陜西省臨渭區(qū)耕地養(yǎng)分豐缺狀況及氮磷比例研究

馬文勇，常慶瑞

（西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌712100）

我國(guó)農(nóng)業(yè)部門(mén)在20世紀(jì)80年代完成的全國(guó)第2次土壤普查成果為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)做出了重要貢獻(xiàn)。但時(shí)隔20a余，隨著農(nóng)業(yè)耕作制度的改變，輪作方式的變化，作物及品種的更新以及水土流失，土壤改良，施用化肥和農(nóng)藥等對(duì)土壤的影響，很多地區(qū)土壤的養(yǎng)分和質(zhì)量已發(fā)生了較大變化。本次縣域耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)所測(cè)定的養(yǎng)分指標(biāo)齊全，分析準(zhǔn)確，可以很好地反映當(dāng)前土壤的養(yǎng)分和質(zhì)量的基本現(xiàn)狀，為配方施肥、優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局以及農(nóng)業(yè)區(qū)劃等方面提供重要的參考價(jià)值。

臨渭區(qū)地處渭河流域，地形平坦，灌溉發(fā)達(dá)，盛產(chǎn)小麥、棉花、玉米等，已成為國(guó)家和陜西省重要的糧棉油生產(chǎn)基地［1］。對(duì)該地區(qū)進(jìn)行土壤養(yǎng)分的豐缺度分析至關(guān)重要，只有解決了這個(gè)問(wèn)題，才能根據(jù)不同作物的需求，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，提高耕地化肥利用效率，使各種營(yíng)養(yǎng)元素的供應(yīng)均衡合理，改善田間管理，減少過(guò)量施肥所造成的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的不良影響，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，從而達(dá)到增產(chǎn)增收節(jié)支的目的［2－5］。

因此，本研究在臨渭區(qū)耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)研究基礎(chǔ)之上，通過(guò)利用項(xiàng)目調(diào)查與分析成果，針對(duì)不同作物，確定出土壤養(yǎng)分的豐缺狀況，為該區(qū)配方施肥和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)理論依據(jù)，同時(shí)也對(duì)保護(hù)土壤環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

臨渭區(qū)地處陜西省關(guān)中東部，地理坐標(biāo)為北緯34°15′—34°45′，東經(jīng)109°23′—109°45′，東鄰華縣、大荔縣，西連富平縣、西安市臨潼區(qū)，南靠西安市藍(lán)田區(qū)，北接蒲城縣。南北長(zhǎng)60km，東西寬14～32km，總面積1 248.09km2。海拔在340～2 430m，南北高差2 090m，區(qū)內(nèi)總地勢(shì)南高北低，呈階梯狀分布，由北向南依次分為渭河平原、黃土臺(tái)塬、溝壑丘陵和秦嶺山地4大地貌類型，其中平原面積占66%以上。該區(qū)屬于暖溫帶半干旱大陸季風(fēng)氣候區(qū)，全年氣候特點(diǎn)是：冷、暖、干、濕，四季分明，冬夏較長(zhǎng)，春秋較短，日照充足，水熱同季，氣溫、降水年際變化大，旱澇霜雹災(zāi)害多。春季升溫快，多風(fēng)；夏季高溫酷暑，多伏旱；秋季降溫快，多陰雨；冬季寒冷干燥，雨雪偏少。由于境內(nèi)地貌特點(diǎn)，氣候南北差異大。該區(qū)土質(zhì)良好，耕作層深厚，光照充足，氣候溫和，適宜農(nóng)業(yè)（特別是種植業(yè)）生產(chǎn)，糧食作物以小麥、玉米為主，經(jīng)濟(jì)作物以棉花為主。

1.2 土壤采樣與處理分析

對(duì)臨渭區(qū)1∶5萬(wàn)土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行矢量化，提取耕地作為工作底圖確定取樣點(diǎn)位，結(jié)合地形圖，到實(shí)地確定采樣地塊，若圖上標(biāo)注點(diǎn)位在當(dāng)?shù)夭痪叩湫托裕ㄟ^(guò)實(shí)地調(diào)查與走訪，另選典型點(diǎn)位，并在底圖上標(biāo)明準(zhǔn)確位置（采樣點(diǎn)分布情況見(jiàn)圖1）。取樣點(diǎn)位確定后，利用GPS定位儀確定經(jīng)緯度，并與取樣地塊的農(nóng)戶和當(dāng)?shù)丶夹g(shù)人員進(jìn)行座談，按取樣點(diǎn)調(diào)查表格要求，詳細(xì)填寫(xiě)農(nóng)戶、樣田面積、種植制度、近3a的平均產(chǎn)量、作物品種、生產(chǎn)管理和投入產(chǎn)出等內(nèi)容。為避免施肥的影響，取樣時(shí)期確定在作物收獲前后，用不銹鋼土鉆等工具采樣，每一土樣選取有代表性的田塊，采用“S”法均勻隨機(jī)采取15個(gè)點(diǎn)混勻后用四分法留取1kg土樣裝袋以備分析。小麥、玉米、棉花取樣深度均為0—20cm土層。其中土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀采用乙酸銨浸提—火焰光度法測(cè)定。

