平衡施肥技術(shù)體系下土壤性能綜合評價(jià)研究*

王連林，馬志平，張學(xué)剛，艾會(huì)暖，李翠芹，邱春蓮

(1.河北省玉田縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃辦公室 河北玉田 064100； 2.河北省玉田縣農(nóng)牧局 河北玉田 064100)

化肥施用技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了由施用單一元素肥料到多元素肥料配合施用、由經(jīng)驗(yàn)配方施肥到測土配方施肥的技術(shù)進(jìn)步過程。實(shí)踐表明，化肥施用應(yīng)講究科學(xué)，做到配比合理。施肥量過少，達(dá)不到應(yīng)有的增產(chǎn)效果；而施肥過量，不僅造成浪費(fèi)，還會(huì)污染土壤。肥料元素之間也會(huì)互相影響，如：磷肥施用量不足，將影響氮的肥效；鉀肥施用過量，容易導(dǎo)致缺鋅。因此，要實(shí)現(xiàn)科學(xué)施肥，就必須依靠先進(jìn)的平衡施肥技術(shù)[1]。

平衡施肥技術(shù)又稱為測土配方施肥，國際上通稱平衡施肥，是對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技成果的綜合運(yùn)用。測土配方施肥包含3個(gè)方面的內(nèi)容：①測土，即取土樣測定土壤養(yǎng)分含量；②配方，即經(jīng)過對土壤的養(yǎng)分診斷，按照農(nóng)作物所需的營養(yǎng)給出肥料配方；③合理施肥，即在農(nóng)業(yè)科技人員指導(dǎo)下科學(xué)施用配方肥[1]。

自1995年開始，在中國農(nóng)科院土壤肥料研究所金繼運(yùn)等專家的指導(dǎo)下，河北省玉田縣開始嘗試測土配肥施肥技術(shù)的研究，2008年被國家確定為測土配肥施肥項(xiàng)目縣[2]。2012年，農(nóng)業(yè)部開始在全國實(shí)施測土配方施肥技術(shù)普及行動(dòng)，玉田縣作為全國整建制推進(jìn)的100個(gè)縣之一，在前期開展了大量研究工作的基礎(chǔ)上，全面實(shí)施平衡施肥技術(shù)體系的應(yīng)用與推廣，意在考證實(shí)施平衡施肥技術(shù)體系后土壤性能指標(biāo)的變化情況，以期為河北省乃至華北地區(qū)平衡施肥技術(shù)的推廣提供依據(jù)。

1 研究方法及內(nèi)容

1.1 評價(jià)指標(biāo)的確立

土壤理化性質(zhì)是評價(jià)土壤質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，不僅影響土壤保持和供應(yīng)水肥的能力，而且對調(diào)控土壤氣熱狀況、水分入滲性能、地表徑流的產(chǎn)生也有重要作用[3]。因此，項(xiàng)目確立的主要評價(jià)指標(biāo)為土壤容重、田間持水量、有機(jī)質(zhì)及土壤中各種農(nóng)作物所需主要營養(yǎng)元素的含量。

1.2 土壤容重的檢測方法

土壤容重的測定可以采用環(huán)刀法(容積為100 cm3)，具體方法如下：先在田間選擇挖掘土壤剖面的位置，然后挖掘土壤剖面，挖掘深度一般為1 m，挖出的土放在土坑兩邊，觀察面向陽；用修土刀修平土壤剖面，將環(huán)刀托放在已知質(zhì)量且其內(nèi)壁稍涂凡士林的環(huán)刀上，把環(huán)刀刃口向下垂直壓入土中，直至環(huán)刀筒中充滿樣品為止；用修土刀切開環(huán)刃周圍的土樣，取出已裝上土的環(huán)刀，細(xì)心削去環(huán)刀兩端多余的土，并擦凈外表面；把裝有樣品的環(huán)刀兩端立即加蓋以免水分蒸發(fā)，隨即進(jìn)行稱重(精確至0.01 g)并記錄；按剖面層次分層采樣，每層重復(fù)3次。在采用環(huán)刀法測定土壤容重的同時(shí)，在同層采樣處用XS2- UGA型土壤水分測試儀測定土壤自然含水量。

