王紅娟，白由路

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學院果樹茶葉研究所，湖北 武漢 430209；2.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

東北平原和華北平原是我國的糧食主產(chǎn)區(qū)，對我國的糧食綜合生產(chǎn)能力起著至關(guān)重要的作用。合理施肥是糧食生產(chǎn)的關(guān)鍵，在充分利用土壤資源、保護土壤、提高土壤肥力的同時，尋求客觀反應土壤養(yǎng)分狀況的分析方法指導施肥十分關(guān)鍵。在前人土壤測試及研究的基礎上，Hunter A H于1980年提出了能夠評價土壤養(yǎng)分狀況的系統(tǒng)研究法（簡稱ASI法）［1］， Portch S于 1988年又對其稍作修改［2］，現(xiàn)已在許多國家進行推廣應用。我國自1988年引進該方法以來，已在30個省進行應用，取得了較好的結(jié)果［3］。阮云澤用ASI法對海南花崗巖磚紅壤進行分析，發(fā)現(xiàn)土壤養(yǎng)分為缺鈣＞缺氮＞缺銅，并在菠菜上得到了很好的驗證［4］，此類研究在山東的風砂土、棕壤、褐土，福建的赤紅壤，湖北的黃棕壤、棕紅壤以及湖南的紅壤上，四川的棕紫泥土，杭州的潮土，陜西的婁土、黑瀘土、黃綿土和黃泥巴，河南的粘質(zhì)潮土、黃褐土上對土壤的養(yǎng)分狀況、吸附特性方面做了分析［5～10］，并進行了生物學效應驗證。為了明確我國北方糧食主產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分狀況和吸附特性，我們在GPS和GIS的支持下，大區(qū)域、系統(tǒng)地研究了我國糧食主產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分吸附特性以期為我國北方糧食主產(chǎn)區(qū)合理施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概述

東北平原又稱松遼平原，位于東北地區(qū)中部東經(jīng) 118°40′～128°，北緯 40°25′～48°40′，總面積約35萬km2，是我國最大的平原，處于溫帶和暖溫帶范圍，有大陸性和季風性氣候特征。夏季短促而溫暖多雨，冬季漫長而寒冷少雪，冬夏季之間季風交替。年降水量350～700 mm，由東南向西北遞減。降水量的85%～90%集中于暖季（5—10月），雨量的高峰在7、8、9月。東北平原資源豐富、物產(chǎn)富饒、工業(yè)發(fā)達、交通便利，是國家重要的糧食、大豆和畜牧產(chǎn)品生產(chǎn)基地。

華北平原位于我國東部沿海，東經(jīng)100°～200°，北緯32°～40°，總面積約30萬km2，是我國第二大平原。平均海拔50 m以下，地勢較平坦，主要由海河、黃河、淮河等河流沖積而成，是一個典型的沖積平原。華北平原地處半干旱、半濕潤氣候帶，由于受大陸性季風氣候的影響，水資源較為緊缺。年降水量從南部的800 mm向北部的500 mm過渡，且主要集中在夏季。大部分地區(qū)作物兩年三熟，南部地區(qū)一年兩熟，是我國小麥的主要生產(chǎn)基地，有“中國麥倉”之稱。

1.2 土壤樣品采集

于 2005年 3—6月從東經(jīng)127°06′、北緯47°54′到東經(jīng) 112°05′、北緯 32°32′，在 GPS引導下按20 km的間距取樣，共46個采集樣點，貫穿黑龍江、吉林、內(nèi)蒙、遼寧、河北、河南、山東7?。▍^(qū)）（圖1）。土壤樣品編號順序是從北到南。每個取樣點的樣品是0～20 cm土層的10～20個點混合樣，重1 000 kg，將采集的土樣風干后分別過孔徑為2 mm的篩。

圖1 土壤取樣點分布

1.3 測定方法

用土壤養(yǎng)分狀況系統(tǒng)研究法（ASI）測定土壤養(yǎng)分狀況［3］。土壤速效磷（P）、鉀（K）、銅（Cu）、鐵（Fe）、錳（Mn）和鋅（Zn）采用ASI聯(lián)合浸提劑（0.25 mol/L NaHCO3-0.01 mol/L EDTA-0.01 mol/L NH4F）浸提；土壤有效硫（S）用0.08 mol/L過磷酸鈣溶液浸提；速效鈣（Ca）、鎂（Mg）和氨態(tài)氮（N）用 1 mol/L KCl浸提；有機質(zhì)用0.2 mol/L NaOH-0.01 mol/L EDTA-2%甲醇溶液提取。有機質(zhì)、N、P、B用比色法測定，K、Cu、Fe、Mn、Zn用原子吸收分光光度計測定［11～12］。

