胡慶海,李俊華,王學(xué)求,羿明璇,吳慧,田密

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所 自然資源部地球化學(xué)探測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 廊坊 065000; 2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所 聯(lián)合國(guó)教科文組織全球尺度地球化學(xué)國(guó)際研究中心,河北 廊坊 065000; 3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 廊坊自然資源綜合調(diào)查中心, 河北 廊坊 065000)

0 引言

土壤肥力質(zhì)量代表著土地提供植物養(yǎng)分和生產(chǎn)生物物質(zhì)的能力,是土壤質(zhì)量的重要內(nèi)涵[1]。土壤質(zhì)量不僅影響農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì),還可以直接或間接影響人體健康。較高的土壤肥力水平可以提升農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量,是綠色食品持續(xù)健康發(fā)展的必要保障。通常情況下,土壤肥力指標(biāo)包括土壤化學(xué)指標(biāo)、土壤物理指標(biāo)、土壤生物指標(biāo)和土壤環(huán)境條件[2],其中,土壤養(yǎng)分指標(biāo)中有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀等受人類(lèi)耕作影響較大,且能夠準(zhǔn)確反映土壤質(zhì)量和評(píng)價(jià)土壤肥力水平[3]。這些養(yǎng)分在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用,如有機(jī)質(zhì)通過(guò)礦質(zhì)化過(guò)程釋放植物所需的大量營(yíng)養(yǎng)元素和某些微量元素;氮元素則是植物細(xì)胞中蛋白質(zhì)和核酸的主要成分,還是葉綠素、酶和多種維生素的基本成分[4];有效磷為土壤中可被植物吸收和利用磷的總稱,其可參與植物的光合作用、呼吸作用以及糖、油脂等物質(zhì)的合成與轉(zhuǎn)化過(guò)程[4];速效鉀則為土壤中易被植物吸收和利用的鉀素,可以改善植物細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)的生理狀態(tài)[4]?？傊?相比于全磷和全鉀含量只能體現(xiàn)土壤中磷和鉀所具有的全部潛力,有效態(tài)(有效磷和速效鉀)的含量更能直接反映當(dāng)前土壤相應(yīng)養(yǎng)分元素的豐缺,與作物生長(zhǎng)密切相關(guān)。如果土壤養(yǎng)分發(fā)生缺失將會(huì)導(dǎo)致植物的生命活動(dòng)受限、 抗性減弱[5-6]。長(zhǎng)期耕作使得植物源源不斷的從土壤中吸收養(yǎng)分,容易造成土壤肥力下降。但是,過(guò)量施肥也會(huì)危害植物健康,引起土壤次生鹽漬化,還會(huì)污染大氣和地下水環(huán)境[7-9]?？茖W(xué)合理的施肥能夠使得土地養(yǎng)分的供給水平處在最佳狀態(tài),并減少對(duì)環(huán)境的污染。

土壤肥力評(píng)價(jià)方法包含內(nèi)梅羅指數(shù)法、地統(tǒng)計(jì)學(xué)法、主成分分析法、聚類(lèi)分析法和因子分析法等一些綜合評(píng)價(jià)方法,其直接影響著評(píng)價(jià)結(jié)果的正確性、客觀性和指導(dǎo)性[2]。依據(jù)2021年最新國(guó)家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NY/T 391—2021)[10],影響綠色食品產(chǎn)地中土壤肥力等級(jí)劃分的指標(biāo)為有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀。因此,開(kāi)展土壤肥力水平(有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀)的研究和評(píng)價(jià),是了解一個(gè)地區(qū)土地肥力現(xiàn)狀的重要途經(jīng),有助于指導(dǎo)農(nóng)民進(jìn)一步優(yōu)化施肥措施,實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。