圖1 臨渭區(qū)采樣點(diǎn)分布

1.3 最優(yōu)插值法的選擇

由于特異值的存在會(huì)造成變量連續(xù)表面的中斷，使得實(shí)驗(yàn)半方差函數(shù)發(fā)生畸變，甚至?xí)谏w變量固有的空間結(jié)構(gòu)特征［6－8］，因此插值前需要先剔除特異值。臨渭區(qū)共有采樣點(diǎn)4 108個(gè)，數(shù)量上較多，因此采用域法識(shí)別特異值［9］，即用樣點(diǎn)的平均值加減3倍的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)判斷，在此區(qū)間以外的值分別用正常最大、最小值來(lái)代替，部分特別異常的點(diǎn)也可以直接刪除。刪除異常值后堿解氮剩余4 082個(gè)，有效磷剩余4 085個(gè)，速效鉀剩余4 075個(gè)。

由于地統(tǒng)計(jì)插值方法不但能夠量化已知點(diǎn)之間的空間自相關(guān)性，而且能夠解釋說(shuō)明采樣點(diǎn)在預(yù)測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)的空間分布情況［10－12］。故本文采用的是普通克里格插值方法，它的要求是數(shù)據(jù)要符合正態(tài)分布。經(jīng)過(guò)地統(tǒng)計(jì)模塊的Histogram和Normal QQPlot的數(shù)據(jù)檢測(cè)，臨渭區(qū)養(yǎng)分中堿解氮與速效鉀均符合正態(tài)分布，有效磷在經(jīng)過(guò)Box－Cox（0.5）變換后也符合正態(tài)分布。在比較了5種插值模型后，所得最優(yōu)插值方法如下：堿解氮采用的是Exponential模型，有效磷采用的是Stable模型，速效鉀采用的是Exponential模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 描述性統(tǒng)計(jì)分析

從基本統(tǒng)計(jì)學(xué)特征分析（表1），臨渭區(qū)耕地土壤堿解氮平均含量78.53mg／kg，有效磷平均含量20.11mg／kg，速效鉀平均含量175.02mg／kg。與陜西省第2次土壤普查時(shí)期養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)［13］相比，土壤堿解氮、有效磷分別增幅56.99%，200.15%，速效鉀略有下降，降幅為7.05%，這同臨渭區(qū)農(nóng)民近年注重肥料的施用情況相符。就變異系數(shù)來(lái)看，以土壤有效磷的變異系數(shù)最大，為52%，分析其原因，除了可能與該地區(qū)不同部位的土壤類型、地形地貌特征有關(guān)外，也與磷在土壤中的化學(xué)行為及施磷肥狀況有關(guān)，因施入土壤中的磷移動(dòng)較小，當(dāng)季利用率低等使土壤中磷的殘留較多，導(dǎo)致土壤中磷分布不均勻［14］。土壤堿解氮次之，變異系數(shù)為32%，土壤速效鉀最小，為15%。

各土壤速效養(yǎng)分含量最大值和最小值差異明顯，表明臨渭區(qū)耕地土壤速效養(yǎng)分存在本底差異，盲目地平均施肥，將會(huì)造成低養(yǎng)分區(qū)養(yǎng)分繼續(xù)不足和高養(yǎng)分區(qū)養(yǎng)分過(guò)剩，降低了生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

表1 耕地土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計(jì) mg／kg

2.2 土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)的確定

本研究在灞橋區(qū)耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)研究基礎(chǔ)之上，利用項(xiàng)目調(diào)查與分析成果，針對(duì)主要糧食作物小麥、玉米和棉花，采用“3414”最優(yōu)回歸設(shè)計(jì)方案，確定出各作物土壤速效養(yǎng)分的豐缺指標(biāo)（表2）。具體做法為，在Excel中以基礎(chǔ)土樣速效養(yǎng)分測(cè)定值為橫坐標(biāo)，以其對(duì)應(yīng)作物地塊的相對(duì)產(chǎn)量為縱坐標(biāo)，繪制散點(diǎn)圖，以“對(duì)數(shù)”類型獲得相對(duì)產(chǎn)量與對(duì)應(yīng)土壤速效養(yǎng)分測(cè)試值之間的數(shù)字關(guān)系式，繪制趨勢(shì)線，劃分小麥、玉米和棉花種植土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)［15］。

