于都縣農業土壤養分調查與評價

吳 忌，張彩香*，許佳薇，徐 雅，臧文赫，黎義勇

(1.中國地質大學(武漢)生物地質與環境地質國家重點實驗室，湖北 武漢 430078；2.中國地質調查局武漢地質調查中心，湖北 武漢 430205)

土壤是農業生產的物質基礎，其數量與質量直接影響糧食的安全，與人類生存息息相關。在《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》中，提出全面實施鄉村振興戰略，提高農業質量效益和競爭力。以有機質、氮磷鉀為代表的土壤養分豐缺狀況對農業增產、糧食安全起著最直接和深遠的作用。尤其是在當前新冠疫情造成國際糧食流通緊張的背景下，開展土壤養分質量調查，分析其影響因素，為精準農業可持續發展提供可靠的理論依據，具有十分重要的戰略意義。

于都縣位于江西省南部，總面積為2 893 km，屬典型的亞熱帶季風濕潤氣候，雨量充沛、氣候溫和、水系發育旺盛。該縣作為贛州市第一個人口超百萬的大縣，因丘陵山區較多和強烈的水土侵蝕，優質土地較少，是江西省最后一批脫離貧困的縣。科研工作者陸續在于都縣開展了土壤相關研究工作，研究重點集中在贛南臍橙園地土壤的養分豐缺狀況調查、東部和南部山區土壤的質量調查、富硒土壤的優選以及土地整治視角下的耕地質量評價。但普遍缺乏在縣域內將土壤養分豐缺與土壤類型和土地利用方式進行綜合評價與分析。

本文以于都縣為研究區，采用地統計學方法和地理信息系統對于都縣農業土壤中有機質、全氮、全磷、全鉀的空間分布特征及其影響因素進行了研究，并依據《土地質量地球化學評價規范》(DZ/T 0295—2016)(以下簡稱“規范”)對于都縣農業土壤養分豐缺狀況進行了調查與評價，以期為合理施用肥料、防范地質災害、發展優質潛力農業和制定環境保護措施提供參考依據。

1 土壤樣品采集與數據處理

1.1 土壤樣品采集與分析

于都縣境內地貌復雜，有盆地、丘陵、山地、堆積平原和崗地，土壤類型主要為紅壤和水稻土。該地區農業資源發達，土地利用方式主要為水田、旱地、園地和林地，水稻和臍橙等為主要的經濟作物。

綜合考慮于都縣的地形地貌、土壤類型和土地利用方式，課題組于2019年7月利用網格法在于都縣域內采集了土壤樣品，采樣密度為每4 km1個點，并加密河流兩岸土壤的采樣點，最大限度地使土壤樣點兼顧代表性和均勻性，共采集表層土壤(0～20 cm)樣品152個，采樣點分布圖見圖1。采樣時避開道路、施肥穴，在采樣地里使用“S”形采樣法隨機設置4個點(園地采樣點布置在采樣樹的樹冠滴水線附近)，挑出根系、秸稈、石塊、蟲體等雜物，充分混合后用四分法留取1 kg的土壤樣品。土壤樣品經自然風干后，磨碎過篩，測定其相關指標。

圖1 于都縣表層土壤采樣點分布圖、高程圖、土壤類型圖和土地利用方式圖

本次土壤樣品分析測試由國土資源部長沙礦產資源監督檢測中心(湖南省地質測試研究院)和中國地質大學(武漢)生物地質與環境地質國家重點實驗室共同完成。土壤酸堿度采用pH計電位法測定；土壤中有機質(SOM)采用重鉻酸鉀容量法測定；土壤中全氮(TN)采用氧化燃燒-氣相色譜法(EA3000元素分析儀)測定；土壤中全磷(TP)、全鉀(TK)采用四酸溶礦-等離子體發射光譜法(儀器為Icap6300、Avio500電感耦合等離子體發射光譜儀)測定。土壤樣品分析測試方法及質量監控均滿足相關標準的要求。

1.2 數據處理

依據規范，對于都縣表層土壤中SOM、TN、TP、TK豐缺狀況進行評價，并在氮、磷、鉀土壤單指標養分等級劃分的基礎上，按照下式計算出土壤養分的綜合評價總得分(

f

)：

(1)

