孟 博，周一帆，楊林生，彭國政，李加群，鄧 燕*

勐海縣甘蔗土壤養(yǎng)分空間分布特征及肥力評價①

孟 博1，周一帆1，楊林生1，彭國政2，李加群3，鄧 燕1*

(1 西南大學資源環(huán)境學院/長江經(jīng)濟帶農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究中心，重慶 400716；2 云南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，昆明 650201；3 勐?？h農(nóng)業(yè)技術推廣中心，云南勐海 666200)

對勐?？h10個甘蔗生產(chǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行土壤調(diào)研取樣，共采集0 ～ 20 cm土層樣品200份，測定了土壤pH、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量，運用ArcGIS 的Kriging插值法分析了蔗區(qū)土壤肥力現(xiàn)狀與空間分布特征，并采用改進后的Nemerow綜合指數(shù)法評價了土壤的肥力等級。結(jié)果表明：勐海縣蔗區(qū)土壤主要為酸性(pH 4.5 ～ 5.5)土壤，占比高達73.5%，pH<4.5的強酸性土壤占比9.5%；有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量總體較高，中等及以上等級占比分別為88.5%、83.5%、71.0%、91.5%、73.5%、85.0%。從空間分布特征看，勐?？h南部土壤pH較高，有機質(zhì)和速效氮磷鉀含量偏低的區(qū)域主要在西部和南部部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，交換性鈣鎂含量則在西北部和中東部部分區(qū)域偏低。蔗區(qū)土壤肥力綜合指數(shù)為1.52，土壤肥力等級為Ⅱ級，即中等偏上肥力水平。總之，勐海縣蔗區(qū)土壤普遍呈酸性，大部分土壤肥力水平整體較高，只有個別地區(qū)部分養(yǎng)分含量較低，養(yǎng)分條件總體上適合甘蔗的生長。

甘蔗；土壤養(yǎng)分；GIS；土壤肥力評價

勐海縣位于我國西南邊陲，屬于熱帶、亞熱帶季風氣候，全年日照充足，降雨充沛，光熱水資源十分豐富，適合甘蔗生長。勐?？h2019年甘蔗種植面積為1.35 萬hm2，產(chǎn)量為104.16萬t[1]，是云南省主要的產(chǎn)蔗及產(chǎn)糖縣之一[2]。在有限的土地面積上，如何提高甘蔗單產(chǎn)是勐?？h發(fā)展蔗糖業(yè)面臨的主要問題之一[3]。土壤是甘蔗生存和生長的物質(zhì)基礎，而土壤肥力是土壤物理、化學、生物屬性的綜合體現(xiàn)。評價土壤肥力重要指標之一是土壤養(yǎng)分，其含量高低關系著甘蔗的生長發(fā)育以及甘蔗的品質(zhì)與產(chǎn)量。研究表明，了解甘蔗種植區(qū)的土壤養(yǎng)分豐缺狀況，對甘蔗高產(chǎn)高糖的施肥指導具有重要的現(xiàn)實意義[4]。由于氣候、地形、成土母質(zhì)、栽培管理措施的差異，各蔗區(qū)的土壤養(yǎng)分問題不盡相同。如云南省耿馬縣蔗區(qū)土壤主要缺乏磷和鉀[5]，云南省新平縣蔗區(qū)土壤主要缺乏有機質(zhì)、氮和鉀[6]，廣西桂南蔗區(qū)土壤肥力總體水平不高、有機質(zhì)偏低[7]。除了分析土壤養(yǎng)分含量豐缺狀況，許多學者將GIS 和地統(tǒng)計學方法相結(jié)合，系統(tǒng)揭示特定區(qū)域土壤養(yǎng)分的空間分布特征，為制定精準的土壤和施肥管理對策提供了更可靠的依據(jù)。如，王秀華等[8]采用地統(tǒng)計學的 Kriging 插值法對西雙版納州的耕地土壤養(yǎng)分時空變化進行了研究，以此對全州的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理進行指導。勐海縣作為云南省甘蔗主產(chǎn)區(qū)之一，當前甘蔗土壤養(yǎng)分限制因子還未明確，無法針對性指導科學施肥以增加甘蔗產(chǎn)量。因此，本研究通過調(diào)研廣泛采集勐海縣甘蔗種植區(qū)土壤樣品，對主要養(yǎng)分指標進行測定，分析土壤養(yǎng)分空間分布特征，并綜合評價土壤肥力狀況，以為勐?？h蔗區(qū)土壤改良及精準施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 土樣采集與處理

