通遼市耕地土壤養(yǎng)分、酸堿度狀況及肥力評價

侯迷紅，紀(jì)鳳輝，范 富，張慶國，邰繼承，李堂輝，李長威

（1.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028043；2.通遼市農(nóng)牧局，內(nèi)蒙古 通遼 028000；3.通遼市庫倫旗農(nóng)村牧區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)指導(dǎo)服務(wù)中心，內(nèi)蒙古 通遼 028200）

農(nóng)業(yè)是人類生存的基礎(chǔ)，而土壤是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)［1］，土壤的本質(zhì)特征是肥力。農(nóng)田土壤肥力變化直接關(guān)系到作物生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境、糧食安全及人類健康等問題［2］。土壤肥力的變化不僅受施肥水平和管理措施的影響，土壤類型、地形、氣候和生物等要素對同一地區(qū)不同區(qū)域土壤肥力造成的差異更大。因此，了解土壤肥力現(xiàn)狀及不同區(qū)域之間的差異，對于農(nóng)田土壤養(yǎng)分的平衡管理與科學(xué)施肥具有十分重要的意義。20世紀(jì)80年代，隨著第二次全國土壤普查的開展，通遼市進(jìn)行了土壤普查工作，但距今已有30余年，隨著科學(xué)化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，土地利用程度不斷提高，必然導(dǎo)致土壤養(yǎng)分發(fā)生變化［3-4］。張詠梅等［5］對內(nèi)蒙古耕層土壤進(jìn)行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和速效鉀呈下降趨勢，有效磷呈上升趨勢，微量元素鋅趨于穩(wěn)定。代東明［6］研究發(fā)現(xiàn)，近30年來，西遼河流域農(nóng)田土壤速效鉀含量明顯下降。通遼市是內(nèi)蒙古自治區(qū)玉米主產(chǎn)區(qū)，被譽(yù)為“內(nèi)蒙古糧倉”，是全國重要的商品糧基地。近30年，糧食產(chǎn)量持續(xù)增長，土壤養(yǎng)分逐漸消耗，氮、磷、鉀等化肥的施用量持續(xù)增長。為了解土壤養(yǎng)分變化，促進(jìn)土壤資源可持續(xù)利用，對通遼市2010—2015年測土配方施肥項目的74 087個農(nóng)田土壤樣品養(yǎng)分和土壤pH值進(jìn)行統(tǒng)計分析，以期為建立內(nèi)蒙古西遼河灌區(qū)玉米科學(xué)施肥制度、促進(jìn)和保持高產(chǎn)高效及生態(tài)環(huán)境安全、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 內(nèi)蒙古通遼市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部、松遼平原西端、科爾沁沙地腹地，地處東北和華北地區(qū)交匯處，北緯42°15′～45°41′、東經(jīng)119°15′～123°43′。地貌以平原為主，有中山、低山丘陵，黃土臺地，漫崗，也有風(fēng)蝕洼地、沙丘、沙壟和沙沼，類型復(fù)雜多樣。北部低山丘陵是大興安嶺南段山地的一部分，土壤類型以黑鈣土、栗鈣土為主；平原區(qū)土壤類型以石灰性灰色草甸土、鹽堿化灰色草甸土、風(fēng)沙土為主；南部黃土丘陵屬努魯爾虎山的東延部分，地形起伏較大，由東西向低山丘陵、黃土臺地、淺平低地、侵蝕溝谷構(gòu)成景觀，土壤類型以栗褐土、褐土為主；在沖積平原與山地、丘陵之間的過渡地帶分布著起伏不平的沙丘和沙地。通遼市年平均氣溫為6～7℃，其分布大致由西南向北遞減；無霜期一般為140～160 d；年降水量為350～420 mm，其分布大致為南北部多、中部少。年日照時數(shù)為2 800～3 200 h，東南部少于西部。根據(jù)地形、氣候等因素，可將通遼市劃分為4個區(qū)域，分別是北部低山丘陵區(qū)、平原區(qū)、坨沼區(qū)和南部黃土丘陵區(qū)［7］。

1.2 樣品采集與分析 以通遼市4個區(qū)域的耕地土壤養(yǎng)分作為主要研究對象，北部低山丘陵區(qū)耕地總面積為1.82×109hm2，平原區(qū)為3.99×109hm2，坨沼區(qū)為3.59×109hm2，南部黃土丘陵區(qū)為2.16×109hm2［8］。從測土配方項目中獲得有效取樣點74 087個，其中，北部低山丘陵區(qū)12 404個，平原區(qū)28 911個，坨沼區(qū)19 442個，南部黃土丘陵區(qū)13 330個。