式中：

f

為土壤養分的綜合評價總得分；

k

為土壤中氮、磷、鉀的權重系數，分別為0.4、0.4和0.2；

f

為土壤中氮、磷、鉀的單元素等級得分，當各個單元素的等級評價結果為五等、四等、三等、二等、一等時，其所對應的

f

得分分別為 1、2、3、4、5 分。

土壤樣品分析測試結果使用Office 2010、SPSS 22、ArcGIS 10.5和地質云系統軟件進行相關統計、計算和制圖。

2 結果與分析

對采集的研究區土壤樣品養分指標含量進行統計，為了盡量減少個別樣品帶來的影響，對土壤中各養分指標按其含量平均值3倍標準差進行迭代剔除，得到研究區土壤養分指標含量的具體統計結果見表1。

表1 于都縣土壤養分指標含量的統計結果

由表1可知：剔除后，土壤中各項養分指標的變異系數均小于50%，屬于中等強度變異性；土壤pH值、SOM、TN、TP、TK、

f

的平均值分別為5.59、19.84 g/kg、1.17 g/kg、0.56 g/kg、19.11 g/kg、2.72，與全國土壤和贛州市土壤背景值相比，于都縣土壤酸化嚴重，土壤養分整體處于中等、較缺乏狀況。其中：土壤中SOM含量比全國土壤背景值低36.00%，比贛州市土壤背景值高68.14%；土壤中TN含量比全國土壤背景值高82.81%，與贛州市土壤背景值接近；土壤中TP含量與全國土壤背景值和贛州市土壤背景值接近；土壤中TK含量比全國土壤背景值高2.74%，比贛州市土壤背景值低16.55%。

對于都縣土壤中各營養成分進行豐缺狀況統計，具體統計結果見表2，并繪制于都縣土壤養分指標含量的空間分布圖和土壤養分等級的空間分布圖，見圖2。

表2 于都縣土壤養分豐缺統計表

2.1 土壤酸堿度分析

通過對比全國土壤pH值的背景值可知，于都地區土壤的酸化程度較嚴重，土壤pH值的平均值為5.59， 為酸性土壤。根據土壤酸堿度分級標準，由圖2(a)和表2可知：研究區有96.26%的面積土壤pH值小于6.5，屬于酸性土壤，其廣泛分布在研究區中部的盆地平原地區；研究區北部山區和南部山區的土壤酸性最弱，尤其是馬安鄉—仙下鄉北部和禾豐鎮部分區域的土壤pH值呈現出中性，約占調查區面積的3.74%。

圖2 于都縣土壤養分指標含量空間分布圖和土壤養分等級空間分布圖

2.2 土壤中有機質(SOM)含量的空間分布

于都縣表層土壤中SOM含量的平均值為19.84 g/kg，相比全國土壤中SOM含量的背景值31.00 g/kg偏低，屬于中等、較缺乏級別。由圖2(b)和表2可知：研究區有12.14%面積的土壤中SOM含量高于30.00 g/kg，屬于SOM含量豐富和較豐富的一等級(1.17%)和二等級(10.97%)，主要集中在禾豐鎮—鐵山垅鎮一帶，馬安鄉和祁祿山鎮部分地區土壤中SOM含量也較豐富；研究區有17.12%面積的土壤中SOM含量低于20.00 g/kg，屬于SOM含量較缺乏和缺乏的四等級(16.88%)和五等級(0.24%)，主要分布在流經于都縣的梅江、貢水的兩岸區域，尤以貢江鎮土壤中SOM含量最低，表現出強烈的地表徑流造成的水土流失。

2.3 土壤中氮元素含量的空間分布

于都縣表層土壤中TN含量的平均值為1.17 g/kg，是全國土壤中TN含量背景值的1.83倍，屬于中等級別，顯示出該地區土壤中氮元素呈現出一定程度的富集，有利于農業的發展。由圖2(c)和表2可知：研究區有超過6成面積的土壤中TN含量在1～1.5 g/kg，屬于中等級別；研究區有16.45%面積的土壤中TN含量高于1.5 g/kg，屬于含氮量豐富和較豐富的一等級(1.09%)和二等級(15.36%)，主要分布在于都縣南部的梓山鎮—盤古山鎮一帶，其中鐵山垅鎮和禾豐鎮部分區域土壤中TN含量超過2 g/kg；但研究區也有18.08%面積的土壤中TN含量低于1 g/kg，屬于含氮量缺乏和較缺乏的四等級(17.79%)和五等級(0.29%)，其主要分布在梅江和貢水交匯后下游區域的貢江鎮—羅江鄉一帶。

