深汕特別合作區旱地土壤肥力狀況調查與分析

劉夢丹,胡思敏,王宗抗

(1.深圳時代融創生態科技有限公司,廣東深圳 518000;2.深圳市芭田生態工程股份有限公司,廣東深圳 518000)

深汕特別合作區位于粵港澳大灣區最東端,是深圳市的一塊飛地,總面積為468.3 km2,作為深圳市主要的糧食作物生產區,2022年糧食種植面積1 580 hm2[1],其中旱地種植面積約占55%,是深汕特別合作區主要耕地利用類型之一。薯類、玉米、蔬菜等作物是該區主要的旱地作物。旱地土壤肥力是旱地作物高產優質的重要基礎資源,已有研究表明,長期不同的耕作模式、施肥模式使旱地土壤肥力發生演變,進而影響旱地作物的生長發育[2-4]。童文彬等[5]比較研究了浙江省紅壤丘陵區旱地與水田土壤肥力的差異,發現旱地的土壤酸度大于水田,且與自然紅壤相比,旱地的土壤全氮、有效磷和速效鉀含量呈現上升趨勢,有機質含量和 pH 呈現下降趨勢。蔡澤江等[6]通過調查采樣分析增城區3種耕地利用類型(水田、水澆地和旱地)下土壤的pH、交換性酸、有機質、陽離子交換量、全量養分、速效養分含量及其相互關系,發現旱地土壤酸度最強,且耕地利用類型是影響土壤酸度的主要因素之一。李大明等[7]研究長期不同施肥措施下紅壤旱地的培肥效果、養分遷移特征,發現連續施肥 28 a后,紅壤旱地土壤有機質、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、速效鉀等含量均隨著土壤深度增加逐步降低,長期施用有機肥可以緩解耕層土壤的酸化、提高耕層土壤肥力水平。此外,該地區水熱資源豐富,土壤常年受強烈的淋溶、風化作用,加劇了土壤肥力衰退,阻礙旱地農業生產可持續發展[8-9]。因此,探明深汕特別合作區旱地土壤肥力狀況,對保障該區糧食安全、全面推進鄉村振興具有重要意義。然而,前人對旱地土壤肥力的研究大多在一定的耕作模式、施肥模式及農藝措施等試驗條件下獲得,而在實際生產中的施肥模式、耕作模式及農藝措施更為復雜,且針對深汕特別合作區旱地的土壤肥力狀況研究尚缺乏,前人研究的土壤肥力狀況具有明顯的區域差異,未能科學指導深汕特別合作區旱地作物生產。為了更全面地了解深汕特別合作區旱地土壤肥力狀況,該研究通過采集深汕特別合作區鵝埠、赤石、小漠、鲘門4個鎮的旱地土壤表層(0～20 cm)樣品,測定有機質、大量元素及微量元素含量等土壤肥力關鍵指標,根據《廣東土壤》土壤肥力分級標準對當地旱地土壤肥力狀況進行分析評價[10],以期為深汕特別合作區旱地土壤肥力提升、土壤環境保護、農業產業布局及農業新技術新產品推廣應用等提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 土樣采集及處理于2021年11月在深汕特別合作區的水稻田采集土樣,共計調查采集47個旱地的土壤樣品,其中鵝埠鎮6個、赤石鎮35個、小漠鎮2個、鲘門鎮4個。因赤石鎮為深汕特別合作區的主要糧食作物種植區,旱地種植面積遠大于鵝埠鎮、小漠鎮和鲘門鎮,因此取樣點設置符合《測土配方施肥技術規程》(NY/T 2911)相關要求,可以代表該區域旱地土壤肥力狀況。每個取樣點按“S”型采樣法采集深度0～20 cm的土壤樣品,所取樣品均勻混合后采取四分法留取1 kg左右,風干后研磨分別過0.25和2.00 mm篩后測定土壤肥力指標。

1.2 試驗方法研究選取11項土壤肥力指標(包括土壤pH、有機質、銨態氮、硝態氮、有效磷、速效鉀、有效硼、鐵、錳、銅、鋅含量等)為評價指標,并采用常規方法測定[11-12],具體如下:土壤pH測定采用水浸-電位法;有機質采用重鉻酸鉀-硫酸消化法;銨態氮采用靛酚藍比色法;硝態氮采用酚二磺酸比色法;有效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法;速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法;有效硼采用沸水浸提-甲亞胺比色法;有效鐵、錳、銅、鋅采用DTPA-TEA 浸提-原子吸收法。