河北省廊坊市永清縣是京津冀地區(qū)重要的無(wú)公害蔬菜生產(chǎn)基地,蔬菜種植品種達(dá)120多個(gè),年產(chǎn)各類(lèi)蔬菜180萬(wàn)t,產(chǎn)值超過(guò)38億元,蔬菜產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為該縣的支柱產(chǎn)業(yè)。永清縣蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭良好,存在著廣闊的發(fā)展空間[11-12]。另外,永清縣也向京津冀地區(qū)輸送著大量的糧食、水果等農(nóng)產(chǎn)品,為保障京津冀地區(qū)食品安全做出了巨大貢獻(xiàn)。隨著生活水平的不斷提高和飲食理念的轉(zhuǎn)變,人們?cè)絹?lái)越關(guān)注食品的營(yíng)養(yǎng)和安全。綠色食品指的是優(yōu)質(zhì)、安全、無(wú)污染的食品,土壤養(yǎng)分的等級(jí)水平可以衡量產(chǎn)地是否可以持續(xù)發(fā)展綠色食品。以往工作缺乏對(duì)永清縣土壤肥力狀況的系統(tǒng)全面了解,只對(duì)部分鄉(xiāng)村進(jìn)行過(guò)少量研究[13-14],本文選擇河北省廊坊市永清縣為研究區(qū),旨在查明土壤養(yǎng)分的含量和空間分布特征,并依據(jù)《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NY/T 391—2021)[10],對(duì)永清縣土地利用類(lèi)型為旱地、菜地和園地的耕作層土壤肥力狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)與研究,為以后的土壤培肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 樣品與方法

1.1 研究區(qū)概況

永清縣是河北省廊坊市“南五縣”北端的縣級(jí)行政單元[15],地理位置介于東經(jīng)116°22′～116°43′,北緯39°07′～39°28′之間,地處京畿重地?？h域面積776 km2,下轄永清鎮(zhèn)等五鎮(zhèn)、九鄉(xiāng)、一個(gè)省級(jí)開(kāi)發(fā)區(qū),共計(jì)386個(gè)行政村。永清縣屬北溫帶亞濕潤(rùn)氣候區(qū),屬大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,光熱資源充足,雨熱同季,有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)。地質(zhì)構(gòu)造屬燕山褶斷帶,基底為太古潛山丘?？h境處于永定河沖積扇前緣地帶,為永定河沖洪沉積物、堆積物形成的微傾斜平原,永定河故道由西北向偏東貫穿全縣[16]。永清縣境內(nèi)有包括潮土、褐性土在內(nèi)的5種土類(lèi),其中潮土面積占土地總面積的96%?，F(xiàn)有耕地面積61.4萬(wàn)畝。同時(shí),永清縣作為蔬菜種植大縣,全縣蔬菜種植品種包括黃瓜、番茄、速生菜、胡蘿卜等,糧食作物以玉米、小麥為主,水果品種植包括葡萄、梨、桃等,縣域境內(nèi)的南部、西部和北部部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)為蔬菜集中種植區(qū)[12]。

1.2 樣品采集與處理

土壤樣品點(diǎn)的布設(shè)充分考慮樣點(diǎn)的代表性,采用網(wǎng)格和土地利用方式相結(jié)合的原則布點(diǎn),從而保證樣品在空間上分布相對(duì)均勻,并且確保樣點(diǎn)主要分布在農(nóng)用地,但同時(shí)兼顧用地類(lèi)型。布設(shè)底圖以全國(guó)第二次土地調(diào)查的土地利用現(xiàn)狀為主,參考衛(wèi)星圖像。野外工作于2020～2021年在永清縣按照梅花點(diǎn)法共采集表層(0～20 cm)土樣412件,其中旱地、菜地和園地土樣共338件(如圖1所示)。采集時(shí)將各分樣點(diǎn)土壤掰碎,挑出根系、石塊、蟲(chóng)體等雜物,充分混合后,四分法留取1～2 kg裝入樣品袋。野外樣品采集后,及時(shí)梳理登記,并在通風(fēng)無(wú)污染的環(huán)境中晾曬,晾曬過(guò)程中適時(shí)翻動(dòng)、敲碎以加速干燥。經(jīng)過(guò)初步處理后,過(guò)10目尼龍篩,稱重后混勻,送實(shí)驗(yàn)室做進(jìn)一步的分析測(cè)試。土壤樣品的采集和加工流程、防污染措施等執(zhí)行《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)[17]相關(guān)規(guī)定。

