李明哲 王城坤

(塔里木大學信息工程學院，新疆 阿拉爾 843300)

引言

黨中央在2022年2月發(fā)布的中央一號文件中指出，要保證不發(fā)生返貧現(xiàn)象，要保障國家糧食安全。在基層單位，黨組織要發(fā)揮好領(lǐng)導作用，帶頭做好基層服務，農(nóng)村發(fā)展，鄉(xiāng)村治理，鄉(xiāng)村建設工作，推動鄉(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，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)科技進步程度決定農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度[1]。我國是一個人口眾多，但可耕地資源嚴重不足的國家，尤其是新疆地區(qū)，沙漠化嚴重，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、風沙土，肥沃性差。耕地肥力不足，在全國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、科技進步、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、鹽漬化嚴重，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響非常嚴重，導致農(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，對土壤理化性質(zhì)進行分析，從而因地制宜，精量施肥，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動具有重大意義。測土精量施肥，不僅能夠因地制宜，通過“一地一方案”，針對性地對作物品質(zhì)和產(chǎn)量施加影響，還對合理利用肥料、減少資源浪費、降低農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本、保護土壤生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境的持續(xù)發(fā)展具有深遠影響。王海波等[4]對果樹進行測土配方施肥的試驗，其中桃樹果實品質(zhì)指數(shù)增加30%以上，同時施肥量減少了40%以上。顏玉琦等[5]對江西省1092戶農(nóng)戶進行測土配方施肥技術(shù)的培訓，增強了農(nóng)戶耕地保護的技術(shù)能力，提高了農(nóng)戶保護生態(tài)環(huán)境的思想，促進了農(nóng)戶間農(nóng)業(yè)知識和技術(shù)的交流，農(nóng)戶對于測土精量施肥的采納意愿也很高[6]。曹環(huán)等[7]在對夏玉米進行測土配方施肥的產(chǎn)量和化肥利用率的研究結(jié)果表明，測土配方施肥技術(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]在對水稻進行測土精量施肥的研究中表明，測土精量施肥技術(shù)對水稻的產(chǎn)量提高有很大幫助，對水稻施肥質(zhì)量的提高很大，還對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對象，進行測土精量施肥研究，結(jié)果表明不僅能增加葡萄產(chǎn)量，改善果實品質(zhì)，還平衡了土壤中的各項營養(yǎng)成分，提升了土地地力。

1 土壤各項指標對土地肥力及作物的影響

近年來土地荒漠化、鹽漬化嚴重，可耕地面積較小，亂施肥現(xiàn)象嚴重。土壤是作物直接汲取養(yǎng)分的單位，土壤中各項理化指標直接影響著農(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，及時對耕地肥力做出評價，精量施肥，對農(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 土壤有機質(zhì)

在土壤的成分中，有機質(zhì)是很重要的成分之一，是土壤養(yǎng)分和作物營養(yǎng)的重要來源。有機質(zhì)的作用有以下幾點：對土壤孔隙度有改變作用；對土壤蓄水能力有提升作用；對土壤的物理性質(zhì)有改善作用；對農(nóng)作物生長發(fā)育有促進作用；對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。所以土壤中有機質(zhì)含量是評價土地肥力的重要標志。在目前耕地環(huán)境中，由于缺少自然植被的生長，土壤中有機質(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。所以人為施加有機肥對土地肥力和作物生長至關(guān)重要。

1.2 土壤全氮

土壤中無機態(tài)氮和有機態(tài)氮的總和，叫作土壤全氮，但土壤中的氮素，大多以有機態(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質(zhì)，所以土壤中氮素的含量會隨著有機質(zhì)的增加而增加。取土測定土壤的全氮含量，就是了解目標地塊中氮素的總儲量和對作物的供氮能力，以此來評價目標地塊的肥力，針對不同肥力調(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態(tài)氮和無機態(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質(zhì)的含量相關(guān)，堿解氮的含量標志著化肥的施加量、有機質(zhì)質(zhì)量、有機質(zhì)的含量高低，堿解氮含量是土壤氮素供應能力的標志，但其易受環(huán)境的影響。氮素是農(nóng)作物生長發(fā)育必不可缺的基本元素，當作物缺乏氮素時，會表現(xiàn)出葉片變黃、脫落，作物長勢差的問題。但氮素含量不是越高越好，氮素含量過高，會使作物出現(xiàn)倒伏的現(xiàn)象。因此測定土壤氮素含量，合理施加氮素，對作物生長有積極作用。

1.4 土壤速效磷

土壤中可以直接被作物生長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)分的評價標準之一，土壤中磷素的含量也能反映土壤磷素的儲量和供應潛力。作物缺磷會嚴重影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，在發(fā)育期會出現(xiàn)生長緩慢，葉片狹小、缺乏光澤等癥狀，磷素缺乏嚴重還可能出現(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供給養(yǎng)分，在土壤肥力評價中，速效鉀也是重要指標之一。在農(nóng)作物生長期及時測定土壤中速效鉀含量和變化，對指導精量施鉀肥十分重要。作物缺乏鉀可能會出現(xiàn)葉片顏色的變化，老葉變黃、葉尖變黃、組織壞死、器官畸形、生長發(fā)育遲緩或提前等問題。

