于都縣農(nóng)業(yè)土壤養(yǎng)分調(diào)查與評價

吳 忌，張彩香*，許佳薇，徐 雅，臧文赫，黎義勇

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室，湖北 武漢 430078；2.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北 武漢 430205)

土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，其數(shù)量與質(zhì)量直接影響糧食的安全，與人類生存息息相關(guān)。在《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》中，提出全面實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，提高農(nóng)業(yè)質(zhì)量效益和競爭力。以有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀為代表的土壤養(yǎng)分豐缺狀況對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、糧食安全起著最直接和深遠(yuǎn)的作用。尤其是在當(dāng)前新冠疫情造成國際糧食流通緊張的背景下，開展土壤養(yǎng)分質(zhì)量調(diào)查，分析其影響因素，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供可靠的理論依據(jù)，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

于都縣位于江西省南部，總面積為2 893 km，屬典型的亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，雨量充沛、氣候溫和、水系發(fā)育旺盛。該縣作為贛州市第一個人口超百萬的大縣，因丘陵山區(qū)較多和強烈的水土侵蝕，優(yōu)質(zhì)土地較少，是江西省最后一批脫離貧困的縣?？蒲泄ぷ髡哧懤m(xù)在于都縣開展了土壤相關(guān)研究工作，研究重點集中在贛南臍橙園地土壤的養(yǎng)分豐缺狀況調(diào)查、東部和南部山區(qū)土壤的質(zhì)量調(diào)查、富硒土壤的優(yōu)選以及土地整治視角下的耕地質(zhì)量評價。但普遍缺乏在縣域內(nèi)將土壤養(yǎng)分豐缺與土壤類型和土地利用方式進(jìn)行綜合評價與分析。

本文以于都縣為研究區(qū)，采用地統(tǒng)計學(xué)方法和地理信息系統(tǒng)對于都縣農(nóng)業(yè)土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀的空間分布特征及其影響因素進(jìn)行了研究，并依據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)(以下簡稱“規(guī)范”)對于都縣農(nóng)業(yè)土壤養(yǎng)分豐缺狀況進(jìn)行了調(diào)查與評價，以期為合理施用肥料、防范地質(zhì)災(zāi)害、發(fā)展優(yōu)質(zhì)潛力農(nóng)業(yè)和制定環(huán)境保護(hù)措施提供參考依據(jù)。

1 土壤樣品采集與數(shù)據(jù)處理

1.1 土壤樣品采集與分析

于都縣境內(nèi)地貌復(fù)雜，有盆地、丘陵、山地、堆積平原和崗地，土壤類型主要為紅壤和水稻土。該地區(qū)農(nóng)業(yè)資源發(fā)達(dá)，土地利用方式主要為水田、旱地、園地和林地，水稻和臍橙等為主要的經(jīng)濟(jì)作物。

綜合考慮于都縣的地形地貌、土壤類型和土地利用方式，課題組于2019年7月利用網(wǎng)格法在于都縣域內(nèi)采集了土壤樣品，采樣密度為每4 km1個點，并加密河流兩岸土壤的采樣點，最大限度地使土壤樣點兼顧代表性和均勻性，共采集表層土壤(0～20 cm)樣品152個，采樣點分布圖見圖1。采樣時避開道路、施肥穴，在采樣地里使用“S”形采樣法隨機(jī)設(shè)置4個點(園地采樣點布置在采樣樹的樹冠滴水線附近)，挑出根系、秸稈、石塊、蟲體等雜物，充分混合后用四分法留取1 kg的土壤樣品。土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干后，磨碎過篩，測定其相關(guān)指標(biāo)。

圖1 于都縣表層土壤采樣點分布圖、高程圖、土壤類型圖和土地利用方式圖

本次土壤樣品分析測試由國土資源部長沙礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心(湖南省地質(zhì)測試研究院)和中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室共同完成。土壤酸堿度采用pH計電位法測定；土壤中有機(jī)質(zhì)(SOM)采用重鉻酸鉀容量法測定；土壤中全氮(TN)采用氧化燃燒-氣相色譜法(EA3000元素分析儀)測定；土壤中全磷(TP)、全鉀(TK)采用四酸溶礦-等離子體發(fā)射光譜法(儀器為Icap6300、Avio500電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀)測定。土壤樣品分析測試方法及質(zhì)量監(jiān)控均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.2 數(shù)據(jù)處理

