青海省春油菜區土壤養分狀況及施肥策略

徐 倩，宋 佳，田 匯，張 洋，胥婷婷，張 榮，左亞杰，馬愛生，姚致遠，高亞軍,3*

（1 西北農林科技大學資源環境學院，陜西楊凌 712100；2 青海大學農林科學院土壤肥料研究所，青海西寧 810016；3 農業部西北植物營養與農業環境重點實驗室，陜西楊凌 712100）

我國在20世紀80年代進行的第二次全國土壤普查明確了主要農田土壤的養分含量和分布等情況，為我國農業生產提供了大量的重要信息[1]。但是近年的研究表明，不同的作物輪作體系、耕作方式和施肥策略等因素的改變使得我國耕地土壤有機質出現明顯變化[2-5]，且不同區域的土壤養分狀況變異也較大[6]。因此，為了充分合理地利用現有土壤的肥力，必須了解土壤肥力空間變異情況，并以此為依據優化施肥措施，進而實現農業的可持續發展。

油菜是我國最重要的油料作物，提供了60%左右的國產食用植物油[7]。目前關于春油菜的研究基本側重于施肥、育種和耕作技術[8-10]，關于春油菜產區土壤養分現狀的報道較少，現有資料也是局限于單獨一個縣[11-12]。叢日環等[13]分析了長江中下游不同冬油菜種植區的土壤養分狀況，結果表明冬油菜種植區土壤有機質、全氮和有效磷含量均處于適宜/豐富的水平，但是三熟制地區仍有相當比例需要提高土壤有效硼。張智等[14]運用地統計學和ArcGIS技術相結合的方法，對湖北、湖南、江西三省土壤樣品的微量元素養分含量的分布特征和空間變異進行研究發現，與第二次土壤普查相比，土壤有效態鐵、錳、銅含量均有大幅度提升，鮮有土壤缺乏；鋅和硼增幅相對較小，且仍有30.8%和17.7%的耕地處于缺乏狀態。綜上所述，目前我國油菜土壤養分等方面的研究主要集中在長江流域的冬油菜產區，而有關高寒山區春油菜土壤養分等方面的研究還比較少見。

青海省是我國春油菜主產區之一，春油菜種植面積達14.8萬公頃，僅次于內蒙古 (31.3萬公頃) 和甘肅 (16.8萬公頃)，占我國春油菜種植面積的五分之一[15]。據統計資料表明，春油菜種植面積占青海省油料作物種植面積的98.19%，產量達31.04萬噸[16]。近年來高產、優質和雙低甘藍型春油菜雜交種的育成以及大面積推廣種植，為青海省農業生產帶來巨大的經濟效益，油菜成為全省第一大經濟作物，在青海省農業生產中占有主導地位[17]。農戶調查表明青海省東部農業區66%種植油菜的農戶獲得的油菜產量處于中等水平，一半左右的農戶氮磷肥施用不合理，微量元素肥料的投入量基本為零[18]。因此，為了進一步提升春油菜產量，合理指導農戶施肥必須先了解春油菜產區土壤養分現狀。

青海東部高寒山區是青海省三大油菜生產基地之一，湟中、大通和互助三縣是東部地區主要的油菜種植縣，種植面積大、范圍廣，具有很強的代表性。本研究運用ArcGIS中的Kriging插值法研究了以上三縣土壤養分含量及其空間分布特征，旨在為春油菜產區土壤養分平衡管理和科學施肥提供依據。

1 材料方法

1.1 研究區概況

青海省東部位于青藏高原和黃土高原的過渡地帶，屬于高原大陸性氣候，具有海拔高、氣溫低、晝夜溫差大、降雨少而集中、日照長、太陽輻射強等特點。研究區位于青海省東部的湟中、大通和互助三縣 (圖 1)，地理坐標為北緯 36°13′～37°23′，東經 100°51′～102°45′，海拔 2656 m 左右，年均氣溫4.9～5.8℃，年平均日照2453～2582 h，年降水量為477.4～523.3 mm，年蒸發量為900～1763 mm，無霜期61～170 d。成土母質主要為第四紀黃土母質，湟中縣土壤類型為黑鈣土、栗鈣土、灌淤土；大通縣土壤類型為黑鈣土、潮土、鹽化潮土；互助縣土壤類型為黑鈣土、栗鈣土、灰鈣土。

