藁城區(qū)耕地土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀及變化趨勢(shì)

邢鳳麗 張曉萌 路貴華 韓 洋 王會(huì)娟 高 偉 李翠霞

（1.石家莊市藁城區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 河北石家莊 052160；2.石家莊市藁城區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)服務(wù)中心 河北石家莊 052160；3.石家莊市藁城區(qū)北方蔬菜產(chǎn)業(yè)研究院 河北石家莊 052160；4.石家莊市藁城區(qū)植物保護(hù)檢疫站 河北石家莊 052160）

石家莊市藁城區(qū)地處河北省西南部， 省會(huì)石家莊市東部， 位于37°51′～38°18′44″N、 114°38′45″~114°58′47″E，屬太行山洪積沖積山前傾斜平原，地勢(shì)西北高東南低，是典型的山前傾斜平原地貌。 藁城氣候?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，氣候因素分布比較均勻，年平均氣溫12.5℃，年平均降水量494 mm，年日照時(shí)數(shù)2 711.4 h，日照率61.2%，無霜期190 d，截至2018 年耕地面積為5.22 萬hm2，種植作物類型多樣，糧食作物包括小麥、玉米、大豆、谷子等，一年兩熟，主要以小麥—玉米、小麥—大豆輪作為主。

作為農(nóng)業(yè)大區(qū)， 藁城區(qū)是全國(guó)糧食生產(chǎn)先進(jìn)縣（區(qū)）和優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋麥發(fā)源地[1]，是河北省重要的小麥高產(chǎn)區(qū)和強(qiáng)筋區(qū)， 在我國(guó)糧食安全格局中具有重要地位[2]。2005 年原農(nóng)業(yè)部在全國(guó)推廣應(yīng)用測(cè)土配方施肥技術(shù)，2005-2016 年藁城區(qū)結(jié)合測(cè)土配方施肥項(xiàng)目的實(shí)施及2017-2021 年來化肥減量增效項(xiàng)目的實(shí)施，共采集土壤樣品12 000 個(gè)以上進(jìn)行測(cè)試分析， 本研究分析了藁城區(qū)耕地土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀及40 年來的變化趨勢(shì)，以期為確定合理施肥技術(shù)、提高糧食產(chǎn)量、培肥地力、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

為了解年度耕地養(yǎng)分狀況，藁城區(qū)2021 年依據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)管理司《關(guān)于做好2021 年化肥減量增效工作的通知》要求，在區(qū)域內(nèi)，根據(jù)土壤類型、種植模式、管理水平等因素，充分考慮調(diào)查取樣點(diǎn)的均勻性與代表性，采取多點(diǎn)混合的方法進(jìn)行采樣，采樣深度0～20 cm，共采集土壤樣品200 個(gè)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

1981 年113 個(gè)土壤剖面數(shù)據(jù)收集自全國(guó)第二次土壤普查時(shí)期成果[3]，其余數(shù)據(jù)整理自2005-2021 年間測(cè)土配方施肥項(xiàng)目、 化肥減量增效項(xiàng)目實(shí)施過程中采集化驗(yàn)的大田土壤數(shù)據(jù)。 全國(guó)土壤養(yǎng)分含量標(biāo)準(zhǔn)見表1、土壤酸堿度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表1 全國(guó)土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表2 土壤酸堿度（pH）分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel、SPSS 22.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。1981 年剖面數(shù)據(jù)，對(duì)表土層深度＞20 cm 的部分，直接取其結(jié)果；表土層＜20 cm 的部分，取0～20 cm 范圍內(nèi)的所有土層的深度加權(quán)平均值(以深度為權(quán)重)。 年度內(nèi)土壤檢測(cè)數(shù)據(jù)用SPSS 軟件箱線圖法篩除離群值。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地養(yǎng)分現(xiàn)狀