本次調(diào)研于2020年10月開展，調(diào)研區(qū)域包括勐海縣西定鄉(xiāng)、勐阿鎮(zhèn)、勐遮鎮(zhèn)、勐滿鎮(zhèn)、勐往鄉(xiāng)、勐海鎮(zhèn)、勐宋鄉(xiāng)、勐混鎮(zhèn)、格朗和鄉(xiāng)和布朗山鄉(xiāng)10個主要甘蔗種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)。其中，甘蔗種植面積最大的是西定鄉(xiāng)，其次為勐遮鎮(zhèn)、勐阿鎮(zhèn)、勐滿鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。調(diào)研取樣點如圖1所示，本次共采集土壤樣品200 份。采樣時，利用GPS定位，每個調(diào)研地塊采集0 ～ 20 cm土層的土壤樣品，避開施肥位置按照“S”型路線隨機選擇5點取樣，樣品混合后，用四分法取1 kg左右的樣品代表該地塊土壤。所有樣品做好取樣標簽，帶回實驗室。土樣放在陰涼通風的樣品室風干，去掉植物根系、小礦石等雜質(zhì)，用橡膠錘粉碎后過2 mm篩、瓷研缽磨碎后過0.15 mm篩，分別用于不同土壤指標測定。

(該圖基于國家測繪地理信息局標準地圖服務網(wǎng)站下載的審圖號為GS(2017)1267 號的標準地圖制作，底圖無修改；下同)

1.2 測定項目與方法

依據(jù)鮑士旦[9]主編的《土壤農(nóng)化分析》對土壤樣品進行檢測。測試項目及方法如下：土壤pH(土水質(zhì)量比1︰2.5)采用電位計法測定；有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)測定；堿解氮含量采用堿解擴散法測定；有效磷含量采用氟化銨–鹽酸浸提，紫外分光光度法測定；速效鉀含量測定采用乙酸銨提取，火焰光度法測定；交換性鈣和交換性鎂含量采用乙酸銨浸提，原子吸收光譜法測定。

1.3 土壤養(yǎng)分等級分析

土壤pH分級及土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量分級標準參照曾艷等[10]介紹的甘蔗土壤養(yǎng)分分級標準，詳見表1、表2。

1.4 土壤養(yǎng)分空間分析

地理信息系統(tǒng)(geographical information system，GIS)是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，借助計算機功能進行分析、模擬以及顯示空間相關數(shù)據(jù)的一種時空信息系統(tǒng)。系統(tǒng)通過運用地理模型處理功能可為揭示土壤養(yǎng)分空間分布特征提供理論依據(jù)[11]。Kriging 插值法是利用原始數(shù)據(jù)和半方差函數(shù)的結(jié)構特點，對未知采樣點區(qū)域進行最優(yōu)、無偏估計的一種方法[12]。本研究采用 ArcGIS 提供的 Ordinary Kriging 方法，對研究區(qū)土壤7項指標作空間插值分析，得出其空間分布。

表1 土壤pH分級標準

表2 土壤養(yǎng)分分級標準

1.5 土壤肥力綜合評價

與單因素評價相比，土壤綜合肥力評價更能真實反映土壤質(zhì)量。本研究選取測定的7個指標對勐?？h蔗區(qū)土壤進行綜合肥力評價，采用修正的Nemerow綜合指數(shù)法計算土壤肥力綜合指數(shù)[13]。

