醴陵休耕區稻田土壤養分綜合評價

摘 要：為了探明醴陵市休耕區稻田土壤養分狀況，為后續休耕及治理措施提供參考，選取醴陵市休耕區18個樣點，進行實地采樣和室內理化檢測，并采取主成分分析法對土壤養分狀況進行綜合評價。結果表明：醴陵市休耕區土壤pH值均值為5.50，總體為偏酸性土壤；土壤有機質、全氮、有效磷含量較為豐富；但速效鉀及緩效鉀含量處于中等水平，略有不足；大部分土壤有效鈣含量偏低，處于缺鈣狀態；土壤有效鎂含量適中；土壤微量元素有效銅及有效錳含量過高。主成分分析顯示，醴陵休耕區稻田較肥沃土壤點位占50.0%，對其采取保育措施；50.0%的土壤點位養分水平較低，需通過種植綠肥、深耕、排滯等措施對土壤質量進行有效提升。

關鍵詞：休耕；醴陵；土壤養分；主成分分析；醴陵

中圖分類號：S344.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）08-0027-05

Comprehensive Assessment of Soil Nutrients for Paddy Field in Fallow Area around Liling

ZHAO Sai-nan1，XIAO Xiang2，ZHANG Liang1，CAO Qiao1，WANG Hai-tao1，

SHEN Xiao-lan1，ZHAI Cheng1，ZHOU Qing1

（1. College of Resources and Environment， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， PRC；

2. Hunan Soil and Fertilize Station， Changsha 410005， PRC）

Abstract： In order to find out the soil nutrient status of the paddy field in the fallow area of Liling City and provide reference for the subsequent fallow and control measures， 18 samples from the fallow area of Liling City were selected for on-site sampling and indoor physical and chemical testing. The method of principal component analysis was used to comprehensively evaluate the soil nutrient status. The result showed that the average soil pH value in the fallow area of Liling City was 5.50， which was generally acidic soil. The soil organic matter， total nitrogen and available phosphorus were abundant， but the available potassium and slow-acting potassium were at medium level， slightly insufficient. The available calcium content of soil is low and it is in the state of calcium deficiency， the effective magnesium content in the soil is moderate， and the effective copper and manganese content of soil trace elements are too high. Principal component analysis showed that the paddy field in Liling fallow area accounted for 50.0% of the fertile soil and the conservation measures were adopted.50.0% of the soil fertility level was low and the quality of soil needed to be effective improved by the measure of planting green manure， deep tillage and transport perched water.

Key words： fallow； Liling； soil nutrient； principal analysis； Liling

土壤是保證作物生存的基礎，土壤質量的好壞直接關系到人類的生存狀況，其中土壤養分是評價土壤質量的重要標志[1]。而土壤質量的改善和保護對稻田可持續發展具有重要作用[2]。實施輪耕制度是稻田可持續發展的有效途徑之一[3]。因此，對土壤養分進行正確的認識和科學客觀的評價是準確了解土壤本質、提高土壤質量并促進農業提質增效的有效途徑，也是國內外研究的重點[4-7]。

醴陵市位于湖南省東部中段，該市土壤肥沃，生產條件優越，自然資源豐富。醴陵市為湖南省休耕的重點區域，2017年安排休耕面積共735.6 hm2。研究以醴陵市休耕區為研究區域，對該市休耕區稻田土壤養分情況進行分析與評價，并提出相關改良土壤的建議，以期為醴陵市之后的休耕及相關治理措施提供參考，也為相關職能部門的有關決策提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

根據制定的醴陵休耕面積以及前期調研的基礎，并結合當地的土壤類型、耕地質量等因素，在醴陵休耕區布設了18個監測點，對其挖掘土壤剖面及土壤剖面特性觀察，并采集剖面混合土樣和剖面分層土樣，其采樣點基本情況見表1。按照中華人民共和國農業行業標準（NY/T1121.1）土壤檢測中的土壤樣品采集、處理與貯存要求采集土樣。

1.2 方 法

1.2.1 土壤理化指標測定方法 參考土壤檢測相關標準（NY/T1121，NY/T889，NY/T890），對土樣的pH值、有機質、全氮、有效磷、速效鉀、有效鈣、有效性鎂和有效銅等指標進行檢測。pH值測定采用電位法；有機質測定采用重鉻酸鉀容量法；全氮測定采用自動定氮儀測定；有效磷測定采用鉬銻抗比色法；速效鉀的測定采用火焰光度計法；有效鈣和有效鎂采用乙酸銨浸提-原子吸收分光光度法測定；有效錳及有效銅測定采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法。

1.2.2 土壤養分評價標準 綜合第二次全國土壤普查養分分級標準[8]以及湖南土壤[9]中水稻田的肥力分級標準對醴陵休耕區水稻田土壤養分狀況進行分級評價。具體分級標準見表2。

1.2.3 土壤養分評價方法 采用因子分析提取主成分分析法（PCA），綜合各土壤養分指標對醴陵縣休耕區土壤養分進行綜合評價[6]。PCA法通過因子分析確定土壤參評指標主成分特征值和特征向量。根據主成分累積貢獻率，選擇關鍵主成分，計算各主成分得分，再利用綜合得分公式求出各采樣點土壤養分綜合分值（F）[10]。