1.4 吸附特性研究

吸附試驗在國家測土施肥重點實驗室進行。吸附液中元素的濃度見表1，以去離子水做對照。將土樣和吸附液等體積混合，在無塵條件下靜放數(shù)日，模擬田間土壤組分從水分飽和到自然風干的變化過程。用常規(guī)化學分析方法相同的浸提液浸提土壤，測定土壤中各種營養(yǎng)元素的可浸提量，然后以每個元素的加入量對風干后的可浸提量做吸附曲線來評價土壤的吸附固定能力。

表1 吸附液中元素的濃度 mg/L

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分吸附模型擬合效果

土壤施肥量不能僅僅考慮土壤養(yǎng)分的含量，還要考慮土壤對養(yǎng)分的吸附固定能力。施入土壤中的肥料量要超過土壤的吸附固定量，植物很難吸收利用。

通過驗證，土壤對養(yǎng)分的吸附模型和一元線性方程y=a+bx擬合度非常高，大部分在0.99以上（表2），因此對北方大部分糧食主產(chǎn)區(qū)的土壤，選用一元線性方程比較合適。線性方程y=a+bx的導數(shù)dy/dx=b，即該養(yǎng)分的提取率，由此得出土壤對該養(yǎng)分的吸附率是（1-b）%。為了便于比較，將土壤吸附固定能力人為地分成5級，吸附率低于10%為吸附能力極低，10%～30%為吸附能力低，30%～50%為吸附能力中等，50%～70%為吸附能力高，大于70%為吸附能力極高。

表2 土壤養(yǎng)分吸附模型擬和效果

2.2 土壤對養(yǎng)分的吸附能力

2.2.1 土壤對磷的吸附能力 從圖2可以看出，供試土樣對磷的吸附能力較強，平均吸附率達42.88%。土樣間吸附率的變化幅度較大，變異系數(shù)為38%。從東經(jīng)127°06′、北緯47°54′到東經(jīng)125°20′、北緯 46°14′，以及從東經(jīng) 112°47′、北緯 33°15′到東經(jīng) 112°05′、北緯 32°32′的土壤對磷的吸附率均高于50%以上，吸附能力處于高水平以上，主要是分布在黑龍江境內(nèi)的黑土、黑鈣土和河南省內(nèi)的黃褐土和黑姜砂土。從東經(jīng)124°57′、北緯 45°44′到東經(jīng) 112°47′、北緯33°15′之間土壤對磷的吸附能力均在中、下水平，包括吉林、遼寧、河北、山東和河南的一部分，尤其是河南省的部分土壤對磷的吸附能力偏低。

圖2 土壤對磷的吸附率

2.2.2 土壤對鉀的吸附能力 從圖3可以看出，在所有供試土樣的土壤養(yǎng)分中，參試土壤對鉀的吸附能力最高，平均吸附率為65.36%。樣品間的吸附率變化幅度不大，變異系數(shù)為24%。對鉀的吸附能力中等水平和中等水平以下的土樣只占總數(shù)的10.82%，主要是來自吉林省的部分黑鈣土和來自內(nèi)蒙境內(nèi)的風砂土，其余土樣對鉀的吸附能力達到高水平以上。

圖3 土壤對鉀的吸附率

2.2.3 土壤對硼的吸附能力 從圖4可以看出，供試土樣對硼的吸附能力較強，平均吸附率為43.49%，僅次于鉀。中等吸附能力以上的土樣占總數(shù)的93.75%。相對其它土壤養(yǎng)分，土壤對硼的吸附能力差別最小，變異系數(shù)為22%。吸附率主要分布在30.00%～50.00%，無極高水平和極低水平的土樣。