依據(jù)規(guī)范，對于都縣表層土壤中SOM、TN、TP、TK豐缺狀況進(jìn)行評價，并在氮、磷、鉀土壤單指標(biāo)養(yǎng)分等級劃分的基礎(chǔ)上，按照下式計算出土壤養(yǎng)分的綜合評價總得分(

f

)：

(1)

式中：

f

為土壤養(yǎng)分的綜合評價總得分；

k

為土壤中氮、磷、鉀的權(quán)重系數(shù)，分別為0.4、0.4和0.2；

f

為土壤中氮、磷、鉀的單元素等級得分，當(dāng)各個單元素的等級評價結(jié)果為五等、四等、三等、二等、一等時，其所對應(yīng)的

f

得分分別為 1、2、3、4、5 分。

土壤樣品分析測試結(jié)果使用Office 2010、SPSS 22、ArcGIS 10.5和地質(zhì)云系統(tǒng)軟件進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計、計算和制圖。

2 結(jié)果與分析

對采集的研究區(qū)土壤樣品養(yǎng)分指標(biāo)含量進(jìn)行統(tǒng)計，為了盡量減少個別樣品帶來的影響，對土壤中各養(yǎng)分指標(biāo)按其含量平均值3倍標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行迭代剔除，得到研究區(qū)土壤養(yǎng)分指標(biāo)含量的具體統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 于都縣土壤養(yǎng)分指標(biāo)含量的統(tǒng)計結(jié)果

由表1可知：剔除后，土壤中各項養(yǎng)分指標(biāo)的變異系數(shù)均小于50%，屬于中等強度變異性；土壤pH值、SOM、TN、TP、TK、

f

的平均值分別為5.59、19.84 g/kg、1.17 g/kg、0.56 g/kg、19.11 g/kg、2.72，與全國土壤和贛州市土壤背景值相比，于都縣土壤酸化嚴(yán)重，土壤養(yǎng)分整體處于中等、較缺乏狀況。其中：土壤中SOM含量比全國土壤背景值低36.00%，比贛州市土壤背景值高68.14%；土壤中TN含量比全國土壤背景值高82.81%，與贛州市土壤背景值接近；土壤中TP含量與全國土壤背景值和贛州市土壤背景值接近；土壤中TK含量比全國土壤背景值高2.74%，比贛州市土壤背景值低16.55%。

對于都縣土壤中各營養(yǎng)成分進(jìn)行豐缺狀況統(tǒng)計，具體統(tǒng)計結(jié)果見表2，并繪制于都縣土壤養(yǎng)分指標(biāo)含量的空間分布圖和土壤養(yǎng)分等級的空間分布圖，見圖2。

表2 于都縣土壤養(yǎng)分豐缺統(tǒng)計表

2.1 土壤酸堿度分析

通過對比全國土壤pH值的背景值可知，于都地區(qū)土壤的酸化程度較嚴(yán)重，土壤pH值的平均值為5.59， 為酸性土壤。根據(jù)土壤酸堿度分級標(biāo)準(zhǔn)，由圖2(a)和表2可知：研究區(qū)有96.26%的面積土壤pH值小于6.5，屬于酸性土壤，其廣泛分布在研究區(qū)中部的盆地平原地區(qū)；研究區(qū)北部山區(qū)和南部山區(qū)的土壤酸性最弱，尤其是馬安鄉(xiāng)—仙下鄉(xiāng)北部和禾豐鎮(zhèn)部分區(qū)域的土壤pH值呈現(xiàn)出中性，約占調(diào)查區(qū)面積的3.74%。