表2 小麥、玉米、棉花土壤養(yǎng)分豐缺等級(jí) mg／kg

由表2可知，玉米和棉花對(duì)堿解氮的需求情況要高于小麥；棉花對(duì)有效磷的需求較高，小麥次之，玉米較低；玉米和棉花對(duì)速效磷的要求也高于小麥。總體來(lái)說(shuō)，棉花對(duì)大量養(yǎng)分的需求是最高的，小麥?zhǔn)亲畹偷模衩讋t介于二者之間。

2.3 不同作物土壤養(yǎng)分豐缺狀況

如圖2所示，對(duì)堿解氮來(lái)講，臨渭區(qū)有72 416.68hm2的耕地可以滿足小麥的生長(zhǎng)需要，71 858.15hm2的耕地可以滿足玉米和棉花的生長(zhǎng)需要；有66.87hm2的耕地不能滿足小麥的生長(zhǎng)需要，約占總耕地面積的0.09%，625.4hm2的耕地不能滿足玉米和棉花的生長(zhǎng)需要，約占總耕地面積的0.86%。

由此可見(jiàn)，臨渭區(qū)的耕地堿解氮含量水平基本能夠滿足3大作物的生長(zhǎng)需要。沒(méi)有含量極度缺乏的地區(qū)。在含量缺乏的區(qū)域中，小麥主要集中在交斜鎮(zhèn)的西北部、陽(yáng)郭鎮(zhèn)的南部，玉米和棉花除上述區(qū)域外，在大王鄉(xiāng)的南部也有一小部分。

圖2 臨渭區(qū)各作物堿解氮豐缺狀況

如圖3所示，對(duì)有效磷來(lái)講，臨渭區(qū)有68 258.86hm2的耕地可以滿足小麥、玉米和棉花的生長(zhǎng)需要；有4 224.69hm2的耕地不能滿足它們的需要，占總耕地面積的5.83%。

圖3 臨渭區(qū)各作物有效磷豐缺狀況

由此可見(jiàn)，臨渭區(qū)的耕地有效磷含量水平較低，有相當(dāng)一部分不能滿足作物的生長(zhǎng)需要，有些地方甚至快處于極缺狀態(tài)。這部分主要集中在下吉鎮(zhèn)中部、官道鄉(xiāng)東部、孝義鎮(zhèn)北部、豐原鎮(zhèn)西北部和東南部及陽(yáng)郭鎮(zhèn)西部。

如圖4所示，對(duì)速效鉀來(lái)講，臨渭區(qū)有72 474.10hm2的耕地可以滿足小麥和玉米的生長(zhǎng)需要，有71 814.06hm2的耕地可以滿足棉花的生長(zhǎng)需要；僅有9.45hm2的耕地不能滿足小麥和玉米的生長(zhǎng)需要，約占總耕地面積的0.01%，有669.49hm2的耕地不能滿足棉花的生長(zhǎng)需要，占總耕地面積的0.92%。由此可見(jiàn)，臨渭區(qū)的耕地速效鉀含量水平對(duì)小麥和玉米來(lái)說(shuō)基本不缺，對(duì)棉花僅有一小部分存在缺乏情況，主要集中在陽(yáng)郭鎮(zhèn)的西部和北部。

圖4 臨渭區(qū)各作物速效鉀豐缺狀況

2.4 土壤氮磷比值分析

臨渭區(qū)農(nóng)作物適宜的氮磷比值是2∶1～3∶1［16］。經(jīng)過(guò)對(duì)插值后的堿解氮和有效磷進(jìn)行Divide運(yùn)算，得出臨渭區(qū)當(dāng)前氮磷比介于2.02～9.59，平均值為4，比例嚴(yán)重失調(diào)，達(dá)到92.86%（表3）。比例適中的區(qū)域主要集中在該區(qū)的西北部官底鎮(zhèn)、東北部的官路鎮(zhèn)和交斜鎮(zhèn)、中部的辛市鎮(zhèn)和龍背鄉(xiāng)及南部的陽(yáng)郭鎮(zhèn)和崇凝鎮(zhèn)，造成這種后果的直接原因是長(zhǎng)期施用氮素化肥和種植作物單一化。