2.4 土壤中磷元素含量的空間分布

于都縣表層土壤中TP含量的平均值為0.56 g/kg，屬于較缺乏級別，其數值與全國土壤中TP含量的背景值相近。由圖2(d)和表2可知：研究區有超過40%面積的土壤中TP含量介于0.6～0.8 g/kg之間，廣泛分布在于都縣中部的馬安鄉—盤古山鎮一帶；研究區有37.54%面積的土壤中TP含量低于0.6 g/kg，屬于含磷量缺乏和較缺乏的四等級(37.23%)和五等級(0.31%)，分布在于都縣北部的葛坳鄉—寬田鄉一帶和西部的羅坳鎮—小溪鄉一帶，其中新陂鄉土壤中TP含量最低；研究區有21.61%面積的土壤中TP含量高于0.8 g/kg，屬于含磷量豐富和較豐富的一等級(1.67%)和二等級(19.94%)，其主要分布在于都縣東南部的梓山鎮—靖石鄉一帶，尤其是梓山鎮—黃麟鄉一帶的土壤中含磷量最豐富。

2.5 土壤中鉀元素含量的空間分布

于都縣表層土壤中TK含量的平均值為19.11 g/kg，屬于中等級別，其數值與全國土壤中TK含量的背景值相近。由圖2(e)和表2可知：研究區有超過一半面積的土壤中TK含量介于15～20 g/kg之間；研究區有21.01%面積的土壤中TK含量高于20 g/kg，屬于含鉀量豐富和較豐富的一等級(2.36%)和二等級(18.65%)，主要位于葛坳鄉、黃麟鄉、嶺背鎮，其中于都縣北部山區葛坳鄉一帶土壤中含鉀量最豐富；研究區有25.63%面積的土壤中TK含量低于15 g/kg，屬于含鉀量較缺乏和缺乏的四等級(25.19%)和五等級(0.44%)，主要是位于都縣東部的禾豐鎮—祁祿山鎮一帶，尤以禾豐鎮土壤中TK含量最低。

2.6 土壤養分的綜合評價等級

由表2可知：于都縣表層土壤養分的綜合評價平均得分為2.72，評價等級為三等；研究區有48.79%面積的土壤養分綜合評價得分介于2.5～3.5分之間，評價等級為三等，有42.22%面積的土壤養分綜合評價得分介于1.5～2.5分之間，評價等級為四等，結果表明于都縣表層土壤養分總體處于中等、較缺乏的水平。根據圖2(f)可知，于都縣梓山鎮—黃麟鄉一帶的土壤較為肥沃，養分含量較高，可依據地形地貌因地制宜地開展特色農業產品種植活動，于都縣北部的葛坳鄉和西南部的貢江鎮—羅江鄉一帶的土壤中較缺乏營養元素，尤其是羅坳鎮、貢江鎮附近部分區域土壤養分等級為五等，需要額外補充養分元素。

3 討 論

3.1 土壤類型對土壤養分的影響

紅壤、水稻土是于都縣主要的土壤類型，貢水流域零星散布少量暗黃棕壤土、石灰(巖)土，而南部山區以黃壤、黃紅壤土為主。因此，本研究將采集的于都縣土壤樣品分為紅壤、水稻土和其他土壤[包括少量的暗黃棕壤、石灰(巖)土和黃紅壤]三大類型，于都縣不同類型的土壤養分營養元素分布特征，見表3。

由表3可知：于都縣各種類型土壤的pH值平均水平均為酸性，紅壤和水稻土養分的綜合水平較高；水稻土中SOM和TN的平均含量均高于其他類型土壤，但是由于水稻土受人為擾動較大，導致各樣點之間的差異很大；從樣點平均水平來講，水稻土和紅壤中具有相似的TP含量，且高于其他土壤類型；紅壤中TK含量則高于其他土壤類型。

表3 于都縣不同類型的土壤養分營養元素分布特征

由于水稻土的耕作強度和施肥量較大，并且有較長時間處于淹水期，在這個時期土壤處于強還原狀態，微生物活性較弱，有機質和氮素礦化分解速率較慢，從而導致水稻土中SOM和TN的累積。磷、鉀主要來源于黏土礦物的風化。紅壤中黏土礦物的主要成分是高嶺石，其風化程度較強，因此紅壤中TP、TK含量相較黃壤等其他土壤類型要高。黃壤、黃紅壤等其他類型土壤主要分布在于都縣南部的丘陵山區中，該區域地形坡度大、人工施肥量較少，且易受水土侵蝕的影響，導致其養分含量普遍較缺乏。