圖2 于都縣土壤養(yǎng)分指標(biāo)含量空間分布圖和土壤養(yǎng)分等級空間分布圖

2.2 土壤中有機(jī)質(zhì)(SOM)含量的空間分布

于都縣表層土壤中SOM含量的平均值為19.84 g/kg，相比全國土壤中SOM含量的背景值31.00 g/kg偏低，屬于中等、較缺乏級別。由圖2(b)和表2可知：研究區(qū)有12.14%面積的土壤中SOM含量高于30.00 g/kg，屬于SOM含量豐富和較豐富的一等級(1.17%)和二等級(10.97%)，主要集中在禾豐鎮(zhèn)—鐵山垅鎮(zhèn)一帶，馬安鄉(xiāng)和祁祿山鎮(zhèn)部分地區(qū)土壤中SOM含量也較豐富；研究區(qū)有17.12%面積的土壤中SOM含量低于20.00 g/kg，屬于SOM含量較缺乏和缺乏的四等級(16.88%)和五等級(0.24%)，主要分布在流經(jīng)于都縣的梅江、貢水的兩岸區(qū)域，尤以貢江鎮(zhèn)土壤中SOM含量最低，表現(xiàn)出強烈的地表徑流造成的水土流失。

2.3 土壤中氮元素含量的空間分布

于都縣表層土壤中TN含量的平均值為1.17 g/kg，是全國土壤中TN含量背景值的1.83倍，屬于中等級別，顯示出該地區(qū)土壤中氮元素呈現(xiàn)出一定程度的富集，有利于農(nóng)業(yè)的發(fā)展。由圖2(c)和表2可知：研究區(qū)有超過6成面積的土壤中TN含量在1～1.5 g/kg，屬于中等級別；研究區(qū)有16.45%面積的土壤中TN含量高于1.5 g/kg，屬于含氮量豐富和較豐富的一等級(1.09%)和二等級(15.36%)，主要分布在于都縣南部的梓山鎮(zhèn)—盤古山鎮(zhèn)一帶，其中鐵山垅鎮(zhèn)和禾豐鎮(zhèn)部分區(qū)域土壤中TN含量超過2 g/kg；但研究區(qū)也有18.08%面積的土壤中TN含量低于1 g/kg，屬于含氮量缺乏和較缺乏的四等級(17.79%)和五等級(0.29%)，其主要分布在梅江和貢水交匯后下游區(qū)域的貢江鎮(zhèn)—羅江鄉(xiāng)一帶。

2.4 土壤中磷元素含量的空間分布

于都縣表層土壤中TP含量的平均值為0.56 g/kg，屬于較缺乏級別，其數(shù)值與全國土壤中TP含量的背景值相近。由圖2(d)和表2可知：研究區(qū)有超過40%面積的土壤中TP含量介于0.6～0.8 g/kg之間，廣泛分布在于都縣中部的馬安鄉(xiāng)—盤古山鎮(zhèn)一帶；研究區(qū)有37.54%面積的土壤中TP含量低于0.6 g/kg，屬于含磷量缺乏和較缺乏的四等級(37.23%)和五等級(0.31%)，分布在于都縣北部的葛坳鄉(xiāng)—寬田鄉(xiāng)一帶和西部的羅坳鎮(zhèn)—小溪鄉(xiāng)一帶，其中新陂鄉(xiāng)土壤中TP含量最低；研究區(qū)有21.61%面積的土壤中TP含量高于0.8 g/kg，屬于含磷量豐富和較豐富的一等級(1.67%)和二等級(19.94%)，其主要分布在于都縣東南部的梓山鎮(zhèn)—靖石鄉(xiāng)一帶，尤其是梓山鎮(zhèn)—黃麟鄉(xiāng)一帶的土壤中含磷量最豐富。

2.5 土壤中鉀元素含量的空間分布

于都縣表層土壤中TK含量的平均值為19.11 g/kg，屬于中等級別，其數(shù)值與全國土壤中TK含量的背景值相近。由圖2(e)和表2可知：研究區(qū)有超過一半面積的土壤中TK含量介于15～20 g/kg之間；研究區(qū)有21.01%面積的土壤中TK含量高于20 g/kg，屬于含鉀量豐富和較豐富的一等級(2.36%)和二等級(18.65%)，主要位于葛坳鄉(xiāng)、黃麟鄉(xiāng)、嶺背鎮(zhèn)，其中于都縣北部山區(qū)葛坳鄉(xiāng)一帶土壤中含鉀量最豐富；研究區(qū)有25.63%面積的土壤中TK含量低于15 g/kg，屬于含鉀量較缺乏和缺乏的四等級(25.19%)和五等級(0.44%)，主要是位于都縣東部的禾豐鎮(zhèn)—祁祿山鎮(zhèn)一帶，尤以禾豐鎮(zhèn)土壤中TK含量最低。

