程國(guó)峰，黃 達(dá)，趙冬麗，王立強(qiáng)，程志杰

（1柘城縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河南 商丘 476200；2河南省土壤肥料站，鄭州 450003；3滑縣土壤肥料站，河南 安陽(yáng) 456400）

0 引言

潮土是發(fā)育在河流沉積物上的土壤類型。中國(guó)潮土區(qū)地勢(shì)平坦、有效土層深厚，生長(zhǎng)性狀良好[1]；面積為38488萬(wàn)hm2，占全國(guó)耕地面積的15.9%左右[2]，是中國(guó)的糧食生產(chǎn)主產(chǎn)區(qū)。河南省潮土分布區(qū)域廣、面積大，主要分布于黃淮海平原和南陽(yáng)盆地，其耕地面積占全省耕地面積的43.22%[3]。土壤肥力的概念有狹義和廣義之分。狹義的土壤肥力通常指土壤向植物生長(zhǎng)發(fā)育供應(yīng)養(yǎng)分的能力；而廣義的土壤肥力則為土壤物理、化學(xué)、生物性質(zhì)以及環(huán)境狀況的綜合體現(xiàn)。土壤肥力直接影響著作物生長(zhǎng)，關(guān)系著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，是決定作物產(chǎn)量高低的重要因子[4]。王樂(lè)等[5]指出，在華北潮土區(qū)，土壤地力對(duì)小麥產(chǎn)量的平均貢獻(xiàn)率48%，對(duì)玉米產(chǎn)量的平均貢獻(xiàn)率為51%，而土壤地力越高，說(shuō)明土壤肥力越高。馬常寶等[6]研究結(jié)果與之類似，即潮土區(qū)土壤肥力對(duì)小麥產(chǎn)量的平均貢獻(xiàn)率為51.4%，對(duì)玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為54.0%。唐旭等[7]通過(guò)研究水稻-大麥輪作體系18年定位試驗(yàn)指出，土壤肥力對(duì)大麥和水稻產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為69%和75%。國(guó)外長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果顯示，高肥力土壤在不施肥情況下，耕作50年后作物產(chǎn)量仍能夠保持較高水平；而在低肥力土壤不施肥情況下，作物產(chǎn)量則逐年降低[8]。在施用化肥的背景下，土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力由土壤基礎(chǔ)肥力和肥料投入共同決定[9]。土壤肥力對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率可能會(huì)因?yàn)椴煌瑓^(qū)位條件、不同作物類型、不同管理措施等因素呈現(xiàn)出明顯差異，但其影響效應(yīng)無(wú)法替代。本研究在區(qū)域耕地質(zhì)量調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)河南省潮土土壤肥力現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，以期為潮土區(qū)土壤養(yǎng)分管理提供決策服務(wù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

選擇河南省潮土區(qū)滑縣、柘城縣、睢縣3個(gè)典型行政縣域?yàn)檠芯繀^(qū)域?；h位于河南省北部，年平均氣溫13.7℃，年均降水量634.3 mm，年日照時(shí)數(shù)2365.5 h，無(wú)霜期201天。柘城縣位于河南省東部，年平均氣溫14.5℃，年均降水量781.9 mm，年日照時(shí)數(shù)2023.7 h，無(wú)霜期208天。睢縣位于河南省東部，年均氣溫14.0℃，年均水量701 mm，年日照時(shí)數(shù)2236.0 h。3個(gè)縣域均屬于溫帶季風(fēng)氣候，地形為平原。

1.2 數(shù)據(jù)獲取

2018年，為進(jìn)行耕地質(zhì)量調(diào)查和評(píng)價(jià)，在河南省滑縣、柘城縣和睢縣以666.7 hm2耕地作為一個(gè)調(diào)查單元，收集了經(jīng)緯度、地形地貌、土壤類型、土壤質(zhì)地、灌溉水平、生物多樣性、作物產(chǎn)量等信息，同時(shí)采集0～20 cm土壤樣品，一個(gè)土樣由15個(gè)分樣混合而成，然后用于實(shí)驗(yàn)室土壤養(yǎng)分含量檢測(cè)。共獲取調(diào)查點(diǎn)位375個(gè)，本研究選取了其中5個(gè)表征土壤肥力的指標(biāo)，其具體內(nèi)容及測(cè)定方法如下：