圖1 永清縣區(qū)域位置(a)及土壤肥力調(diào)查點(diǎn)位分布(b)Fig.1 Regional location(a) and distribution of soil fertility survey sites(b) in Yongqing County

1.3 樣品分析測(cè)試

分析測(cè)試工作均在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所中心實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)分析采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法,依據(jù)《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NY/T 391—2021)[10]中規(guī)定的有關(guān)檢驗(yàn)方法進(jìn)行。其中土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定是在外加熱條件下,用過(guò)量的重鉻酸鉀—硫酸溶液氧化試管中風(fēng)干試樣的有機(jī)碳,多余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,由消耗的重鉻酸鉀量按氧化校正系數(shù)計(jì)算出有機(jī)碳量,最后乘以1.724得出[18]。全氮含量的測(cè)定采用凱氏法,主要分析步驟包括消解、蒸餾和滴定,分析過(guò)程嚴(yán)格控制消解和蒸餾時(shí)的溫度[19]。有效磷的分析,對(duì)于酸性土壤,采用氟化銨—鹽酸浸提法;對(duì)于堿性土壤,采用碳酸氫鈉浸提法,浸提液中的磷用鉬銻抗比色法測(cè)定[20]。速效鉀采用中性乙酸銨溶液浸提劑,將風(fēng)干土樣加入浸提瓶中,加入乙酸銨溶液制備待測(cè)液,采用火焰光度計(jì)法測(cè)定[21]。

有機(jī)碳、全氮、有效磷、速效鉀4種化學(xué)組分檢出限依次為1 000×10-6、20×10-6、0.25×10-6、1.25 ×10-6。GSS4、GSS17、GSS37和GSS41作為有機(jī)碳和全氮的外部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),AR3和ARA8作為有效磷和速效鉀的外標(biāo)參與數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè),標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和重復(fù)樣合格率均為 100 %,表明分析數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。

1.4 評(píng)價(jià)方法

永清縣土壤樣品的土地利用類(lèi)型包括旱地、菜地、園地和林地,本文土壤肥力評(píng)價(jià)主要以《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NY/T 391—2021)[10]中的旱地、菜地和園地標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià),并參考全國(guó)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)[17]進(jìn)行土壤養(yǎng)分含量特征的研究(表1)。

表1 綠色食品產(chǎn)地土壤肥力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Soil fertility grading standard of green food production area

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用ArcGIS和Excel 2016等軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,再用ArcGIS軟件中地學(xué)統(tǒng)計(jì)模塊中Kriging插值法繪制相應(yīng)地球化學(xué)圖件。

2 結(jié)果分析

2.1 永清縣土壤肥力現(xiàn)狀

永清縣耕作層土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量變化范圍(平均值)依次為(0.91～13.5) ×10-3(5.29 ×10-3)、(0.09～3.18)×10-3(0.78×10-3)、(0.39～554)×10-6(41.8×10-6)、(43.9～1439) ×10-6(197×10-6)。根據(jù)永清縣糧食、蔬菜和水果種植情況,可將評(píng)價(jià)區(qū)土地利用類(lèi)型大體分為旱地、菜地和園地3類(lèi)。旱地主要種植以小麥、玉米為主的糧食作物,菜地則包括黃瓜、豆角、白菜、蘿卜、西紅柿等,園地主要種植以葡萄、桃、梨為主的水果。其中旱地采樣點(diǎn)數(shù)155個(gè),菜地84個(gè),園地99個(gè)。對(duì)不同土地利用類(lèi)型的土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了整理和統(tǒng)計(jì)(表2),以便進(jìn)一步了解永清縣土壤肥力現(xiàn)狀。

表2 永清縣各類(lèi)土地利用類(lèi)型的土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of soil nutrients of various land-use types in Yongqing County

