典型黃河故道區(qū)耕地土壤養(yǎng)分調(diào)查與評(píng)價(jià)

劉紹貴 吳兵 嚴(yán)桂玲

摘要：土壤養(yǎng)分調(diào)查與評(píng)價(jià)是開(kāi)展土壤資源合理利用與管理的基礎(chǔ)性工作。以代表典型黃河故道區(qū)的濱?？h界牌鎮(zhèn)部分村組為研究區(qū)，采集163個(gè)土壤樣品，分析了土壤有機(jī)質(zhì)含量等12個(gè)指標(biāo)的現(xiàn)狀及空間分布特征。結(jié)果表明，研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量、pH值、全氮含量、速效鉀含量、有效錳含量處于中等偏低水平，土壤電導(dǎo)率、有效磷含量、有效硫含量、有效銅含量、有效鋅含量處于中等偏高水平;土壤有效鐵含量處于較豐富水平，土壤水溶性有效態(tài)硼含量處于較低水平?？臻g上，除土壤pH值變異較小和有效硫含量變異大外，其他指標(biāo)均為中等變異;大部分指標(biāo)（土壤有機(jī)質(zhì)含量、電導(dǎo)率、pH值、全氮含量、有效硫含量、有效銅含量、有效鋅含量、有效鐵含量、有效錳含量、水溶態(tài)硼含量）的較高等級(jí)主要分布在條河村，較低等級(jí)主要分布在三壩村，這可能與古黃河流向?qū)е碌耐寥蕾|(zhì)地差異有關(guān)，土壤速效鉀含量的分布和大部分指標(biāo)相反;土壤有效磷的分布較為分散。調(diào)查顯示，該區(qū)鉀肥施用量極少，長(zhǎng)期偏施氮肥和施用少量磷肥。各指標(biāo)的相關(guān)性分析也表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量與全氮含量極顯著正相關(guān)（P<0.01），土壤中的微量元素銅、鋅、鐵、錳、硼的含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量均呈極顯著正相關(guān)，而鈣、鎂離子的含量則與土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明通過(guò)長(zhǎng)期施肥可提高土壤微量元素含量，生產(chǎn)上偏施氮肥雖然對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量有提升趨勢(shì)，但鈣鎂呈耗竭趨勢(shì)。上述研究結(jié)果為該區(qū)開(kāi)展針對(duì)性的土壤改良培肥奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：黃泛平原;土壤養(yǎng)分;耕地質(zhì)量;大量元素;中量元素;微量元素;理化指標(biāo)

耕地是指用于種植農(nóng)作物的土地[1-2]，它為人類提供了88%的食物[3]，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)生產(chǎn)資料。耕地的不合理利用會(huì)導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降[4-8]，而對(duì)土壤養(yǎng)分的調(diào)查與評(píng)價(jià)能夠充分了解耕地土壤養(yǎng)分豐缺和耕地質(zhì)量狀況，為實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的高效管理和耕地質(zhì)量的提升提供支撐，是合理利用耕地的重要前提[8-11]。江蘇省古黃河故道區(qū)耕地面積約為80萬(wàn) hm2，約占全省耕地總面積的20%，分布于徐州市、宿遷市、淮安市、鹽城市等地，是江蘇省糧食主產(chǎn)區(qū)，同時(shí)也是江蘇省中低產(chǎn)田主要集中分布區(qū)和耕地質(zhì)量提升難點(diǎn)區(qū)。本試驗(yàn)將位于古黃河故道區(qū)的江蘇省濱海縣界牌鎮(zhèn)的典型耕地土壤作為研究對(duì)象，研究土壤養(yǎng)分含量、空間分布特征等，旨在為黃泛平原區(qū)耕地質(zhì)量保護(hù)與提升、土壤養(yǎng)分高效管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于濱?？h界牌鎮(zhèn)，涉及沖邊村、淮南村、吉港村、三壩村、條河村、眾興村共6個(gè)村，地處廢黃河南岸，屬于北溫帶，氣候溫和，四季分明，光照充足，雨量充沛[12]。成土母質(zhì)來(lái)源于古黃河沖積物，主要土壤類型有沙土、兩合土、花堿土[12]，主要土地利用方式為旱地和水田，主要種植作物類型有小麥、玉米、水稻、大豆和花生，屬于沙堿貧瘠低產(chǎn)區(qū)[12]。