圖1 土壤采樣點分布圖Fig. 1 Distribution of soil sampling sites

表1 土壤養分分級標準Table 1 Standards for grading of soil nutrients in farmlands

1.2 土樣采集

2015年10月，在青海省東部春油菜主產區湟中、大通和互助三縣依據各鄉鎮油菜種植面積大小，分別選擇15、20、13個油菜種植較多且集中連片的鄉鎮，每個鄉鎮選2～4個村進行土壤樣品采集，共布設103個土壤采樣點 (圖1)。在每個樣點采用“S”型路線取樣，按照“隨機”、“等量”和“多點混合”的原則進行采樣，避開路邊、溝邊、田埂、肥堆等特殊部位，采集油菜收獲后0—20 cm耕層土壤，并利用手持GPS記錄采樣點經緯度。三個縣分別采集25、24和54個土壤樣品，用四分法將每個土壤樣品保留500 g，帶回實驗室，風干磨細過篩 (1 mm和0.25 mm)，用于土壤養分的測定。

1.3 養分測定方法與分級標準

土壤養分測定指標及分析方法：有機質采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法；全氮采用半微量開氏法；速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀采用1 mol/L NH4OAc浸提—火焰光度法；有效鐵、錳、銅、鋅采用DTPA-TEA浸提—原子吸收分光光度法；有效硼采用沸水浸提—甲亞胺比色法測定[19]；速效氮采用1 mol/L KCl浸提 (水土比為10∶1)，AA3型連續注射流動分析儀測定。

春油菜區土壤各營養元素養分分級指標以中國第二次土壤普查制定的養分分級標準為依據[1,20-21](表 1)。

1.4 數據分析

采用Excel 2016軟件進行數據處理，土壤屬性采用ArcGIS 10.2中的空間Kriging插值法轉換成柵格圖，通過地統計模塊將柵格屬性賦值到評價單元，按照分級標準劃分并繪制成土壤各養分空間分布圖。

2 結果與分析

2.1 青海省春油菜區土壤有機質含量及其分布

根據養分分級標準 (表1)，青海東部春油菜主產區湟中、大通、互助三縣77%的土壤有機質含量分布在中等和豐富水平 (即20～40 g/kg)，其中中等和豐富水平的土樣占比分別為52%和25% (圖2)。達到很豐富 (＞ 40 g/kg) 水平的比例為5%，沒有處于極缺乏 (＜ 6 g/kg) 水平的土壤。三縣春油菜土壤有機質含量變幅在9.52～56.81 g/kg之間，均值為26.81 g/kg，變異系數為29.49% (表2)。從有機質的空間分布可以看出，調查的三縣中以大通縣土壤有機質含量最高，平均值為32.42 g/kg，處于豐富水平，且達到中等 (＞ 20 g/kg) 水平以上的比例為96%，由北向南呈現遞減的趨勢 (圖2)。

圖2 土壤有機質和氮磷鉀空間分布Fig. 2 Spatial distribution of soil organic matter and NPK

2.2 青海省春油菜區土壤氮磷鉀養分含量及其分布

全氮是主要的土壤氮庫，可以為作物生長提供氮素營養。湟中、大通和互助三縣土壤全氮含量很高，在0.74～3.64 g/kg之間，平均值為1.97 g/kg；根據分級標準，全氮含量很豐富 (＞ 2 g/kg) 和豐富(1.5～2 g/kg) 的分別占49%和27%，中等 (1～1.5 g/kg) 水平的占18%，僅有6%的土壤全氮處于缺乏和很缺乏級別 (0.5～1 g/kg) (表2、圖2)。土壤全氮空間分布和有機質較為相似，由北向南呈現遞減的趨勢，其中湟中縣土壤全氮含量最低，平均值為1.32 g/kg，但是也達到了中等 (1～1.5 g/kg) 水平。