3.2 土地利用方式對土壤養分的影響

根據土地利用方式，將采集的于都縣土壤樣品劃分為旱地、水田、林地和園地4種不同的土地利用方式，于都縣不同土地利用方式的土壤養分營養元素分布特征，見表4。

由表4可知：從樣點的平均水平來講，于都縣內不同土地利用方式的土壤都為酸性；水田養分的綜合水平最高，林地最低；水田和旱地中SOM、TN、TP含量較高，林地中TK含量最高。

表4 于都縣不同土地利用方式的土壤養分營養元素分布特征

水田和旱地是于都縣主要的耕地形式，種植臍橙是當地的特色農業項目，因化肥施用和田間管理水平高，所以水田、旱地和園地的土壤養分綜合評價水平較高。另外，水田里殘留的根茬和木質化程度高的水稻更易腐化成有機質，且長期淹育提供了強還原的環境，土壤中的鐵、錳易與有機質螯合，進而促進其轉化成養分元素。園地、林地主要分布在地形坡度較大的丘陵山區中，該區域水土流失現象嚴重，尤其需關注土壤中SOM和TN的缺乏，可使用微灌施肥、葉面施肥等技術提高施肥效率，以防控土壤中氮磷元素流失造成的面源型污染。

3.3 土壤養分指標之間的相關性分析

本研究對于都縣土壤養分指標之間的相關性進行了分析，其分析結果見表5。

表5 于都縣土壤養分指標之間的相關性分析結果

由表5可知：研究區表層土壤養分營養元素之間存在一定的耦合關系，土壤中SOM、TN、TP之間呈現出極顯著的正相關關系，表明其具有高度相似的來源與擴散途徑；而土壤中TN、TP與TK之間呈現出極顯著的負相關關系，表明鉀肥與氮肥、磷肥等具有一定的拮抗作用；土壤養分營養元素與土壤類型、土地利用方式的相關性分析結果顯示，土壤中SOM和氮素的豐缺與人為活動的關系密切，而土壤中鉀元素的豐缺主要與地質背景有關。

于都縣地處贛江流域，江西省一半的氮磷肥施加在該流域，這在一定程度上改善了該地區土壤的營養成分，但是土壤供鉀能力不足和鉀素的長期缺失限制了土壤的肥力，且由于該流域高溫多雨、水土侵蝕強烈，易造成土壤中氮磷元素的流失，導致面源型污染嚴重。由圖2可以明顯看出：于都縣梅江、貢水沿岸區域的土壤易受地表徑流的影響，土壤中氮磷養分元素易被淋失，尤其是在貢水與梅江交匯后的貢江鎮水土流失最為嚴重，應當加強該地區水土流失的預防與監管，這與趙靜等的研究結論一致;于都縣梓山鎮、黃麟鄉、禾豐鎮一帶的土壤養分的綜合評價等級較高，應確保該地區的耕地數量與質量，大力發展當地特色農業。

4 結 論

(1) 于都縣表層土壤酸化較重；土壤中TN、TK含量的平均值分別為1.17 g/kg和19.11 g/kg，屬于中等級別；土壤中SOM和TP含量的平均值分別為19.84 g/kg和0.56 g/kg，屬于較缺乏至中等、比較豐富級別;研究區土壤養分的綜合評價等級為三等(中等)。

(2) 于都縣有48.79%面積的土壤養分綜合評價等級為三等，有42.22%面積的土壤養分綜合評價等級為四等，顯示出研究區土壤養分總體處于中等、較缺乏的狀況。其中，于都縣梓山鎮—黃麟鄉一帶土壤較為肥沃，土壤養分含量較高，可依據地形地貌因地制宜地開展特色農業產品種植活動；于都縣北部的葛坳鄉和西南部的貢江鎮—羅江鄉一帶土壤中較缺乏營養元素，在額外補充營養元素的同時需要改進施肥技術，加強防范水土流失、地表徑流造成的土壤養分營養元素的缺失和水體的污染。

(3) 于都縣表層土壤養分指標之間存在一定的耦合關系，土壤中SOM、TN、TP元素之間存在著顯著的正相關關系，而土壤中TN、TP與TK之間卻存在著極顯著的負相關關系。因此，于都縣應適當控制氮磷肥的投入，確保鉀肥的施用量。