揚(yáng)州市邗江區(qū)30 a耕地土壤養(yǎng)分的變化

劉宇慶，劉燕，楊曉東，孫萍

(揚(yáng)州市邗江區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心，江蘇 揚(yáng)州 225009)

土壤是植物生產(chǎn)的載體，也是生態(tài)環(huán)境的基本要素，耕地土壤的養(yǎng)分含量直接影響農(nóng)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量，同時(shí)對(duì)改善土壤理化性質(zhì)、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等有著重要的意義。

研究耕地土壤養(yǎng)分的時(shí)空變化規(guī)律是評(píng)估地區(qū)耕地土壤肥力演變趨勢(shì)、改善土壤質(zhì)量、促進(jìn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)。在國(guó)內(nèi)，學(xué)者一般采用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)方法或經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)與空間插值方法相結(jié)合，來(lái)研究土壤養(yǎng)分的變化。如俞海等[1]利用全國(guó)第二次土壤普查和2000 年中科院南京土壤研究所土壤質(zhì)量演變調(diào)查數(shù)據(jù)，分析了我國(guó)東部耕地土壤肥力的變化趨勢(shì)，認(rèn)為長(zhǎng)江下游的樣本地區(qū)平均有機(jī)質(zhì)含量明顯上升，全氮和速效磷含量增加，速效鉀含量略有下降。趙明松等[2-3]分別研究了江蘇和安徽耕地土壤養(yǎng)分時(shí)空演變情況，認(rèn)為1980—2006年，江蘇省土壤有機(jī)質(zhì)含量有不同程度的增加，其空間變異的空間自相關(guān)性減弱、自相關(guān)距離減?。?980—2010年安徽耕地土壤養(yǎng)分變化趨勢(shì)不同，從養(yǎng)分含量的等級(jí)分布看，全省耕地肥力總體提高，典型縣耕地土壤養(yǎng)分變化與相應(yīng)的地理區(qū)域養(yǎng)分變化趨勢(shì)基本一致。

自第二次土壤普查以來(lái)，種植制度、耕作制度和施肥習(xí)慣等變化，揚(yáng)州市邗江區(qū)近30 a來(lái)耕地土壤養(yǎng)分有何變化，目前不甚清楚。為此，利用揚(yáng)州市邗江區(qū)第二次土壤普查數(shù)據(jù)和1994—2014年土壤調(diào)查數(shù)據(jù)，運(yùn)用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)方法從縣級(jí)尺度對(duì)30 a來(lái)?yè)P(yáng)州市邗江區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)和磷、鉀等養(yǎng)分含量的變化進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以期為改善耕地質(zhì)量、提升耕地管理水平、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

揚(yáng)州市邗江區(qū)屬于亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，四季分明，東西分別受海洋性氣候和內(nèi)陸性氣候的交替影響，季風(fēng)顯著，盛行風(fēng)向隨季節(jié)有明顯的變化，冬夏冷熱懸殊較大?？偯娣e757 km2，耕地面積3.1萬(wàn)hm2，年降水量1 063 mm，年平均溫度約15 ℃，年日照時(shí)間2 172.3 h，年無(wú)霜期223 d，耕作方式為稻、麥輪作。

境內(nèi)地貌類型以平原為主，地勢(shì)西高東低，地貌類型分為沿江高砂土和低丘緩崗2個(gè)農(nóng)業(yè)區(qū)。區(qū)內(nèi)土壤分為黃棕壤、潮土、水稻土、沼澤土4大土類，其中，水稻土為主要的土類。依據(jù)成土母質(zhì)類型、水文地勢(shì)條件分成20個(gè)土屬，依據(jù)1 m深度的土體層次排列細(xì)分為37個(gè)土種。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

自1984年全國(guó)第二次土壤普查以來(lái)，揚(yáng)州市邗江區(qū)每5～10 a統(tǒng)一組織土壤農(nóng)化性狀的普查，采樣時(shí)盡可能與第二次土壤普查采樣點(diǎn)(1984年)相近或一致，采樣深度為0～20 cm。本研究以1984年第二次土壤普查的483個(gè)農(nóng)化樣點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以10 a作為1個(gè)時(shí)間周期來(lái)研究耕地主要土壤養(yǎng)分的變化趨勢(shì)，共選取1994年土壤養(yǎng)分調(diào)查點(diǎn)465個(gè)，2005年土壤養(yǎng)分調(diào)查點(diǎn)447個(gè)，2014年土壤養(yǎng)分調(diào)查點(diǎn)496個(gè)。調(diào)查內(nèi)容包含各取樣點(diǎn)位的地貌類型、成土母質(zhì)、土壤類型、土壤質(zhì)地、施肥情況等。為增加數(shù)據(jù)的可比性和可靠性，歷次土壤普查的測(cè)定方法相同，均采用文獻(xiàn)[4]的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)。

