李懷珠,嚴(yán)少普,惠瑞敏,趙 琴
(咸陽(yáng)師范學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院,陜西 咸陽(yáng) 712000)
耕地養(yǎng)分含量水平是土壤最基本的特性,是土壤生產(chǎn)力的主要指標(biāo)[1-2],是影響糧食單產(chǎn)的主要因素[3]。建立現(xiàn)代化的發(fā)達(dá)農(nóng)業(yè),必須全面認(rèn)識(shí)和掌握土壤養(yǎng)分狀況[4]。因此,對(duì)咸陽(yáng)市的農(nóng)田土壤養(yǎng)分進(jìn)行評(píng)估研究,為咸陽(yáng)市制定農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)政策、科學(xué)施肥等工作提供基本資料和科學(xué)依據(jù),促進(jìn)農(nóng)作物產(chǎn)量提高與生態(tài)環(huán)境改善,保障糧食安全。
咸陽(yáng)市地形由東南向西北呈階梯狀,可劃分為3個(gè)明顯的部分,分別是渭河南部、涇河平原,約占總面積1/5;中部臺(tái)塬區(qū),約占總面積的1/5;北部黃土高原溝壑區(qū),約占總面積3/5。氣候上分為兩個(gè)具有明顯差異的氣候區(qū),南部平原地區(qū)氣候溫和,四季分明,年平均氣溫12℃,無(wú)霜期213天;北部黃土高原丘陵溝壑區(qū),氣候稍寒,冬春略長(zhǎng),年平均氣溫不足10℃,無(wú)霜期180天。全境年均降水量500~600 mm,由南向北遞增,50%集中在7、8、9月[5-6]。
為全面掌握咸陽(yáng)市耕地養(yǎng)分狀況,本研究分別選擇南部平原區(qū),中部臺(tái)塬區(qū),北部溝壑區(qū)中代表性的村莊,采集土壤樣本,分別分析糧食播種田(以下簡(jiǎn)稱糧田),果園及撂荒3年以上的耕地(以下簡(jiǎn)稱撂荒地)的養(yǎng)分狀況,以便清楚土壤肥力水平,為制定耕地保護(hù)及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策提供支撐。
咸陽(yáng)市地形地貌復(fù)雜,土地類型多樣,為全面評(píng)估咸陽(yáng)市不同類型土地的肥力水平,采樣于2016年秋季播種施肥前進(jìn)行,按照南部平原區(qū)、中部臺(tái)塬區(qū)、北部黃土高原丘陵溝壑區(qū)(以下簡(jiǎn)稱北部溝壑)3種地形地貌,選擇有代表性的3個(gè)縣(武功縣、淳化縣、長(zhǎng)武縣),每個(gè)縣選擇有代表性的3個(gè)村子(圖1),每個(gè)村子按照糧食播種田、果園(樹(shù)齡10年以上)及撂荒3年以上的耕地3種類型土地,采用蛇形布點(diǎn)法設(shè)3個(gè)點(diǎn),每個(gè)點(diǎn)挖80 cm垂直剖面,分別在[0,20)、[20,40)及[40,60)cm等3個(gè)深度上,刮取5cm厚土壤形成樣品混合,去掉石塊及植物根系,裝袋密封編號(hào),共采集土壤樣品81份。樣品的采集與制備按照《土壤樣品采集制備技術(shù)規(guī)程》(DB21/T1289—2004)進(jìn)行[7]。
圖1采樣分布點(diǎn)
土壤樣品養(yǎng)分主要檢測(cè)有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀6個(gè)指標(biāo)。分析方法按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法進(jìn)行。有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀法(NY/T85—1988標(biāo)準(zhǔn))、全氮測(cè)定采用凱氏定氮法(NY/T 53—1987標(biāo)準(zhǔn))、堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法(DB21-599—1991標(biāo)準(zhǔn))、有效磷測(cè)定采用鉬藍(lán)比色法(DB21-601—1991)、速效鉀測(cè)定采用火焰光度計(jì)法(DB21-603—1991標(biāo)準(zhǔn))[7-8]。
本研究主要考慮影響農(nóng)田土壤肥力的主要因素,包括土壤有機(jī)質(zhì)、大量營(yíng)養(yǎng)元素,計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)在耕層(0~60 cm)的平均含量,各項(xiàng)指標(biāo)的量級(jí)劃分按照第二次全國(guó)土壤普查分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,并分別賦予不同的分?jǐn)?shù)(表1)。根據(jù)各要素的重要性分別賦予不同的權(quán)重,其中有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀及速效鉀的權(quán)重分別是0.3、0.15、0.15、0.1、0.1、0.1、0.1。將各項(xiàng)指標(biāo)分級(jí)得分與其權(quán)重相乘,然后再把各項(xiàng)得分求和,所得為土壤肥力綜合指數(shù)IF[9-11]。