土壤pH：依據(jù)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土壤檢測(cè)第2部分：土壤pH的測(cè)定》(NY/T 1121.2—2006)測(cè)定。

土壤有機(jī)質(zhì)：依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《耕地質(zhì)量等級(jí)》(GB/T 33469—2016)測(cè)定。

土壤全氮：依據(jù)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土壤檢測(cè)第24部分：土壤全氮的測(cè)定自動(dòng)定氮儀法》(NY/T 1121.24—2012)測(cè)定。

土壤有效磷：依據(jù)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土壤檢測(cè)第7部分：土壤有效磷的測(cè)定》(NY/T 1121.7—2014)測(cè)定。

土壤有效鉀：依據(jù)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土壤速效鉀和緩效鉀含量的測(cè)定》(NY/T 889—2004)測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Microsoft Excel 2016和Sigmaplot 12.5對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和繪制圖表，運(yùn)用SPSS Statistics 26.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。采用K-均值聚類法將土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量分為4個(gè)等級(jí)。所涉及的土壤肥力要素含量數(shù)據(jù)（盒形圖）均以每組數(shù)據(jù)的中值表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀分析

如圖1所示，在375個(gè)調(diào)查樣本數(shù)據(jù)中，土壤pH變化范圍為 pH 7.3～8.7，平均為 pH 8.2，變異系數(shù)2.6%。說(shuō)明潮土區(qū)土壤屬中性和偏堿性。土壤有機(jī)質(zhì)含量變化范圍2.7～38.1 g/kg，平均為17.4 g/kg，變異系數(shù)28.8%。土壤全氮含量變化范圍0.4～1.74 g/kg，平均為1.11 g/kg，變異系數(shù)22.7%。土壤有效磷含量變化范圍3.3～99.0 mg/kg，平均為21.1 mg/kg，變異系數(shù)71.6%。土壤速效鉀含量變化范圍30～417 mg/kg，平均為141 mg/kg，變異系數(shù)45.9%。

圖1 潮土土壤肥力要素含量

2.2 土壤養(yǎng)分含量分級(jí)

利用K-均值聚類分析法將土壤養(yǎng)分含量分為4個(gè)等級(jí)。如表1所示，土壤有機(jī)質(zhì)含量4個(gè)分級(jí)范圍分別為＞23.6、18.1～23.6、12.2～18.1、＜12.2 g/kg，平均值分別為26.4、20.6、15.6、8.8 g/kg，每一分級(jí)樣本所占總樣本量的比例分別為8.0%、37.1%、41.3%、13.6%，第2、3分級(jí)共占比例為78.4%。

表1 土壤養(yǎng)分含量分級(jí)

土壤全氮含量分級(jí)范圍分別為＞1.35、1.09～1.35、0.85～1.09、＜0.85 g/kg，平均值分別為1.48、1.22、0.97、0.74 g/kg，每一分級(jí)樣本量所占總樣本的比例分別為18.4%、30.7%、35.7%、15.2%，第2、3分級(jí)共占比例66.4%。

土壤有效磷含量分級(jí)范圍分別為＞61.9、36.1～61.9、18.3～36.1、＜18.3 mg/kg，平均值分別為 79.0、48.9、24.4、12.2 mg/kg，每一分級(jí)樣本量所占總樣本的比例分別為2.7%、8.8%、32.0%、56.5%。

土壤速效鉀含量分級(jí)范圍分別為＞256、171～256、110～171、＜110 mg/kg，平均值分別為 308、205、136、84 mg/kg，每一分級(jí)樣本量所占總樣本的比例分別為6.4%、18.9%、38.4%、36.3%，第3、4分級(jí)共占比例74.7%。

2.3 土壤肥力主成分分析

如表2所示，按照指標(biāo)得分系數(shù)從大到小排列為土壤全氮＞有機(jī)質(zhì)＞pH＞速效鉀＞有效磷。第1、2、3主成分的特征值分別為2.638、0.946、0.702，對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率分別為52.766%、18.918%、14.043%，三者之和為85.727%，前兩者之和為71.683%，即第1、2主成分影響了土壤肥力全部變化的71.683%。由表3可以看出，土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷三個(gè)指標(biāo)是影響土壤肥力變化的主要因素。