參照《中國(guó)土壤》對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量分為5級(jí)，≥40 g·kg-1為Ⅰ級(jí)，30～<40 g·kg-1為Ⅱ級(jí)，20～<30 mg·kg-1為Ⅲ級(jí)，10～<20 g·kg-1為Ⅳ級(jí)，<10 g·kg-1為Ⅴ級(jí)；土壤有效磷含量分為6級(jí)，分別為Ⅰ級(jí)(≥40 mg·kg-1)、Ⅱ級(jí)(20～<40 mg·kg-1)、Ⅲ級(jí)(10～<20 mg·kg-1)、Ⅳ級(jí)(5～<10 mg·kg-1)、Ⅴ級(jí)(3～<5 mg·kg-1)、Ⅵ級(jí)(<3 mg·kg-1)；土壤速效鉀含量分為6級(jí)，分別為 Ⅰ 級(jí)(>200 mg·kg-1)、Ⅱ級(jí)(>150～200 mg·kg-1)、Ⅲ級(jí)(>100～150 mg·kg-1)、Ⅳ級(jí)(>50～100 mg·kg-1)、Ⅴ級(jí)(30～50 mg·kg-1)、Ⅵ級(jí)(<30 mg·kg-1)[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量

根據(jù)邗江區(qū)土壤耕層有機(jī)質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果(表1)顯示，1984、1994、2005、2014年土壤耕層有機(jī)質(zhì)均值分別為20.90、24.52、26.83、26.91 g·kg-1，呈現(xiàn)穩(wěn)步上升態(tài)勢(shì)，1984—2014年耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量增幅達(dá)28.8%。2014—2005年土壤耕層有機(jī)質(zhì)均值趨于穩(wěn)定。

表1 揚(yáng)州市邗江區(qū)不同年份耕地土壤養(yǎng)分含量的情況

1984年土壤有機(jī)質(zhì)含量主要集中在Ⅲ、Ⅳ級(jí)水平，合計(jì)占比達(dá)86.2%。1994年有機(jī)質(zhì)含量Ⅲ級(jí)占比降低、Ⅳ級(jí)占比上升，2005年Ⅱ、Ⅲ級(jí)占比上升較為明顯。2014年Ⅰ～Ⅲ級(jí)占比達(dá)89.9%，與2005年相比趨于穩(wěn)定態(tài)勢(shì)(表2)。

表2 揚(yáng)州市邗江區(qū)不同年份耕地各級(jí)有機(jī)質(zhì)含量占比的情況

2.2 土壤有效磷含量

邗江區(qū)1984、1994、2005、2014年土壤耕層有效磷含量均值分別為6.24、8.18、13.90和13.87 mg·kg-1，2005年較1994年增幅達(dá)69.6%(表1)。

從表3可以看出，1984年有效磷含量主要集中在Ⅳ、Ⅴ級(jí)水平，占比分別為61.8%和25.1%。1994年有效磷含量Ⅲ級(jí)占比明顯上升，由1984年的5.0%提高到24.2%。2014年較1994年Ⅰ、Ⅱ級(jí)占比提升，2014年較2005年也呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)。

表3 揚(yáng)州市邗江區(qū)不同年份耕地各級(jí)有效磷含量占比的情況

2.3 土壤速效鉀含量

1994年土壤速效鉀含量較1984年下降，1994年后穩(wěn)步回升，2014年土壤速效鉀含量均值達(dá)97.07 mg·kg-1，較1984年提高34.8%(表1)。1984年土壤速效鉀含量Ⅲ、Ⅳ級(jí)合計(jì)占比為71.8%，1994年Ⅱ、Ⅲ級(jí)占比較1984年下降，2005年Ⅲ級(jí)占比回升，且超過(guò)了1984年的水平。2014年Ⅰ級(jí)占比較2005年有較大上升，由0.4%提高到1.2%，而Ⅴ級(jí)占比即由2005年的9.3%下降到2014年的1.6%(表4)。