根據(jù)分析結(jié)果可知,土地利用類(lèi)型為旱地的土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量變化范圍(平均值)依次為(1.54～12.6)×10-3(5.44×10-3)、(0.09～1.7)×10-3(0.76×10-3)、(0.69～320) ×10-6(22.5×10-6)、(43.9～857)×10-6(161×10-6)。菜地土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量變化范圍(平均值)依次為(0.91～13.5)×10-3(6.07×10-3)、(0.37～3.2)×10-3(0.98×10-3)、(3.63～554) ×10-6(89.4×10-6)、(87.2～1439)×10-6(283×10-6)。園地土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量變化范圍(平均值)依次為(1.42～11.5)×10-3(4.26×10-3)、(0.12～3)×10-3(0.63×10-3)、(0.39～500)×10-6(31.6×10-6)、(50.2～1081)×10-6(174×10-6)。前人已對(duì)河北省耕作層土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量狀況(2014年)進(jìn)行了調(diào)查研究,平均值分別為15.5×10-3、0.87×10-3、22.1×10-6、116×10-6[5]。相比河北省全省耕層土壤而言,永清縣土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著偏低,全氮含量略低,而有效磷和速效鉀的含量則較高。

永清縣旱地、菜地和園地的土壤養(yǎng)分含量在空間上存在明顯變化。變異系數(shù)是評(píng)價(jià)土壤元素空間變異性的重要參數(shù),從表2中可以看出,土壤養(yǎng)分的變異系數(shù)均在中等及以上。有效磷的變異系數(shù)都在100%以上,其中旱地為166%,菜地為112%,園地為180%,屬于高度變異,其他土地利用類(lèi)型的土壤養(yǎng)分含量則屬于中度變異。旱地的全氮含量變異系數(shù)最小,為34.4%[5],這說(shuō)明土壤肥力情況可能受到了種植結(jié)構(gòu)、施肥措施等因素的影響。有效磷含量波動(dòng)最為顯著。

依據(jù)全國(guó)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表3)[22],旱地的有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量分別為Ⅵ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅱ級(jí);菜地的分別為Ⅴ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅰ級(jí)、Ⅰ級(jí);園地的分別為Ⅵ級(jí)、Ⅴ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅱ級(jí)。整體來(lái)看,研究區(qū)永清縣土壤的有機(jī)質(zhì)和全氮含量普遍偏低,處于非常缺乏的狀態(tài),有效磷和速效鉀含量較為豐富,但菜地的有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量一般要高于利用類(lèi)型為旱地和園地的土壤,而園地的有機(jī)質(zhì)和全氮含量、旱地的有效磷和速效鉀含量分別相比其他土地利用類(lèi)型偏低。

表3 全國(guó)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Classification standards for the second national soil census

根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)[17],按照營(yíng)養(yǎng)有益元素和有機(jī)質(zhì)含量將土壤養(yǎng)分的豐缺程度劃分為5個(gè)等級(jí),據(jù)此繪制的土壤單指標(biāo)地球化學(xué)等級(jí)圖可以直觀反映各養(yǎng)分的空間分布情況。從永清地區(qū)土壤養(yǎng)分的地球化學(xué)等級(jí)(圖2)可以看到,土壤養(yǎng)分含量在永清縣西南部明顯高于東北部;西南區(qū)域的劉街鄉(xiāng)、養(yǎng)馬莊鄉(xiāng)、龍虎莊鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分中有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀地球化學(xué)等級(jí)分別主要以四等、四等和三等、一等、三等和二等為主;東北區(qū)域的韓村鎮(zhèn)、別古莊鎮(zhèn)、三圣口鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分中有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀地球化學(xué)等級(jí)分別主要以五等、五等、三等和二等、三等為主。永清縣有機(jī)質(zhì)和全氮含量表現(xiàn)為明顯缺乏,其中有機(jī)質(zhì)含量等級(jí)為四等(較缺乏)的土壤面積占全縣面積的66.26%,等級(jí)為五等(缺乏)的土壤面積占33.25%,三等及以上等級(jí)(中等到豐富)的土壤面積不足0.5%;全氮含量等級(jí)為四等的土壤面積占全縣面積的31.66%,等級(jí)為五等的占55.93%,三等及以上等級(jí)的只有12.42%。另外,所研究的樣本中,東北區(qū)域鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用類(lèi)型以園地、林地為主,而蔬菜和糧食作物主要種植于西南區(qū)域,這表眀,土壤養(yǎng)分的豐缺程度與土地利用類(lèi)型可能存在著密切聯(lián)系。

