華南主產(chǎn)區(qū)木薯地土壤肥力現(xiàn)狀分析

魏云霞 王熊飛 劉麗娟 李鳳蘭 鄭永清 林洪鑫 黃潔

(1中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所海南儋州571737;2海南省土壤肥料總站海南海口571100;3廣西南寧市武鳴區(qū)雙橋鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣站廣西南寧530100;4中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院廣州實(shí)驗(yàn)站廣東廣州510140;5江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與資源環(huán)境研究所江西南昌330200)

木薯具有重要的食用、飼料、能源、工業(yè)原料價(jià)值，是重要的熱帶經(jīng)濟(jì)作物［1-2］，又是中國(guó)“走出去”戰(zhàn)略的重要作物之一［3］，在“一帶一路”的東南亞、非洲等國(guó)家發(fā)揮重要的技術(shù)支撐作用［4］。目前全球已有超八億人以木薯為主糧［5］，中國(guó)木薯主要分布于華南區(qū)域。土壤肥力是影響木薯種植的重要因素之一。土壤養(yǎng)分狀況是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)，是合理施肥的主要依據(jù)［6-7］，且其肥力水平是決定肥料利用率的基本因素。木薯種植區(qū)域土壤肥力下降已成為制約中國(guó)木薯生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的主要問題之一［8-9］。受多種因素的影響，土壤養(yǎng)分會(huì)出現(xiàn)較大的變異［10-12］，因此，探明土壤養(yǎng)分狀況是調(diào)控木薯地土壤肥力、促進(jìn)科學(xué)施肥、實(shí)現(xiàn)木薯產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。本研究通過采集、分析中國(guó)木薯主產(chǎn)區(qū)103份土壤，對(duì)木薯種植地土壤養(yǎng)分進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，旨在了解中國(guó)木薯地土壤肥力現(xiàn)狀，以期為木薯高產(chǎn)高效施肥提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

2018年11月至2019年4月，于木薯種植前，在中國(guó)木薯主產(chǎn)區(qū)內(nèi)選擇種植面積較大、具有代表性的木薯地作為土壤采樣點(diǎn)，具體分別為廣西、海南、廣東、福建、江西、云南、湖南。

1.2 方法

1.2.1 樣品采集及處理

每個(gè)采樣點(diǎn)根據(jù)具體面積和地形，采用隨機(jī)S型多點(diǎn)混合采樣，至少采集5個(gè)點(diǎn)，取0～20 cm的土壤；用四分法充分混勻后留取1 kg左右裝袋，為一個(gè)土樣，同時(shí)記錄采樣點(diǎn)經(jīng)緯度；將土壤風(fēng)干、磨細(xì)、過2和0.25 mm篩，供理化分析用，其中，廣西37份、海南35份、廣東19份、福建4份、江西4份、云南3份、湖南1份，共103份。

1.2.2 項(xiàng)目測(cè)定

對(duì)土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀含量進(jìn)行分析測(cè)定。土壤pH：按水土比2.5∶1混勻后用pH計(jì)測(cè)定；有機(jī)質(zhì)：采用K2Cr2O7外加熱法測(cè)定；全氮：采用凱氏定氮法測(cè)定；全磷：采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測(cè)定；全鉀：采用NaOH熔融-火焰光度法測(cè)定；堿解氮：采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；中性土壤有效磷：采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；酸性土壤有效磷：采用NH4F浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀：采用NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定［13-14］。

1.2.3 木薯地土壤理化性質(zhì)閾值

木薯地土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮及速效養(yǎng)分分級(jí)指標(biāo)參考Howeler［14］的方法，具體見表1。參照分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)采樣的木薯地土壤進(jìn)行歸類和統(tǒng)計(jì)分析，明確土壤養(yǎng)分情況，并以此評(píng)價(jià)中國(guó)木薯地土壤養(yǎng)分狀況。

表1 木薯地土壤理化性質(zhì)的閾值

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，Arc-GIS10.2軟件制圖，用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析。養(yǎng)分指標(biāo)的變異系數(shù)（CV）計(jì)算見公式（1）。