土壤容重按式(1)進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中：rs——土壤容重，g/cm3；

G——環(huán)刀內(nèi)濕樣質(zhì)量，g；

V——環(huán)刀容積，cm3；

W——單位樣品土壤含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

1.3 土壤田間持水量檢測方法

按測定土壤容重的方法用環(huán)刀取原狀土并放于盛水的搪瓷盤內(nèi)，有孔蓋(蓋底)的一端朝下，盤內(nèi)水面較環(huán)刀上緣低1～2 mm，勿使環(huán)刀上面淹水，靜置8 h以上讓水分飽和土壤；經(jīng)8 h吸水后，從環(huán)刀內(nèi)取出15～20 g原狀土并測定含水量，土壤的田間持水量按式(2)進(jìn)行計(jì)算：

(2)

1.4 土壤化學(xué)營養(yǎng)成分的檢測方法

衡量土壤化學(xué)營養(yǎng)供給性能的主要指標(biāo)有pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀及各種速效中微量元素含量，采用的主要檢測方法：土壤全氮含量測定采用凱氏定氮法；土壤堿解氮含量采用丙三醇替代堿性膠液測定；土壤中速效磷含量的測定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；土壤中速效鉀含量的測定采用四苯硼鈉比濁法；土壤有機(jī)質(zhì)含量的測定采用重鉻酸鉀硫酸氧化比色法；土壤pH的測定采用混合指示劑比色法；土壤中速效中微量元素含量測定采用原子吸收分光光度法。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)施平衡施肥技術(shù)體系對肥料應(yīng)用量的影響

多年統(tǒng)計(jì)資料匯總分析顯示(圖1)，玉田縣自2008年開始實(shí)施測土配方施肥項(xiàng)目后，肥料實(shí)物施用量出現(xiàn)明顯下降，項(xiàng)目實(shí)施前5年的年均化肥施用量為125.8 kt，項(xiàng)目實(shí)施后8年的年均化肥施用量為118.5 kt，年均下降5.8%。

圖1 2004—2016年玉田縣農(nóng)用化肥實(shí)物施用總量變化趨勢

化肥施用量的增減除受技術(shù)水平的影響外，在一定程度上還與作物種植面積和種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整有顯著相關(guān)性。研究顯示，作物面積的增減與單位農(nóng)作物種植面積的化肥施用量沒有明顯的相關(guān)性，更多的因素在于平衡施肥技術(shù)的實(shí)施程度。如圖2所示，項(xiàng)目實(shí)施前化肥實(shí)物施用量為604.5 kg/hm2，項(xiàng)目實(shí)施后減少至396.8 kg/hm2，化肥實(shí)物減施率達(dá)34.36%。

圖2 2004—2016年玉田縣單位面積農(nóng)用化肥實(shí)物施用量變化趨勢

2.2 實(shí)施平衡施肥技術(shù)體系對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的影響

如圖3所示，在平衡施肥技術(shù)體系的支撐下，2004年以來玉田縣糧食、蔬菜、果品等主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量呈明顯的增長趨勢，尤以果品增速顯著，12年間凈增20.8 kt，年均增長2.94%；其次是糧食作物，12年間凈增108.0 kt，年均增長2.10%；各種蔬菜總產(chǎn)量達(dá)2 909.0 kt，年均增長1.53%。