土壤綜合肥力指數(shù)計(jì)算公式:
其中Wi代表各單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,Li代表各單項(xiàng)指標(biāo)得分。
為提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性,用X±S(X為平均值,S為標(biāo)準(zhǔn)差)作為剔除檢測(cè)數(shù)據(jù)奇異值的標(biāo)準(zhǔn)。
表1土壤各項(xiàng)肥力指標(biāo)劃分及賦分標(biāo)準(zhǔn)
結(jié)果表明,咸陽(yáng)市土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍比第二次土壤普查時(shí)的9.81 g/kg高,總體上仍然呈現(xiàn)稍微缺乏的狀態(tài)(表2)。從耕地類型看,撂荒地有機(jī)質(zhì)含量明顯高于糧食播種田和果園,有機(jī)質(zhì)含量處于中等水平,實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)撂荒地雜草叢生,表層有1 cm左右的腐殖質(zhì),土壤較肥沃,表明撂荒有助于土壤有機(jī)質(zhì)積累,肥力水平恢復(fù)。糧田有機(jī)質(zhì)含量稍微比果園高,差異不顯著,反映出目前咸陽(yáng)市土壤利用強(qiáng)度較大,有機(jī)質(zhì)含量普遍處于缺乏狀態(tài),不利于農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。從有機(jī)質(zhì)分布深度看,[0,20)cm表層相對(duì)于[20,40)cm的中層及[40,60)cm的下層明顯豐富(表2);表明土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)自于地表作物的殘枝敗葉與農(nóng)家肥。從地區(qū)看,南部平原有機(jī)質(zhì)含量明顯高于中部臺(tái)塬區(qū),中部臺(tái)塬區(qū)高于北部溝壑區(qū),主要原因在于,南部平原區(qū)自然條件優(yōu)于北部地區(qū),地面植物生長(zhǎng)茂盛,便于有機(jī)質(zhì)積累,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較發(fā)達(dá),管理水平高,農(nóng)家肥使用量高。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤氮素供應(yīng)的倉(cāng)庫(kù),有機(jī)質(zhì)含量普遍低,將嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量,廣開(kāi)肥源,增加復(fù)合肥及化肥的施用,才能滿足糧食及蘋(píng)果生產(chǎn)的需要。
土壤中的氮素絕大多數(shù)是以有機(jī)態(tài)存在的,經(jīng)過(guò)土壤微生物的礦化作用,轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)態(tài)氮供作物吸收利用。土壤中有機(jī)態(tài)氮與無(wú)機(jī)態(tài)氮的總和稱土壤全氮。土壤氮素以土壤全氮和堿解氮兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估,結(jié)果表明,撂荒地的全氮含量較豐富,普遍大于1.5 g/kg,糧田和果園的總氮素處于中等水平,總氮素反應(yīng)土壤氮素的供應(yīng)潛力,由于長(zhǎng)期施用化肥,土壤總氮素并不缺乏,停止耕種,氮素很快能恢復(fù)到較豐富的狀態(tài)。從氮素分布深度看,從表層到深層,總氮素含量依次降低到接近缺乏水平,表明總氮素主要來(lái)自施肥及表層有機(jī)質(zhì),深層土壤氮素含量并不高,不利于果樹(shù)等根系較深的作物生長(zhǎng)。從地區(qū)分布看,南部平原區(qū)總氮素含量高于中部臺(tái)塬區(qū)及北部溝壑區(qū),這主要因?yàn)槟喜科皆瓍^(qū)人口密集,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理精細(xì),化肥投入量大。