湟中、大通和互助三縣土壤速效磷平均含量為19.03 mg/kg，分布特征為西高東低，91%的土壤速效磷達到中等 (＞ 10 mg/kg) 水平以上。其中分布在中等 (10～20 mg/kg) 和豐富 (20～40 mg/kg) 水平的土壤所占比例分別為57%和28%，達到很豐富 (＞ 40 mg/kg) 水平的比例為6%，只有9%的土壤速效磷缺乏 (表2、圖2)。各縣土壤速效磷含量均比較豐富，與三縣整體速效磷豐缺情況基本一致。湟中、大通和互助三縣土壤速效鉀處于中等 (＞ 100 mg/kg) 水平以上的比例占77%，達到很豐富 (＞ 200 mg/kg) 和豐富 (150～200 mg/kg) 水平的比例分別占29%和18%，處于缺乏 (50～100 mg/kg) 水平的土壤也不容忽視，所占比例為23%，無速效鉀含量很缺乏的土壤 (圖2)。三縣土壤速效鉀含量平均為164.27 mg/kg，處于豐富 (150～200 mg/kg) 水平，但速效鉀含量存在較大區域性差異，其中速效鉀含量很豐富的土壤主要分布在大通縣，該縣速效鉀平均含量為201.25 mg/kg，達到很豐富 (＞ 200 mg/kg) 水平，而缺乏速效鉀的土壤則主要分布在互助和湟中兩縣，兩縣分別有30%和24%的土壤處于速效鉀缺乏 (50～100 mg/kg)水平 (表 2、圖 2)。

)gk/gm(硼B elbaliav62.1 91.0 94.0 52.0 72.15 84.0 31.0 33.0 11.0 75.23 44.0 10.0 51.0 11.0 32.47 62.1 10.0 72.0 12.0 11.77效A有)gk/gm(鋅nZ elbaliav 22.21 37.0 72.3 70.3 17.39 99.4 16.0 76.1 59.0 18.65 89.5 23.0 81.1 78.0 68.37 22.21 23.0 18.1 68.1 81.301效A有)gk/gm(銅效uC elbaliavA 35.1 73.0 78.0 43.0 58.83 50.2 04.0 59.0 34.0 22.54 11.1 02.0 15.0 02.0 97.93 50.2 02.0 07.0 63.0 07.15 ec 有nivorP iahgni )gk/gm(錳效 nM elbaliavA 23.9 63.3 71.6 54.1 34.32 20.11 26.3 95.6 68.1 12.82 15.9 88.3 84.6 40.1 90.61 20.11 63.3 34.6 63.1 12.12 Q有量含分養壤nretsae ni dnal )gk/gm(鐵效有 eF elbaliavA 84.91 83.4 61.01 92.3 04.23 96.42 92.8 94.41 74.4 78.03 27.71 17.3 87.11 04.3 68.82 96.42 17.3 20.21 29.3 36.23土田菜油春區mraf deesepar )gk/gm(鉀效 K elbaliavA 00.093 00.06 08.661 41.29 42.55 00.025 00.06 52.102 62.511 72.75 00.064 00.56 76.641 93.87 44.35 00.025 00.06 72.461 31.39 96.65地g速部東省海青 2 nirps fo stnetnoc )gk/gm()磷效速P elbaliavA 47.84 88.4 38.22 85.01 33.64 19.24 99.7 50.02 53.9 56.64 22.44 44.6 18.61 76.7 06.54 47.84 88.4 30.91 11.9 78.74表 tneirtun li gk/gm(氮效 N elbaliavA 11.93 03.21 03.82 29.5 39.02 14.95 40.42 13.33 63.7 80.22 95.07 47.81 09.33 55.9 71.82 95.07 03.21 04.23 65.8 34.62 oS 2 elbaT)gk/g(速 氮N latoT 49.1 47.0 23.1 53.0 82.62 69.2 93.1 92.2 14.0 18.71 46.3 88.0 31.2 65.0 91.62 46.3 47.0 79.1 16.0 87.03)全gk/g(質MOS 06.33 14.31 63.32 70.5 37.12 18.65 73.91 24.23 23.8 56.52 15.44 25.9 29.52 16.7 73.92 18.65 25.9 18.62 19.7 94.92機有 分養tneirtuN xaM值niM值naeM DS差 )%(VC數系 xaM值niM值naeM DS差 )%(VC數系 xaM值niM值naeM DS差 )%(VC數系 xaM值niM值naeM DS差 )%(VC數系大小值準異大小值準異大小值準異大小值準異最最均標變最最均標變最最均標變最最均標變點地noitacoL縣中湟gnohzgnauH縣通大gnotaD縣助互uhzuH體總latoT