2.1.1 有機(jī)質(zhì) 2021 年藁城區(qū)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)有效數(shù)據(jù)共196 個(gè)，平均值為（25.00±5.34 g/kg），變化范圍11.3～37.8 g/kg，變異系數(shù)為21.4%。 參照第二次土壤普查時(shí)土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，80.61%的調(diào)查點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)含量處于中等以上水平 （＞20.0 g/kg），沒有含量大于40 g/kg 的一級(jí)地 （豐缺水平： 很豐富），藁城區(qū)耕地耕層有機(jī)質(zhì)平均含量屬于三級(jí)水平（豐缺水平：中等）（圖1）。

圖1 土壤養(yǎng)分含量分級(jí)頻率

2.1.2 全氮 2021 年藁城區(qū)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤全氮有效數(shù)據(jù)共194 個(gè)， 平均值為 （1.37±0.28） g/kg，變化范圍為0.70～2.16 g/kg， 變異系數(shù)為20.4%。 參照第二次土壤普查時(shí)土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，90.72%的調(diào)查點(diǎn)土壤全氮含量處于中等以上水平（＞1.0 g/kg），藁城區(qū)耕地耕層全氮平均含量屬于三級(jí)水平 （豐缺水平：中等）。

2.1.3 速效磷 2021 年藁城區(qū)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤速效磷有效數(shù)據(jù)共191 個(gè)，平均值為（26.2±15.5）mg/kg，變化范圍為2.8～73.0 mg/kg，變異系數(shù)為59.2%。參照第二次土壤普查時(shí)土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，90.05%的調(diào)查點(diǎn)土壤速效磷含量處于中等以上水平（＞10 mg/kg），藁城區(qū)耕地耕層速效磷平均含量屬于二級(jí)水平（豐缺水平：豐富）。

2.1.4 速效鉀 2021 年藁城區(qū)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤速效鉀有效數(shù)據(jù)共189 個(gè)，平均值為（144±62）mg/kg，變化范圍為49～316 mg/kg，變異系數(shù)為43.1%。 參照第二次土壤普查時(shí)土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，72.49%的調(diào)查點(diǎn)土壤速效鉀含量處于中等以上水平（＞100 mg/kg），藁城區(qū)耕地耕層速效鉀平均含量屬于二級(jí)水平（豐缺水平：豐富）。

2.2 耕地土壤pH 現(xiàn)狀

2021 年， 藁城區(qū)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤pH 有效樣品194 個(gè)，pH 平均為8.03±0.30，變異系數(shù)為3.74%。土壤pH＞7.5（堿性）的監(jiān)測(cè)點(diǎn)最多，共有179 個(gè)，占監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)的92.27%；土壤pH 在6.5～7.5（中性）之間的監(jiān)測(cè)點(diǎn)有15 個(gè)，所占比例為7.73%；沒有土壤pH＜6.5 的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。 藁城區(qū)耕地土壤總體呈堿性。

2.3 耕地土壤養(yǎng)分變化趨勢(shì)

2.3.1 有機(jī)質(zhì) 由表3、圖2 可知，與1981 年相比耕層土壤有機(jī)質(zhì)平均含量增加15.0 g/kg， 增幅為150.0%，平均每年增加0.38 g/kg；40 年來耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量總體呈不斷上升的趨勢(shì)， 且目前仍保持一定增速， 由圖2 可知，2021 年有機(jī)質(zhì)含量中位數(shù)、最大值、最小值均高于2017-2020 年，有機(jī)質(zhì)含量平均增加1.5 g/kg，增幅為6.38%。

圖2 土壤有機(jī)質(zhì)變化趨勢(shì)及分布特征

表3 耕地養(yǎng)分變化趨勢(shì)

2.3.2 全氮 由圖3 可知， 與1981 年相比，2005－2021 年全氮含量平均增加0.74 g/kg， 增幅為117.46%， 平均每年增加0.02 g/kg；40 年來耕層土壤全氮含量總體呈不斷上升的趨勢(shì)， 與2017-2020 年數(shù)據(jù)相比差異顯著，全氮含量平均增加0.06 g/kg，增幅為4.58%。

