土壤理化性質(zhì)分析及精量施肥技術(shù)推廣

李明哲 王城坤

(塔里木大學(xué)信息工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

引言

黨中央在2022年2月發(fā)布的中央一號(hào)文件中指出，要保證不發(fā)生返貧現(xiàn)象，要保障國(guó)家糧食安全。在基層單位，黨組織要發(fā)揮好領(lǐng)導(dǎo)作用，帶頭做好基層服務(wù)，農(nóng)村發(fā)展，鄉(xiāng)村治理，鄉(xiāng)村建設(shè)工作，推動(dòng)鄉(xiāng)村振興和鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，以更大更快的步伐向農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化邁進(jìn)，農(nóng)業(yè)科技水平?jīng)Q定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平，農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步程度決定農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度[1]。我國(guó)是一個(gè)人口眾多，但可耕地資源嚴(yán)重不足的國(guó)家，尤其是新疆地區(qū)，沙漠化嚴(yán)重，可耕地面積僅占全疆總面積的3.15%。主要土壤類型為鹽堿土、干旱土、風(fēng)沙土，肥沃性差。耕地肥力不足，在全國(guó)耕地肥力劃分中僅處于中低水平[2,3]。

土壤作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最基本單位，土壤性質(zhì)直接影響了作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。隨著人口的快速增長(zhǎng)、科技進(jìn)步、肥料農(nóng)藥的使用以及種植結(jié)構(gòu)和耕種制度的調(diào)整，土地利用效率明顯加快，導(dǎo)致土壤肥力減弱，土壤養(yǎng)分消耗過快，物理性質(zhì)惡化，耕地質(zhì)量下降，部分地區(qū)沙漠化、鹽漬化嚴(yán)重，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響非常嚴(yán)重，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量下降，阻礙了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的周期和可持續(xù)性。因此，對(duì)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行分析，從而因地制宜，精量施肥，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)具有重大意義。測(cè)土精量施肥，不僅能夠因地制宜，通過“一地一方案”，針對(duì)性地對(duì)作物品質(zhì)和產(chǎn)量施加影響，還對(duì)合理利用肥料、減少資源浪費(fèi)、降低農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本、保護(hù)土壤生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境的持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。王海波等[4]對(duì)果樹進(jìn)行測(cè)土配方施肥的試驗(yàn)，其中桃樹果實(shí)品質(zhì)指數(shù)增加30%以上，同時(shí)施肥量減少了40%以上。顏玉琦等[5]對(duì)江西省1092戶農(nóng)戶進(jìn)行測(cè)土配方施肥技術(shù)的培訓(xùn)，增強(qiáng)了農(nóng)戶耕地保護(hù)的技術(shù)能力，提高了農(nóng)戶保護(hù)生態(tài)環(huán)境的思想，促進(jìn)了農(nóng)戶間農(nóng)業(yè)知識(shí)和技術(shù)的交流，農(nóng)戶對(duì)于測(cè)土精量施肥的采納意愿也很高[6]。曹環(huán)等[7]在對(duì)夏玉米進(jìn)行測(cè)土配方施肥的產(chǎn)量和化肥利用率的研究結(jié)果表明，測(cè)土配方施肥技術(shù)使氮、磷、鉀肥料利用率分別提高了16.01%、5.12%及46.37%，產(chǎn)量更是提高了13.20%。李爽[8]在對(duì)水稻進(jìn)行測(cè)土精量施肥的研究中表明，測(cè)土精量施肥技術(shù)對(duì)水稻的產(chǎn)量提高有很大幫助，對(duì)水稻施肥質(zhì)量的提高很大，還對(duì)田間的病蟲害防治和農(nóng)田污染防治有積極作用。楊貴川等[9]以四年生葡萄為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行測(cè)土精量施肥研究，結(jié)果表明不僅能增加葡萄產(chǎn)量，改善果實(shí)品質(zhì)，還平衡了土壤中的各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)成分，提升了土地地力。

1 土壤各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)土地肥力及作物的影響

近年來土地荒漠化、鹽漬化嚴(yán)重，可耕地面積較小，亂施肥現(xiàn)象嚴(yán)重。土壤是作物直接汲取養(yǎng)分的單位，土壤中各項(xiàng)理化指標(biāo)直接影響著農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)。了解土地性質(zhì)及養(yǎng)分構(gòu)成，及時(shí)對(duì)耕地肥力做出評(píng)價(jià)，精量施肥，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全、產(chǎn)量、品質(zhì)和農(nóng)民收入都有重大意義。