2.3 實(shí)施平衡施肥技術(shù)體系對土壤理化性狀的影響

玉田縣土層深厚、宜耕性較好，共有4個(gè)土類、9個(gè)亞類、11個(gè)土屬和34個(gè)土種，其中：褐土面積32 610 hm2，占全縣耕地總面積的27.62%；潮土面積79 791 hm2，占全縣耕地總面積的69.15%；水稻土面積71 hm2，占全縣耕地總面積的0.06%；沼澤土2 150 hm2，占全縣耕地總面積的1.86%。通過對褐土、潮土兩大主要土類理化性狀的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)10多年的肥料應(yīng)用結(jié)構(gòu)變革對土壤的理化性狀產(chǎn)生了較為顯著的影響。

2.3.1 實(shí)施平衡施肥技術(shù)體系對土壤容重的影響

如表1所示，通過12年平衡施肥技術(shù)的應(yīng)用，玉田縣土壤容重發(fā)生較大的變化。在高濃度大量元素化肥的大量施用下，2004年玉田縣主要土壤10～15 cm平均容重1.382 g/cm3，35～40 cm平均容重1.428 g/cm3。2017年春季監(jiān)測調(diào)查，玉田縣土壤10～15 cm平均容重1.245 g/cm3，35～40 cm平均容重1.234 g/cm3。12年間，通過實(shí)施平衡施肥技術(shù)，10～15 cm土壤容重年均遞減0.80%，35～40 cm土壤容重年均遞減1.05%。土壤容重的減輕，表明土壤孔隙度增加、持水量及含氧量增多、有益微生物活力空間增大、土壤活性增強(qiáng)。

圖3 2004—2016年玉田縣主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量變化趨勢

表1 玉田縣不同土壤類型土壤容重調(diào)查分析結(jié)果

地點(diǎn)土壤類型10～15 cm土壤容重/(g·cm-3)2004年2017年較2004年增減/%35～40 cm土壤容重/(g·cm-3)2004年2017年較2004年增減/%楊家套鄉(xiāng)丁官屯村褐土化潮土1.521.33-12.501.461.10-24.66亮甲店鎮(zhèn)內(nèi)官莊村潮土1.271.13-11.021.301.01-22.31郭家屯鄉(xiāng)曉樂屯村草甸褐土1.391.26-9.351.411.29-8.51亮甲店鎮(zhèn)楊五候村草甸褐土1.431.20-16.081.501.18-21.33亮甲店鎮(zhèn)姜莊子村草甸褐土1.321.31-0.761.431.32-7.69彩亭橋鎮(zhèn)老公莊村草甸褐土1.321.31-0.761.411.17-17.02彩亭橋鎮(zhèn)梁莊子村草甸褐土1.371.31-4.381.661.25-24.70大安鎮(zhèn)小屯村草甸褐土1.381.26-8.701.461.37-6.16大安鎮(zhèn)吉家行村潮土1.431.23-13.991.311.22-6.87郭家橋鄉(xiāng)南場村沼澤化潮土1.181.12-5.081.361.14-16.18石臼窩鎮(zhèn)前安子村沼澤化潮土1.471.03-29.931.381.26-8.70窩洛沽鎮(zhèn)西定府村鹽化潮土1.401.39-0.711.351.414.44鴉鴻橋鎮(zhèn)新風(fēng)村鹽化潮土1.401.410.711.491.37-8.05鴉鴻橋鎮(zhèn)河?xùn)|村鹽化潮土1.391.411.441.501.585.33玉田鎮(zhèn)三渠莊村潮土1.441.10-23.611.541.03-33.12虹橋鎮(zhèn)西會(huì)村沼澤化潮土1.271.08-14.961.421.16-18.31虹橋鎮(zhèn)株樹塢村潮土1.311.23-6.111.361.18-13.24散水頭鎮(zhèn)散水頭村褐土化潮土1.431.28-10.491.311.25-4.58散水頭鎮(zhèn)白家鋪村沼澤化潮土1.351.11-17.781.411.07-24.11玉田鎮(zhèn)藥王廟村褐土化潮土1.561.40-10.261.501.31-12.67平均1.381.24-9.881.431.23-13.99