2.3 青海省春油菜區土壤微量元素養分含量及其分布

明確土壤微量元素含量的分布規律，有助于判斷土壤微量元素的養分供應情況，指導微量元素肥料的施用。湟中、大通和互助三縣土壤有效鐵含量在豐富 (10～20 mg/kg) 和中等 (4.5～10 mg/kg) 水平的比例分別為65%和29%，平均含量為12.02 mg/kg，達到豐富 (10～20 mg/kg) 水平 (表2、圖3)。不同縣之間差異較小，湟中、大通和互助三縣有效鐵平均含量依次為10.16、14.49和12.02 mg/kg，各縣達到中等 (10～20 mg/kg) 及以上的比例分別為92%、100%和98%。

湟中、大通和互助三縣土壤有效錳含量變化范圍是3.36～11.02 mg/kg，變幅較小，平均含量為6.43 mg/kg，處于中等 (5.0～15 mg/kg) 水平 (表 2)。除10.7%的土壤有效錳含量缺乏 (1.0～5.0 mg/kg)外，其余89.3%的土壤有效錳含量均達到中等(5.0～15 mg/kg) 水平，不同縣之間無明顯區域性差異，各縣豐缺比例與整體一致 (圖3)。湟中、大通和互助三縣土壤有效銅含量在中等 (0.20～1.0 mg/kg)水平的比例為82.5%，含量達到豐富 (1.0～1.8 mg/kg) 及以上的占17.5%，無有效銅缺乏的土壤。三縣土壤有效銅平均值為0.70 mg/kg，含量豐富 (1～1.80 mg/kg) 的土壤主要分布在大通 (33.3%) 和湟中(32.0%) 兩縣 (表 2、圖 3)。

湟中、大通和互助三縣土壤平均有效鋅含量為1.81 mg/kg，達到中等 (1.0～2.0 mg/kg) 水平；但含量分布范圍在0.32～12.22 mg/kg之間，變幅較大 (變異系數為103.2%) (表2)。土壤有效鋅含量處于豐富(2.0～5.0 mg/kg) 及以上的占20.4%，中等 (1.0～2.0 mg/kg) 水平的比例是42.7%，缺乏 (0.50～1.0 mg/kg)和很缺乏 (＜ 0.50 mg/kg) 的土壤分別占34.0%和2.9%(圖3)。從各縣土壤有效鋅分布來看，有效鋅含量豐富的土壤主要分布在湟中和大通兩縣，而缺乏有效鋅的土壤則主要分布在互助縣。

湟中、大通和互助三縣土壤有效硼含量均值為0.27 mg/kg，缺乏嚴重；土壤有效硼含量達到中等(0.50～1.0 mg/kg) 及以上水平的比例僅有6.8%，其余土壤缺乏 (0.25～0.50 mg/kg) 和很缺乏 (＜ 0.25 mg/kg) 有效硼的比例分別為40.8%和52.4% (表2、圖3)。湟中和大通兩縣的土壤有效硼主要處于缺乏水平，比例分別為60.0%和70.8%；互助縣土壤有效硼缺乏狀況更為嚴重，81.5%的油菜田土壤有效硼含量處在很缺乏范圍。該研究結果表明，湟中、大通和互助三縣油菜田土壤有效硼缺乏嚴重，缺乏程度依次為互助 ＞ 大通 ＞ 湟中。