土壤樣品測定指標(biāo)包括有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、有效鉀和pH，測定方法如下：土壤有機(jī)質(zhì)采用外加熱重鉻酸鉀容量法，全氮采用硒粉-硫酸銅-硫酸消化一半微量凱氏定氮法，有效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法，pH采用玻璃電極法（水土比2.5∶1.0）［9］。

1.3 統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)來源于通遼市2010—2015年測土配方施肥項目，由于量大，為提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采用拉依達(dá)法［10］（3倍方差法）對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，運(yùn)用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05進(jìn)行統(tǒng)計分析。參照全國第二次土壤普查將通遼市耕地土壤劃分為5個等級，詳見表1。

表1 通遼市耕地土壤養(yǎng)分及pH分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Soil nutrient and pH classification standard of cultivated land in Tongliao City

2 結(jié)果與分析

2.1 通遼市土壤養(yǎng)分及pH空間變異 通遼市土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量表現(xiàn)為北部低山丘陵區(qū)＞平原區(qū)＞坨沼區(qū)＞南部黃土丘陵區(qū)，北部低山丘陵區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到25.3 g·kg-1，全氮含量均值達(dá)到1.36 g·kg-1；從土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的空間分布可知，北部低山丘陵區(qū)含量較高，平原區(qū)和坨沼區(qū)草甸土、風(fēng)沙土中等，南部黃土丘陵區(qū)最低，自北向南土壤有機(jī)質(zhì)和全氮呈下降趨勢。這可能是由于北部低山丘陵區(qū)海拔較高，氣溫較低，濕度大且蒸發(fā)量小，有利于有機(jī)質(zhì)和全氮含量的積累。該市有效磷含量為8.1 mg·kg-1，在全國土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)中均屬于三級，速效鉀含量為133 mg·kg-1，屬三級，pH為8.11，屬二級。在該市土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)中，有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀屬于三級，pH屬于二級，土壤大多屬中性、偏堿性，整體養(yǎng)分等級屬于中等及偏下。有效磷含量表現(xiàn)為坨沼區(qū)＞平原區(qū)＞北部低山丘陵區(qū)＞南部黃土丘陵區(qū)，速效鉀含量表現(xiàn)為平原區(qū)＞北部低山丘陵區(qū)＞坨沼區(qū)＞南部黃土丘陵區(qū)，pH表現(xiàn)為平原區(qū)＞坨沼區(qū)＞南部黃土丘陵區(qū)＞北部低山丘陵區(qū)。見表2。

表2 通遼市各分區(qū)耕地養(yǎng)分含量Tab.2 Nutrient content of cultivated land in different regions of Tongliao City

2.2 通遼市耕地土壤有機(jī)質(zhì)分布特征 由有機(jī)質(zhì)等級的土壤面積分布比例（圖1）可知，通遼市耕地土壤有機(jī)質(zhì)在一級到五級均有分布，主要為三級和四級；其中，三級百分比最大，其面積為3.53×109hm2，占總耕地面積的30.5%；其次為四級，其面積為3.50×109hm2，占耕地總面積的30.2%；再次為二級和五級，面積分別為1.75×109hm2和1.74×109hm2，分別占總耕地面積的15.1%和15.0%；分布最少的為一級，面積為1.40×109hm2，占總耕地面積的9.2%。北部低山丘陵區(qū)有機(jī)質(zhì)等級分布主要集在一級到三級，分別占29.0%、47.6%、22.7%。平原區(qū)有機(jī)質(zhì)等級在一級到五級均有分布，分別占13.2%、21.8%、11.3%、32.4%、21.3%。坨沼區(qū)有機(jī)質(zhì)等級分布主要集中在三級和四級，分別占73.3%和25.4%。南部黃土丘陵區(qū)有機(jī)質(zhì)等級分布主要集中在四級和五級，分別占59.1%、39.2%。

圖1 通遼市耕地土壤有機(jī)質(zhì)不同等級面積分布比例Fig.1 Distribution ratio of soil organic matter different grades area of cultivated land in Tongliao City

2.3 通遼市耕地土壤全氮分布特征 由全氮等級的土壤面積分布比例（圖2）可知，通遼市耕地土壤全氮在一級到五級均有分布，主要為三級和四級。其中，面積最多的為三級，為5.43×109hm2，占總耕地面積的47.0%，其次為四級，共3.06×109hm2，占耕地總面積的26.5%，再次為五級，為1.73×109hm2，占耕地土壤總面積的15.0%。一級和二級分布較少，分別有6.21×108hm2和7.29×108hm2，分別占總耕地面積的5.3%和6.2%。北部低山丘陵區(qū)土壤全氮等級分布主要集中在一級到三級，分別占34.0%、39.0%、25.6%。平原區(qū)土壤全氮等級分布主要集中在三級和四級，分別占75.5%和23.5%。坨沼區(qū)土壤全氮等級分布主要集中在三級和四級，分別占53.4%和39.5%。南部黃土丘陵區(qū)土壤全氮等級分布主要集中在四級和五級，分別占31.6%和67.0%。從土壤全氮的空間分布可知，自北向南土壤全氮呈下降趨勢，這與有機(jī)質(zhì)空間分布特征相似。因為有機(jī)質(zhì)豐富的土壤含氮也較多。