2.3.2 實(shí)施平衡施肥技術(shù)體系對土壤田間持水量的影響

田間持水量是評價(jià)土壤理化性狀的主要指標(biāo)之一，其直接影響土壤的保水、保肥能力，對促進(jìn)植物根系發(fā)育、提高產(chǎn)量具有十分重要的意義。

通過實(shí)施平衡施肥技術(shù)，可以改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加田間持水量。表2的監(jiān)測結(jié)果表明，12年間10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)0～20 cm土壤田間持水量增加10.37%，20～40 cm土壤田間持水量增加8.87%。

表2 平衡施肥技術(shù)體系實(shí)施前后土壤田間持水量變化情況 %

地點(diǎn) 0～20 cm2005年2017年較2005年變化情況20～40 cm2005年2017年較2005年變化情況玉田鎮(zhèn)23.3033.9610.6624.1033.109.00郭家屯鄉(xiāng)21.6031.469.8623.3032.889.58林頭屯鄉(xiāng)22.5025.613.1123.6027.654.05亮甲店鎮(zhèn)22.1027.265.1624.3030.285.98楊家套鄉(xiāng)25.3032.697.3927.8031.183.38虹橋鎮(zhèn)24.6035.6911.0925.9033.557.65陳家鋪鄉(xiāng)26.2037.6911.4928.1032.434.33楊家板橋鎮(zhèn)25.1040.3615.2627.7045.4017.70石臼窩鎮(zhèn)24.3048.6424.3425.6050.1524.55鴉虹橋鎮(zhèn)24.3029.665.3626.1028.632.53平均23.9334.3010.3725.6534.528.87

2.3.3 實(shí)施平衡施肥技術(shù)體系對土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)的影響

土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)隨著施肥水平、肥料結(jié)構(gòu)、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)能以及種植結(jié)構(gòu)的變化而變化，但土壤養(yǎng)分的供給能力是受土壤理化性狀制約的。在改變對土壤供給的結(jié)構(gòu)后，其養(yǎng)分的構(gòu)成也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。通過對玉田縣3 772個(gè)不同種植條件下的土壤養(yǎng)分檢測(表3)，與2004年監(jiān)測調(diào)查結(jié)果相比，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀以及有效鐵、錳、銅、鋅等均呈明顯上升趨勢，而有效硫減少15.82 mg/kg，故應(yīng)關(guān)注中量元素硫肥的施用；全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)12年間減少0.912%，表明土壤中總體氮的含量因外部投入的減少和氮素利用率的提高而降低，使氮素隨降雨、灌溉流入河流和下滲污染水源的量減少，對提高氮肥利用率、保護(hù)水源環(huán)境起到了積極的促進(jìn)作用。

表3 平衡施肥技術(shù)體系下玉田縣土壤養(yǎng)分的變化情況

項(xiàng)目2004年2016年較2004年增減w(有機(jī)質(zhì))/%1.6901.9400.250w(全氮)/%1.0380.126-0.912堿解氮/(mg·kg-1)81.11106.0124.90有效磷/(mg·kg-1)12.0733.9321.86緩效鉀/(mg·kg-1)181.25778.12596.87速效鉀/(mg·kg-1)78.14170.3092.16有效鐵/(mg·kg-1)18.4134.4716.06有效錳/(mg·kg-1)15.1421.486.34有效銅/(mg·kg-1)2.022.370.35有效鋅/(mg·kg-1)1.842.851.01有效硫/(mg·kg-1)37.5821.76-15.82

3 討論

3.1 平衡施肥技術(shù)體系對穩(wěn)定主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)能發(fā)揮了積極作用