表4 揚(yáng)州市邗江區(qū)不同年份耕地各級(jí)速效鉀含量占比的情況

3 小結(jié)與討論

土壤有機(jī)質(zhì)是耕地地力最重要的性狀之一，被認(rèn)為是土壤質(zhì)量和功能的核心，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，土壤有機(jī)質(zhì)是至關(guān)重要的決定因子[6]。本研究結(jié)果表明，2014年揚(yáng)州市邗江區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量較第二次土壤普查時(shí)期提高6.01 g·kg-1，即提高28.8%，2005年Ⅱ、Ⅲ級(jí)水平占比上升較為明顯。2014年Ⅰ～Ⅲ級(jí)水平占比達(dá)89.9%，總體呈現(xiàn)上升后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，這與毛偉等[7-8]對(duì)我國(guó)近30 a來(lái)農(nóng)田耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量的研究結(jié)果相似。耕地土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于農(nóng)作物秸稈、綠肥和畜禽糞便等。施肥狀況和耕作措施是影響農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量的主要因素，秸稈還田技術(shù)的推廣是土壤有機(jī)質(zhì)含量增加的最主要原因。農(nóng)作物秸稈是農(nóng)田有機(jī)物料來(lái)源的最重要部分，還田后可切實(shí)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，多年連續(xù)的秸稈還田效果更明顯[9]。由于秸稈全量還田等措施，土壤采集、磨制過(guò)程中部分根系碎屑可能混入土壤，從而影響到土壤有機(jī)質(zhì)的真實(shí)測(cè)試值，土壤實(shí)際有機(jī)質(zhì)含量是否低于測(cè)試值還有待進(jìn)一步研究。由于中國(guó)農(nóng)田土壤的利用強(qiáng)度較高，土壤有機(jī)質(zhì)含量與國(guó)外相比仍然偏低[6]，建議國(guó)家持續(xù)加大秸稈還田、綠肥種植、增施有機(jī)肥等重大技術(shù)推廣力度，有效促進(jìn)我國(guó)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)含量的提升。

耕地土壤中有效磷主要來(lái)源于磷肥的投入，作物秸稈、根系、根系分泌物等殘留，或者是外源施入的有機(jī)物料。邗江區(qū)土壤有效磷含量均值由全國(guó)第二次土壤普查時(shí)的6.24 mg·kg-1提高到13.87 mg·kg-1，總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其原因主要與在這時(shí)期內(nèi)磷肥施用量較大，尤其是復(fù)合肥的大量施用，以及秸稈還田等有著密切聯(lián)系。這與楊軍等[10-11]研究結(jié)果基本一致。2014年較2005年土壤有效磷含量基本保持平穩(wěn)，這主要是由于2005年開(kāi)展測(cè)土配方施肥工作以來(lái)，土壤有效磷含量得到有效控制，避免了土壤中磷素的累積，在磷肥施用增產(chǎn)效果較低時(shí)，在確保產(chǎn)量的同時(shí)提高磷肥利用率，防止過(guò)高的有效磷含量引起農(nóng)業(yè)面源污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化等問(wèn)題。

本研究結(jié)果顯示，2014年土壤速效鉀含量均值達(dá)97.07 mg·kg-1，較全國(guó)第二次土壤普查提高了34.8%。速效鉀作為植物能夠直接吸收的鉀素形態(tài)，通常被視作衡量土壤供肥能力的重要指標(biāo)之一。土壤速效鉀主要來(lái)源于土壤礦物的釋放、鉀肥投入、植物秸稈中鉀的返還，植物吸收和鉀素徑流是土壤速效鉀減少的主要途徑[12]。1984—1994年速效鉀含量下降可能與這期間的鉀肥施用量較低、有機(jī)物料投入較少有關(guān)。隨著邗江區(qū)鉀肥投入量增加，秸稈還田面積、數(shù)量也逐年增多，1994—2014年土壤速效鉀含量也穩(wěn)步提升，Ⅰ級(jí)占比由2005年的0.4%提高到2014年的1.2%。有研究者[13-14]認(rèn)為，土壤速效鉀是土壤中能夠被當(dāng)季作物獲取的主要養(yǎng)分資源，是土壤肥力的重要指標(biāo)之一，也是作物高產(chǎn)和品質(zhì)的重要影響因素，土壤速效鉀含量甚至?xí)绊懙缴鷳B(tài)環(huán)境的安全。