圖2 永清縣表層土壤有機(jī)質(zhì)(a)、全氮(b)、有效磷(c)、速效鉀(d)地球化學(xué)等級(jí)Fig.2 Geochemical map of organic matter(a), total nitrogen(b), available phosphorus(c) and available potassium(d) in surface soils in Yongqing County

2.2 土壤肥力狀況評(píng)價(jià)

土壤的肥力水平?jīng)Q定了土地提供植物以必需營(yíng)養(yǎng)成分的能力,顯著影響著農(nóng)作物的生長(zhǎng)過(guò)程,是土壤質(zhì)量的重要內(nèi)涵[1]。綠色食品是指產(chǎn)地的生態(tài)環(huán)境優(yōu)良,生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格按照綠色食品標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行全程質(zhì)量控制并獲得綠色食品標(biāo)志使用權(quán)的安全、優(yōu)質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品及相關(guān)產(chǎn)品[10]。因此,產(chǎn)地優(yōu)良的環(huán)境質(zhì)量是綠色食品發(fā)展的基本保障。按照《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NY/T 391—2021)中旱地、菜地和園地的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)永清縣所有樣點(diǎn)土壤肥力指標(biāo)的分級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表4)。結(jié)果表眀,菜地和園地所有樣點(diǎn)的有機(jī)質(zhì)含量均處于Ⅲ級(jí)水平,而旱地也有92%的樣點(diǎn)有機(jī)質(zhì)含量處于Ⅲ級(jí)水平,這也說(shuō)明永清地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)明顯缺乏。同時(shí),永清地區(qū)土壤還表現(xiàn)為全氮含量的不足,旱地、菜地和園地全氮含量處于Ⅲ級(jí)水平的樣點(diǎn)分別占各自樣點(diǎn)總和的57%、68%和84%。但是可以看到,菜地有25%的樣點(diǎn)的全氮含量處于Ⅰ級(jí)狀態(tài),這可能與部分菜地更注意施加氮肥有關(guān)。與有機(jī)質(zhì)和全氮含量不同的是,這3種土地利用類(lèi)型的土壤中有效磷、速效鉀含量在永清縣普遍較為豐富,只有在少數(shù)樣點(diǎn)中表現(xiàn)為缺乏狀態(tài)。

表4 不同土地利用類(lèi)型的所有樣點(diǎn)土壤肥力分級(jí)統(tǒng)計(jì)Table 4 Soil fertility grading statistics of all sampling sites in different land-use types

3 討論

對(duì)土壤肥力有重要影響的因子主要包括有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀,這4項(xiàng)指標(biāo)是影響農(nóng)作物基礎(chǔ)產(chǎn)量的關(guān)鍵限制因子[23]。其中,永清縣土壤肥力水平整體表現(xiàn)為有機(jī)質(zhì)、全氮缺乏,這有可能成為限制該地區(qū)生產(chǎn)高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的主要因素。有“中國(guó)蔬菜之鄉(xiāng)”之稱的山東省壽光市,設(shè)施蔬菜種植區(qū)耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量接近32×10-3,全氮平均含量為1.3×10-3,有效磷、速效鉀含量均值為109×10-6和447×10-6[24]。永清縣菜地土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量分別只占到壽光市設(shè)施菜田的19%和75%。河北省保定市清苑、涿州等潮土分布區(qū)的蔬菜主產(chǎn)區(qū)中設(shè)施菜田的土壤養(yǎng)分含量均要高于露地菜田,其中露地菜田的有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量分別為19.3×10-3、1.03×10-3、88.7×10-6和203×10-6[25]。一般來(lái)說(shuō),設(shè)施大棚中土壤養(yǎng)分含量要比露地菜田高[26-27],但永清縣蔬菜大棚中土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量表現(xiàn)為明顯缺乏,大部分大棚分別不超過(guò)10×10-3和1×10-3。有研究認(rèn)為,理想設(shè)施菜地有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)在30×10-3以上,有效磷應(yīng)在(60～130)×10-6,速效鉀含量應(yīng)在(150～250)×10-6[24,28-29]。