CV≥100%為強(qiáng)變異，10%＜CV＜100%為中等變異，CV≤10%為弱變異［15］。

土壤肥力綜合評(píng)價(jià)計(jì)算步驟［16-17］：首先，使用隸屬函數(shù)將各個(gè)土壤養(yǎng)分指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，見公式（2）；其次，采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法計(jì)算各個(gè)土壤養(yǎng)分指標(biāo)的權(quán)重，見公式（3）（4）；最后，得出土壤養(yǎng)分綜合質(zhì)量指數(shù)（H），見公式（5）。

式中：μ（Xij）代表各土壤養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬度值；Xij代表土壤養(yǎng)分指標(biāo)值；Xj，max和Xj，min代表第j項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)最大值和最小值；Vj代表標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)；Wj代表權(quán)重；H代表土壤養(yǎng)分綜合質(zhì)量指數(shù)。

H＞0.8為極高級(jí)，0.6≤H＜0.8為高級(jí)，0.4≤H＜0.6為中級(jí)，0.2≤H＜0.4為低級(jí)，H＜0.2為極低級(jí)［18］。

2 結(jié)果與分析

2.1 木薯地土壤養(yǎng)分狀況

中國(guó)華南木薯主產(chǎn)區(qū)土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀的變化范圍分別為3.97～7.26，5.46～83.86、0.22～1.95、0.22～1.39 g/kg，0.27～1.49、25.55～261.80、0.85～189.06、18.20～494.95 mg/kg（表2）；平均值分別為5.31，22.02、1.02、0.69、11.01 g/kg，106.90、34.69、104.19 mg/kg；pH的變異系數(shù)最小（12.22%），有效磷變異系數(shù)最大（113.09%），除有效磷屬于強(qiáng)變異外，其他養(yǎng)分指標(biāo)均屬于中等變異。除pH、堿解氮外，不同產(chǎn)區(qū)之間土壤養(yǎng)分存在明顯差異，有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀的含量均表現(xiàn)為廣西＞廣東＞海南，全磷、有效磷的含量表現(xiàn)為廣東＞廣西＞海南，全鉀含量表現(xiàn)為海南＞廣東＞廣西。與2005—2014年測(cè)土配方施肥土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)［19］相比，其中，海南pH的平均值升高0.37個(gè)單位，廣西、廣東、華南區(qū)域的土壤pH的平均值均降低；廣西、海南、廣東、華南區(qū)域的有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量的平均值均降低，降幅分別為0.69%～23.30%、15.87%～35.22%；土壤有效磷含量、速效鉀含量的平均值均提高，增幅分別達(dá)21.91%～109.44%、15.63%～80.40%。

2.2 木薯地土壤養(yǎng)分分級(jí)情況

中國(guó)華南木薯主產(chǎn)區(qū)，pH處于中等水平，占90.29%；有機(jī)質(zhì)含量主要處于低和中等兩個(gè)水平，分別占43.69%、44.66%；全氮含量分別處于低和中等兩個(gè)水平，占49.51%、50.49%；有效磷含量處于高和中等水平，分別占59.00%和29.00%，低和非常低水平共占12.00%；速效鉀含量低和非常低水平共占38.84%，中等和高等水平分別占26.21%、34.95%（表3）。各養(yǎng)分指標(biāo)在廣西、海南、廣東的等級(jí)分布規(guī)律與華南區(qū)整體規(guī)律基本一致；不同區(qū)域間存在一定差異，其中，廣西、廣東木薯地土壤各養(yǎng)分指標(biāo)主要處于中等、高水平，而海南木薯地土壤pH、有效磷含量主要處于中等、高等水平，有機(jī)質(zhì)、全氮含量主要處于低等水平，速效鉀含量處于非常高水平的占比為0，在其他4個(gè)水平分布較為均勻。

表2 木薯地土壤養(yǎng)分含量狀況

2.3 木薯地土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

中國(guó)華南木薯主產(chǎn)區(qū)土壤肥力綜合質(zhì)量指數(shù)為0.22，處于低級(jí)水平，變異系數(shù)為中等變異，土壤肥力綜合質(zhì)量指數(shù)處于中級(jí)水平的樣本數(shù)僅占4.86%，低級(jí)和極低級(jí)共占95.14%。廣西、海南、廣東3省區(qū)木薯地土壤肥力綜合質(zhì)量指數(shù)、變異系數(shù)分別為0.20～0.29、38.12%～38.75%，土壤肥力均處于低級(jí)水平；土壤肥力綜合質(zhì)量指數(shù)主要處于極低級(jí)和低級(jí)，分別達(dá)36.84%～57.14%、42.86%～54.06%（表4）。

