劉夢(mèng)丹,胡思敏,王宗抗

(1.深圳時(shí)代融創(chuàng)生態(tài)科技有限公司,廣東深圳 518000;2.深圳市芭田生態(tài)工程股份有限公司,廣東深圳 518000)

深汕特別合作區(qū)位于粵港澳大灣區(qū)最東端,是深圳市的一塊飛地,總面積為468.3 km2,作為深圳市主要的糧食作物生產(chǎn)區(qū),2022年糧食種植面積1 580 hm2[1],其中旱地種植面積約占55%,是深汕特別合作區(qū)主要耕地利用類型之一。薯類、玉米、蔬菜等作物是該區(qū)主要的旱地作物。旱地土壤肥力是旱地作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要基礎(chǔ)資源,已有研究表明,長(zhǎng)期不同的耕作模式、施肥模式使旱地土壤肥力發(fā)生演變,進(jìn)而影響旱地作物的生長(zhǎng)發(fā)育[2-4]。童文彬等[5]比較研究了浙江省紅壤丘陵區(qū)旱地與水田土壤肥力的差異,發(fā)現(xiàn)旱地的土壤酸度大于水田,且與自然紅壤相比,旱地的土壤全氮、有效磷和速效鉀含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì),有機(jī)質(zhì)含量和 pH 呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。蔡澤江等[6]通過(guò)調(diào)查采樣分析增城區(qū)3種耕地利用類型(水田、水澆地和旱地)下土壤的pH、交換性酸、有機(jī)質(zhì)、陽(yáng)離子交換量、全量養(yǎng)分、速效養(yǎng)分含量及其相互關(guān)系,發(fā)現(xiàn)旱地土壤酸度最強(qiáng),且耕地利用類型是影響土壤酸度的主要因素之一。李大明等[7]研究長(zhǎng)期不同施肥措施下紅壤旱地的培肥效果、養(yǎng)分遷移特征,發(fā)現(xiàn)連續(xù)施肥 28 a后,紅壤旱地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、速效鉀等含量均隨著土壤深度增加逐步降低,長(zhǎng)期施用有機(jī)肥可以緩解耕層土壤的酸化、提高耕層土壤肥力水平。此外,該地區(qū)水熱資源豐富,土壤常年受強(qiáng)烈的淋溶、風(fēng)化作用,加劇了土壤肥力衰退,阻礙旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展[8-9]。因此,探明深汕特別合作區(qū)旱地土壤肥力狀況,對(duì)保障該區(qū)糧食安全、全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興具有重要意義。然而,前人對(duì)旱地土壤肥力的研究大多在一定的耕作模式、施肥模式及農(nóng)藝措施等試驗(yàn)條件下獲得,而在實(shí)際生產(chǎn)中的施肥模式、耕作模式及農(nóng)藝措施更為復(fù)雜,且針對(duì)深汕特別合作區(qū)旱地的土壤肥力狀況研究尚缺乏,前人研究的土壤肥力狀況具有明顯的區(qū)域差異,未能科學(xué)指導(dǎo)深汕特別合作區(qū)旱地作物生產(chǎn)。為了更全面地了解深汕特別合作區(qū)旱地土壤肥力狀況,該研究通過(guò)采集深汕特別合作區(qū)鵝埠、赤石、小漠、鲘門4個(gè)鎮(zhèn)的旱地土壤表層(0～20 cm)樣品,測(cè)定有機(jī)質(zhì)、大量元素及微量元素含量等土壤肥力關(guān)鍵指標(biāo),根據(jù)《廣東土壤》土壤肥力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)當(dāng)?shù)睾档赝寥婪柿顩r進(jìn)行分析評(píng)價(jià)[10],以期為深汕特別合作區(qū)旱地土壤肥力提升、土壤環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局及農(nóng)業(yè)新技術(shù)新產(chǎn)品推廣應(yīng)用等提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土樣采集及處理于2021年11月在深汕特別合作區(qū)的水稻田采集土樣,共計(jì)調(diào)查采集47個(gè)旱地的土壤樣品,其中鵝埠鎮(zhèn)6個(gè)、赤石鎮(zhèn)35個(gè)、小漠鎮(zhèn)2個(gè)、鲘門鎮(zhèn)4個(gè)。因赤石鎮(zhèn)為深汕特別合作區(qū)的主要糧食作物種植區(qū),旱地種植面積遠(yuǎn)大于鵝埠鎮(zhèn)、小漠鎮(zhèn)和鲘門鎮(zhèn),因此取樣點(diǎn)設(shè)置符合《測(cè)土配方施肥技術(shù)規(guī)程》(NY/T 2911)相關(guān)要求,可以代表該區(qū)域旱地土壤肥力狀況。每個(gè)取樣點(diǎn)按“S”型采樣法采集深度0～20 cm的土壤樣品,所取樣品均勻混合后采取四分法留取1 kg左右,風(fēng)干后研磨分別過(guò)0.25和2.00 mm篩后測(cè)定土壤肥力指標(biāo)。