東北黑土區(qū)是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地,玉米是該區(qū)域的主要作物,對(duì)從1988～2013年以來(lái)的土壤養(yǎng)分演變情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)[4],發(fā)現(xiàn)隨著長(zhǎng)期耕作,土地肥力在監(jiān)測(cè)后期得到顯著改善,有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量分別達(dá)到了31.0×10-3、2×10-3、37.2×10-6和216×10-6,這除了因?yàn)楹谕恋氐南忍靸?yōu)勢(shì)外,還與農(nóng)民注意秸稈還田、習(xí)慣施肥有關(guān)。永清縣旱地的有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量均值分別只有東北黑土區(qū)的17.6%和38.2%。劉佳[13]對(duì)京津冀地區(qū)葡萄園土壤的研究表眀,隨著種植年限的增加,河北地區(qū)的有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量都在逐年上升。其中,種植年限為5年以下的最低:有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量分別為:15.5×10-3、36.3×10-6、369×10-6,全氮含量處于良好水平。永清縣園地有機(jī)質(zhì)含量均值只有河北地區(qū)葡萄園土壤均值(種植5年以下)的27.5%。有研究表明,有機(jī)肥替代化肥有利于提高果園的肥力水平,同時(shí)還可以提升果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)[30]。因此,為了提高農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量、能夠持續(xù)發(fā)展綠色食品,永清縣亟待優(yōu)化種植模式以提高土地的有機(jī)質(zhì)和全氮含量。

河北省土壤有機(jī)質(zhì)和氮素的缺乏是限制全省農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素。有研究利用主成分分析法對(duì)河北省10個(gè)地級(jí)市進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)廊坊市的綜合得分最低,處于極低水平,其中有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷含量在10個(gè)市中處于倒數(shù)第二位[5]。按照《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NY/T 391—2021)中的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),永清縣耕地土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量?jī)H處在Ⅲ級(jí)水平,這將影響綠色食品產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期持續(xù)健康發(fā)展。具體來(lái)看,永清縣不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤養(yǎng)分含量情況存在一定差異,尤其表現(xiàn)為“西南高,東北低”的差異化現(xiàn)象,西南區(qū)域的劉街鄉(xiāng)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量處于最高水平(圖2和表5)。永清縣的龍虎莊鄉(xiāng)、劉街鄉(xiāng)、養(yǎng)馬莊鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)是全縣重要的生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū),該區(qū)域土壤相對(duì)肥沃,這與種植過(guò)程中重視培肥、大棚土壤的耕層結(jié)構(gòu)性好、持水性強(qiáng)有關(guān)[28],其中龍虎莊鄉(xiāng)和劉街鄉(xiāng)的蔬菜產(chǎn)業(yè)最具規(guī)模,尤其是大棚蔬菜[31]。但按照肥力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),蔬菜種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量依然處于明顯缺乏狀態(tài),建議加大有機(jī)肥料和氮肥的投入,特別是增施有機(jī)碳含量高的有機(jī)肥[26]。東北區(qū)域的曹家務(wù)鄉(xiāng)、韓村鎮(zhèn)、里瀾城鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)以發(fā)展果業(yè)、林業(yè)為主,土壤肥力狀況相對(duì)較差。永定河道由西北到東南經(jīng)過(guò)曹家務(wù)、韓村、別古莊、三圣口、里瀾城等鄉(xiāng)鎮(zhèn),故道兩側(cè)的土壤含沙量高,導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重,土地肥力減退[31]。因此東北區(qū)域的鄉(xiāng)鎮(zhèn)同樣應(yīng)該注意增加土壤中有機(jī)質(zhì)和氮肥的含量。為了提升土地肥力,可以推廣秸稈還田技術(shù),發(fā)展飼養(yǎng)業(yè)、沼氣業(yè),依據(jù)作物需肥情況和土壤肥力狀況等進(jìn)行科學(xué)、有針對(duì)性的施肥[10,32-33],不僅要用地,還要養(yǎng)地。