土壤肥力指標高低評價標準，一是根據(jù)評價目的參考相關標準，選定適宜的指標體系，確定相應的各指標標準值(S)；二是根據(jù)表3和表4建議作為評價標準值(S)或單項肥力指數(shù)(P)。本研究采用改進后的Nemerow法，進行單項及綜合肥力指數(shù)計算。

單項肥力指數(shù)：

P=C/S(1)

式中：P為土壤中指標的單項肥力指數(shù)，P越高表明該指標越豐富，肥力越高；C為土壤中指標的實測數(shù)據(jù)；S為土壤中指標的評價標準值(本研究標準值參照表3和表4)。

土壤肥力綜合指數(shù)：

=(2)

本研究通過計算土壤肥力綜合指數(shù)，并采用表5[10]中建議對研究區(qū)土壤綜合肥力進行劃分。

表3 土壤肥力評價指標參考標準值

表4 土壤pH單項肥力指數(shù)

1.6 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用 Excel 2016、SPSS 21.0軟件對數(shù)據(jù)進行整理、分析。

表5 土壤綜合肥力等級劃分[10]

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH、有機質(zhì)及養(yǎng)分現(xiàn)狀

從表6可知，研究區(qū)所有土樣均表現(xiàn)為偏酸性，其中酸性(pH 4.5 ～ 5.5)土壤占比高達73.5%，且有9.5% 屬于pH<4.5的強酸性土壤。土壤有機質(zhì)含量處于高等級土樣比例最大，達31.0%，極高等級土樣占28.0%，研究區(qū)土壤有機質(zhì)含量總體處于較高水平(表7)。土壤堿解氮含量處于高和極高水平的土樣比例約占60%，總體較豐富。土壤平均有效磷含量處于較高水平，處于高和極高等級的土樣占比42.0%，但有29.0% 的土樣有效磷缺乏。土壤速效鉀的含量處于高和極高等級的土樣比例高達78.0%，總體處于豐富水平。土壤交換性鈣和鎂含量總體處于較高水平，分別有73.5% 和85.0% 的土樣處于中等及以上等級。有效磷、速效鉀和交換性鈣鎂含量的變異范圍均較大，其中速效鉀的變異性最大。

2.2 土壤pH、有機質(zhì)與有效養(yǎng)分的相關性

從表8 可知，調(diào)研土壤pH與速效鉀(= 0.282**)、交換性鈣(=0.593**)和交換性鎂(=0.566**)含量均呈極顯著的正相關關系，與土壤有機質(zhì)(= –0.184**)和堿解氮(= –0.270**)含量呈極顯著的負相關關系；土壤有機質(zhì)與堿解氮(=0.458**)和有效磷(=0.220**)含量極顯著正相關，而與交換性鎂(= –0.14**)含量極顯著負相關。

2.3 土壤pH、有機質(zhì)及養(yǎng)分空間分布特征

2.3.1 土壤pH及有機質(zhì) 從圖2可知，勐?？h蔗區(qū)土壤除南部和北部小部分土壤表現(xiàn)為弱酸性，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)大多表現(xiàn)為酸性，沒有堿性土壤。10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中布朗山鄉(xiāng)的pH平均值最高，為5.59，酸性土壤占比為60.0%；勐遮鎮(zhèn)的pH平均值最低，為4.90，酸性土壤占比高達75.0%，強酸性土壤占比為20.0%。