表2 主成分特征值及其在總變異方差中的占比

表3 成分矩陣

3 結(jié)論

河南省潮土區(qū)土壤平均pH 8.2，土壤呈中性至偏堿性。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、平均含量分別為 17.4 g/kg、1.11 g/kg、21.1 mg/kg、141 mg/kg。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量主要處于中等水平；土壤有效磷含量、速效鉀含量整體處于低水平。土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷是潮土區(qū)土壤肥力的主要貢獻(xiàn)因子。

4 討論

王樂(lè)等[10]通過(guò)分析中國(guó)12個(gè)省、市、自治區(qū)51個(gè)潮土長(zhǎng)期耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，指出1997—2016年間潮土土壤pH呈下降趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)后期（2004—2016年）平均為pH 7.8；土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量整體呈上升趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)后期（2004—2016年）其平均含量分別為17.2 g/kg、1.06 g/kg、28.3 mg/kg、135 mg/kg；同時(shí)，其指出潮土區(qū)土壤全氮和有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的主要貢獻(xiàn)因子，培肥潮土的主要途徑是提升兩者含量。本研究結(jié)果除土壤速效磷含量降低了7.2 mg/kg，其他養(yǎng)分含量無(wú)較大差異。

本研究指出，土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷3個(gè)指標(biāo)是影響潮土土壤肥力變化的主要因素。而農(nóng)田土壤肥力在時(shí)間尺度上的變異主要源于人為因素，農(nóng)業(yè)管理措施尤其長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤理化性狀影響顯著。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，應(yīng)注重應(yīng)用增施有機(jī)肥、秸稈還田、采用保護(hù)性耕作等有助于提升土壤有機(jī)質(zhì)含量的技術(shù)措施。在目前大量施肥的情況下，土壤養(yǎng)分含量與肥料投入量息息相關(guān)。大量研究結(jié)果表明，過(guò)量施用氮肥已經(jīng)產(chǎn)生了負(fù)面效應(yīng)，如導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡，增加硝酸鹽淋失風(fēng)險(xiǎn)，不僅浪費(fèi)了氮素資源，而且污染了環(huán)境[11-13]。王樂(lè)等[5]分析指出，潮土區(qū)化肥投入量N:P2O5:K2O為1:0.41:0.61，顯然氮的投入量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磷鉀的投入量。因此，應(yīng)注重調(diào)整施肥結(jié)構(gòu)，平衡養(yǎng)分尤其氮素磷素投入量。

關(guān)于土壤養(yǎng)分豐缺分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，研究中大多利用專家經(jīng)驗(yàn)法，而且所涉及的區(qū)域范圍較廣。本研究利用K-均值聚類分析法將潮土土壤養(yǎng)分含量定量劃分為4個(gè)等級(jí)，具有較強(qiáng)的針對(duì)性。同時(shí)，關(guān)于土壤養(yǎng)分含量的最佳合理范圍或者閾值范圍缺乏相應(yīng)的研究，需要進(jìn)一步的深入研究。不過(guò)對(duì)于土壤磷含量閾值，已有研究進(jìn)行了定量分析。張珂珂等[14]研究結(jié)果表明，潮土區(qū)0～20 cm土層有效磷生態(tài)閾值為25 mg/kg，超過(guò)這一臨界值，則土壤磷素淋失風(fēng)險(xiǎn)增大，需要控制磷的投入量。郭斗斗等[15]指出，在土壤有效磷含量＜13.1 mg/kg范圍內(nèi)，潮土區(qū)小麥產(chǎn)量隨有效磷含量增加而增加，而當(dāng)＞13.1 mg/kg時(shí)，有效磷含量增加對(duì)小麥的產(chǎn)量沒(méi)有顯著影響，并且有效磷長(zhǎng)期處于盈余狀態(tài)，淋失風(fēng)險(xiǎn)增大。中國(guó)土壤速效磷與產(chǎn)量之間的農(nóng)學(xué)閾值范圍在10.9～21.4 mg/kg，其中冬小麥平均為16.3 mg/kg，夏玉米平均為15.3 mg/kg[16-17]。則本研究375個(gè)樣品中，22.9%的點(diǎn)位有效磷含量＞25 mg/kg，52.8%的點(diǎn)位＞16.3 mg/kg，57.9%的點(diǎn)位＞15.3 mg/kg，65.1%的點(diǎn)位＞13.1 mg/kg。若按照目前研究中確定的土壤有效磷閾值，潮土區(qū)有一半以上有效磷含量盈余，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)有針對(duì)性地減少磷投入量，盡可能提高土壤磷利用效率。