圖4 土壤對硼的吸附率

2.2.4 土壤對銅的吸附能力 從圖5可以看出，供試土樣對銅平均吸附強度為20.18%，樣品間的差異最大，變異系數(shù)達78%。80.43%的土樣吸附能力處在低等水平，其中有1/4以上供試土樣對銅吸附能力處于極低水平。吸附率最高的達到了57.02%，最低為0。從東經(jīng)124°57′、北緯45°44′到東經(jīng)112°47′、北緯33°15′的土壤，對銅的吸附強度在平均水平以下，且大多分布在吉林、內(nèi)蒙、遼寧、河北、河南、山東省內(nèi)，包括黑土、黑鈣土、褐土、潮土、壤土、砂土。吸附率在30%以上的土壤主要分布在黑龍江的境內(nèi)。

圖5 土壤對銅的吸附率

2.2.5 土壤對錳的吸附能力 從圖6可以看出，供試土樣對錳的吸附能力較弱，平均吸附率為29.39%，吸附強度變化幅度較大，變異系數(shù)為75%。吸附率最高為86.95%，最低為-5.02（負數(shù)表明土壤有效錳含量很高，對外加的錳沒有吸附，不需要追加錳肥）。對錳的吸附率在平均線以下的土壤主要分布在東經(jīng)122°40′、北緯43°22′到東經(jīng)112°05′北緯32°32′范圍內(nèi)，貫穿遼寧、河北、山東、河南四省，包括砂土、壤土、潮土、褐土和砂姜黑土5種類型的土壤。

圖6 土壤對錳的吸附率

2.2.6 對鋅的吸附能力 從圖7可以看出，供試土樣對鋅的吸附能力較低，平均吸附率為28.84%，僅高于銅。相對其它土壤，分布比較均勻，變異系數(shù)為34%。大多數(shù)土樣的吸附率集中在20.00%～30.00%。吸附率在平均水平以下的土壤占供試土壤總數(shù)的54.35%，多數(shù)分布在河南省內(nèi)，而且主要是潮土。

圖7 土壤對鋅的吸附率

3 結(jié)論與討論

1）試驗結(jié)果表明，我國北方糧食主產(chǎn)區(qū)土壤對磷的吸附能力較強，平均吸附率達42.88%，尤其是黑龍江境內(nèi)的黑土、黑鈣土和河南省內(nèi)的黃褐土和黑姜砂土，對磷的吸附能力均在高水平以上。吉林、遼寧、河北、山東、河南省的一部分，尤其是河南省的部分土壤對磷的吸附能力偏低。土壤養(yǎng)分吸附率低的地方，磷肥的應用效果較好，但多施易流失。土壤對鉀的吸附能力最高，平均吸附率達65.36%，施肥時應增加鉀肥的用量，施肥效果不明顯。土壤對硼的吸附能力僅次于鉀，吸附率比較均勻，中等吸附能力以上的土壤占93.75%。土壤對銅的平均吸附率為20.18%，80.43%土樣的吸附水平在低等水平。土壤對錳的吸附強度的變化幅度最大，但吸附能力不高，平均吸附率為29.39%，處于較低水平。土壤對鋅的吸附強度比較均勻，吸附率為28.84%，處于低水平范圍?？紤]到土壤對磷、鉀和硼的吸附能力比較強，應適當多施相應的肥料。

2）在80年代以前，我國北方土壤的鉀含量豐富，在北方大部分地區(qū)和大部分糧食作物上所作的研究表明，施鉀并不增產(chǎn)［13～14］。但由于多年的高密度、掠奪式種植，沒有重視鉀肥的投入，使我國北方土壤的鉀含量急劇降低，尤其是進入80年代以后，北方缺鉀的報道逐漸增多［15～16］。在第二次全國規(guī)?；史市г囼炛?，磷肥增產(chǎn)在北方土壤上開始顯效。到了80年代第3次化肥肥效試驗的時候，磷肥的肥效在北方主要糧食作物上越來越明顯［17］。本研究表明，土壤對鉀、磷肥的吸附率比其它元素高，施肥時要著重考慮鉀、磷肥的施肥水平必須高于土壤的吸附量，否則不能滿足植物對養(yǎng)分的需求量。我國鉀肥資源缺乏，農(nóng)業(yè)中的鉀肥主要靠進口維持。在遼寧和河北均有缺鋅和鋅肥增產(chǎn)的報道［18～19］，土壤對鋅的吸附強度不大，鋅肥的使用效果應該比較好，鋅肥使用應引起必要的重視，適當增加投入量。

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