表6 勐海縣蔗區(qū)土壤pH狀況

表7 勐?？h蔗區(qū)土壤養(yǎng)分狀況

表8 勐海縣蔗區(qū)土壤養(yǎng)分相關性

注：** 表示在<0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關。

勐?？h中東部蔗區(qū)土壤有機質(zhì)含量總體處于豐富水平，北部及西部部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤有機質(zhì)含量多為中等水平，而在西南部有機質(zhì)含量則較低(圖2)。10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中格朗和鄉(xiāng)有機質(zhì)含量平均值最高，為42.97 g/kg，其中極高和高等級土壤占比為80.0%；勐滿鎮(zhèn)的有機質(zhì)含量平均值最低，為26.00 g/kg，其中低等級土壤占比為35.0%。

2.3.2 土壤堿解氮、有效磷及速效鉀 勐?？h蔗區(qū)土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量空間分布特征如圖3所示。中部和北部蔗區(qū)土壤堿解氮含量大多處于豐富水平，南部多處于中低或極低水平。10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中勐遮鎮(zhèn)的堿解氮含量平均值最高，為135.27 mg/kg，其中極高和高等級共占比為85.0%；勐混鎮(zhèn)的堿解氮含量平均值最低，為49.73 mg/kg，其中低和極低等級占比為80.0%。

勐?？h蔗區(qū)土壤有效磷含量呈東西部偏低、中部及南北部較高的分布趨勢。10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中勐阿鎮(zhèn)有效磷含量平均值最高，為38.24 mg/kg，其中極高和高等級土壤共占比為75.0%；勐宋鄉(xiāng)有效磷含量平均值最低，為10.76 mg/kg，其中低和極低等級土壤占比為50.0%。

圖2 勐?？h蔗區(qū)土壤pH和有機質(zhì)含量空間分布特征

圖3 勐海縣蔗區(qū)土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量空間分布特征

勐?？h蔗區(qū)土壤速效鉀含量總體處于較豐富水平，較缺乏的區(qū)域集中在東南部和西北部部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)。10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中勐遮鎮(zhèn)速效鉀含量平均值最高，為405.05 mg/kg，其中極高和高等級土壤共占比為85.0%；勐滿鎮(zhèn)速效鉀含量平均值最低，為97.20 mg/kg，其中低和極低等級土壤占比為30.0%。

2.3.3 土壤交換性鈣及交換性鎂 勐海縣蔗區(qū)土壤交換性鈣鎂含量空間分布特征見圖4。大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤交換性鈣含量豐富，僅在東部和西北部少數(shù)地區(qū)表現(xiàn)為中低水平。10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中勐往鄉(xiāng)交換性鈣含量平均值最高，為2 108.00 mg/kg，其中高等級土壤共占比為75.0%；格朗和鄉(xiāng)交換性鈣含量平均值最低，為612.00 mg/kg，其中低和極低等級土壤占比為50.0%。

圖4 勐?？h蔗區(qū)土壤交換性鈣和交換性鎂含量空間分布特征

同樣，勐海縣蔗區(qū)土壤交換性鎂含量總體豐富，僅在西北部和中部少部分地區(qū)表現(xiàn)為中等偏低水平。10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中勐往鄉(xiāng)交換性鎂含量平均值最高，為500.40 mg/kg，其中高等級土壤占比為80.0%；勐海鎮(zhèn)交換性鎂含量平均值最低，為89.04 mg/kg，其中低和極低等級土壤占比為35.0%。

2.4 土壤綜合肥力評價

從表9可知，勐?？h蔗區(qū)土壤堿解氮的單項肥力指數(shù)最低，為1.00，有效磷的單項肥力指數(shù)最高，為2.95，土壤綜合肥力指數(shù)為1.52，肥力等級為Ⅱ級，處于中等偏高肥力水平。單項肥力指數(shù)排序依次為：堿解氮P≥1.7)，分別為2.75、2.95、2.76、1.73和2.02，占所有測定指標之和的71.4%；pH和堿解氮的單項肥力指數(shù)達到Ⅱ級(0.9≤P<1.7)，分別為1.50和1.00，占所有測定指標之和的28.6%。

