藁城區耕地土壤養分現狀及變化趨勢

邢鳳麗 張曉萌 路貴華 韓 洋 王會娟 高 偉 李翠霞

（1.石家莊市藁城區農業技術推廣中心 河北石家莊 052160；2.石家莊市藁城區農村經濟服務中心 河北石家莊 052160；3.石家莊市藁城區北方蔬菜產業研究院 河北石家莊 052160；4.石家莊市藁城區植物保護檢疫站 河北石家莊 052160）

石家莊市藁城區地處河北省西南部， 省會石家莊市東部， 位于37°51′～38°18′44″N、 114°38′45″~114°58′47″E，屬太行山洪積沖積山前傾斜平原，地勢西北高東南低，是典型的山前傾斜平原地貌。 藁城氣候屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，氣候因素分布比較均勻，年平均氣溫12.5℃，年平均降水量494 mm，年日照時數2 711.4 h，日照率61.2%，無霜期190 d，截至2018 年耕地面積為5.22 萬hm2，種植作物類型多樣，糧食作物包括小麥、玉米、大豆、谷子等，一年兩熟，主要以小麥—玉米、小麥—大豆輪作為主。

作為農業大區， 藁城區是全國糧食生產先進縣（區）和優質強筋麥發源地[1]，是河北省重要的小麥高產區和強筋區， 在我國糧食安全格局中具有重要地位[2]。2005 年原農業部在全國推廣應用測土配方施肥技術，2005-2016 年藁城區結合測土配方施肥項目的實施及2017-2021 年來化肥減量增效項目的實施，共采集土壤樣品12 000 個以上進行測試分析， 本研究分析了藁城區耕地土壤養分現狀及40 年來的變化趨勢，以期為確定合理施肥技術、提高糧食產量、培肥地力、實現農業可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

為了解年度耕地養分狀況，藁城區2021 年依據農業農村部種植業管理司《關于做好2021 年化肥減量增效工作的通知》要求，在區域內，根據土壤類型、種植模式、管理水平等因素，充分考慮調查取樣點的均勻性與代表性，采取多點混合的方法進行采樣，采樣深度0～20 cm，共采集土壤樣品200 個。

1.2 數據來源

1981 年113 個土壤剖面數據收集自全國第二次土壤普查時期成果[3]，其余數據整理自2005-2021 年間測土配方施肥項目、 化肥減量增效項目實施過程中采集化驗的大田土壤數據。 全國土壤養分含量標準見表1、土壤酸堿度分級標準見表2。

表1 全國土壤養分含量分級標準

表2 土壤酸堿度（pH）分級標準

1.3 數據處理

利用Excel、SPSS 22.0 軟件進行統計分析。1981 年剖面數據，對表土層深度＞20 cm 的部分，直接取其結果；表土層＜20 cm 的部分，取0～20 cm 范圍內的所有土層的深度加權平均值(以深度為權重)。 年度內土壤檢測數據用SPSS 軟件箱線圖法篩除離群值。

2 結果與分析

2.1 耕地養分現狀

2.1.1 有機質 2021 年藁城區耕地質量監測點土壤有機質有效數據共196 個，平均值為（25.00±5.34 g/kg），變化范圍11.3～37.8 g/kg，變異系數為21.4%。 參照第二次土壤普查時土壤養分分級標準，80.61%的調查點土壤有機質含量處于中等以上水平 （＞20.0 g/kg），沒有含量大于40 g/kg 的一級地 （豐缺水平： 很豐富），藁城區耕地耕層有機質平均含量屬于三級水平（豐缺水平：中等）（圖1）。

圖1 土壤養分含量分級頻率

2.1.2 全氮 2021 年藁城區耕地質量監測點土壤全氮有效數據共194 個， 平均值為 （1.37±0.28） g/kg，變化范圍為0.70～2.16 g/kg， 變異系數為20.4%。 參照第二次土壤普查時土壤養分分級標準，90.72%的調查點土壤全氮含量處于中等以上水平（＞1.0 g/kg），藁城區耕地耕層全氮平均含量屬于三級水平 （豐缺水平：中等）。

2.1.3 速效磷 2021 年藁城區耕地質量監測點土壤速效磷有效數據共191 個，平均值為（26.2±15.5）mg/kg，變化范圍為2.8～73.0 mg/kg，變異系數為59.2%。參照第二次土壤普查時土壤養分分級標準，90.05%的調查點土壤速效磷含量處于中等以上水平（＞10 mg/kg），藁城區耕地耕層速效磷平均含量屬于二級水平（豐缺水平：豐富）。