圖2 通遼市耕地土壤全氮不同等級面積分布比例Fig.2 Distribution ratio of soil total nitrogen different grades area of cultivated land in Tongliao City

2.4 通遼市耕地土壤有效磷分布特征 由有效磷等級的土壤面積分布比例（圖3）可知，通遼市耕地土壤有效磷主要分布在三級和四級，共有1.14×1010hm2，占總耕地面積的98.6%。其中，三級有6.87×109hm2，占總耕地面積的59.4%，四級有4.53×109hm2，占總耕地面積的39.2%。五級有1.61×108hm2，占總耕地面積的1.4%。北部低山丘陵區(qū)、平原區(qū)、坨沼區(qū)和南部黃土丘陵區(qū)，有效磷等級分布均為三級到五級，主要集中在三級和四級，三級分別占63.7%、53.8%、71.6%和45.5%，四級分別占36.2%、44.2%、28.4%和50.9%。三級有效磷分布比例為坨沼區(qū)＞北部低山丘陵區(qū)＞平原區(qū)＞南部黃土丘陵區(qū)，四級有效磷分布比例為南部黃土丘陵區(qū)＞平原區(qū)＞北部低山丘陵區(qū)＞坨沼區(qū)。土壤有效磷等級中等偏下。

圖3 通遼市耕地土壤有效磷不同等級面積分布比例Fig.3 Distribution ratio of soil available phosphorus different grades area of cultivated land in Tongliao City

2.5 通遼市耕地土壤速效鉀分布特征 由速效鉀等級的土壤面積分布比例（圖4）可知，速效鉀等級分布主要為二級到四級，共1.15×1010hm2，占總耕地面積的99.5%，集中分布在三級，為8.54×109hm2，占73.9%，其次為四級，為1.86×109hm2，占16.1%，再次為二級，為1.10×109hm2，占9.5%。一級僅有5.78×108hm2，占0.5%。平原區(qū)速效鉀等級為二級到四級，主要集中分布在三級，占83.4%，二級占1.1%，四級占15.5%。北部低山丘陵區(qū)和南部黃土丘陵區(qū)速效鉀等級為二級到四級，主要集中分布在三級，分別占97.7%和71.4%，二級分別占1.9%和0.3%，四級分別占0.4%和28.3%。坨沼區(qū)速效鉀等級為一級到四級，主要集中在三級，占53.5%，二級占15.7%，四級占29.7%，一級占1.1%。

圖4 通遼市耕地土壤速效鉀不同等級面積分布比例Fig.4 Distribution ratio of soil available potassium different grades area of cultivated land in Tongliao City

2.6 通遼市耕地土壤pH分布特征 由pH等級的土壤面積分布比例（圖5）可知，通遼市耕地土壤pH等級分布為一級到三級，主要集中分布在二級，共9.91×109hm2，占總耕地面積的85.7%。一級和三級面積分別為5.70×108hm2和1.09×109hm2，分別占總耕地面積的4.9%和9.4%。北部低山丘陵區(qū)土壤pH等級一級到四級均有分布，但主要集中分布在二級和三級，分別占73.9%和26.0%。平原區(qū)土壤pH等級分布一級到四級均有分布，主要集中在二級和三級，分別占86.8%和12.4%。坨沼區(qū)土壤pH等級分布主要集中在一級、二級和三級，分別占14.3%、83.1%和2.6%，南部黃土丘陵區(qū)土壤pH等級分布主要在一級到三級，分別占該區(qū)域耕地面積的1.3%、97.7%和1.0%。

圖5 通遼市耕地土壤pH不同等級面積分布比例Fig.5 Distribution ratio of soil pH different grades area of cultivated land in Tongliao City