3 討論

此次調(diào)研結(jié)果表明，勐?？h蔗區(qū)酸性(pH 4.5 ～ 5.5)土壤占比高達73.5%，且有近10% 屬于pH<4.5的強酸性土壤。土壤酸堿性是土壤理化性狀的基礎，對土壤肥力、養(yǎng)分循環(huán)、微生物活性以及甘蔗的生長發(fā)育均有明顯影響[14]。甘蔗最適宜生長的土壤pH范圍是6.1 ～ 7.7[15]，土壤過酸會導致土壤陽離子交換量和鹽基飽和度降低、土壤礦物質(zhì)營養(yǎng)元素缺乏等現(xiàn)象，從而影響甘蔗的產(chǎn)量及品質(zhì)[16-17]。本次調(diào)研發(fā)現(xiàn)，土壤pH與速效鉀和交換性鈣鎂含量均呈極顯著的正相關關系，表明較高的pH有利于鉀鈣鎂養(yǎng)分的供應。導致土壤呈現(xiàn)酸性的原因很多，而土壤自然酸化的過程比較緩慢，因此人為活動的增加是造成土壤酸化加劇的主要因素[18]。研究表明，農(nóng)田土壤酸化加劇主要是因為大量化學肥料尤其是尿素和銨態(tài)氮肥的不合理施用[14]。本次調(diào)研中土壤pH與堿解氮含量之間呈極顯著的負相關關系，也可以表明偏施氮肥對土壤pH的影響。古慧娟等[19]研究表明，緩/控釋肥料可以在作物不減產(chǎn)的基礎上明顯提高肥料利用率，從而減少氮的輸入，減輕土壤酸化作用。大量研究表明，蔗葉還田不僅可以提高蔗田土壤pH，還可以增有機質(zhì)和速效氮磷鉀含量，培肥地力，促進甘蔗生長[20]。龐孜欽等[21]研究表明，在酸化程度較高的土壤上施入適量石灰可以直接減輕土壤酸化，提高土壤養(yǎng)分有效性，還可以增加微生物物種豐富度，抑制土壤中致病微生物功能。勐海蔗區(qū)針對土壤普遍酸化的問題，應綜合采用多種措施改良酸性土壤，尤其是酸化比較嚴重的西南部區(qū)域應重視。

表9 勐?？h蔗區(qū)土壤肥力檢測與結(jié)構分析

郭家文等[16,22]2005—2008年對云南甘蔗主產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分的研究表明，云南蔗區(qū)土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷含量處于中等偏低水平，速效鉀含量處于中等偏高水平。王秀華等[8]對西雙版納州1983年和2013年的耕地土壤養(yǎng)分進行時空變化分析，結(jié)果表明西雙版納州耕地土壤肥力處于中等偏上水平，堿解氮和速效磷含量呈明顯上升趨勢。本次調(diào)研發(fā)現(xiàn)，勐?？h蔗區(qū)土壤肥力總體較高，與前人研究相比，主要養(yǎng)分水平有所上升。土壤有機質(zhì)含量的上升可能與當?shù)赝茝V酒精廢液施用、蔗葉還田等措施有關。本研究中，土壤有機質(zhì)與堿解氮和有效磷含量極顯著正相關，表明土壤有機質(zhì)含量增加有助于提高土壤氮磷供應水平，需要繼續(xù)推廣提升土壤有機質(zhì)的措施。除了有機質(zhì)水平升高的影響，土壤氮磷鉀速效養(yǎng)分含量上升主要與甘蔗生產(chǎn)中氮磷鉀肥的大量施用有關[2]。氮磷鉀肥合理施用可以增產(chǎn)增糖，但過量施用增加了種植成本，也加大了環(huán)境污染風險，最好結(jié)合基礎地力進行合理施肥。從養(yǎng)分空間分布特征可知，勐?？h西部和南部部分區(qū)域土壤速效氮磷鉀含量偏低，尤其是有效磷缺乏的比例近30%?？傮w來說，勐海縣蔗區(qū)應根據(jù)當前土壤氮磷鉀養(yǎng)分含量水平，針對性制定進一步提升或維持養(yǎng)分水平的施肥推薦策略，并且基于“4R”的施肥原則從施肥量、施肥時期、肥料形態(tài)和施肥位置這4方面探索氮磷鉀肥高效利用的途徑。雖然勐?？h蔗區(qū)土壤交換性鈣鎂含量總體較豐富，但在西北和中東部區(qū)域有部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)存在含量較低的情況，主要是勐滿鎮(zhèn)、勐海鎮(zhèn)和格朗和鄉(xiāng)，這些區(qū)域需因地制宜，推廣鈣鎂肥與氮磷鉀大量元素肥料配合施用，爭取更好的經(jīng)濟效益與生態(tài)效益[23]。