1.2 試驗(yàn)方法研究選取11項(xiàng)土壤肥力指標(biāo)(包括土壤pH、有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀、有效硼、鐵、錳、銅、鋅含量等)為評(píng)價(jià)指標(biāo),并采用常規(guī)方法測(cè)定[11-12],具體如下:土壤pH測(cè)定采用水浸-電位法;有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-硫酸消化法;銨態(tài)氮采用靛酚藍(lán)比色法;硝態(tài)氮采用酚二磺酸比色法;有效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法;速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法;有效硼采用沸水浸提-甲亞胺比色法;有效鐵、錳、銅、鋅采用DTPA-TEA 浸提-原子吸收法。

1.3 數(shù)據(jù)處理采用Excel軟件對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。土壤變異系數(shù)(CV)可用以表示土壤養(yǎng)分指標(biāo)的離散程度,CV<15%為弱變異性,15%≤CV<75%為中等變異性,CV≥75%為強(qiáng)變異性[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH綜合評(píng)價(jià)分析由表1可知,土壤pH變化范圍為3.32～7.25,平均值為5.06,屬于酸性土壤,變異系數(shù)為13.45%,屬于弱變異性。從深汕特別合作區(qū)旱地土壤酸堿度分級(jí)狀況(表2)[10]可知,極強(qiáng)酸性土壤占2.13%、強(qiáng)酸性土壤占12.77%、酸性土壤占61.70%、弱酸性土壤占19.15%、中性土壤占4.25%,說(shuō)明深汕特別合作區(qū)旱地土壤大體處于弱酸性到強(qiáng)酸性范圍,且有14.90%的土壤處于強(qiáng)酸性到極強(qiáng)酸性范圍。

表1 旱地土壤各指標(biāo)評(píng)價(jià)

表2 旱地土壤酸堿度分級(jí)

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)與氮磷鉀養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)分析土壤有機(jī)質(zhì)含量范圍為1.51～180.00 g/kg,平均含量為23.32 g/kg,處于中等水平,變異系數(shù)為106.18%,屬于強(qiáng)變異性(表1)。從深汕特別合作區(qū)旱地土壤有機(jī)質(zhì)含量分級(jí)狀況(表3)[10]可知,土壤有機(jī)質(zhì)含量處于缺乏以下水平的土壤占總樣品數(shù)的61.70%,分布于中等、豐富和極豐富水平的土壤分別占29.79%、2.13%和6.38%。整體上,深汕特別合作區(qū)旱地土壤有機(jī)質(zhì)含量中等偏低,且分布不均。

表3 旱地土壤有機(jī)質(zhì)與大量元素含量分級(jí)

由表1可知,土壤硝態(tài)氮含量范圍為0.30～148.00 mg/kg,平均含量為10.52 mg/kg,變異系數(shù)為257.78%,屬于中等變異性。土壤銨態(tài)氮含量范圍為0.08～67.70 mg/kg,平均含量為4.42 mg/kg,變異系數(shù)為250.81%,屬于強(qiáng)變異性?？傮w看,深汕特別合作區(qū)旱地土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量總體較低,且含量差異較大。