2.4 木薯地土壤養(yǎng)分間的相關(guān)性分析

木薯地各土壤養(yǎng)分間多具有顯著或極顯著的相關(guān)性（表5）。土壤pH與有機(jī)質(zhì)、堿解氮呈顯著負(fù)相關(guān)；有機(jī)質(zhì)與全氮、全磷、堿解氮、速效鉀呈顯著或極顯著正相關(guān)，與全鉀呈顯著負(fù)相關(guān)；全氮與全磷、堿解氮、速效鉀均呈極顯著正相關(guān)；全磷與堿解氮、有效磷、速效鉀呈顯著或極顯著正相關(guān)，與全鉀呈極顯著負(fù)相關(guān)；堿解氮、有效磷均與速效鉀極顯著正相關(guān)。各養(yǎng)分間，有機(jī)質(zhì)與全氮關(guān)系最為密切，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.568；其次為全氮與堿解氮的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.563。

3 討論與結(jié)論

木薯耐瘠薄，對(duì)土壤養(yǎng)分利用率高，能在其他作物難以生長(zhǎng)的貧瘠土壤上較好地生長(zhǎng)，這也是農(nóng)業(yè)技術(shù)水平低的貧窮落后地區(qū)農(nóng)民喜歡種植木薯的原因。本研究表明，中國(guó)木薯主產(chǎn)區(qū)土壤肥力低下，一方面，可能與木薯主要種植于貧窮地區(qū)，而薯農(nóng)多選擇貧瘠土壤種植木薯［20-21］有關(guān)；另一方面，可能與木薯收獲帶走大量養(yǎng)分［22］，但種植過程中養(yǎng)分管理粗放、肥力投入不合理［21，23-25］有關(guān)。筆者前期總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)，華南省區(qū)木薯試驗(yàn)點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)含量為中低水平，而有效磷含量表現(xiàn)為過量積累［26］；同時(shí)，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，薯農(nóng)施肥以無機(jī)肥為主，有機(jī)肥施用量?jī)H占總施肥量的0.29%～2.38%［23-25］。趙晴月等［27］研究亦表明，土壤有機(jī)質(zhì)與全氮關(guān)系最為密切，表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)。以上研究跟本研究中木薯地土壤有機(jī)質(zhì)與全氮關(guān)系最為密切，二者含量均為中低等水平，而有效磷含量為中高等水平的結(jié)果較為一致。木薯需鉀量高，大量的鉀對(duì)保證木薯淀粉形成和塊根建成具有促進(jìn)作用，與木薯高產(chǎn)、高淀粉具有密切關(guān)系［28］。本研究表明，華南木薯主產(chǎn)區(qū)速效鉀含量沒有非常高等級(jí)，低和非常低等級(jí)共占38.84%，中等和高等級(jí)分別占26.21%和34.95%。因此，木薯種植中，很有必要結(jié)合土壤速效鉀含量來合理施鉀。整體上，我國(guó)木薯主產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量較低，有效磷盈余較多，速效鉀不足與盈余共存，不同主產(chǎn)區(qū)間存在一定差異，其中，廣西、廣東有效磷含量中、高等，應(yīng)控制磷肥投入；海南島有機(jī)質(zhì)、全氮含量以低為主，有效磷含量中、高等，應(yīng)注重增施有機(jī)肥、氮肥，同時(shí)控制磷肥投入；此外，三省區(qū)速效鉀含量在非常高以外的等級(jí)均有10.81%～42.10%的分布，建議依據(jù)土壤速效鉀含量分級(jí)進(jìn)行施鉀。

表3 木薯地土壤養(yǎng)分等級(jí)情況

表4 木薯地土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

表5 木薯地土壤養(yǎng)分含量間的相關(guān)分析