1.2 樣品采集與分析

1.2.1 樣品采集 利用研究區(qū)農(nóng)村土地確權(quán)成果以及航拍影像，根據(jù)研究區(qū)的范圍、土地利用方式、作物類型等，按照平均13.33 hm2為1個(gè)樣點(diǎn)的密度均勻布設(shè)并采集105個(gè)樣品，并在項(xiàng)目核心區(qū)（位于三壩村區(qū)域）66.67 hm2的地塊上按地塊分布加密采集58個(gè)點(diǎn)位。小麥?zhǔn)斋@后采集土壤樣品，每個(gè)樣品按照布點(diǎn)時(shí)的經(jīng)緯度用GPS進(jìn)行準(zhǔn)確定位，按“S”形取15個(gè)耕作層土樣均勻混合，并采取四分法取1 kg土壤樣品（圖1）。

1.2.2 土壤養(yǎng)分含量測(cè)定方法 有機(jī)質(zhì)（OM）含量的測(cè)定采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化法容量法;土壤全氮（TN）含量的測(cè)定采用凱氏蒸餾法;土壤有效磷（AP）含量的測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法（Olsen 法）;土壤速效鉀（AK）含量的測(cè)定采用乙酸銨浸提-火焰光度法;土壤pH值的測(cè)定采用電位法;土壤有效態(tài)銅（Cu）、鋅（Zn）、鐵（Fe）、錳（Mn）含量的測(cè)定采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法[13];土壤水溶性有效硼（B）含量的測(cè)定采用甲亞胺-H比色法[14];土壤有效硫（S）含量的測(cè)定采用氯化鈣提取-硫酸鋇比濁法[15];交換性鈣、鎂采用乙酸銨浸提-原子吸收分光光度法[16];土壤電導(dǎo)率采用電極法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

利用ArcGIS 10.3完成空間點(diǎn)位的布設(shè)、點(diǎn)位指標(biāo)空間插值、地塊數(shù)據(jù)的提取以及圖件制作等，利用 SPSS 19、Excel等軟件完成數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)、分級(jí)統(tǒng)計(jì)等。土壤養(yǎng)分的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照第2次土壤普查以及江蘇省地力調(diào)查分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

2 結(jié)果與分析

2.1土壤有機(jī)質(zhì)含量、電導(dǎo)率和pH值特征分析

由表2可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.33～25.10 g/kg，平均值為12.6 g/kg，變異系數(shù)為51.2%;土壤電導(dǎo)率為0.08～0.84 dS/m，平均值為0.25 dS/m，變異系數(shù)為61.0%;土壤pH值為7.7～8.8，平均值8.3，變異系數(shù)為2.68%。按第2次土壤普查以及江蘇省地力調(diào)查分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分，土壤有機(jī)質(zhì)含量等級(jí)為中等偏低水平（四級(jí)），土壤電導(dǎo)率為中等偏高水平（三級(jí)），土壤pH值為中等偏低水平（四級(jí)），且土壤有機(jī)質(zhì)含量和電導(dǎo)率呈明顯空間分布不均，表明局部存在有機(jī)質(zhì)嚴(yán)重缺乏和土壤返鹽問(wèn)題。

從變異系數(shù)來(lái)看，pH值屬弱變異強(qiáng)度[17]，受母質(zhì)影響較大[18]，而有機(jī)質(zhì)含量和電導(dǎo)率屬于中等變異強(qiáng)度[19]，受人為因素影響較大。調(diào)查的6個(gè)村坐落在古黃河故道區(qū)，研究區(qū)空間分級(jí)圖顯示，各村差異較小，南邊3個(gè)村（淮南村、三壩村和沖邊村）以及北邊3個(gè)村（吉港村、條河村、眾興村）pH值平均值分別為8.2和8.1，表明項(xiàng)目區(qū)土壤pH值受成土母質(zhì)影響，變異系數(shù)較低;而土壤有機(jī)質(zhì)含量及電導(dǎo)率受人為耕作影響較大，水稻種植區(qū)面積相對(duì)較大的條河村土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，而旱地比例最高的吉港村以及表土剝離的三壩村西北部（項(xiàng)目核心區(qū)）土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，而土壤電導(dǎo)率呈片狀分布，條河村與三壩村交界、眾興村與沖邊村交界電導(dǎo)率都偏高，這可能與土壤鹽分含量呈片狀分布于上述2個(gè)區(qū)域有關(guān)（表3、圖2）。

