在現(xiàn)有土地條件下，土壤中pH 值在6.1 左右，有機(jī)質(zhì)在21.1 g·kg-1左右、堿解氮在121 mg·kg-1左右、有效磷在15 mg·kg-1左右、速效鉀在125 mg·kg-1時(shí)，有利于瀘縣農(nóng)田產(chǎn)量的提升。

5）瀘縣種植戶應(yīng)重視土壤酸化的治理，合理施用氮磷鉀肥料，提高奇峰鎮(zhèn)農(nóng)田綜合肥力。