土壤有效磷含量范圍為0.80～1 120.00 mg/kg,平均含量為83.90 mg/kg,處于極豐富水平,變異系數(shù)為191.26%,屬于強(qiáng)變異性(表1)。從表3可看出,土壤有效磷含量處于20 mg/kg以上的土壤占到總樣品數(shù)的76.59%,分布于中等、缺乏、很缺乏和極缺乏的土壤分別占4.26%、12.76%、2.13%和4.26%。因此,深汕特別合作區(qū)旱地土壤有效磷含量總體較豐富,但有部分土壤有效磷處于缺乏以下水平,含量分布不均。

土壤速效鉀含量范圍為17.00～844.00 mg/kg,平均含量為79.87 mg/kg,處于缺乏水平,變異系數(shù)為168.13%,屬于強(qiáng)變異性(表1)。由表3可知,土壤速效鉀含量大部分處于100 mg/kg以下的缺乏水平,占到總樣品數(shù)的87.23%,分布于極豐富和豐富的土壤分別占4.25%和4.26%,分布于缺乏、很缺乏和極缺乏的土壤分別占34.04%、29.79%和23.40%。因此,深汕特別合作區(qū)旱地土壤速效鉀含量總體偏低,分布不均。

2.3 土壤微量元素綜合評(píng)價(jià)分析土壤有效鐵含量范圍為2.26～304.00 mg/kg,平均含量為119.90 mg/kg,處于極豐富水平,變異系數(shù)為60.67%,屬于中等變異性(表1)。從深汕特別合作區(qū)旱地土壤微量元素含量分級(jí)狀況(表4)[10,14]可知,土壤有效鐵含量處于豐富以上水平的土壤占總樣品數(shù)的95.74%。總體上,深汕特別合作區(qū)典型旱地土壤有效鐵含量較豐富。

表4 旱地土壤微量元素含量分級(jí)

土壤有效錳含量范圍為0.54～28.50 mg/kg,平均含量為7.07 mg/kg,處于適宜水平,變異系數(shù)為97.84%,屬于強(qiáng)變異性(表1)。從深汕特別合作區(qū)旱地土壤微量元素含量分級(jí)狀況(表4)[10,14]可知,土壤有效錳含量分布于豐富和適宜的土壤分別占樣品總數(shù)的12.77%和31.91%,分布于缺乏和極缺乏水平的土壤分別占48.94%和6.38%。因此,深汕特別合作區(qū)旱地土壤有效錳含量總體為中等偏低,分布不均。

土壤有效銅含量范圍為0.10～7.25 mg/kg,平均含量為1.06 mg/kg,處于豐富水平,變異系數(shù)為109.47%,屬于強(qiáng)變異性(表1)。由表4可知,土壤有效銅含量分布于很高、豐富和適宜的土壤分別占樣品總數(shù)的14.89%、17.02%和61.70%?？傮w上,深汕特別合作區(qū)旱地土壤有效銅含量為中等偏上,分布不均。

土壤有效鋅含量范圍為0.15～27.60 mg/kg,平均含量為1.81 mg/kg,處于豐富水平,變異系數(shù)為217.92%,屬于強(qiáng)變異性(表1)。由表4可知,土壤有效鋅含量分布于很高、豐富、適宜的土壤分別占樣品總數(shù)的10.64%、36.17%、38.30%,處于缺乏和極缺乏水平的土壤占樣品總數(shù)的14.89%?？傮w上,深汕特別合作區(qū)旱地土壤有效鋅含量為中等偏上,但分布不均。