式中λ1、λ2…λp表示各主成分的特征值，F1、F2…Fp為各主成分得分。

1.2.4 數據統計分析 所有試驗數據均采用Excel和SPSS統計軟件進行相應的分析處理。

2 結果與分析

2.1 土壤養分含量現狀分析

土壤酸堿度（即pH值）是土壤重要的基本性質之一，是土壤形成和熟化培肥過程的一個指標[11]。從表3中可以看出，醴陵休耕區水稻土的pH值含量在4.91～6.03，均值為5.50。有9個點土壤pH值處于Ⅱ級狀態，即pH值范圍在4.5～5.5，為酸性土壤；還有9個點土壤pH值在5.5～6.5范圍內，處于Ⅲ級范圍內，為微酸性。由此可知，該地區水稻田土壤偏酸性，這主要是由于水稻土周期性的灌水和排水的影響，同時施肥所引起的復鹽基作用也對其產生影響。

表3顯示，醴陵休耕區水稻土有機質范圍在20.44～

49.27 g/kg，均值為36.33 g/kg，變異系數為22.38%，處于中等變異。18個取樣點中，有6個取樣點土壤有機質含量高于40 g/kg，處于Ⅰ級；有9個點的土壤有機質含量處于30～40 g/kg，處于Ⅱ級狀態；只有3個點的土壤有機質含量處于20～30 g/kg，處于Ⅲ級。表明醴陵休耕區水稻土有機質含量較為豐富。這主要是由于有機質分解效率較慢，加之水稻根茬和有機肥施用較多。

氮有利于蛋白質、氨基酸、葉綠素等的積累，對水稻產量和品質的形成具有重要作用[12]。從表3可知，醴陵水稻田土壤全氮含量在1.17～2.84 g/kg，均值為1.96 g/kg，變異系數為23.50%，處于中等變異。有8個取樣點的土壤全氮含量極為豐富，達到Ⅰ級標準；有7個取樣點土壤全氮含量較為豐富，處于Ⅱ級標準；有3個取樣點土壤全氮含量尚可，處于Ⅲ級標準。這些數據表明醴陵休耕區水稻土全氮含量豐富，而這主要是因為當地有機質豐富，有機質積累與分解后，產生大量的氮素。

土壤有效磷水平是影響作物產量、評價土壤肥力以及環境污染的重要指標之一[13]。表3顯示，醴陵休耕區水稻土土壤有效磷含量在14.0～34.4 mg/kg，均值為24.0 mg/kg，變異系數為26.23%，處于中等變異。18個取樣點中，有14個取樣點有效磷含量處于20～40 mg/kg，處于Ⅱ級標準；有4個取樣點處于10～20 mg/kg，處于Ⅲ級標準。數據表明醴陵休耕區水稻土有效磷含量比較豐富，這主要是由于當地的磷肥施用較為充足。

土壤中的鉀是作物生長的必需營養元素之一，同時，鉀也是影響作物品質的重要元素[14]。從表3中可知，醴陵休耕區水稻土的速效鉀含量在33.0～274.6 mg/kg，均值為123.2 mg/kg，變異系數為46.08%，屬于中等變異。18個取樣點中，有2個取樣點速效鉀含量處于Ⅰ級；有2個取樣點速效鉀含量處于Ⅱ級；有10個取樣點速效鉀含量處于Ⅲ級；有2個取樣點速效鉀含量處于Ⅳ級；有2個取樣點速效鉀含量處于Ⅴ級。數據表明醴陵休耕區水稻土速效鉀含量處于中等水平，部分地區速效鉀含量不足。該區水稻土緩效鉀含量在135.7～457.9 mg/kg，均值為308.5 mg/kg，變異系數為29.79%，屬于中等變異。18個取樣點緩效鉀含量中，有2個取樣點處于Ⅱ級標準；8個取樣點處于Ⅲ級標準；5個取樣點處于Ⅳ級標準；3個取樣點處于Ⅴ級標準。綜合速效鉀與緩效鉀數據表明，醴陵休耕區水稻土鉀含量處于中等偏下水平，略有不足，部分地區急需補充鉀肥。

土壤中的鈣對于促進水稻生長發育、增強抗逆性、提高產量和品質等具有重要的作用[15]。表3顯示有效鈣含量在143.6～427.2 mg/kg，均值為291.5 mg/kg，變異系數為27.79%，屬于中等變異。其中，有10個取樣點有效鈣含量在300～500 mg/kg；8個取樣點有效鈣含量小于300 mg/kg。數據表明，醴陵休耕區水稻土有效鈣含量偏低，這主要是由于鈣肥施用不足而氮肥施用過多，使得鈣流失不斷加劇。