1.1 土壤有機(jī)質(zhì)

在土壤的成分中，有機(jī)質(zhì)是很重要的成分之一，是土壤養(yǎng)分和作物營(yíng)養(yǎng)的重要來源。有機(jī)質(zhì)的作用有以下幾點(diǎn)：對(duì)土壤孔隙度有改變作用；對(duì)土壤蓄水能力有提升作用；對(duì)土壤的物理性質(zhì)有改善作用；對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)作用；對(duì)土壤緩沖性能和土壤肥力有所提高；土壤中的腐殖質(zhì)也有消除土壤污染的作用。所以土壤中有機(jī)質(zhì)含量是評(píng)價(jià)土地肥力的重要標(biāo)志。在目前耕地環(huán)境中，由于缺少自然植被的生長(zhǎng)，土壤中有機(jī)質(zhì)的主要來源是自身作物根部的分泌物、腐敗的葉片莖枝等。所以人為施加有機(jī)肥對(duì)土地肥力和作物生長(zhǎng)至關(guān)重要。

1.2 土壤全氮

土壤中無機(jī)態(tài)氮和有機(jī)態(tài)氮的總和，叫作土壤全氮，但土壤中的氮素，大多以有機(jī)態(tài)的形式存在。因氮素的存在形式和來源絕大部分源自有機(jī)質(zhì)，所以土壤中氮素的含量會(huì)隨著有機(jī)質(zhì)的增加而增加。取土測(cè)定土壤的全氮含量，就是了解目標(biāo)地塊中氮素的總儲(chǔ)量和對(duì)作物的供氮能力，以此來評(píng)價(jià)目標(biāo)地塊的肥力，針對(duì)不同肥力調(diào)整化肥的施加量。

1.3 土壤堿解氮

堿解氮以易被水解的有機(jī)態(tài)氮和無機(jī)態(tài)氮形式存在于土壤中，因易被水解故也被稱為水解氮，因其可以直接被植物利用和吸收，又被稱為速效氮。堿解氮也和土壤有機(jī)質(zhì)的含量相關(guān)，堿解氮的含量標(biāo)志著化肥的施加量、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量、有機(jī)質(zhì)的含量高低，堿解氮含量是土壤氮素供應(yīng)能力的標(biāo)志，但其易受環(huán)境的影響。氮素是農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育必不可缺的基本元素，當(dāng)作物缺乏氮素時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出葉片變黃、脫落，作物長(zhǎng)勢(shì)差的問題。但氮素含量不是越高越好，氮素含量過高，會(huì)使作物出現(xiàn)倒伏的現(xiàn)象。因此測(cè)定土壤氮素含量，合理施加氮素，對(duì)作物生長(zhǎng)有積極作用。

1.4 土壤速效磷

土壤中可以直接被作物生長(zhǎng)吸收利用的磷元素叫速效磷，因其能直接作用于作物，故又叫有效磷。速效磷含量是土壤養(yǎng)分的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一，土壤中磷素的含量也能反映土壤磷素的儲(chǔ)量和供應(yīng)潛力。作物缺磷會(huì)嚴(yán)重影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，在發(fā)育期會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)緩慢，葉片狹小、缺乏光澤等癥狀，磷素缺乏嚴(yán)重還可能出現(xiàn)枯死、脫落、掉果等現(xiàn)象。

1.5 土壤速效鉀

存在于土壤中的交換性鉀和水溶性鉀都可以被稱為速效鉀，其可以直接為作物生長(zhǎng)供給養(yǎng)分，在土壤肥力評(píng)價(jià)中，速效鉀也是重要指標(biāo)之一。在農(nóng)作物生長(zhǎng)期及時(shí)測(cè)定土壤中速效鉀含量和變化，對(duì)指導(dǎo)精量施鉀肥十分重要。作物缺乏鉀可能會(huì)出現(xiàn)葉片顏色的變化，老葉變黃、葉尖變黃、組織壞死、器官畸形、生長(zhǎng)發(fā)育遲緩或提前等問題。