圖3 土壤微量元素空間分布Fig. 3 Spatial distribution of soil micronutrients

3 討論

3.1 青海省春油菜區土壤養分含量分布現狀及其影響因素

土壤養分狀況調查與評價是進行合理施肥與養分管理的主要依據。調查結果表明，青海省東部春油菜主產區土壤有機質、全氮、速效磷及速效鉀含量均處于中等/豐富水平。與第二次土壤普查結果相比各養分均有所變化，有機質、全氮和速效磷含量均有大幅度上升，速效鉀含量穩中有升，由此變化趨勢可以看出研究區土壤肥力總體得到了進一步提升。劉永忠等[11]的研究結果也表明，與第二次土壤普查結果相比，互助縣農田土壤有機質、速效磷和速效鉀含量均有上升。土壤養分含量豐富可能是由于春油菜區生長季短，一年種植一季油菜，土壤養分的消耗較小，且淋洗損失少[22]。Kriging差值結果顯示，土壤有機質和全氮含量分布規律較為一致，由北向南逐漸降低，其分布規律與研究區海拔變化趨勢較為一致。(土壤養分空間分布呈現一定的海拔梯度特征是由于一定范圍內海拔下降導致溫度升高，微生物對土壤中有機殘體的分解速率加快，使得土壤有機質和全氮的累積量變小[23]。有研究表明，單施化肥可以提高土壤有機質含量[24]，近年來由于測土配方施肥項目的實施，提高了農民的施肥意識，使耕地有機質含量有所提升[12]。此外，化肥施用量的大幅上升促進了作物產量提高的同時，也增加了土壤中作物殘茬和根的有機質輸入[25]，進一步提高了土壤有機質含量。本研究區土壤有機質含量和長江中下游油菜種植區相比較為接近，但和加拿大東部油菜產區26.0～55.0 g/kg的土壤有機質含量[26]相比仍有較大提升空間。成土母質對土壤形成和發育有很重要的作用，母質可以直接影響土壤礦物和土壤顆粒的組成，同時在很大程度上支配著土壤理化性質及土壤生產力[27]。青海省春油菜區大多是第四紀黃土母質發育的土壤，且氣候寒冷干旱，風化作用弱，礦物中的磷鉀難以釋放，且淋失少，因此土壤全磷、全鉀含量很豐富。速效磷含量中等但相比三十多年前卻有所提升，可能是由于油菜根系可以活化土壤中的磷，使其成為植物可利用的有效磷[28-29]。速效鉀含量豐富但區域性差異較大，可能是由于土壤類型的差異導致含量很豐富的土壤主要分布在大通縣，含量缺乏的土壤則分布在互助和湟中兩縣 (圖2)。

微量元素可以促進作物生長發育，提高作物產量和品質，土壤微量元素有效性是表征土壤環境質量的重要因素[30]。根據最小養分律和礦質營養學說，作物生長需要各種營養元素，因此為了避免作物缺素而導致產量和品質下降，有必要查明土壤微量元素含量及分布情況。青海省春油菜主產區土壤有效鐵含量豐富，有效錳、有效銅和有效鋅的含量處于中等水平，有效硼含量缺乏。土壤有效鋅有較大的區域性差異，缺鋅土壤主要分布在互助縣 (圖3)。土壤微量元素含量差異大的原因主要是受局部地形、土壤類型、氣候條件等因素的影響，使得土壤礦物的風化分解速率不同[31]。此外，農業生產也是影響土壤微量元素養分含量的因素之一，不同的作物種類、輪作制度和肥料種類等可能導致微量元素含量的差異[14]。本次調研結果顯示，三縣土壤有效硼含量缺乏現象比較嚴重，平均含量僅有0.27 mg/kg (表2)，有效硼含量缺乏程度依次為互助 ＞ 大通 ＞ 湟中 (圖 3)。青海省春油菜產區土壤有效硼缺乏一方面是由于油菜是需硼量大的作物，隨著作物的吸收和收獲使得土壤硼轉移到作物體內；另一方面是當地農民深受傳統施肥習慣的影響[32]，主要施用氮磷肥料，不注重硼肥等微量元素肥料的施用。長期以往不僅引起土壤缺硼現象嚴重，還限制了該地區油菜的產量，進而加劇了農民對氮磷肥料的投入。