眾多調(diào)查顯示，化肥對糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率高達(dá)50%左右。據(jù)世界糧農(nóng)組織的評估，中國施用化肥對糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率平均為40.8%，其中旱作為60.2%，玉米為46.2%。但化肥在增加農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的同時(shí)，盲目不合理地增加化肥施用量也引發(fā)了眾多的問題，如農(nóng)作物品質(zhì)降低、污染環(huán)境以及土壤鹽堿化、板結(jié)、有機(jī)質(zhì)含量下降等。從玉田縣實(shí)施平衡施肥技術(shù)體系10多年的實(shí)踐來看，可以從根本上改變上述狀況。

3.2 平衡施肥技術(shù)體系對改善土壤理化性狀效果顯著

土壤容重影響土壤水、肥、氣、熱的變化及作物根系的生長，進(jìn)而影響作物的生長發(fā)育[4]，最終對作物產(chǎn)量產(chǎn)生影響，因此，土壤容重是土壤肥力的重要評價(jià)指標(biāo)。通過對實(shí)施平衡施肥技術(shù)體系的土壤進(jìn)行長期定位監(jiān)測，結(jié)果表明土壤容重過大對作物生長及農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)能有不利影響，而隨著土壤容重的降低，作物產(chǎn)量有增高的趨勢。容重對不同土壤類型上作物生長及產(chǎn)量的影響有待于進(jìn)一步的研究。

土壤田間持水量反映了土壤蓄水、保水和供水的性能，而土壤蓄持水分和供水能力受土壤自身?xiàng)l件及施肥、管理、氣候條件等眾多因素的影響。研究表明，土壤田間持水量隨容重減小而遞增[5]，土壤有機(jī)質(zhì)含量與田間持水量呈顯著正相關(guān)[6]。長期定位監(jiān)測研究結(jié)果也表明，平衡施肥技術(shù)體系實(shí)施有機(jī)肥和無機(jī)肥長期配施能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和田間持水量，進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的提高。

3.3 平衡施肥技術(shù)體系對實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源可持續(xù)利用意義重大

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展需要長久維持和提高土壤生產(chǎn)力、保持和提高土壤肥力[7]，要著重破解“3個(gè)生”(生產(chǎn)、生活、生態(tài))、“3個(gè)農(nóng)”(農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民)的問題，必須遵循“3個(gè)原則”(公平性、持續(xù)性、共同性)、“3個(gè)持續(xù)性”(經(jīng)濟(jì)持續(xù)性、社會(huì)持續(xù)性、生態(tài)持續(xù)性)和“3個(gè)良性循環(huán)”(經(jīng)濟(jì)良性循環(huán)、社會(huì)良性循環(huán)、自然良性循環(huán))，最終實(shí)現(xiàn)“3個(gè)效益”(經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益)的目的[8]。平衡施肥技術(shù)體系就是在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的理論體系下建立和發(fā)展的，通過玉田縣10多年的實(shí)踐，所產(chǎn)生的良好效果充分體現(xiàn)了其在推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)產(chǎn)品供給、改善農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)良性發(fā)展中的重大作用。

4 結(jié)語

(1) 平衡施肥技術(shù)體系的推廣應(yīng)用可以提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)能，對保障主要農(nóng)產(chǎn)品有效供給具有十分重要的推動(dòng)作用。

(2) 平衡施肥技術(shù)體系有利于降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入，對改善化肥投入結(jié)構(gòu)與土壤理化性狀具有明顯的促進(jìn)作用，對提高化肥利用率效果顯著。

(3) 平衡施肥技術(shù)體系是以農(nóng)業(yè)資源可持續(xù)發(fā)展理論體系為基礎(chǔ)，對推動(dòng)化肥零增長行動(dòng)和低碳、生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

綜上所述，與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相比，平衡施肥具有穩(wěn)定提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、減少投入、提高肥料利用率、改善土壤理化性狀和保水、保肥能力的綜合效能，是實(shí)現(xiàn)《到2020年化肥使用量零增長行動(dòng)方案》和《到2020年農(nóng)藥使用量零增長行動(dòng)方案》的主要措施之一。