2.1.4 速效鉀 2021 年藁城區耕地質量監測點土壤速效鉀有效數據共189 個，平均值為（144±62）mg/kg，變化范圍為49～316 mg/kg，變異系數為43.1%。 參照第二次土壤普查時土壤養分分級標準，72.49%的調查點土壤速效鉀含量處于中等以上水平（＞100 mg/kg），藁城區耕地耕層速效鉀平均含量屬于二級水平（豐缺水平：豐富）。

2.2 耕地土壤pH 現狀

2021 年， 藁城區耕地質量監測點土壤pH 有效樣品194 個，pH 平均為8.03±0.30，變異系數為3.74%。土壤pH＞7.5（堿性）的監測點最多，共有179 個，占監測點總數的92.27%；土壤pH 在6.5～7.5（中性）之間的監測點有15 個，所占比例為7.73%；沒有土壤pH＜6.5 的監測點。 藁城區耕地土壤總體呈堿性。

2.3 耕地土壤養分變化趨勢

2.3.1 有機質 由表3、圖2 可知，與1981 年相比耕層土壤有機質平均含量增加15.0 g/kg， 增幅為150.0%，平均每年增加0.38 g/kg；40 年來耕層土壤有機質含量總體呈不斷上升的趨勢， 且目前仍保持一定增速， 由圖2 可知，2021 年有機質含量中位數、最大值、最小值均高于2017-2020 年，有機質含量平均增加1.5 g/kg，增幅為6.38%。

圖2 土壤有機質變化趨勢及分布特征

表3 耕地養分變化趨勢

2.3.2 全氮 由圖3 可知， 與1981 年相比，2005－2021 年全氮含量平均增加0.74 g/kg， 增幅為117.46%， 平均每年增加0.02 g/kg；40 年來耕層土壤全氮含量總體呈不斷上升的趨勢， 與2017-2020 年數據相比差異顯著，全氮含量平均增加0.06 g/kg，增幅為4.58%。

圖3 土壤全氮變化趨勢及分布特征

2.3.3 速效磷 由圖4 可知，與1981 年相比，2005-2021 年耕層土壤速效磷含量平均增加20.8 mg/kg，增幅高達385.19%， 平均每年增加0.52 mg/kg；40 年來耕層土壤速效磷含量大體呈先升高后降低的趨勢，含量最高的是2013-2016 年份段，與其他時間段含量差異極顯著；2021 年與2017-2020 年相比，速效磷含量極顯著降低，平均降低4.8 mg/kg，降幅為15.48%，高離群值數值減小、離群點位數量減少，中位數降低。

圖4 土壤速效磷變化趨勢及分布特征

2.3.4 速效鉀 由圖5 可知，與1981 年相比，速效鉀含量平均增加41 mg/kg，增幅為39.81%，平均每年增加1.0 mg/kg；40 年來耕層土壤速效鉀含量呈先升高后降低的趨勢，2017-2020 年份段含量最高，2021 年速效鉀含量與之相比降低26 mg/kg，降幅為15.29%，差異極顯著。 與速效磷變化類似， 高離群值數值減小、中位數降低，最小值升高。

圖5 土壤速效鉀變化趨勢及分布特征

2.4 耕地土壤養分變化原因分析

2.4.1 肥料生產技術提升、 化肥用量增加 肥料是作物的“糧食”，在作物生產中發揮著不可替代的支撐作用[4]。 國內外大量的農田長期定位試驗證明施肥對土壤養分含量有顯著影響，平衡施用NPK 肥（配施有機肥或秸稈效果更好） 能提高土壤養分庫容量和有效率[5-7]。

