浙江某典型水稻產區土壤養分狀況及土壤肥力質量評價

石艷平, 許靖雯, 羅玉博

(1.嘉興市土肥植保與農村能源站, 浙江 嘉興 314001; 2.浙江農林大學 環境與資源學院, 浙江 杭州 311300)

土壤養分不僅是土壤肥力的重要組成, 也是促進作物生長的核心因素[1]。而土壤的肥力高低能夠直接影響作物的生長、產量和品質, 更會影響農業的可持續發展[2]。科學、合理地評價土壤肥力水平, 能夠優化耕地資源, 有助于政府和農民做出準確的決策, 最大限度地提升土壤的生產力[3]。

水稻是世界上最重要的糧食作物之一[4], 全球有超三分之一的人口以水稻為主食, 更是我國的主要種植作物[5]。2018 年全球水稻種植面積為1.67×108hm2, 總產量達7.82×108t[6]。水稻對于糧食安全起著至關重要的作用, 稻田的土壤肥力是水稻生產可持續發展的基礎資源[7]。本研究以浙江省某典型水稻產區為研究區域, 以田塊為評價單位, 對不同土層進行土壤樣品的采集和測定, 并根據各指標對土壤pH 值及養分進行分級。以改進后的內梅羅指數法結合傳統統計方法, 對該水稻產區的土壤肥力質量進行評價, 為指導稻田土壤合理施肥和管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區域位于浙江省杭州市大同鎮某水稻主產區, 該鎮位于杭州市的西部, 自然資源豐富, 現代農業建設以毛竹、桑蠶、蔬菜、畜禽產業為主。該地區屬亞熱帶北緣季風氣候, 四季分明, 雨量豐沛。年平均氣溫為17.4 ℃, 平均年降水量為1 600 mm,年平均日照時數為1 760 h, 常年無霜期為285 d[8]。

1.2 樣品采集與分析

針對水稻產區的核心示范區域, 分別在溪口村、徐韓村、郎家村、三村村以及永盛村5 個村開展土壤樣品的采集。參照 《土壤農化分析》[9], 按照每3 hm2一個點位, 采用 “S” 形布點采樣法,采集5 個土壤混合成一個土壤樣品, 并記錄采樣點的經緯度坐標、農戶施肥情況以及水稻產量等。其中土層 (0 ～＜20 cm) 土壤樣品82 個, 土層 (20 ～40 cm) 土壤樣品10 個。

土壤樣品于室內自然陰干, 去除動植物殘體后混勻磨碎, 取部分樣品分別過 2 mm 篩以及0.15 mm 篩 后 保 存 備 用。參 照 《土 壤 農 化 分析》[9], 采用pH 計測定土壤pH 值 (土水體積比為1 ∶2.5); 采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定土壤有機質含量; 采用堿解擴散法測定土壤堿解氮含量; 采用鹽酸氟化銨-鉬銻抗顯色法測定土壤有效磷含量; 采用醋酸銨-火焰光度計法測定土壤速效鉀含量。

1.3 土壤pH 值及養分分級

pH 值、有機質含量、堿解氮含量、有效磷含量和速效鉀含量是5 個具有土壤肥力評價代表性的指標, 能較好地反映出土壤肥力水平。土壤pH 值及養分分級指標見表1[10]。

表1 土壤pH 值及養分分級指標

1.4 數據分析與處理

1.4.1 數據計算與分析

采用SPSS21.0 統計軟件對數據進行平均值、標準差分析。

1.4.2 綜合評價指數的計算

土壤肥力的綜合評價方法眾多, 通常有加和法、平均值法、加權平均法等。根據 “木桶理論”, 土壤整體肥力取決于含量最低的養分指標,所以本研究采用改進后的內梅羅綜合指數法進行綜合評價[11], 計算公式如下:

式中,P為土壤質量指數,Pi為土壤中單質量指數的均值,Pi,min為土壤中單質量指數的最小值,n為參評因子的個數。

2 結果與分析

2.1 土壤pH 值及養分分級狀況

由表2 可以看出, 研究區域內0 ～20 cm 土層的土壤pH 值基本處于酸和偏酸的等級, 僅有極少數點位是偏堿的。42.68%點位的土壤有機質含量較豐富, 僅有1.22%的點位處于貧乏的等級。關于土壤堿解氮含量, 近一半的點位處于豐富的等級, 也有10.98%的點位土壤堿解氮含量貧乏。土壤有效磷含量在各等級均有分布, 有4.88%的點位有效磷含量處于極貧乏的水平。各點位的土壤速效鉀含量基本分布于較豐富和適量兩個等級, 也有3.66%的點位處于貧乏等級。

表2 采樣點不同土層土壤pH 值及養分所占各等級的比例 單位:%

20 ～40 cm 土層的土壤pH 值均處于酸、偏酸和適量的等級。土壤有機質含量在各等級均有分布, 其中較豐富和適量等級占比較高。土壤堿解氮含量在各等級也均有占比, 其中有10%的點位處于極貧乏的狀況。關于土壤有效磷和速效鉀含量,不存在點位處于極貧乏的等級, 其中大部分點位的有效磷含量處于較豐富和貧乏的等級, 而速效鉀含量基本處于較豐富和適量的等級。

2.2 土壤肥力質量評價

選取pH 值、有機質含量、堿解氮含量、有效磷含量和速效鉀含量共5 個指標作為土壤肥力質量評價的主要因子。參照第二次全國土壤普查標準資料對各因子進行分級, 并根據不同評價因子有所提高 (表3)。