2.6 土壤養(yǎng)分的綜合評價等級

由表2可知：于都縣表層土壤養(yǎng)分的綜合評價平均得分為2.72，評價等級為三等；研究區(qū)有48.79%面積的土壤養(yǎng)分綜合評價得分介于2.5～3.5分之間，評價等級為三等，有42.22%面積的土壤養(yǎng)分綜合評價得分介于1.5～2.5分之間，評價等級為四等，結(jié)果表明于都縣表層土壤養(yǎng)分總體處于中等、較缺乏的水平。根據(jù)圖2(f)可知，于都縣梓山鎮(zhèn)—黃麟鄉(xiāng)一帶的土壤較為肥沃，養(yǎng)分含量較高，可依據(jù)地形地貌因地制宜地開展特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)品種植活動，于都縣北部的葛坳鄉(xiāng)和西南部的貢江鎮(zhèn)—羅江鄉(xiāng)一帶的土壤中較缺乏營養(yǎng)元素，尤其是羅坳鎮(zhèn)、貢江鎮(zhèn)附近部分區(qū)域土壤養(yǎng)分等級為五等，需要額外補充養(yǎng)分元素。

3 討 論

3.1 土壤類型對土壤養(yǎng)分的影響

紅壤、水稻土是于都縣主要的土壤類型，貢水流域零星散布少量暗黃棕壤土、石灰(巖)土，而南部山區(qū)以黃壤、黃紅壤土為主。因此，本研究將采集的于都縣土壤樣品分為紅壤、水稻土和其他土壤[包括少量的暗黃棕壤、石灰(巖)土和黃紅壤]三大類型，于都縣不同類型的土壤養(yǎng)分營養(yǎng)元素分布特征，見表3。

由表3可知：于都縣各種類型土壤的pH值平均水平均為酸性，紅壤和水稻土養(yǎng)分的綜合水平較高；水稻土中SOM和TN的平均含量均高于其他類型土壤，但是由于水稻土受人為擾動較大，導(dǎo)致各樣點之間的差異很大；從樣點平均水平來講，水稻土和紅壤中具有相似的TP含量，且高于其他土壤類型；紅壤中TK含量則高于其他土壤類型。

表3 于都縣不同類型的土壤養(yǎng)分營養(yǎng)元素分布特征

由于水稻土的耕作強度和施肥量較大，并且有較長時間處于淹水期，在這個時期土壤處于強還原狀態(tài)，微生物活性較弱，有機(jī)質(zhì)和氮素礦化分解速率較慢，從而導(dǎo)致水稻土中SOM和TN的累積。磷、鉀主要來源于黏土礦物的風(fēng)化。紅壤中黏土礦物的主要成分是高嶺石，其風(fēng)化程度較強，因此紅壤中TP、TK含量相較黃壤等其他土壤類型要高。黃壤、黃紅壤等其他類型土壤主要分布在于都縣南部的丘陵山區(qū)中，該區(qū)域地形坡度大、人工施肥量較少，且易受水土侵蝕的影響，導(dǎo)致其養(yǎng)分含量普遍較缺乏。

3.2 土地利用方式對土壤養(yǎng)分的影響

根據(jù)土地利用方式，將采集的于都縣土壤樣品劃分為旱地、水田、林地和園地4種不同的土地利用方式，于都縣不同土地利用方式的土壤養(yǎng)分營養(yǎng)元素分布特征，見表4。

由表4可知：從樣點的平均水平來講，于都縣內(nèi)不同土地利用方式的土壤都為酸性；水田養(yǎng)分的綜合水平最高，林地最低；水田和旱地中SOM、TN、TP含量較高，林地中TK含量最高。