3.2 青海省春油菜施肥策略

氮磷鉀是作物生長所必需的三大營養元素，合理施用氮磷鉀肥可以達到作物增產提效的作用，反之無論是施用過量還是不足都會導致肥料利用率低、減少作物產量和威脅生態環境等一系列問題。就施肥對我國長江流域作物產量的貢獻率來講，油菜為56.2%，小麥為48.6%，水稻為29.6%[33]，也就是說在土壤肥力基本一致時，油菜更加依賴肥料的施用。可見，施肥已經成為油菜生產的重要技術，肥料投入占油菜生產成本的一半以上[7]。青海省春油菜區湟中、大通和互助三縣春油菜土壤氮磷鉀養分含量比較豐富，且磷、鉀肥屬于不可再生資源，在油菜生產過程中應該注意氮磷鉀肥的合理施用，避免盲目施肥導致資源浪費的現象。大通、互助兩縣土壤含氮豐富，農民應適當減少氮肥投入防止投入過量導致的環境問題；湟中、大通兩縣土壤速效磷含量豐富，降低磷肥施用量可以避免磷肥資源浪費，降低油菜生產成本。湟中縣中部地區 (漢東回族鄉、西堡鎮和共和鄉) 和互助縣北部地區 (東和鄉、林川鄉和五峰鎮) 土壤速效鉀含量缺乏，針對上述缺鉀地區應適當增施鉀肥，進一步保障作物產量。微量元素鐵錳銅鋅基本處于豐富/中等水平，互助縣缺鋅的地區 (西山鄉、五峰鎮、南門峽鎮、五十鎮和丹麻鎮) 應該適當增施鋅肥。

硼是植物生長必需的微量營養元素之一，施用硼肥有助于植物根、種子和花粉的生長發育，與蛋白質和木質素合成有關，能增進細胞膜的滲透力，對碳水化合物的運轉有重要作用。油菜作為硼敏感作物，缺硼會出現“花而不實”現象，造成減產，國內外大量研究已表明施硼可以提高油菜籽粒產量和脂肪含量[26,34-35]。鄒娟等[36]在湖北省油菜主產區進行了30個硼肥田間試驗，其中21個試驗點施用硼肥后增產效果顯著，施硼使油菜平均增產428 kg/hm2，平均增產率為19.2%，在冬油菜產區施用硼肥已成為油菜種植的常規農藝措施。徐華麗等[37]調查結果顯示，湖北省油菜施用硼肥的比例為58.4%，且硼肥施用的地區差異性較大。在生產中合理控制硼肥用量及選擇適宜的施硼技術，可提高缺硼土壤的硼素供應能力[8]。國外有學者研究表明葉面噴施硼肥150～300 g/hm2，可以增加籽粒氮和鈣的含量，提高油菜的產量和品質[38]。劉麗君等[39]研究表明硼肥基施加葉面噴施比單純葉面噴施效果更好，以基施7.5 kg/hm2+ 噴施1.5 kg/hm2增產效果最好，經濟效益最高。因此，針對青海省春油菜區土壤缺硼現象，合理增施硼肥是避免最小養分限制的重要施肥策略，是實現青海省春油菜產業減肥增效目標的重點方向。

4 結論

青海省春油菜區土壤肥力整體處于中等偏高水平。不同區域土壤速效鉀含量差異較大，缺乏地區主要分布在湟中和互助縣。湟中、大通和互助三縣土壤有效硼的平均含量僅為0.27 mg/kg，嚴重缺硼。除互助縣有缺鋅現象外，其它微量元素含量在3個縣均較為豐富。基于本研究結果，建議今后在春油菜生產中，大通、互助兩縣應合理減施氮肥；湟中、大通兩縣應降低磷肥施用量；針對湟中和互助縣的速效鉀含量缺乏地區應適當增施鉀肥；在互助縣的缺鋅地區應配施鋅肥。三縣均應在油菜生產過程中增施硼肥，并采用合理的施肥量，防止缺硼導致產量及品質的降低，進一步緩解不同養分的限制從而實現減肥增效。養分的平衡供應將有利于提高肥料利用率，實現春油菜產業的可持續發展。