堿解氮又叫速效氮,它包括無(wú)機(jī)態(tài)氮和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單能為作物直接吸收利用的有機(jī)態(tài)氮,它可供作物近期吸收利用,堿解氮較能反映出近期內(nèi)土壤氮素的供應(yīng)狀況,檢測(cè)結(jié)果表明,果園的堿解氮含量最高,平均含量在70 mg/kg以上,撂荒地與糧田的堿解氮含量基本一致,且堿解氮含量在耕層0~60 cm間并無(wú)明顯的差異,從地區(qū)分布看,南部平原、中部臺(tái)塬及北部溝壑區(qū)土壤堿解氮含量也無(wú)明顯差異,另一個(gè)顯著的特點(diǎn)是堿解氮在取樣點(diǎn)之間差異較大,表明堿解氮主要來(lái)自施肥,果園由于施肥量普遍較大,導(dǎo)致堿解氮含量較高(表3)。農(nóng)戶之間農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入不同,施肥量不同,導(dǎo)致同一區(qū)域內(nèi)部堿解氮含量差異較大。堿解氮反映近期土壤的氮素供應(yīng)能力,表明咸陽(yáng)土壤近期氮素供應(yīng)能力差異較大,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)重視測(cè)土配方、科學(xué)施肥。
表2土壤有機(jī)質(zhì)含量 g/kg
表3土壤全氮及堿解氮含量
全磷是土壤中磷素的總貯量,包括有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷兩大類。土壤磷素測(cè)量結(jié)果表明,咸陽(yáng)市耕地總磷素含量普遍高于0.61 g/kg,較為豐富,尤其是[0,40)cm耕層范圍內(nèi)普遍高于0.7 g/kg。從土地類型看,糧田和撂荒地的全磷素含量普遍高于果園,果園里大量的磷被轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品而帶出土壤,撂荒地由于停止了生產(chǎn),加之深層磷素由于野生雜草的富集作用被運(yùn)送到耕層,使得耕層土壤總磷素含量略高于糧田。從磷素在土壤分布深度看,從表層、中層到深層,總磷素含量依次降低。類似于氮素地區(qū)間的分布,總磷素也呈南部平原區(qū)高于中部臺(tái)塬區(qū)及北部溝壑區(qū)的特點(diǎn)。土壤中的磷素大部分是以遲效性狀態(tài)存在,因此土壤全磷含量并不能作為土壤磷素供應(yīng)的指標(biāo),全磷含量的高低并不意味著磷素供應(yīng)充足,衡量磷素有效供應(yīng)能力的是速效磷含量。速效磷的含量分布明顯與全磷不同,總體表現(xiàn)為果園中速效磷較豐富,糧田含量次之,撂荒地的含量最低,處于中等水平,主要因?yàn)楣麍@和糧田磷肥施用量較高,而撂荒地由于停止磷肥供應(yīng),加之礦化作用,使得速效磷含量呈較低水平。類似于全磷素分布,速效磷也呈從表層、中層到深層含量依次降低的特點(diǎn)。從地區(qū)分布看,典型的特點(diǎn)表現(xiàn)為中部臺(tái)塬區(qū)高于南部平原區(qū)及北部溝壑區(qū),主要因?yàn)橹胁颗_(tái)塬區(qū)是蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū),磷肥投入量大,土壤總體速效磷含量較高,總體出去較豐富水平,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生應(yīng)適當(dāng)控制磷肥的施用量(表4)。
表4土壤全磷及速效磷含量
全鉀是土壤中鉀素的總貯量,包括有機(jī)鉀和無(wú)機(jī)鉀兩大類。土壤全鉀素測(cè)量結(jié)果表明,咸陽(yáng)市耕地全鉀素含量普遍低于15 g/kg,屬于稍微缺乏水平。從土地類型看,果園的全鉀素含量普遍高于糧田和撂荒地,這是果園長(zhǎng)期大量施用鉀肥積累的結(jié)果,撂荒地由于停止了生產(chǎn),加之深層鉀素由于野生雜草的富集作用被運(yùn)送到耕層,使得耕層土壤全鉀素含量與糧田基本持平。從鉀素在土壤分布深度看,從表層、中層到深層,總鉀素含量依次增高。表明鉀素沉積與礦化作用明顯。從地區(qū)分布看,總鉀素北部溝壑區(qū)含量最高,其次為中部臺(tái)塬區(qū)及南部平原區(qū)。土壤全鉀含量高低代表土壤鉀素供應(yīng)的潛力,并不能作為土壤鉀素供應(yīng)的直接指標(biāo),衡量鉀素有效供應(yīng)能力的是速效鉀含量。速效鉀的含量分布明顯與全鉀不同,總體表現(xiàn)為果園速效鉀最低,糧田含量最高,土壤鉀素主要來(lái)自于土壤鉀礦物的轉(zhuǎn)化及施肥,因?yàn)楣麡?shù)和糧食作物對(duì)鉀肥的利用量不同,導(dǎo)致果園普遍缺鉀,而糧田和撂荒地速效鉀處于中等水平。速效鉀在[0,60)cm耕層范圍內(nèi)含量分布并無(wú)明顯差異。從地區(qū)分布看,總鉀素也呈北部溝壑區(qū)高于中部臺(tái)塬區(qū)及南部平原區(qū)的規(guī)律。全鉀及速效鉀的測(cè)量結(jié)果表明,咸陽(yáng)市耕地總體稍微缺鉀,果園表現(xiàn)尤其明顯,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中加強(qiáng)果園鉀肥施用,降低糧田鉀肥量(表5)。