土壤中的鎂對于水稻的光合作用和生長發育具有重要作用[16]。從表3中可以看出，醴陵休耕區土壤有效鎂含量在76.0～323.4 mg/kg，均值為161.7 mg/kg，變異系數為36.60%。屬于中等變異。在18個取樣點中，只有1個取樣點有效鈣含量達到Ⅰ級標準；有3個取樣點達到Ⅱ級標準；有12個取樣點達到Ⅲ級標準，2個取樣點達到Ⅳ級標準。總體來看醴陵休耕區水稻土有效鎂含量適中，比較適宜水稻的生長，只有個別地區需增施鎂肥。

銅、錳是水稻所需的微量元素，對水稻生長過程有巨大的影響，且土壤中僅需少量就能滿足植物生長的需要[17]。醴陵休耕區水稻土有效銅含量在1.8～4.9 mg/kg，均值為3.1 mg/kg，變異系數為27.40%。18個取樣點的有效銅含量均大于1.8 mg/kg，處于Ⅴ級標準，該地區水稻土有效銅含量過量。醴陵休耕區水稻土有效錳含量在8.1～144.0 mg/kg，均值為46.8 mg/kg，變異系數為68.22%，為中等變異。18個取樣點中，有12個取樣點有效錳含量大于30 mg/kg，達到Ⅴ級標準；5個取樣點有效錳含量在15～30 mg/kg，達到Ⅳ級標準；只有1個取樣點有效錳含量在5.0～15 mg/kg，達到Ⅲ級標準，該地區有效錳含量較高。

2.2 土壤養分綜合評價

2.2.1 土壤養分主成分分析 從表4可知，前5個主成分的貢獻率分別是27.112%、20.956%、16.364%、13.308%、7.683%，當主成分個數達到5時，累積貢獻率達到了85.424%，即前5個主成分代表了18個不

同取樣點醴陵休耕區稻田土壤養分85.424%的信息量。

從表5可知，第1主成分在全氮、有效鈣、緩效鉀及有效銅等幾個指標上有較高載荷，特征值分別為0.681、0.670、-0.656、-0.772，代表了第1主成分主要反映了全氮、有效鈣、緩效鉀及有效銅等幾個指標的信息；第2主成分在速效鉀及有效鎂等幾個養分指標上有較高的載荷，特征值分別為0.653、0.894，代表第2主成分主要反映了速效鉀及有效鎂等幾個指標的信息；第3主成分在有機質指標上有較高的載荷，特征值分別為-0.811，代表第3主成分主要反映了有機質的信息；第4主成分在有效錳及有效磷上有較高的載荷，特征值為-0.699、0.645，說明第4主成分主要反映了有效錳及有效磷的信息；第五主成分在pH值上有較高的載荷，特征值為0.385，代表第5主成分主要反映了pH值的信息。

2.2.2 土壤養分綜合得分 各取樣點各主成分得分為各指標標準數據與特征向量相乘，再用5個主成分對醴陵休耕區稻田取樣點土壤養分進行綜合評價，綜合得分函數為F=0.317F1+0.245F2+0.192F3+0.156 F4+

0.090F5，按綜合得分函數計算出醴陵不同取樣點所在休耕區稻田土壤養分綜合得分見表6。

參考已有研究[10]，并結合以上計算結果得到表7，從表7中可知，現階段醴陵休耕區稻田土壤養分水平中等。主成分分析結果表明：土壤養分狀況良好的二等地所占比例為5.6%，土壤養分水平中等偏上的三等地所占比例為44.4%，土壤養分水平中等偏下的四等地所占比例為50%。

3 結論與討論

研究表明，醴陵休耕區稻田土壤pH值均值為5.50，總體呈酸性；稻田土壤有機質、全氮、有效磷含量較為豐富；但速效鉀及緩效鉀含量處于中等水平，略有不足；土壤有效鈣含量偏低，處于缺鈣狀態；土壤有效鎂含量適中；土壤微量元素有效銅及有效錳含量過高，總體土壤養分處于中等水平。主成分分析結果表明，醴陵市土壤養分狀況中等，土壤養分水平較高的一等地所占的比例為5.6%；土壤養分水平處在中等偏上的三等地所占的比例為44.4%；土壤養分水平較差的四等地所占比例為50.0%。醴陵市休耕區土壤養分處于中等水平，需要在休耕期限內進行改善，以有效的休耕區治理休耕模式，改善農田耕作方式，平衡施肥，并對中低養分稻田進行改造，有效的提升醴陵休耕區稻田土壤養分的整體質量水平。

建議針對醴陵市休耕區土壤養分水平較高的水稻田采取保育措施，根據當地土壤特性和長期耕作情況，落實休耕保護制度，采用冬耕曬垡、深耕起壟、綠肥掩青及施用有機肥等措施， 增加土壤有機質含量， 改善土壤種植環境， 實現稻田用養相結合。

對醴陵市休耕區土壤養分水平較低的水稻田進行土壤質量提升，施用堿性肥料或生石灰，改良土壤酸堿度，其次施用肥料要注意氮磷鉀肥的配比，增施鉀肥與鈣肥。通過深耕、排滯措施，改善土壤理化性狀；實行糧—肥、糧—油輪作，增施有機肥，培肥地力。

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（責任編輯：高國賦）