3 討論

該研究發(fā)現(xiàn)深汕特別合作區(qū)的旱地土壤大體處于弱酸性到強(qiáng)酸性范圍,且有14.90%的土壤處于強(qiáng)酸性到極強(qiáng)酸性范圍。大量研究表明,過(guò)量施用氮肥、耕地利用類型和大氣酸沉降是土壤酸化的主要原因,尤其是長(zhǎng)期不合理施用氮肥導(dǎo)致的土壤酸化作用較大氣酸沉降的影響大25倍,土壤性質(zhì)、耕作措施、復(fù)種強(qiáng)度、作物類型等對(duì)土壤酸度也可能產(chǎn)生影響[15-21]。Wu等[22-23]研究表明,旱地較水田土壤含水量低,氮肥在有氧狀態(tài)下硝化作用強(qiáng),加上硝態(tài)氮淋溶損失,加劇土壤酸化。趙凱麗等[20]研究發(fā)現(xiàn),0～20 cm土層的交換性鋁與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān),增加耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量可能是減緩酸化、降低交換性鋁含量的策略之一。胡丹丹等[24]研究證明,在紅壤旱地施用硼鎂鈣土壤調(diào)理劑可以明顯提高紅薯產(chǎn)量,在提高土壤pH和活化土壤磷、鉀養(yǎng)分等方面也有一定作用。楊慧豪等[25]研究發(fā)現(xiàn),施用適宜的土壤調(diào)理劑對(duì)酸性菜田土壤具有良好的改良效果。張慧等[26]研究發(fā)現(xiàn),單一施化肥降低了玉米根際土壤細(xì)菌的豐富度,化肥配施土壤調(diào)理劑可以顯著提高土壤pH和玉米根際土壤細(xì)菌群落的豐富度。張曉偉等[27]研究表明,減施氮磷鉀20%并配施鉀長(zhǎng)石土壤調(diào)理劑可促進(jìn)煙株生長(zhǎng),提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì),促進(jìn)煙株對(duì)氮、磷、鉀肥的吸收和利用。因此,增施有機(jī)肥、控制化肥用量和配施酸性土壤調(diào)理劑對(duì)于緩解深汕特別合作區(qū)旱地土壤酸化,促進(jìn)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)具有重要作用。

土壤有機(jī)質(zhì)含量是評(píng)價(jià)土壤肥力水平的重要指標(biāo),提高土壤有機(jī)質(zhì)水平對(duì)提升土壤質(zhì)量有重要意義。李文軍等[28]研究發(fā)現(xiàn),與施氮磷鉀化肥相比,有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施可更好地促進(jìn)土壤固碳,且在旱地土壤上的促進(jìn)作用比在稻田土壤上更為明顯。郭樹(shù)健等[29]研究表明,紅壤旱地以玉米為主體的不同種植模式有利于提高活性有機(jī)碳含量和玉米產(chǎn)量,“三花”混播(紫云英×油菜×肥田蘿卜)-玉米和花生間作的種植模式最有利于提高土壤碳庫(kù)管理指數(shù),馬鈴薯-玉米和大豆間作的種植模式經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最高。王宗抗等[30]發(fā)現(xiàn),施用生物有機(jī)肥料還提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量,能提高土壤氮素的固持和保蓄能力,防止土壤氮肥淋溶流失和揮發(fā)損失;增施生物有機(jī)肥和發(fā)酵產(chǎn)物后能使土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)好,疏松透氣,從而促進(jìn)小白菜根系生長(zhǎng)。該研究結(jié)果表明,深汕特別合作區(qū)旱地土壤有機(jī)質(zhì)含量處于中等偏低水平,有61.70%的土壤有機(jī)質(zhì)含量處于缺乏及以下水平,其原因可能是旱地土壤環(huán)境促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)礦化,加上長(zhǎng)期偏施化肥,導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)積累減少。綜上,優(yōu)化旱地種植模式、有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施是提升土壤有機(jī)質(zhì)水平的有效途徑,且深汕特別合作區(qū)畜禽糞便無(wú)害化處置后可作為良好的有機(jī)肥源。

氮、磷、鉀是作物生長(zhǎng)發(fā)育必需的大量元素。從該研究的結(jié)果來(lái)看,深汕特別合作區(qū)旱地土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和速效鉀總體含量較低;土壤有效磷含量總體較豐富,但含量高低分布極不均衡,有19.15%的土壤有效磷處于缺乏及以下水平,同時(shí)有68.08%的土壤有效磷含量高于40 mg/kg,磷流失風(fēng)險(xiǎn)較高,可能會(huì)引起農(nóng)業(yè)面源污染[31-32]。萬(wàn)子維等[33]研究表明,氮磷鉀肥加有機(jī)肥混合施用提高土壤pH的同時(shí)可以降低單施有機(jī)肥土壤反硝化潛勢(shì),并降低土壤 N2O 的排放。張曉龍等[34]研究發(fā)現(xiàn),有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施添加生物黑炭可有效減少旱地土壤氮素徑流流失,化肥與生物黑炭共施可有效減少旱地土壤磷鉀素徑流流失。胡冬妮等[35]研究表明,長(zhǎng)期有機(jī)肥替代化肥能在減量施用化肥的基礎(chǔ)上保證作物產(chǎn)量,同時(shí)顯著降低紫色土坡耕地氮流失風(fēng)險(xiǎn),是當(dāng)前紫色土坡耕地可推薦的減氮增效技術(shù)。白玉超等[36]研究發(fā)現(xiàn),生物炭可以降低土壤溶液中Fe-P化合物的濃度,從而減少無(wú)機(jī)磷的固定,增加土壤中磷的可利用性。由此可見(jiàn),深汕特別合作區(qū)需因地制宜積極推行配方施肥,優(yōu)化施肥管理和農(nóng)藝措施,提高養(yǎng)分利用率。