1.6 土壤鹽漬化程度

我國土壤鹽漬化嚴重，尤其新疆南疆地區(qū)，土壤鹽漬化嚴重影響了作物的生長，甚至鹽漬化嚴重的地塊長不出植株，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內(nèi)外的難題。對土壤鹽漬化程度進行分析，對合理利用土地，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定方法，下面介紹幾種主要理化性質(zhì)的測定方法以及優(yōu)缺點。

2.1 土壤樣品采集和處理

在土壤樣本采集時，可以采用土鉆進行原狀土的采集，根據(jù)測土的具體需求，采集不同深度的土壤樣本。再根據(jù)不同理化指標的測定要求，對土壤進行風干、烘干或鮮土直接測定，風干土或烘干土再根據(jù)要求過篩，挑出雜質(zhì)，制備相應溶液進行測定。

2.2 有機質(zhì)測定

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定土壤有機質(zhì)含量時被大量采用的方法。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碳，把剩余的氧化劑進行回滴，計算消耗的氧化劑來計算有機碳量。堿液浸提比色法利用有機質(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)符合比爾定律來測定有機質(zhì)含量。水合熱比色法也是利用有機碳被氧化，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單都比較適合大批量樣本的測定。水合熱比色法則精度相對較低，但操作簡單，在滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求時也可以采用此方法。

2.3 全氮測定

測定土壤中全氮目前一般采用凱氏定氮法，利用凱氏定氮儀測定全氮有精度高、操作便捷等特點。儀器可以根據(jù)設定參數(shù)自動完成實驗步驟，且用時較短。相比傳統(tǒng)的化學分析法和半微量蒸餾法節(jié)省50%以上時間，非常適合土壤氮素測定以及作物含氮量測定[10]。隨著計算機科學與光譜分析的發(fā)展，目前也有學者研究基于隨機森林算法對土壤全氮高光譜估算，進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 堿解氮測定

堿解擴散法(擴散吸收法)和堿解蒸餾法經(jīng)常用于土壤堿解氮的測定。堿解擴散法是用硼酸吸收氨，再用標準酸滴定，通過水解氮的含量計算測定。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。堿解蒸餾法測定堿解氮的優(yōu)勢是測定穩(wěn)定性更高，堿解擴散法與之對比偏差相對較大，但也能滿足測土精量施肥的要求，可根據(jù)條件選取。

2.5 速效磷測定

一般采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法對土壤速效磷含量進行測定。因為速效磷多以磷酸一鈣和磷酸二鈣的狀態(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，藍色深淺在一定濃度范圍內(nèi)與磷的含量成正比，以此來測定土壤中速效磷的含量。在測定不同土質(zhì)中的速效磷時，應根據(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)合計算機算法對土壤速效磷和速效鉀含量進行測定研究，提出了預測精度高且適合范圍廣的方法。

2.6 速效鉀測定

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

2.7 鹽漬化程度評價

土壤鹽漬化程度也是評價土壤質(zhì)量的標準之一，特別對于我國西北干旱地區(qū)，有很強的實用意義。土壤鹽漬化程度一般用單位土壤溶液的電導率進行評價，土壤電導率一般采用電極法。取自然風干土樣，以1∶5的比例加入蒸餾水，攪拌均勻，靜置6h，把電導儀的2個電極插入制備好的溶液，即可求得電導率，以此來對該土壤樣本做出鹽漬化評價，進行相應應對措施。目前也有利用多源光譜技術(shù)和農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)對土壤鹽漬化程度進行大范圍的監(jiān)測和評價[14,15]。

3 總結(jié)與展望

測土配方精量施肥，是因地制宜，實施精準農(nóng)業(yè)的一項措施，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)層面和基礎層面對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)輔以指導，以期達到增產(chǎn)增效，養(yǎng)地保土，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標。在測土精量施肥時要遵循以下原則：氮磷鉀和有機肥相互配合的原則；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；有機肥和無機肥相配合的原則。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。因此對土壤中的養(yǎng)分進行補充是非常必要的，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)生長以及土壤的活力。由于我國傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)方式，再加上施肥方法落后，施肥技術(shù)不當，導致肥料利用率低下，造成了大量的肥料和資金浪費。這就突出了測土精量施肥的作用，部分地區(qū)也進行了測土精量施肥的技術(shù)推廣，也得到了廣大農(nóng)戶的響應。目前我國的肥料利用率非常低下，整體當季利用率僅為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)達國家，肥料的當季利用率能達到60%左右。通過測土精量施肥技術(shù)的推廣和應用，能逐步提高我國的肥料利用率，優(yōu)化我國農(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。