圖3 土壤全氮變化趨勢(shì)及分布特征

2.3.3 速效磷 由圖4 可知，與1981 年相比，2005-2021 年耕層土壤速效磷含量平均增加20.8 mg/kg，增幅高達(dá)385.19%， 平均每年增加0.52 mg/kg；40 年來耕層土壤速效磷含量大體呈先升高后降低的趨勢(shì)，含量最高的是2013-2016 年份段，與其他時(shí)間段含量差異極顯著；2021 年與2017-2020 年相比，速效磷含量極顯著降低，平均降低4.8 mg/kg，降幅為15.48%，高離群值數(shù)值減小、離群點(diǎn)位數(shù)量減少，中位數(shù)降低。

圖4 土壤速效磷變化趨勢(shì)及分布特征

2.3.4 速效鉀 由圖5 可知，與1981 年相比，速效鉀含量平均增加41 mg/kg，增幅為39.81%，平均每年增加1.0 mg/kg；40 年來耕層土壤速效鉀含量呈先升高后降低的趨勢(shì)，2017-2020 年份段含量最高，2021 年速效鉀含量與之相比降低26 mg/kg，降幅為15.29%，差異極顯著。 與速效磷變化類似， 高離群值數(shù)值減小、中位數(shù)降低，最小值升高。

圖5 土壤速效鉀變化趨勢(shì)及分布特征

2.4 耕地土壤養(yǎng)分變化原因分析

2.4.1 肥料生產(chǎn)技術(shù)提升、 化肥用量增加 肥料是作物的“糧食”，在作物生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的支撐作用[4]。 國(guó)內(nèi)外大量的農(nóng)田長(zhǎng)期定位試驗(yàn)證明施肥對(duì)土壤養(yǎng)分含量有顯著影響，平衡施用NPK 肥（配施有機(jī)肥或秸稈效果更好） 能提高土壤養(yǎng)分庫容量和有效率[5-7]。

通過查閱《藁城縣科學(xué)技術(shù)志》，20 世紀(jì)60 年代以前，藁城區(qū)（當(dāng)時(shí)為藁城縣）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中以粗雜肥為主，1968 年縣化肥廠建成投產(chǎn)， 主產(chǎn)含量在14%～16%的碳酸氫銨及副產(chǎn)品氨水（含氮量15%左右），從此藁城縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的氮肥以碳酸氫銨為主，兼施一些氨水、硝酸銨、硫酸銨等。 1971 年施用氮肥水平（折純）畝均2.58 kg，1980 年施用氮肥水平（折純）畝均10.65 kg，且碳銨及硫銨在微堿性土壤中易分解揮發(fā)造成損失。70 年代縣磷肥廠建成投產(chǎn)，生產(chǎn)過磷酸鈣，含有效磷12%左右，由于施肥方法和技術(shù)落后，一度出現(xiàn)盲目施肥現(xiàn)象，特別出現(xiàn)的重氮輕磷現(xiàn)象造成氮磷比例失調(diào)，1980 年施用磷肥水平（折純）畝均5.1 kg，氮磷比為1∶0.5。肥料施用量少、利用率低直接造成土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷含量缺乏。 藁城縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)歷史上有施用草木灰的習(xí)慣， 草木灰含鉀40%左右，其中90%是有效成分，1974 年開始試驗(yàn)用硫酸鉀和磷酸二氫鉀，所以土壤速效鉀在80 年代屬于中等水平。 隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，肥料種類多樣化、有效含量提高，耕地化學(xué)肥料投入量大大增加，2021 年藁城區(qū)施用氮肥水平（折純） 畝均30 kg左右，施用磷肥水平（折純）畝均15 kg 左右，用量分別比1980 年增長(zhǎng)181.7%、194.1%。