表3 土壤質量評價因子分級標準

從表4 可以看出, 研究區域0 ～＜20 cm 土層土壤pH 的平均值為5.85, 變化范圍為4.75 ～7.88。土壤有機質含量為8.30 ～49.40 g·kg-1, 平均值為25.50 g·kg-1。土壤堿解氮含量為36.00 ～207.20 mg·kg-1, 平均值為115.15 mg·kg-1。土壤有效磷含量為0.80 ～195.10 mg·kg-1, 平均值為14.45 mg·kg-1。土壤速效鉀含量為32.00 ～216.00 mg·kg-1, 平均值為104.84 mg·kg-1。pH 值、有機質含量、堿解氮含量、有效磷含量、速效鉀含量的變異系數分別為12.5%、34.7%、32.8%、153.4%和38.8%, 除有效磷含量呈現強變異水平外, 其余指標均處于中變異水平。

表4 不同土層土壤肥力指標的描述性統計

而研究區20 ～40 cm 土層的土壤pH 值變化范圍為5.03 ～7.00, 平均值為5.84, 總體偏酸性。土壤有機質含量為5.10 ～37.20 g·kg-1, 平均值為19.27 g·kg-1。土壤堿解氮含量為14.00 ～142.80 mg·kg-1, 平均值為83.81 mg·kg-1。土壤有效磷含量為3.10 ～24.60 mg·kg-1, 平均值為9.78 mg·kg-1。土壤速效鉀含量為47.00 ～152.00 mg·kg-1, 平均值為88.80 mg·kg-1。pH 值、有機質含量、堿解氮含量、有效磷含量、速效鉀含量的變異系 數 分 別 為13.4%、47.2%、48.1%、72.7% 和39.5%, 各指標均處于中變異水平。

根據表5 描述性統計中的肥力指標, 采用公式:Pi=Ci/Si對上述指標參數進行標準化處理,以消除各參數之間的量綱差別。其中:Pi代表土壤單質量指數;Ci代表i屬性土壤質量的實測數值;Si代表i屬性的臨界標準;i為土壤的某一質量屬性。并采用改良后的內梅羅指數公式計算土壤肥力質量指數。表5 的結果表明, 研究區域0 ～＜20 cm 土層土壤的肥力質量指數范圍為0.79 ～1.42, 平 均 值 為1.12; 20 ～40 cm土層土壤的肥力質量指數范圍為0.78 ～1.90,平均值為1.40。

表5 不同土層土壤肥力指數的描述性統計

根據土壤普查資料以及土壤質量指數, 共將土壤質量分為4 級 (表6)。研究區域20 ～40 cm 土層土壤的土壤質量指數總體略高于0 ～＜20 cm 的土層土壤, 大部分土壤都處于三級的質量等級, 但也有少數土壤處于二級和四級的質量等級。

表6 土壤質量等級劃分標準

3 討論

本研究表明, 該水稻產區內表層土壤屬于酸性以及偏酸性的占比高達82.92%, 70%的20 ～40 cm土層土壤屬于較酸的等級。土壤酸堿性是所有理化性質的基礎, 對土壤肥力、養分循環以及作物的生長均產生顯著影響[12]。土壤pH 值較低的點位主要位于溪口村和郎家村, 種糧大戶使用較多復合肥以及尿素等化肥, 可能導致了土壤的酸化。趙麗芳等[13]研究表明, 在酸化的水稻土壤中添加牡蠣殼粉以及石灰可以有效提升土壤的pH 值。大同稻香小鎮針對土壤普遍酸化的情況, 可適量添加土壤改良劑并改善施肥用量及方式, 尤其是在土壤酸化較為嚴重的區域應更為重視。

孔樟良等[14]1981—2012 年對建德市耕地土壤養分的研究表明, 建德市耕地中部分土壤有機質和氮素偏低, 多數土壤缺鉀, 且缺磷土壤與磷過量土壤共存。本次調研發現, 建德大同鎮研究區域內土壤肥力整體較高, 與前人研究相比, 主要養分水平有所提升, 這可能與水稻種植過程中施用肥料以及秸稈還田等措施有關。各采樣點土壤養分差異較大, 尤其是土壤有效磷含量, 屬強變異水平。對于土壤養分的不均衡, 應針對性地測土配方施肥, 從施肥量、施肥時期、肥料形態和施肥位置等方面探索氮磷鉀肥高效利用的途徑[15]。

4 結論

研究區域表層土壤的pH 值基本處于酸和偏酸的等級, 也有少數點位處于適量和偏堿的等級, 20 ～40 cm 土層土壤均處于酸、偏酸和適量的等級。土壤pH 值處于中變異水平, 各采樣點之間差異較小。

0 ～＜20 cm 土層土壤有機質含量相對較豐富,但也有點位處于貧乏的等級; 有近一半點位的土壤堿解氮含量處于豐富的等級, 在較豐富、適量和貧乏的等級也有點位分布; 土壤有效磷含量在各等級均有分布, 呈強變異水平, 各點位之間差距較大;土壤速效鉀含量基本處于較豐富和適量的等級。20 ～40 cm 土層土壤的有機質和堿解氮含量在各等級均有分布; 而土壤有效磷和速效鉀含量適量, 均不存在點位處于極貧乏的等級, 其中大部分點位的有效磷含量處于較豐富和貧乏的等級, 而速效鉀含量基本處于較豐富和適量的等級。各指標均處于中變異水平, 各點位之間的差距較小。

研究區域20 ～40 cm 土層土壤的土壤質量指數總體略高于0 ～＜20 cm 的土層土壤, 大部分土壤都處于三級的質量等級, 整體土壤肥力質量一般, 但也有少數點位處于二級和四級的質量等級, 土壤處于較肥沃或者瘦瘠的狀況。