今后要逐步做到科學(xué)施肥，以土壤養(yǎng)分為依據(jù)，以產(chǎn)定肥，以氮定磷，氮磷配合，把氮磷比控制在2∶1～3∶1。

表3 土壤氮磷比分段面積統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

（1）臨渭區(qū)土壤堿解氮含量基本可以滿足作物的生長(zhǎng)需要，但整體水平仍較低，部分地區(qū)仍低于作物的生長(zhǎng)需求水平；有效磷含量水平低，相當(dāng)一部分地區(qū)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足小麥、玉米和棉花的生長(zhǎng)需求；速效鉀含量對(duì)小麥、玉米基本不存在缺乏問(wèn)題，對(duì)棉花來(lái)說(shuō)，陽(yáng)郭鎮(zhèn)的西部和北部稍顯不足，總體來(lái)說(shuō)鉀肥含量處于較高水平。該區(qū)氮磷比平均值為4∶1，呈現(xiàn)嚴(yán)重失調(diào)狀態(tài)。

（2）對(duì)于臨渭區(qū)的耕地，應(yīng)合理增施有機(jī)肥，這樣既可以全面補(bǔ)充養(yǎng)分元素，又可以改善土壤結(jié)構(gòu)，從而提高土壤保肥和供肥能力；氮肥方面，在缺乏地區(qū)可以增施尿素和碳酸氫氨；磷肥方面，可以增施普通過(guò)磷酸鈣來(lái)增加磷的含量。最好對(duì)特定作物有針對(duì)性的增施復(fù)混肥料。紅四方復(fù)合肥和金鑰匙小麥配方肥可以當(dāng)作小麥專用肥，金鑰匙玉米配方肥和金鑰匙棉花配方肥可以用來(lái)給玉米和棉花追肥。另外，應(yīng)建立合理的輪作套種制度，以進(jìn)一步提高土壤氮磷水平，保證作物的良好生長(zhǎng)。

［1］邢玎.臨渭區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益研究［D］.陜西 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2008.

［2］孫波，趙其國(guó)，閭國(guó)年.低丘紅壤肥力的時(shí)空變異［J］.土壤學(xué)報(bào)，2002，39（2）：190－198.

［3］Stark C H E，Condron L M，Stewart A，et al.Small－scale spatial variability of selected soil biological properties［J］.Soil Biology and Biochemistry，2004，36（4）：601－608.

［4］張淑娟，何勇，方慧.基于GPS和GIS的田間土壤特性空間變異性的研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003，19（2）：39－44.

［5］胡克林，李保國(guó)，林啟美，等.農(nóng)田土壤養(yǎng)分的空間變異性特征［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1999，15（3）：33－38.

［6］張朝生，章申，何建邦.長(zhǎng)江水系沉積物重金屬含量空間分布特征研究：地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法［J］.地理學(xué)報(bào)，1997，52（2）：185－192.

［7］郭旭東，傅伯杰，馬克明，等.河北省遵化平原土壤養(yǎng)分的時(shí)空變異特征：變異函數(shù)和Kriging插值分析［J］.地理學(xué)報(bào)，2000，55（5）：555－556.

［8］王紹強(qiáng)，朱松麗，周成虎.中國(guó)土壤土層厚度的空間變異特征［J］.地理研究，2001，20（2）：161－169.

［9］張敏，賀鵬飛，陳偉強(qiáng).基于GIS和地統(tǒng)計(jì)學(xué)的土壤養(yǎng)分空間變異分析［J］.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，41（3）：53－58.

［10］Yanai J，Mishima A，F(xiàn)urakawa S，et al.Spatial variability of organic matter dynamics in the semi－arid croplands of northern Kazakhstan［J］.Soil Science Plant Nutrient，2005，51（2）：261－269.

［11］馬媛，塔西甫拉提·特依拜，貢璐，等.新疆阜康土壤微量元素的空間變異分析［J］.蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，43（2）：15－19.

［12］高義民，同延安，胡正義，等.黃土區(qū)村級(jí)農(nóng)田土壤養(yǎng)分空間變異特征研究［J］.土壤通報(bào)，2006，37（1）：1－6.

［13］臨渭區(qū)農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會(huì).臨渭區(qū)農(nóng)業(yè)資源調(diào)查和農(nóng)業(yè)區(qū)劃報(bào)告集［M］.西安：三秦出版社，1996.

［14］崔瀟瀟，高原，呂貽忠.北京市大興區(qū)土壤肥力的空間變異［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（9）：327－333.

［15］付瑩瑩，同延安，趙佐平，等.陜西關(guān)中灌區(qū)夏玉米土壤養(yǎng)分豐缺及推薦施肥指標(biāo)體系的建立［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010，28（1）：99－93.

［16］渭南縣志編纂委員會(huì).渭南縣志［M］.西安：三秦出版社，1987.