1.3 數據處理采用Excel軟件對相關數據進行統計分析。土壤變異系數(CV)可用以表示土壤養分指標的離散程度,CV<15%為弱變異性,15%≤CV<75%為中等變異性,CV≥75%為強變異性[13]。

2 結果與分析

2.1 土壤pH綜合評價分析由表1可知,土壤pH變化范圍為3.32～7.25,平均值為5.06,屬于酸性土壤,變異系數為13.45%,屬于弱變異性。從深汕特別合作區旱地土壤酸堿度分級狀況(表2)[10]可知,極強酸性土壤占2.13%、強酸性土壤占12.77%、酸性土壤占61.70%、弱酸性土壤占19.15%、中性土壤占4.25%,說明深汕特別合作區旱地土壤大體處于弱酸性到強酸性范圍,且有14.90%的土壤處于強酸性到極強酸性范圍。

表1 旱地土壤各指標評價

表2 旱地土壤酸堿度分級

2.2 土壤有機質與氮磷鉀養分綜合評價分析土壤有機質含量范圍為1.51～180.00 g/kg,平均含量為23.32 g/kg,處于中等水平,變異系數為106.18%,屬于強變異性(表1)。從深汕特別合作區旱地土壤有機質含量分級狀況(表3)[10]可知,土壤有機質含量處于缺乏以下水平的土壤占總樣品數的61.70%,分布于中等、豐富和極豐富水平的土壤分別占29.79%、2.13%和6.38%。整體上,深汕特別合作區旱地土壤有機質含量中等偏低,且分布不均。

表3 旱地土壤有機質與大量元素含量分級

由表1可知,土壤硝態氮含量范圍為0.30～148.00 mg/kg,平均含量為10.52 mg/kg,變異系數為257.78%,屬于中等變異性。土壤銨態氮含量范圍為0.08～67.70 mg/kg,平均含量為4.42 mg/kg,變異系數為250.81%,屬于強變異性。總體看,深汕特別合作區旱地土壤硝態氮、銨態氮含量總體較低,且含量差異較大。

土壤有效磷含量范圍為0.80～1 120.00 mg/kg,平均含量為83.90 mg/kg,處于極豐富水平,變異系數為191.26%,屬于強變異性(表1)。從表3可看出,土壤有效磷含量處于20 mg/kg以上的土壤占到總樣品數的76.59%,分布于中等、缺乏、很缺乏和極缺乏的土壤分別占4.26%、12.76%、2.13%和4.26%。因此,深汕特別合作區旱地土壤有效磷含量總體較豐富,但有部分土壤有效磷處于缺乏以下水平,含量分布不均。

土壤速效鉀含量范圍為17.00～844.00 mg/kg,平均含量為79.87 mg/kg,處于缺乏水平,變異系數為168.13%,屬于強變異性(表1)。由表3可知,土壤速效鉀含量大部分處于100 mg/kg以下的缺乏水平,占到總樣品數的87.23%,分布于極豐富和豐富的土壤分別占4.25%和4.26%,分布于缺乏、很缺乏和極缺乏的土壤分別占34.04%、29.79%和23.40%。因此,深汕特別合作區旱地土壤速效鉀含量總體偏低,分布不均。

2.3 土壤微量元素綜合評價分析土壤有效鐵含量范圍為2.26～304.00 mg/kg,平均含量為119.90 mg/kg,處于極豐富水平,變異系數為60.67%,屬于中等變異性(表1)。從深汕特別合作區旱地土壤微量元素含量分級狀況(表4)[10,14]可知,土壤有效鐵含量處于豐富以上水平的土壤占總樣品數的95.74%。總體上,深汕特別合作區典型旱地土壤有效鐵含量較豐富。

表4 旱地土壤微量元素含量分級

土壤有效錳含量范圍為0.54～28.50 mg/kg,平均含量為7.07 mg/kg,處于適宜水平,變異系數為97.84%,屬于強變異性(表1)。從深汕特別合作區旱地土壤微量元素含量分級狀況(表4)[10,14]可知,土壤有效錳含量分布于豐富和適宜的土壤分別占樣品總數的12.77%和31.91%,分布于缺乏和極缺乏水平的土壤分別占48.94%和6.38%。因此,深汕特別合作區旱地土壤有效錳含量總體為中等偏低,分布不均。