本研究主要對勐?？h蔗區(qū)土壤pH、有機質(zhì)及大量營養(yǎng)元素現(xiàn)狀進行了調(diào)研分析，未對土壤物理、生物學性狀及微量元素含量做更多探討，今后需要進一步開展工作，以更加全面了解勐海蔗區(qū)土壤肥力狀況。

4 結(jié)論

勐?？h蔗區(qū)土壤以酸性為主，土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量均處于較高水平，土壤肥力總體較高，大部分種植區(qū)域比較適合甘蔗生長。建議勐?？h蔗區(qū)重視土壤酸化的治理，合理施用氮磷鉀肥料，做好蔗葉還田和酒精廢液合理施用，繼續(xù)提高土壤肥力。

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Nutrient Spatial Distribution and Fertility Evaluation of Sugarcane Soils in Menghai County

MENG Bo1, ZHOU Yifan1, YANG Linsheng1, PENG Guozheng2, LI Jiaqun3, DENG Yan1*

(1 College of Resources and Environment, Southwest University, Interdisciplinary Research Center for Agriculture Green Development in Yangtze River Basin, Chongqing 400716, China; 2 College of Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China; 3 Menghai County Agricultural Technology Extension Center, Menghai, Yunnan 666200, China)

The field survey was conducted in 10 sugarcane-growing towns in Menghai County, and a total of 200 soil samples were collected from the 0–20 cm layer to determine soil pH, organic matter (OM), alkali-hydrolyzable nitrogen (AN), available phosphorus (AP) and potassium (AK), exchangeable calcium (Ca2+) and magnesium (Mg2+). ArcGIS Kriging interpolation method was used to study the spatial distributions of soil fertility indicators, and improved Nemerow comprehensive index method was applied to evaluate soil comprehensive fertility. The results showed that soil is serious acid, 73.5% and 9.5% of soil samples was in pH 4.5–5.5 and pH<4.5. OM, AN, AP, AK, Ca2+and Mg2+were generally high, with the proportions of the medium and high grades of 88.5%, 83.5%, 71.0%, 91.5%, 73.5%, and 85.0%, respectively. pH was higher in the south, while low levels of OM, AN, AP, AK mainly occurred in the west and south, and low levels of Ca2+and Mg2+were mostly in the northwest and middle-east. The comprehensive soil fertility index was meanly 1.52, belonged to the grade II (middle to high fertility level). In conclusion, soils in sugarcane area of Menghai are mainly acid and the fertility is high in most regions, suitable for sugarcane-growing.

Sugarcane; Soil nutrients; GIS; Soil fertility evaluation

S158

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.02.009

孟博, 周一帆, 楊林生, 等. 勐?？h甘蔗土壤養(yǎng)分空間分布特征及肥力評價. 土壤, 2022, 54(2): 277–284.

財政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系項目(CARS-170210)資助。

(dyan0907@swu.edu.cn)

孟博(1997—)，男，河南省駐馬店人，碩士研究生，研究方向為作物養(yǎng)分管理。E-mail：mengbo7@email.swu.edu.cn