2.4.2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村政策的引導(dǎo) 作物秸稈是土壤有機(jī)質(zhì)的重要來源， 秸稈中含有農(nóng)作物生長(zhǎng)需要的氮、磷、鉀、鎂、鈣和硫等營(yíng)養(yǎng)元素[8]，長(zhǎng)期以來，經(jīng)過國(guó)內(nèi)外的大量田間試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明， 提高秸稈還田量與還田年份能有效提高土壤肥力和作物產(chǎn)量[9-11]。

1980 年藁城區(qū)作物產(chǎn)量低下， 全縣糧食年均畝產(chǎn)量490 kg，棉花年均畝產(chǎn)量40.4 kg，作物莖稈產(chǎn)量低，且多被農(nóng)民當(dāng)做生活燃料，根茬部分直接在大田焚燒，少部分過腹還田。 隨著作物產(chǎn)量不斷升高，秸稈產(chǎn)量大增，1999 年國(guó)家環(huán)?？偩志皖C布了《秸稈禁燒和綜合管理辦法》，旨在治理因焚燒秸稈而帶來的環(huán)境問題，自此農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門發(fā)布多項(xiàng)秸稈禁燒、秸稈還田、資源化利用等政策法規(guī)[12]，在政策引導(dǎo)下農(nóng)民的環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)， 再輔以聯(lián)合收割機(jī)推廣應(yīng)用的助力，經(jīng)過多年的秸稈還田，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量逐年增加。

2.4.3 科學(xué)施肥技術(shù)的推廣應(yīng)用 2005-2015 年測(cè)土配方施肥技術(shù)推廣，隨著施肥技術(shù)的不斷提高，耕地養(yǎng)分含量和作物產(chǎn)量得到了可觀的提升， 平均年度糧食畝產(chǎn)800～1 000 kg。因?yàn)槿藗儗?duì)作物產(chǎn)量的過高追求出現(xiàn)了盲目施肥等問題，2015 年原農(nóng)業(yè)部印發(fā)《到2020 年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，藁城區(qū)2017-2021 年大力實(shí)施耕地質(zhì)量保護(hù)提升和化肥減量增效、化肥施用量零增長(zhǎng)等項(xiàng)目，推廣了一批化肥減量增效技術(shù)模式， 調(diào)整肥料大配方 （穩(wěn)氮減磷調(diào)鉀），在平衡施用氮磷鉀無機(jī)肥基礎(chǔ)上推廣生物有機(jī)肥、微生物菌劑等有機(jī)肥和土壤調(diào)理劑等新型肥料，經(jīng)過5 年的實(shí)施， 土壤中速效磷和速效鉀的積累有所降低。

3 結(jié)語

（1）藁城區(qū)耕地土壤養(yǎng)分整體呈中等偏上水平，速效磷、速效鉀平均含量雖達(dá)到了豐富水平，但變異系數(shù)偏高。 有機(jī)質(zhì)平均含量處于中等水平，79.0%的調(diào)查點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)含量處于中等以上水平（＞20.0 g/kg）；全氮平均含量處于中等偏上水平，88.5%的調(diào)查點(diǎn)土壤全氮含量處于中等以上水平（＞1.0 g/kg）；速效磷平均含量豐富，90.5%的調(diào)查點(diǎn)土壤速效磷含量處于中等以上水平 （＞10 mg/kg）； 速效鉀平均含量豐富，74.0%的調(diào)查點(diǎn)土壤速效磷含量處于中等以上水平（＞100 mg/kg）；耕地土壤pH 范圍為6.02～8.62，pH 平均值7.99，呈堿性。

（2）與第二次土壤普查期間相比，有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀等耕地養(yǎng)分含量有很大提升，分別提高了128.81%、164.52%、403.3%、45.79%。 有機(jī)質(zhì)、全氮含量40 年間整體呈上升趨勢(shì)，有機(jī)質(zhì)有進(jìn)一步提升的空間。 速效磷和速效鉀含量呈先逐步升高后稍下降趨勢(shì)，與近4 年平均值相比分別降低了24.35%和15.68%。

（3）耕地土壤pH 平均值比第二次土壤普查降低0.4 個(gè)pH 單位，降低4.76%。