2.2 土壤大中量元素含量特征分析

由表4可知，土壤全氮含量為0.18～1.69 g/kg，平均值為0.89 g/kg，屬于中等偏低水平（四級(jí)），變異系數(shù)為44.6%;土壤有效磷含量為4.1～58.8 mg/kg，平均值為16.8 mg/kg，屬中等偏高水平（三級(jí)），變異系數(shù)66.7%;速效鉀含量為29～363 mg/kg，平均值為75.3 mg/kg，屬中等偏低水平（四級(jí)），變異系數(shù)60.4%;有效硫含量為3.6～328.5 mg/kg，平均值為44.4 mg/kg，屬中等偏高水平（三級(jí)），變異系數(shù)為112.4%。三壩村、項(xiàng)目核心區(qū)的全氮和速效鉀含量最低，眾興村、吉港村、項(xiàng)目核心區(qū)的有效磷含量整體較低，眾興村、淮南村、項(xiàng)目核心區(qū)的有效硫含量較低，前期調(diào)查顯示，該研究區(qū)內(nèi)的施肥習(xí)慣幾乎一致，因此各指標(biāo)的高低可能受母質(zhì)的影響（表5、圖3）。

2.3 土壤微量元素含量的特征分析

土壤有效銅含量0.56～4.92 mg/kg，平均值為1.45 mg/kg，屬于中等偏高水平（三級(jí)），變異系數(shù)為49.0%，從空間上來(lái)看，條河村>淮南村=吉港村>眾興村>三壩村>沖邊村;最高等級(jí)豐富水平（一級(jí)）在條河村、淮南村、眾興村和吉港村都有分布，最低等級(jí)較低（五級(jí)）的面積較小，中等偏低水平（四級(jí)）主要分布在研究區(qū)西北角，而含量最低水平的主要位于項(xiàng)目核心區(qū)表土剝離場(chǎng)地。土壤有效鋅含量為0.28～9.83 mg/kg，平均值為1.48 mg/kg，屬于中等偏高水平（三級(jí)），變異系數(shù)89.9%，其中中等偏高水平（三級(jí)）和中等偏低水平（四級(jí)）各占27.4%。從空間上來(lái)看，其與有效銅分布規(guī)律類似。土壤有效鐵含量為6.01～46.8 mg/kg，平均值為16.3 mg/kg，屬于較豐富（二級(jí)）水平，變異系數(shù)為50.2%。其中，中等偏低水平（四級(jí)）、中等偏高水平（三級(jí)）占比分別為33.3%、30.4%。變化范圍為點(diǎn)位大多集中在中等偏高水平（三級(jí)）和中等偏低水平（四級(jí)），點(diǎn)位數(shù)合計(jì)86個(gè)，占比63.7%。從空間上來(lái)看，沖邊村>條河村>淮南村>三壩村>吉港村>眾興村;最高等級(jí)豐富水平（一級(jí)）主要分布在淮南村南部及條河村、沖邊村和三壩村的交界處，較低水平（五級(jí)）的面積較小，中等偏低水平（四級(jí)）主要分布在三壩村西北。土壤有效錳含量為4.58～25.70 mg/kg，平均值為12.0 mg/kg，屬于中等偏低水平（四級(jí)），變異系數(shù)為38.3%;含量較低水平（五級(jí)）、中等偏低水平（四級(jí)）占比分別為48.2%、30.4%。變化范圍為點(diǎn)位大多集中在中等偏低水平（四級(jí)）和較低水平（五級(jí)），點(diǎn)位數(shù)合計(jì)106個(gè)，占比78.5%，從空間上來(lái)看，含量較低區(qū)域主要集中在條河村、三壩村及沖邊村交界處、淮南村東南部，其中項(xiàng)目核心區(qū)含量最低。土壤水溶性有效態(tài)硼含量為0.11～0.83 mg/kg，平均值為 0.32 mg/kg，屬于較低水平（五級(jí)），變異系數(shù)45.3%，較低水平（五級(jí)）和極低水平（六級(jí)）占比為62.2%和30.4%。除項(xiàng)目核心區(qū)含量較低外，6個(gè)村中除眾興村及沖邊村處于五級(jí)水平和四級(jí)水平外，其他4個(gè)村都存在含量極低水平（六級(jí)）的分布點(diǎn)（表6、表7、圖4）。

從土壤有效態(tài)的銅、鋅、鐵、錳、硼的含量來(lái)看，土壤有效銅、鋅、鐵、錳存在豐缺共存、變異系數(shù)大等問(wèn)題，而有效錳及有效硼存整體缺乏，尤其有效硼含量整體偏低，說(shuō)明研究區(qū)缺硼現(xiàn)象嚴(yán)重。

