李靜娟 康軒 劉志紅 朱小麗 嚴(yán)學(xué)東 張桂興 陳曉蘭 周偉芬

摘要? ? 以廣東省惠州市惠城區(qū)耕地質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)為研究對象，對2013—2017年土壤養(yǎng)分變化情況進(jìn)行分析，采用非對稱T檢驗(yàn)及主成分分析等研究方法，得出研究區(qū)連續(xù)5年水田和旱地2種土地利用方式下耕地土壤肥力狀況及變化趨勢，以期為土壤可持續(xù)利用、培肥地力和提升耕地質(zhì)量提供借鑒。結(jié)果表明，研究區(qū)整體土壤肥力中等，土壤呈酸性，有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量中等，有效磷含量豐富。主成分分析結(jié)果顯示，水田耕作模式有利于土壤有機(jī)質(zhì)積累，旱地耕作模式有利于提高土壤pH值和有效磷，不同年份水田和旱地土壤養(yǎng)分主要受農(nóng)戶每年施用氮肥和鉀肥影響明顯。因此，通過增施有機(jī)肥和改變施肥方式，可提高肥料利用率，尤其是氮、鉀肥利用率，并且能夠有效改善土壤理化性狀、提高土壤速效養(yǎng)分。

關(guān)鍵詞? ? 水田;旱地;耕地質(zhì)量;土壤養(yǎng)分;廣東惠州;惠城區(qū)

中圖分類號? ? S158? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）14-0176-03

珠江三角洲是我國工業(yè)化、城市化發(fā)展最快的地區(qū)之一，土地利用格局不斷發(fā)生著重大改變。惠城區(qū)作為惠州市主城區(qū)，地處珠江三角洲腹地，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，城郊結(jié)合型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大的變化，由原先以水稻種植為主逐漸演變?yōu)榧Z、果、蔬綜合發(fā)展的多種經(jīng)營模式[1]。在不同土地利用方式下，由于不同耕作制度及種植模式下肥料用量與施用方式、耕作方式等田間管理的差異，造成碳、氮、磷等養(yǎng)分濃度發(fā)生大幅變化[2]。以粵港澳大灣區(qū)規(guī)劃為契機(jī)，為適應(yīng)農(nóng)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的要求，保障糧食安全，發(fā)展效益農(nóng)業(yè)，及時(shí)了解研究區(qū)域土壤肥力的變化規(guī)律，對促進(jìn)研究區(qū)農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)增收及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文通過分析惠城區(qū)近5年耕地地力監(jiān)測點(diǎn)土壤養(yǎng)分含量及其變化動(dòng)態(tài)，對比分析水田和旱地2種土地利用方式下土壤養(yǎng)分變化趨勢和主成分分析，了解不同耕作模式對土壤理化性質(zhì)影響的差異及機(jī)理，為改善耕地利用現(xiàn)狀、合理利用土壤資源、發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)提供有力依據(jù)[3]。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 研究區(qū)域概況

惠州市惠城區(qū)位于東江中下游、珠江三角洲東部，光照充足、雨量充沛、水資源豐富，土壤自然條件較好，是珠三角的主要耕作區(qū)和重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地?；莩菂^(qū)下轄5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、8個(gè)街道辦事處，地貌類型有平原、丘陵和山地，成土母質(zhì)以砂礫巖、砂頁巖、花崗巖和河漫灘沖積物為主，土壤類型以水稻土、潮土和赤紅壤為主。惠城區(qū)作為惠州市主城區(qū)，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量發(fā)生了顯著變化。自20世紀(jì)90年代起，惠城區(qū)陸續(xù)建立了13個(gè)耕地地力長期監(jiān)測點(diǎn)，包括1個(gè)省級主點(diǎn)、5個(gè)省級副點(diǎn)、7個(gè)市級監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)分布在汝湖、馬安、橫瀝、蘆洲等4個(gè)農(nóng)業(yè)鎮(zhèn)（街）（表1）。將13個(gè)監(jiān)測點(diǎn)分成水田和旱地2種利用方式，其中水田8個(gè)、旱地5個(gè)。

1.2? ? 土壤樣品采集

每年冬種前采集耕層0～20 cm土壤，采用“S”法，均勻隨機(jī)采取5～10個(gè)采樣點(diǎn)，充分混合后，四分法留取2 kg。自然風(fēng)干，去除雜質(zhì)，分別過2 mm和0.149 mm篩，備用。

1.3? ? 樣品分析方法

有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀外加熱法;堿解氮測定采用堿解擴(kuò)散法;有效磷測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀用乙酸銨提取-火焰光度法;土壤pH值測定采用pH計(jì)電位法（土∶水=1.0∶2.5）。

1.4? ? 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用WPS Excel、SAS（SAS 8.0 Software，SAS ins-titute Inc.）和（ADE-4）[4]軟件。采用T檢驗(yàn)分析2013—2017年水田和旱地2種利用方式之間土壤pH值和主要養(yǎng)分含量差異。采用直線趨勢線方法，獲得各指標(biāo)年度變化趨勢，以趨勢線的斜率作為年度變化量（以年度變化量與起始年度的養(yǎng)分含量的比值作為年均變化百分比）。結(jié)合全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[5]將土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行分級。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 水田與旱地土壤pH值變化情況