表4 于都縣不同土地利用方式的土壤養(yǎng)分營養(yǎng)元素分布特征

水田和旱地是于都縣主要的耕地形式，種植臍橙是當(dāng)?shù)氐奶厣r(nóng)業(yè)項目，因化肥施用和田間管理水平高，所以水田、旱地和園地的土壤養(yǎng)分綜合評價水平較高。另外，水田里殘留的根茬和木質(zhì)化程度高的水稻更易腐化成有機(jī)質(zhì)，且長期淹育提供了強還原的環(huán)境，土壤中的鐵、錳易與有機(jī)質(zhì)螯合，進(jìn)而促進(jìn)其轉(zhuǎn)化成養(yǎng)分元素。園地、林地主要分布在地形坡度較大的丘陵山區(qū)中，該區(qū)域水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重，尤其需關(guān)注土壤中SOM和TN的缺乏，可使用微灌施肥、葉面施肥等技術(shù)提高施肥效率，以防控土壤中氮磷元素流失造成的面源型污染。

3.3 土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間的相關(guān)性分析

本研究對于都縣土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間的相關(guān)性進(jìn)行了分析，其分析結(jié)果見表5。

表5 于都縣土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間的相關(guān)性分析結(jié)果

由表5可知：研究區(qū)表層土壤養(yǎng)分營養(yǎng)元素之間存在一定的耦合關(guān)系，土壤中SOM、TN、TP之間呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明其具有高度相似的來源與擴(kuò)散途徑；而土壤中TN、TP與TK之間呈現(xiàn)出極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明鉀肥與氮肥、磷肥等具有一定的拮抗作用；土壤養(yǎng)分營養(yǎng)元素與土壤類型、土地利用方式的相關(guān)性分析結(jié)果顯示，土壤中SOM和氮素的豐缺與人為活動的關(guān)系密切，而土壤中鉀元素的豐缺主要與地質(zhì)背景有關(guān)。

于都縣地處贛江流域，江西省一半的氮磷肥施加在該流域，這在一定程度上改善了該地區(qū)土壤的營養(yǎng)成分，但是土壤供鉀能力不足和鉀素的長期缺失限制了土壤的肥力，且由于該流域高溫多雨、水土侵蝕強烈，易造成土壤中氮磷元素的流失，導(dǎo)致面源型污染嚴(yán)重。由圖2可以明顯看出：于都縣梅江、貢水沿岸區(qū)域的土壤易受地表徑流的影響，土壤中氮磷養(yǎng)分元素易被淋失，尤其是在貢水與梅江交匯后的貢江鎮(zhèn)水土流失最為嚴(yán)重，應(yīng)當(dāng)加強該地區(qū)水土流失的預(yù)防與監(jiān)管，這與趙靜等的研究結(jié)論一致;于都縣梓山鎮(zhèn)、黃麟鄉(xiāng)、禾豐鎮(zhèn)一帶的土壤養(yǎng)分的綜合評價等級較高，應(yīng)確保該地區(qū)的耕地數(shù)量與質(zhì)量，大力發(fā)展當(dāng)?shù)靥厣r(nóng)業(yè)。

4 結(jié) 論

(1) 于都縣表層土壤酸化較重；土壤中TN、TK含量的平均值分別為1.17 g/kg和19.11 g/kg，屬于中等級別；土壤中SOM和TP含量的平均值分別為19.84 g/kg和0.56 g/kg，屬于較缺乏至中等、比較豐富級別;研究區(qū)土壤養(yǎng)分的綜合評價等級為三等(中等)。

(2) 于都縣有48.79%面積的土壤養(yǎng)分綜合評價等級為三等，有42.22%面積的土壤養(yǎng)分綜合評價等級為四等，顯示出研究區(qū)土壤養(yǎng)分總體處于中等、較缺乏的狀況。其中，于都縣梓山鎮(zhèn)—黃麟鄉(xiāng)一帶土壤較為肥沃，土壤養(yǎng)分含量較高，可依據(jù)地形地貌因地制宜地開展特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)品種植活動；于都縣北部的葛坳鄉(xiāng)和西南部的貢江鎮(zhèn)—羅江鄉(xiāng)一帶土壤中較缺乏營養(yǎng)元素，在額外補充營養(yǎng)元素的同時需要改進(jìn)施肥技術(shù)，加強防范水土流失、地表徑流造成的土壤養(yǎng)分營養(yǎng)元素的缺失和水體的污染。

(3) 于都縣表層土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間存在一定的耦合關(guān)系，土壤中SOM、TN、TP元素之間存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系，而土壤中TN、TP與TK之間卻存在著極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，于都縣應(yīng)適當(dāng)控制氮磷肥的投入，確保鉀肥的施用量。