土壤有效銅含量范圍為0.10～7.25 mg/kg,平均含量為1.06 mg/kg,處于豐富水平,變異系數為109.47%,屬于強變異性(表1)。由表4可知,土壤有效銅含量分布于很高、豐富和適宜的土壤分別占樣品總數的14.89%、17.02%和61.70%。總體上,深汕特別合作區旱地土壤有效銅含量為中等偏上,分布不均。

土壤有效鋅含量范圍為0.15～27.60 mg/kg,平均含量為1.81 mg/kg,處于豐富水平,變異系數為217.92%,屬于強變異性(表1)。由表4可知,土壤有效鋅含量分布于很高、豐富、適宜的土壤分別占樣品總數的10.64%、36.17%、38.30%,處于缺乏和極缺乏水平的土壤占樣品總數的14.89%。總體上,深汕特別合作區旱地土壤有效鋅含量為中等偏上,但分布不均。

3 討論

該研究發現深汕特別合作區的旱地土壤大體處于弱酸性到強酸性范圍,且有14.90%的土壤處于強酸性到極強酸性范圍。大量研究表明,過量施用氮肥、耕地利用類型和大氣酸沉降是土壤酸化的主要原因,尤其是長期不合理施用氮肥導致的土壤酸化作用較大氣酸沉降的影響大25倍,土壤性質、耕作措施、復種強度、作物類型等對土壤酸度也可能產生影響[15-21]。Wu等[22-23]研究表明,旱地較水田土壤含水量低,氮肥在有氧狀態下硝化作用強,加上硝態氮淋溶損失,加劇土壤酸化。趙凱麗等[20]研究發現,0～20 cm土層的交換性鋁與有機質含量呈顯著負相關,增加耕層土壤有機質含量可能是減緩酸化、降低交換性鋁含量的策略之一。胡丹丹等[24]研究證明,在紅壤旱地施用硼鎂鈣土壤調理劑可以明顯提高紅薯產量,在提高土壤pH和活化土壤磷、鉀養分等方面也有一定作用。楊慧豪等[25]研究發現,施用適宜的土壤調理劑對酸性菜田土壤具有良好的改良效果。張慧等[26]研究發現,單一施化肥降低了玉米根際土壤細菌的豐富度,化肥配施土壤調理劑可以顯著提高土壤pH和玉米根際土壤細菌群落的豐富度。張曉偉等[27]研究表明,減施氮磷鉀20%并配施鉀長石土壤調理劑可促進煙株生長,提高煙葉產量和品質,促進煙株對氮、磷、鉀肥的吸收和利用。因此,增施有機肥、控制化肥用量和配施酸性土壤調理劑對于緩解深汕特別合作區旱地土壤酸化,促進作物高產優質具有重要作用。

土壤有機質含量是評價土壤肥力水平的重要指標,提高土壤有機質水平對提升土壤質量有重要意義。李文軍等[28]研究發現,與施氮磷鉀化肥相比,有機無機肥配施可更好地促進土壤固碳,且在旱地土壤上的促進作用比在稻田土壤上更為明顯。郭樹健等[29]研究表明,紅壤旱地以玉米為主體的不同種植模式有利于提高活性有機碳含量和玉米產量,“三花”混播(紫云英×油菜×肥田蘿卜)-玉米和花生間作的種植模式最有利于提高土壤碳庫管理指數,馬鈴薯-玉米和大豆間作的種植模式經濟產量最高。王宗抗等[30]發現,施用生物有機肥料還提高了土壤有機質含量,能提高土壤氮素的固持和保蓄能力,防止土壤氮肥淋溶流失和揮發損失;增施生物有機肥和發酵產物后能使土壤團粒結構好,疏松透氣,從而促進小白菜根系生長。該研究結果表明,深汕特別合作區旱地土壤有機質含量處于中等偏低水平,有61.70%的土壤有機質含量處于缺乏及以下水平,其原因可能是旱地土壤環境促進土壤有機質礦化,加上長期偏施化肥,導致土壤有機質積累減少。綜上,優化旱地種植模式、有機無機肥配施是提升土壤有機質水平的有效途徑,且深汕特別合作區畜禽糞便無害化處置后可作為良好的有機肥源。