3 討論與結(jié)論

通遼市農(nóng)田土壤的養(yǎng)分狀況具有明顯的區(qū)域性。土壤母質(zhì)、氣候、地形、人類活動等嚴(yán)重影響著土壤養(yǎng)分空間特性［11］。有機(jī)質(zhì)含量是評判土壤肥力的重要特征因子［12］。土壤有機(jī)質(zhì)含量不僅與土壤微生物、凋落物等生物因素有關(guān)，還與氣候因素、施肥措施等非生物因素有著密切關(guān)系［13］。地形因素的差異會影響其水熱條件、有機(jī)物質(zhì)的積累與分解，進(jìn)而影響土壤的各種指標(biāo)［14］。北部低山丘陵區(qū)是大興安嶺南段山地的一部分，氣候冷涼濕潤，土壤類型以黑鈣土、栗鈣土為主，土壤偏中性，有機(jī)質(zhì)和全氮含量均較高，北部區(qū)畜牧業(yè)發(fā)達(dá)，有機(jī)糞肥施用也較多。平原區(qū)多為石灰性草甸土，坨沼區(qū)多為風(fēng)沙土和草甸土，草甸土開墾為農(nóng)田，多年耕作，有機(jī)肥施用較少，有機(jī)質(zhì)和全氮含量相對較低，風(fēng)沙土砂性較強(qiáng)，隨著砂粒的增多，有機(jī)質(zhì)含量降低［15-16］。地形因子不僅可以影響土壤養(yǎng)分的遷移和植被類型的空間分布，還可以通過水土流失和土壤侵蝕作用影響土壤有機(jī)質(zhì)的空間分布［17］。南部黃土丘陵區(qū)多為栗褐土和褐土，土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量較低，這可能與黃土丘陵區(qū)水土流失導(dǎo)致的養(yǎng)分流失有關(guān)［18］。通遼市有效磷等級分布，平原區(qū)和坨沼區(qū)高于北部低山丘陵區(qū)和南部黃土丘陵區(qū)，這可能由于平原區(qū)和坨沼區(qū)是主要的農(nóng)作區(qū)，磷肥施用量較多，有利于磷素的累積。作物吸收的鉀素80%以上存在于秸稈中，這些鉀素可以快速釋放，是一種重要的速效鉀素資源［19］，土壤鉀素含量提高可能與秸稈本身富含鉀元素有關(guān)［20］。通遼市速效鉀含量表現(xiàn)為平原區(qū)＞北部低山丘陵區(qū)＞坨沼區(qū)＞南部黃土丘陵區(qū)，這可能由于土壤類型的影響和秸稈還田技術(shù)的推廣所致。土壤酸堿度是土壤肥力的重要指標(biāo)之一，關(guān)系到土壤肥力形成和土壤質(zhì)量的演變［21］。土壤pH是土壤酸堿度的主要指標(biāo)，是土壤形成過程中所產(chǎn)生的一種屬性，受到成土母質(zhì)、地形地貌特征、自然氣候條件、植被情況以及耕作歷史等因素的影響［22］。通遼市由于氣候干旱，土壤沙化、鹽堿化現(xiàn)象普遍，土壤堿性較強(qiáng)。土壤鹽堿化是影響糧食安全和生態(tài)安全的主要土壤問題之一，其鹽堿化程度的高低直接關(guān)系到干旱地區(qū)土壤的可持續(xù)利用［23］。通遼市耕地土壤鹽堿化防治是亟待解決的問題。

本研究結(jié)果顯示，通遼市農(nóng)田土壤的有機(jī)質(zhì)含量為15.2 g·kg-1，全氮含量為0.86 g·kg-1，有效磷含量為8.1 mg·kg-1，速效鉀含量為133 mg·kg-1，pH為8.11。除有效磷外，通遼市不同區(qū)域土壤養(yǎng)分均存在顯著差異，土壤有機(jī)質(zhì)和全氮自北向南呈下降趨勢，有效磷含量表現(xiàn)為坨沼區(qū)＞平原區(qū)＞北部低山丘陵區(qū)＞南部黃土丘陵區(qū)，速效鉀含量表現(xiàn)為平原區(qū)＞北部低山丘陵區(qū)＞坨沼區(qū)＞南部黃土丘陵區(qū)，pH表現(xiàn)為平原區(qū)＞坨沼區(qū)＞南部黃土丘陵區(qū)＞北部低山丘陵區(qū)。通遼市北部低山丘陵區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量較為豐富，處于中等及中等偏上水平；平原區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量中等；坨沼區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)處于中等偏下水平，土壤全氮含量中等；南部黃土丘陵區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)和全氮都處于中等偏下水平。通遼市4個區(qū)域土壤有效磷均處于中等偏下水平，土壤速效鉀均處于中等及中等偏下水平，耕地土壤整體偏堿性。綜合來看，通遼市耕地土壤養(yǎng)分總體處于中等偏下水平。建議今后在農(nóng)業(yè)耕作栽培過程中，大力推廣科學(xué)配方施肥技術(shù)，重視化肥與有機(jī)肥配合施用，積極推進(jìn)秸稈還田，結(jié)合淺埋滴灌等節(jié)水措施，依托高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目，平整土地，防治土壤鹽堿化，提高通遼市農(nóng)田土壤肥力，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。