2.4 土壤常規(guī)理化指標(biāo)相關(guān)性分析

對(duì)供試土壤的基本理化性狀的Pearson相關(guān)性分析詳見(jiàn)表8。結(jié)果表明，土壤的全氮含量和有機(jī)質(zhì)含量極顯著正相關(guān)，兩者除與土壤硫含量無(wú)顯著相關(guān)性外，與其他供試指標(biāo)均極顯著相關(guān)，有效磷含量則與除Ca2+含量、電導(dǎo)率（DS）、土壤錳含量及速效鉀含量外的指標(biāo)顯著（P<0.05）或極顯著相關(guān)，速效鉀含量則與有效磷含量、有效鐵含量、水溶性有效態(tài)硼含量、Ca2+含量無(wú)顯著相關(guān)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于該區(qū)受成土母質(zhì)影響，生產(chǎn)上往往不施鉀肥，而重施氮肥和磷肥，因此速效鉀含量與有效磷含量的相關(guān)性較低。土壤中的微量元素銅、鋅、鐵、錳、硼的含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量均呈極顯著正相關(guān)，表明通過(guò)長(zhǎng)期施肥尤其有機(jī)肥可提高土壤微量元素含量。土壤pH值則與有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量以及土壤的微量元素具有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

黃河故道區(qū)是傳統(tǒng)的糧食主產(chǎn)區(qū)，也是江蘇省內(nèi)中低產(chǎn)糧田主要分布區(qū)。由于土壤受地下水及成土母質(zhì)影響大，且生產(chǎn)上部分地區(qū)存在淡水資源相對(duì)匱乏等問(wèn)題，生產(chǎn)上以旱作為主。調(diào)查顯示，研究區(qū)2/3的耕地主要以小麥、玉米輪作為主，水稻種植面積較小，不利于土壤有機(jī)質(zhì)含量的穩(wěn)定提升。

（1）土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH值處于中等偏低水平（四級(jí)），土壤電導(dǎo)率處于中等偏高水平（三級(jí)）;土壤全氮含量和速效鉀含量處于中等偏低水平（四級(jí)），土壤有效磷含量、有效硫含量屬中等偏高水平（三級(jí)），土壤有機(jī)質(zhì)含量、pH值、全氮含量、有效磷含量、速效鉀含量結(jié)果與一些學(xué)者的研究結(jié)果[19-21]基本一致。

（2）土壤有效鐵含量處于較豐富水平（二級(jí)），土壤有效銅、鋅的含量處于中等偏高水平（三級(jí)）水平，土壤有效錳含量處于中等偏低水平水平（四級(jí)），土壤水溶性有效態(tài)硼含量處于較低水平（五級(jí)）。

（3）整體來(lái)看，大部分指標(biāo)（有機(jī)質(zhì)含量、電導(dǎo)率、pH值、全氮含量、有效硫含量、有效銅含量、有效鋅含量、有效鐵含量、有效錳含量、水溶態(tài)硼含量）的較高等級(jí)主要分布在條河村，較低等級(jí)主要分布在三壩村，但土壤有效磷的分布較為分散，土壤速效鉀的分布和大部分指標(biāo)相反，表明土壤養(yǎng)分的空間分布特征與施肥等人類活動(dòng)以及元素的特性（磷元素的穩(wěn)定性）密切相關(guān)。

（4）研究區(qū)的土壤養(yǎng)分含量處于中等水平，呈堿性，其微量元素含量處于中等水平，水溶性有效態(tài)硼含量呈較低狀態(tài)，可見(jiàn)研究區(qū)須繼續(xù)培肥土壤，改善土壤pH值，應(yīng)通過(guò)增施有機(jī)肥、有機(jī)無(wú)機(jī)肥配比、秸稈還田、水旱輪作等方式提高黃泛平原區(qū)耕地土壤有機(jī)肥、大中量元素的含量，調(diào)節(jié)土壤酸堿度 [22-24]，通過(guò)微量元素肥料的施用，提高微量元素含量。同時(shí)，下一步應(yīng)進(jìn)一步明確不同作物的有機(jī)物料投入的類型、數(shù)量、方式，酸堿度調(diào)節(jié)、微量元素提升等技術(shù)，加強(qiáng)土壤養(yǎng)分管理、提升耕地質(zhì)量，形成黃泛平原區(qū)耕地質(zhì)量提升、養(yǎng)分高效管理的可復(fù)制、可推廣的技術(shù)模式。