通過查閱《藁城縣科學技術志》，20 世紀60 年代以前，藁城區（當時為藁城縣）農業生產中以粗雜肥為主，1968 年縣化肥廠建成投產， 主產含量在14%～16%的碳酸氫銨及副產品氨水（含氮量15%左右），從此藁城縣農業生產中使用的氮肥以碳酸氫銨為主，兼施一些氨水、硝酸銨、硫酸銨等。 1971 年施用氮肥水平（折純）畝均2.58 kg，1980 年施用氮肥水平（折純）畝均10.65 kg，且碳銨及硫銨在微堿性土壤中易分解揮發造成損失。70 年代縣磷肥廠建成投產，生產過磷酸鈣，含有效磷12%左右，由于施肥方法和技術落后，一度出現盲目施肥現象，特別出現的重氮輕磷現象造成氮磷比例失調，1980 年施用磷肥水平（折純）畝均5.1 kg，氮磷比為1∶0.5。肥料施用量少、利用率低直接造成土壤有機質、全氮、速效磷含量缺乏。 藁城縣農業生產歷史上有施用草木灰的習慣， 草木灰含鉀40%左右，其中90%是有效成分，1974 年開始試驗用硫酸鉀和磷酸二氫鉀，所以土壤速效鉀在80 年代屬于中等水平。 隨著生產技術的不斷發展，肥料種類多樣化、有效含量提高，耕地化學肥料投入量大大增加，2021 年藁城區施用氮肥水平（折純） 畝均30 kg左右，施用磷肥水平（折純）畝均15 kg 左右，用量分別比1980 年增長181.7%、194.1%。

2.4.2 農業農村政策的引導 作物秸稈是土壤有機質的重要來源， 秸稈中含有農作物生長需要的氮、磷、鉀、鎂、鈣和硫等營養元素[8]，長期以來，經過國內外的大量田間試驗和生產實踐證明， 提高秸稈還田量與還田年份能有效提高土壤肥力和作物產量[9-11]。

1980 年藁城區作物產量低下， 全縣糧食年均畝產量490 kg，棉花年均畝產量40.4 kg，作物莖稈產量低，且多被農民當做生活燃料，根茬部分直接在大田焚燒，少部分過腹還田。 隨著作物產量不斷升高，秸稈產量大增，1999 年國家環保總局就頒布了《秸稈禁燒和綜合管理辦法》，旨在治理因焚燒秸稈而帶來的環境問題，自此農業農村部門發布多項秸稈禁燒、秸稈還田、資源化利用等政策法規[12]，在政策引導下農民的環保意識逐漸增強， 再輔以聯合收割機推廣應用的助力，經過多年的秸稈還田，土壤有機質、全氮、速效磷、速效鉀含量逐年增加。

2.4.3 科學施肥技術的推廣應用 2005-2015 年測土配方施肥技術推廣，隨著施肥技術的不斷提高，耕地養分含量和作物產量得到了可觀的提升， 平均年度糧食畝產800～1 000 kg。因為人們對作物產量的過高追求出現了盲目施肥等問題，2015 年原農業部印發《到2020 年化肥使用量零增長行動方案》，藁城區2017-2021 年大力實施耕地質量保護提升和化肥減量增效、化肥施用量零增長等項目，推廣了一批化肥減量增效技術模式， 調整肥料大配方 （穩氮減磷調鉀），在平衡施用氮磷鉀無機肥基礎上推廣生物有機肥、微生物菌劑等有機肥和土壤調理劑等新型肥料，經過5 年的實施， 土壤中速效磷和速效鉀的積累有所降低。

3 結語

（1）藁城區耕地土壤養分整體呈中等偏上水平，速效磷、速效鉀平均含量雖達到了豐富水平，但變異系數偏高。 有機質平均含量處于中等水平，79.0%的調查點土壤有機質含量處于中等以上水平（＞20.0 g/kg）；全氮平均含量處于中等偏上水平，88.5%的調查點土壤全氮含量處于中等以上水平（＞1.0 g/kg）；速效磷平均含量豐富，90.5%的調查點土壤速效磷含量處于中等以上水平 （＞10 mg/kg）； 速效鉀平均含量豐富，74.0%的調查點土壤速效磷含量處于中等以上水平（＞100 mg/kg）；耕地土壤pH 范圍為6.02～8.62，pH 平均值7.99，呈堿性。

（2）與第二次土壤普查期間相比，有機質、全氮、速效磷、速效鉀等耕地養分含量有很大提升，分別提高了128.81%、164.52%、403.3%、45.79%。 有機質、全氮含量40 年間整體呈上升趨勢，有機質有進一步提升的空間。 速效磷和速效鉀含量呈先逐步升高后稍下降趨勢，與近4 年平均值相比分別降低了24.35%和15.68%。

（3）耕地土壤pH 平均值比第二次土壤普查降低0.4 個pH 單位，降低4.76%。