氮、磷、鉀是作物生長發育必需的大量元素。從該研究的結果來看,深汕特別合作區旱地土壤硝態氮、銨態氮和速效鉀總體含量較低;土壤有效磷含量總體較豐富,但含量高低分布極不均衡,有19.15%的土壤有效磷處于缺乏及以下水平,同時有68.08%的土壤有效磷含量高于40 mg/kg,磷流失風險較高,可能會引起農業面源污染[31-32]。萬子維等[33]研究表明,氮磷鉀肥加有機肥混合施用提高土壤pH的同時可以降低單施有機肥土壤反硝化潛勢,并降低土壤 N2O 的排放。張曉龍等[34]研究發現,有機無機肥配施添加生物黑炭可有效減少旱地土壤氮素徑流流失,化肥與生物黑炭共施可有效減少旱地土壤磷鉀素徑流流失。胡冬妮等[35]研究表明,長期有機肥替代化肥能在減量施用化肥的基礎上保證作物產量,同時顯著降低紫色土坡耕地氮流失風險,是當前紫色土坡耕地可推薦的減氮增效技術。白玉超等[36]研究發現,生物炭可以降低土壤溶液中Fe-P化合物的濃度,從而減少無機磷的固定,增加土壤中磷的可利用性。由此可見,深汕特別合作區需因地制宜積極推行配方施肥,優化施肥管理和農藝措施,提高養分利用率。

鐵、錳、銅、鋅是作物生長發育必需的微量元素,主要來源于土壤成土母質風化及外源肥料補充[37-38],研究表明,土壤有效態微量元素含量與土壤pH和有機質含量存在相關性[39-41]。該研究中深汕特別合作區旱地土壤有效鐵、有效銅、有效鋅含量總體處于中等偏上水平,有效錳含量處于中等偏低水平,分別有55.32%和14.90%的土壤處于錳缺乏和鋅缺乏狀況。李桂花等[42]研究發現,長期秸稈還田紅壤稻田,通過8季20%有機替代,添加Si、Zn、S微量元素及緩釋肥施用等增產增效模式都沒有顯著增加雙季稻產量、土壤有機質和全氮,說明長期秸稈還田對產量和地力影響很大,在此基礎上增加有機肥具有增產趨勢,秸稈加有機肥可以滿足水稻對微量元素的需求。趙晶晶等[43]研究顯示,葉面噴施微量元素增加了馬鈴薯的單株薯重和單薯薯重,產量顯著增加。因此,在生產實踐中應根據深汕特別合作區旱地土壤微量元素含量狀況,作物營養需求及養分互作效應等,在有機肥與氮磷鉀配施的基礎上補充適量的微量元素,并注意有效鐵在土壤中累積問題,少施或不施鐵肥。

4 結論

綜上可知,深汕特別合作區的旱地土壤大體處于弱酸性到強酸性范圍,且有14.90%的土壤處于強酸性到極強酸性范圍;有機質含量處于中等偏低水平,有61.70%的土壤有機質含量處于缺乏及以下水平;土壤硝態氮、銨態氮和速效鉀總體含量較低;土壤有效磷和鐵含量總體較豐富;有效銅、有效鋅含量總體處于中等偏上水平,有效錳含量處于中等偏低水平,分別有55.32%和14.89%的土壤處于錳缺乏和鋅缺乏狀況。

因此,在生產實踐中建議根據深汕特別合作區旱地土壤肥力狀況、作物營養需求及養分互作效應等,積極推廣有機無機配方施肥,優化種植模式、農藝措施和施肥技術提高養分利用效率,并注意土壤磷和鐵的過度積累,適量施用酸性土壤調理劑以有效改善土壤酸化,同時考慮將當地的秸稈和畜禽糞便等作為有機肥源,實現“變廢為寶”,助力鄉村振興、生態治理。該研究只是初步對深汕特別合作區旱地土壤肥力進行評價,后期仍需結合當地旱地作物營養需求、目標產量及種植模式等深入研究,以期為當地旱地作物高產優質提供更全面的指導依據。