1.6 土壤鹽漬化程度

我國(guó)土壤鹽漬化嚴(yán)重，尤其新疆南疆地區(qū)，土壤鹽漬化嚴(yán)重影響了作物的生長(zhǎng)，甚至鹽漬化嚴(yán)重的地塊長(zhǎng)不出植株，土壤中鹽分上升積累到地表是土壤鹽漬化形成的原因之一，嚴(yán)重的地表可見白色斑塊。土壤鹽漬化與氣候、地形地貌、地下水位水質(zhì)和鹽生植物等因素有關(guān)。治理土壤鹽漬化一直是國(guó)內(nèi)外的難題。對(duì)土壤鹽漬化程度進(jìn)行分析，對(duì)合理利用土地，緩解鹽漬化程度，作物種植有較大意義。

2 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定方法

土壤理化性質(zhì)眾多，不同理化性質(zhì)又有不同且多種的測(cè)定方法，下面介紹幾種主要理化性質(zhì)的測(cè)定方法以及優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1 土壤樣品采集和處理

在土壤樣本采集時(shí)，可以采用土鉆進(jìn)行原狀土的采集，根據(jù)測(cè)土的具體需求，采集不同深度的土壤樣本。再根據(jù)不同理化指標(biāo)的測(cè)定要求，對(duì)土壤進(jìn)行風(fēng)干、烘干或鮮土直接測(cè)定，風(fēng)干土或烘干土再根據(jù)要求過篩，挑出雜質(zhì)，制備相應(yīng)溶液進(jìn)行測(cè)定。

2.2 有機(jī)質(zhì)測(cè)定

重鉻酸鉀容量法(外加熱法)、堿液浸提比色法和水合熱比色法都是目前在測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量時(shí)被大量采用的方法。重鉻酸鉀容量法是在大量的硫酸存在下，利用氧化劑氧化有機(jī)碳，把剩余的氧化劑進(jìn)行回滴，計(jì)算消耗的氧化劑來計(jì)算有機(jī)碳量。堿液浸提比色法利用有機(jī)質(zhì)分子含有生色基因，且堿溶液的顏色深淺在一定范圍內(nèi)符合比爾定律來測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量。水合熱比色法也是利用有機(jī)碳被氧化，再確定土壤溶液中被還原的綠色鉻離子來確定有機(jī)質(zhì)含量。重鉻酸鉀容量法精度較高，堿液浸提比色法操作簡(jiǎn)單都比較適合大批量樣本的測(cè)定。水合熱比色法則精度相對(duì)較低，但操作簡(jiǎn)單，在滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求時(shí)也可以采用此方法。

2.3 全氮測(cè)定

測(cè)定土壤中全氮目前一般采用凱氏定氮法，利用凱氏定氮儀測(cè)定全氮有精度高、操作便捷等特點(diǎn)。儀器可以根據(jù)設(shè)定參數(shù)自動(dòng)完成實(shí)驗(yàn)步驟，且用時(shí)較短。相比傳統(tǒng)的化學(xué)分析法和半微量蒸餾法節(jié)省50%以上時(shí)間，非常適合土壤氮素測(cè)定以及作物含氮量測(cè)定[10]。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與光譜分析的發(fā)展，目前也有學(xué)者研究基于隨機(jī)森林算法對(duì)土壤全氮高光譜估算，進(jìn)行土壤全氮含量的估算，也取得了一定成果[11]，為氮素的大面積估算提供了新方法。

2.4 堿解氮測(cè)定

堿解擴(kuò)散法(擴(kuò)散吸收法)和堿解蒸餾法經(jīng)常用于土壤堿解氮的測(cè)定。堿解擴(kuò)散法是用硼酸吸收氨，再用標(biāo)準(zhǔn)酸滴定，通過水解氮的含量計(jì)算測(cè)定。用一定濃度的NaOH和還原劑在蒸餾器中堿解和蒸餾定氮是堿解蒸餾法的原理。堿解蒸餾法測(cè)定堿解氮的優(yōu)勢(shì)是測(cè)定穩(wěn)定性更高，堿解擴(kuò)散法與之對(duì)比偏差相對(duì)較大，但也能滿足測(cè)土精量施肥的要求，可根據(jù)條件選取。