鐵、錳、銅、鋅是作物生長(zhǎng)發(fā)育必需的微量元素,主要來(lái)源于土壤成土母質(zhì)風(fēng)化及外源肥料補(bǔ)充[37-38],研究表明,土壤有效態(tài)微量元素含量與土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量存在相關(guān)性[39-41]。該研究中深汕特別合作區(qū)旱地土壤有效鐵、有效銅、有效鋅含量總體處于中等偏上水平,有效錳含量處于中等偏低水平,分別有55.32%和14.90%的土壤處于錳缺乏和鋅缺乏狀況。李桂花等[42]研究發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)期秸稈還田紅壤稻田,通過(guò)8季20%有機(jī)替代,添加Si、Zn、S微量元素及緩釋肥施用等增產(chǎn)增效模式都沒(méi)有顯著增加雙季稻產(chǎn)量、土壤有機(jī)質(zhì)和全氮,說(shuō)明長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)產(chǎn)量和地力影響很大,在此基礎(chǔ)上增加有機(jī)肥具有增產(chǎn)趨勢(shì),秸稈加有機(jī)肥可以滿足水稻對(duì)微量元素的需求。趙晶晶等[43]研究顯示,葉面噴施微量元素增加了馬鈴薯的單株薯重和單薯薯重,產(chǎn)量顯著增加。因此,在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)深汕特別合作區(qū)旱地土壤微量元素含量狀況,作物營(yíng)養(yǎng)需求及養(yǎng)分互作效應(yīng)等,在有機(jī)肥與氮磷鉀配施的基礎(chǔ)上補(bǔ)充適量的微量元素,并注意有效鐵在土壤中累積問(wèn)題,少施或不施鐵肥。

4 結(jié)論

綜上可知,深汕特別合作區(qū)的旱地土壤大體處于弱酸性到強(qiáng)酸性范圍,且有14.90%的土壤處于強(qiáng)酸性到極強(qiáng)酸性范圍;有機(jī)質(zhì)含量處于中等偏低水平,有61.70%的土壤有機(jī)質(zhì)含量處于缺乏及以下水平;土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和速效鉀總體含量較低;土壤有效磷和鐵含量總體較豐富;有效銅、有效鋅含量總體處于中等偏上水平,有效錳含量處于中等偏低水平,分別有55.32%和14.89%的土壤處于錳缺乏和鋅缺乏狀況。

因此,在生產(chǎn)實(shí)踐中建議根據(jù)深汕特別合作區(qū)旱地土壤肥力狀況、作物營(yíng)養(yǎng)需求及養(yǎng)分互作效應(yīng)等,積極推廣有機(jī)無(wú)機(jī)配方施肥,優(yōu)化種植模式、農(nóng)藝措施和施肥技術(shù)提高養(yǎng)分利用效率,并注意土壤磷和鐵的過(guò)度積累,適量施用酸性土壤調(diào)理劑以有效改善土壤酸化,同時(shí)考慮將當(dāng)?shù)氐慕斩捄托笄菁S便等作為有機(jī)肥源,實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”,助力鄉(xiāng)村振興、生態(tài)治理。該研究只是初步對(duì)深汕特別合作區(qū)旱地土壤肥力進(jìn)行評(píng)價(jià),后期仍需結(jié)合當(dāng)?shù)睾档刈魑餇I(yíng)養(yǎng)需求、目標(biāo)產(chǎn)量及種植模式等深入研究,以期為當(dāng)?shù)睾档刈魑锔弋a(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供更全面的指導(dǎo)依據(jù)。