表5土壤全鉀及速效鉀含量
耕地養(yǎng)分水平是衡量耕地生產(chǎn)能力的重要指標(biāo),全面系統(tǒng)評(píng)價(jià)耕地養(yǎng)分水平對(duì)于制定產(chǎn)業(yè)政策、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理至關(guān)重要。全面評(píng)估土壤養(yǎng)分含量水平需要綜合考慮立地條件、自然環(huán)境、土壤養(yǎng)分、微量元素及土壤質(zhì)地等因素,其中有機(jī)質(zhì)及大量元素是主要影響因素,本研究主要通過(guò)有機(jī)質(zhì)含量、大量元素進(jìn)行評(píng)估,對(duì)各指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果按照土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)進(jìn)行分級(jí),加權(quán)換算得土壤綜合肥力指數(shù)。結(jié)果(表6)表明:咸陽(yáng)市耕地肥力水平總體上處于中等水平,綜合指數(shù)從42到61,綜合肥力指數(shù)顯示南部平原及中部臺(tái)塬肥力水平基本相似,北部溝壑區(qū)肥力水平較低。糧田及果園普遍較缺有機(jī)質(zhì),全氮含量總體處于中等以上水平,衡量氮肥有效供給能力的堿解氮普遍處于較缺乏狀態(tài),這與采樣前剛剛完成一輪作物栽培有效氮大量消耗有關(guān)系;磷素含量總體較高,有效磷含量也較充足。鉀肥總體處于缺乏狀態(tài),果園缺鉀明顯,撂荒地及糧食播種田基本處于中等水平。無(wú)論單項(xiàng)指標(biāo)還是綜合指數(shù)都反映撂荒三年以上的耕地肥力恢復(fù)較明顯。
咸陽(yáng)市耕地養(yǎng)分水平總體上處于中等水平,在不同地區(qū)、不同耕地類型間差異較大,南部平原養(yǎng)分含量普遍高于中部臺(tái)塬、北部溝壑區(qū);耕地磷肥普遍較豐富,糧田普遍缺乏有機(jī)質(zhì)、堿解氮、全鉀,果園缺肥明顯,尤其缺乏堿解氮及速效鉀,撂荒地稍缺堿解氮及全鉀;土壤養(yǎng)分狀況是自然環(huán)境與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理綜合作用的結(jié)果。
表6土壤各項(xiàng)肥力指標(biāo)得分及綜合指數(shù)
結(jié)合以上研究結(jié)論,提出以下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的對(duì)策。
有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的重要影響因素,有機(jī)質(zhì)含量高低影響土壤結(jié)構(gòu)、微生物活性等多方面,目前咸陽(yáng)市耕地有機(jī)質(zhì)含量處于中等偏下水平,嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量及品質(zhì),需通過(guò)施用農(nóng)家肥、有機(jī)肥、培養(yǎng)綠肥等途徑增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。根據(jù)不同地區(qū)、不同耕地類型及不同土地養(yǎng)分含量不同的現(xiàn)狀,在大量元素供給上采取“增氮、控磷、穩(wěn)鉀”的原則,即增加氮肥尤其是堿解氮的大量供給,保障作物的正常生長(zhǎng)需要,嚴(yán)格控制磷肥的使用量,鉀肥施用量保持目前的使用量不變。
不同地區(qū)間、不同耕地使用類型營(yíng)養(yǎng)元素含量差異較大,北部溝壑區(qū)適當(dāng)控制磷肥外,加大其他營(yíng)養(yǎng)元素的供給,尤其增加堿解氮及鉀肥的供給;農(nóng)田、果園重點(diǎn)增加有機(jī)質(zhì)及氮肥,尤其是堿解氮,撂荒地開(kāi)發(fā)利用需增加氮肥供給;推廣測(cè)土配方施肥,科學(xué)合理按需施肥;少量多次施用,減少肥料礦化。
土壤肥力水平、養(yǎng)分供給差異是長(zhǎng)期農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合作用的結(jié)果,反過(guò)來(lái)又影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),根據(jù)土壤肥力情況,需適時(shí)調(diào)整種植結(jié)構(gòu),適當(dāng)進(jìn)行輪耕、休耕,恢復(fù)土壤肥力;增加氮素消耗量低,磷素消耗量高的豆類等蛋白含量高的經(jīng)濟(jì)作物種植面積,充分利用豐富的磷素,通過(guò)豆科植物根瘤菌固氮作用提高土壤氮素含量。
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