從圖1可以看出，連續(xù)5年旱地pH值均值在5.3～5.8之間，根據(jù)第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，呈酸性到微酸;水田pH值均值在5.0～5.5之間，呈酸性。2種利用方式土壤pH值均呈現(xiàn)逐年上升趨勢，旱地年均增長0.09，水田年均增長0.06。說明研究區(qū)土壤酸化程度降低，旱地耕作模式更有利于提高土壤pH值，減輕土壤酸化程度。

2.2? ? 水田與旱地土壤有機(jī)質(zhì)變化情況

從圖2可以看出，水田土壤有機(jī)質(zhì)含量高于旱地，水田有機(jī)質(zhì)含量呈平穩(wěn)變化趨勢，旱地有機(jī)質(zhì)含量穩(wěn)中略降。水田有機(jī)質(zhì)含量為20.7～24.4 mg/kg，依照第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)劃分，處于三級水平，含量為中等;旱地有機(jī)質(zhì)含量為10.6～13.3 mg/kg，處于四級水平，含量中等偏低。說明研究區(qū)有機(jī)質(zhì)含量整體中等偏低，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.3? ? 水田與旱地土壤堿解氮變化情況

從圖3可以看出，除2016年以外，2013—2017年水田堿解氮含量均大于旱地，水田堿解氮含量呈降低趨勢，旱地堿解氮含量呈上升趨勢。水田堿解氮含量均值為92.5～116.0 mg/kg，依照第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)劃分，處于三級水平，含量為中等偏上水平;旱地堿解氮含量均值為85.0～123.0 mg/kg，處于二至四級水平，含量中等。

2.4? ? 水田與旱地土壤有效磷變化情況

由圖4可以看出，旱地有效磷含量高于水田，旱地平均值為41.8～68.9 mg/kg，屬于一級水平，含量極豐富;水田平均值為29.3～49.7 mg/kg，屬于一至二級水平，含量豐富。連續(xù)5年旱地和水田有效磷含量均呈現(xiàn)下降趨勢，旱地年降低率為4.6%，水田降低率為7.9%。這表明研究區(qū)土壤有效磷含量豐富，隨著平衡施肥技術(shù)推廣，農(nóng)戶注重平衡施肥，更多施配方肥，少施磷肥。

2.5? ? 水田與旱地土壤速效鉀變化情況

從圖5可以看出，水田速效鉀含量為61.1～123.9 mg/kg，屬于三至四級水平，含量中等，大致呈逐年遞減趨勢;旱地速效鉀含量為78.0～109.0 mg/kg，屬于三至四級水平，含量中等，呈現(xiàn)穩(wěn)中有增趨勢。2013年旱地速效鉀低于水田，2014—2017年旱地速效鉀含量均高于水田。可能原因：一是由于水田鉀肥易隨水流失;二是旱地種植的蔬菜和水果等需鉀量高，農(nóng)戶注重增施鉀肥或者施用高鉀配方肥。

2.6? ? 水田與旱地土壤肥力特性主成分分析

主成分分析可以實(shí)現(xiàn)對各指標(biāo)及主成分得分的綜合變異分析。本研究對水田和旱地13個(gè)樣點(diǎn)的5個(gè)土壤肥力指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析。結(jié)果表明，第一、二主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到52.63%，主成分分析載荷圖中箭頭代表各土壤性質(zhì)的矢量，矢量在2個(gè)主成分軸上的投影長短代表該變量與主成分的關(guān)系，投影越長，貢獻(xiàn)率越大;主成分得分圖代表各土地利用方式土壤綜合得分位置，其與該樣點(diǎn)在空間載荷圖上土壤性質(zhì)矢量的位置相對應(yīng)[6]。由圖6（a）可知，第一主成分方差貢獻(xiàn)率為31.35%，其主要與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和pH值變量密切相關(guān)。由圖6（b）可知，水田偏向于有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量高，有效磷和pH值低的方向，旱地則偏向于有效磷和pH值高，有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量低的方向（P<0.001）。第二主成分方差貢獻(xiàn)率為21.28%，其與堿解氮和速效鉀等變量密切聯(lián)系，這表明不同年份水田和旱地土壤養(yǎng)分主要受農(nóng)戶每年施用氮肥和鉀肥影響明顯。