2.5 速效磷測(cè)定

一般采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法對(duì)土壤速效磷含量進(jìn)行測(cè)定。因?yàn)樗傩Я锥嘁粤姿嵋烩}和磷酸二鈣的狀態(tài)存在于土壤中，可以用NaHCO3提取到溶液中，用鉬銻抗混合顯色劑把溶液中的磷還原成磷鉬藍(lán)，藍(lán)色深淺在一定濃度范圍內(nèi)與磷的含量成正比，以此來測(cè)定土壤中速效磷的含量。在測(cè)定不同土質(zhì)中的速效磷時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的土質(zhì)，選用不同的提取劑。賈生堯等[12]利用近紅外光譜技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)算法對(duì)土壤速效磷和速效鉀含量進(jìn)行測(cè)定研究，提出了預(yù)測(cè)精度高且適合范圍廣的方法。

2.6 速效鉀測(cè)定

利用火焰光度法測(cè)量速效鉀是目前較為簡(jiǎn)單高效的方法，該方法利用NH4OAc為浸提液與土壤膠體上的陽離子進(jìn)行交換，浸出液可以直接用火焰光度計(jì)測(cè)定。近年來，隨著測(cè)定儀器的發(fā)展，原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定法也開始用來速效鉀的測(cè)定，該儀器不僅能進(jìn)行鉀鈉元素的分析，還可以測(cè)定土樣中鐵、鎂、鈣等元素[13]。

2.7 鹽漬化程度評(píng)價(jià)

土壤鹽漬化程度也是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一，特別對(duì)于我國(guó)西北干旱地區(qū)，有很強(qiáng)的實(shí)用意義。土壤鹽漬化程度一般用單位土壤溶液的電導(dǎo)率進(jìn)行評(píng)價(jià)，土壤電導(dǎo)率一般采用電極法。取自然風(fēng)干土樣，以1∶5的比例加入蒸餾水，攪拌均勻，靜置6h，把電導(dǎo)儀的2個(gè)電極插入制備好的溶液，即可求得電導(dǎo)率，以此來對(duì)該土壤樣本做出鹽漬化評(píng)價(jià)，進(jìn)行相應(yīng)應(yīng)對(duì)措施。目前也有利用多源光譜技術(shù)和農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)對(duì)土壤鹽漬化程度進(jìn)行大范圍的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)[14,15]。

3 總結(jié)與展望

測(cè)土配方精量施肥，是因地制宜，實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)措施，符合鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略以及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的基本要求，在技術(shù)層面和基礎(chǔ)層面對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)輔以指導(dǎo)，以期達(dá)到增產(chǎn)增效，養(yǎng)地保土，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。在測(cè)土精量施肥時(shí)要遵循以下原則：氮磷鉀和有機(jī)肥相互配合的原則；在施肥中輔以微量元素的原則；投入產(chǎn)出相平衡的原則；用地和養(yǎng)地相結(jié)合，土壤可持續(xù)利用的原則；有機(jī)肥和無機(jī)肥相配合的原則。土壤是農(nóng)民的生存之本，也是作物和農(nóng)產(chǎn)品養(yǎng)分的直接來源，但土壤中的養(yǎng)分并不是“取之不盡，用之不竭”的。因此對(duì)土壤中的養(yǎng)分進(jìn)行補(bǔ)充是非常必要的，通過肥料的施加把作物“取走”的養(yǎng)分“歸還”于大地，才能保證作物的持續(xù)生長(zhǎng)以及土壤的活力。由于我國(guó)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)方式，再加上施肥方法落后，施肥技術(shù)不當(dāng)，導(dǎo)致肥料利用率低下，造成了大量的肥料和資金浪費(fèi)。這就突出了測(cè)土精量施肥的作用，部分地區(qū)也進(jìn)行了測(cè)土精量施肥的技術(shù)推廣，也得到了廣大農(nóng)戶的響應(yīng)。目前我國(guó)的肥料利用率非常低下，整體當(dāng)季利用率僅為35%左右，其中氮肥的利用率問題尤其突出，利用率不足30%。而在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，肥料的當(dāng)季利用率能達(dá)到60%左右。通過測(cè)土精量施肥技術(shù)的推廣和應(yīng)用，能逐步提高我國(guó)的肥料利用率，優(yōu)化我國(guó)農(nóng)民肥料施用結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)值和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，增加農(nóng)戶收入，改善土壤環(huán)境，保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。