表5 永清縣各主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤肥力含量均值統(tǒng)計(jì)Table 5 Average statistics of soil fertility contents of the main towns in Yongqing County

永清縣土壤有效磷、速效鉀含量現(xiàn)狀良好,大部分處于豐富狀態(tài),但空間上變化較大。如土地利用類(lèi)型為菜地的土壤有效磷最小值只有3.63×10-6(劉其營(yíng)鄉(xiāng)李黃莊村),最大值達(dá)到554×10-6(永清鎮(zhèn)中岔口村),速效鉀最小值為87.2×10-6(曹家務(wù)鄉(xiāng)張家務(wù)村),最大值達(dá)到了1 439×10-6(劉街鄉(xiāng)彩木營(yíng)村);高新開(kāi)發(fā)區(qū)張遷務(wù)村葡萄園的有效磷和速效鉀分別達(dá)到了500×10-6和1 081×10-6;而韓村鎮(zhèn)韓村玉米地中的有效磷和速效鉀分別只有0.69×10-6和43.9×10-6。這一現(xiàn)象除了與土壤質(zhì)地、地理位置等自然因素的不同導(dǎo)致本底的差異性外,更可能是受到了人為因素的影響,如施肥措施缺乏科學(xué)性,盲目的持續(xù)增肥或者不注意施肥,農(nóng)田技術(shù)推廣執(zhí)行情況不同等[34]。建議永清縣根據(jù)不同的土地利用方式和農(nóng)作物種植情況科學(xué)合理的施肥,對(duì)缺乏有效磷和速效鉀的土地,增加磷肥和鉀肥的投入;對(duì)富集的土地,則應(yīng)注意控制磷鉀肥的用量,避免有效磷、速效鉀的積累引起土壤次生鹽漬化[7]。

4 結(jié)論

1)首次通過(guò)永清縣全域系統(tǒng)土壤地球化學(xué)調(diào)查,獲得耕作層土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀平均含量依次為:5.29×10-3、0.78×10-3、41.8×10-6、197×10-6。

2)依據(jù)《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NY/T391-2021)對(duì)永清縣旱地、菜地和園地土壤展開(kāi)評(píng)價(jià),有機(jī)質(zhì)和全氮含量處于Ⅲ級(jí)水平,為缺乏狀態(tài),而有效磷和速效鉀含量處于Ⅰ級(jí)水平,為豐富狀態(tài)。土壤養(yǎng)分含量在空間上存在明顯變化,永清縣西南區(qū)域龍虎莊鄉(xiāng)、劉街鄉(xiāng)、養(yǎng)馬莊鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤養(yǎng)分含量要高于東北區(qū)域曹家務(wù)鄉(xiāng)、韓村鎮(zhèn)、里瀾城鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn),這可能與土地的利用類(lèi)型有關(guān)。

3)為了改善土壤肥力現(xiàn)狀,能夠更好地適應(yīng)綠色食品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求,永清縣應(yīng)按照土地利用類(lèi)型和實(shí)際種植情況,并考慮土壤質(zhì)地、自然地理等因素,因地制宜地進(jìn)行科學(xué)、合理的培肥,如增施有機(jī)肥和氮肥以提高土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量,對(duì)缺乏有效磷和速效鉀的土壤,增施磷肥、鉀肥,對(duì)富集有效磷和速效鉀的土壤,則應(yīng)該控制磷肥和鉀肥的施用量。

4)本次工作基本查明了永清縣土壤肥力現(xiàn)狀,為該縣接下來(lái)合理施策、指導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)施肥提供了有益的探索。后續(xù)工作將綜合分析其他有關(guān)肥力指標(biāo),并綜合選取化學(xué)和物理指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,以全面了解永清縣土壤肥力狀況。

致謝：對(duì)參與本項(xiàng)目野外調(diào)查和室內(nèi)辛苦工作的采樣人員和實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)試人員表示誠(chéng)摯的謝意。同時(shí),衷心感謝各位匿名專(zhuān)家及編輯在論文評(píng)審階段對(duì)本文提出的寶貴修改意見(jiàn)。