3? ? 結(jié)論與討論

3.1? ? 結(jié)論

研究區(qū)整體土壤肥力中等，土壤呈酸性，有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量中等，有效磷含量豐富。旱地pH值高于水田，兩者均大致呈上升的變化趨勢。水田有機(jī)質(zhì)含量保持穩(wěn)定，旱地土壤有機(jī)質(zhì)略微降低。堿解氮含量水田高于旱地，且水田呈下降趨勢，旱地呈上升趨勢。旱地有效磷含量高于水田，兩者均下降。水田速效鉀含量下降，旱地穩(wěn)中有增。主成分結(jié)果顯示，水田耕作模式有利于土壤有機(jī)質(zhì)積累，旱地耕作模式有利于提高土壤pH值和有效磷含量，不同年份水田和旱地土壤養(yǎng)分主要受農(nóng)戶每年施用氮肥和鉀肥影響。因此，通過增施有機(jī)肥、改變施肥方式，提高肥料利用率，尤其是氮、鉀肥利用率，可以有效改善土壤理化性狀、提高土壤速效養(yǎng)分。

3.2? ? 討論

土壤肥力是土壤物理、化學(xué)、養(yǎng)分含量以及微生物等屬性的綜合體現(xiàn)[7]，農(nóng)田土壤養(yǎng)分的高低除受土壤本身的影響外，還與施肥及耕作制度有關(guān)[8]。經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)土壤肥力如何變化是許多農(nóng)業(yè)工作者比較關(guān)心的問題，本文對水田和旱地2種利用方式連續(xù)5年的土壤肥力演變進(jìn)行了分析。

土壤pH值是土壤的基本理化性質(zhì)之一，是反映土壤養(yǎng)分狀況的重要指標(biāo)，不僅影響土壤微生物活性，對土壤養(yǎng)分的形成、轉(zhuǎn)化、遷移和釋放等均有顯著的影響。水稻土的生境對土壤酸度有特殊的緩沖作用，隨著水稻種植年數(shù)的增加，水稻土?xí)饾u向中性方向發(fā)展，這與水稻土在淹水種植條件下土壤中鐵錳氧化物被還原時(shí)需消耗質(zhì)子有關(guān)[9]。研究區(qū)水田和旱地土壤pH值均呈微上升趨勢，說明土壤酸化問題得到了改善。主要原因是通過近幾年推廣測土配方施肥、水稻“三控”技術(shù)，施肥方式轉(zhuǎn)變，化肥施用量減少，尤其是在農(nóng)業(yè)面源污染治理項(xiàng)目區(qū)，化肥施用量大大減少，從而降低了施用過多化肥加劇土壤酸化的問題。另外，農(nóng)戶通過增施石灰、土壤調(diào)理劑調(diào)節(jié)土壤酸堿度。

研究區(qū)水田有機(jī)質(zhì)含量大于旱地，這與張? 晗等[10]、劉占仁等[11]研究結(jié)果一致。在全年淹水種植的條件下，由于土壤通氣性差，限制了還田秸稈的礦化，促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)的積累[8，12]。一方面，隨著水稻機(jī)械化種植規(guī)模增大，秸稈還田比例不斷增加;另一方面，散戶耕種有施用土雜肥的習(xí)慣，合作社、種糧大戶等新型經(jīng)營主體在追求經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也逐漸注重種養(yǎng)結(jié)合，會集中施用一次有機(jī)肥。旱地的有機(jī)質(zhì)含量低的原因可能是頻繁耕作（農(nóng)業(yè)翻耕）和過量施肥破壞了土壤結(jié)構(gòu)，土壤侵蝕嚴(yán)重，加速了土壤有機(jī)質(zhì)的分解[11]。何紅霞等[13]研究表明，土壤肥力低下，土壤中微生物多樣性低、活性低，導(dǎo)致秸稈腐解慢，還田秸稈礦化率低，礦化過程中部分碳會以CO2形式損失，不利于土壤有機(jī)質(zhì)的增加。

水田堿解氮含量大致呈現(xiàn)下降趨勢，旱地堿解氮含量穩(wěn)中有增。不合理施肥和長期高強(qiáng)度連作已引起露天菜地土壤出現(xiàn)氮累積，土壤全鹽和硝態(tài)氮含量明顯提高的土壤次生鹽漬化等演變趨勢[14]。水田和旱地土壤有效磷含量均呈現(xiàn)下降趨勢，但仍處于豐富水平。水田速效鉀含量降低，旱地速效鉀含量穩(wěn)中有增。童文彬等[15]研究表明，水田環(huán)境不利于速效鉀的積累和提升。耕作熟化程度越高的農(nóng)田，土壤養(yǎng)分含量也較為豐富，但隨著耕作年限的增加和復(fù)種指數(shù)的提高，偏施氮肥和氮、磷肥促進(jìn)農(nóng)作物產(chǎn)量的上升的同時(shí)也加劇了對土壤鉀素的消耗[11]。為了保持旱地高的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)注重增施鉀肥[16-17]。

主成分結(jié)果顯示，水田耕作模式有利于土壤有機(jī)質(zhì)積累，旱地耕作模式有利于提高土壤pH值和有效磷，不同年份水田和旱地土壤養(yǎng)分主要受農(nóng)戶每年施用氮肥和鉀肥影響明顯。因此，通過增施有機(jī)肥、改變施肥方式，提高肥料利用率，尤其是氮、鉀肥利用率，可以有效改善土壤理化性狀、提高土壤速效養(yǎng)分。

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