安徽省定远县农田土壤耕层主要属性特征分析

来源:用户上传      作者:张兆冬 王莉莉 王永露

　　摘要 [目的] 揭示安徽省定遠县农田耕层基本属性的空间分布特征，进一步服务于定远县农田的科学施肥和保障农田土壤的可持续性。[方法] 基于2014—2018年采样测定获取的定远县460个典型农田耕层土壤pH、有机质、有效磷和速效钾信息，利用IBM Statistics SPSS 20.0、ArcGIS 10.2和普通克里格插值方法研究其空间分布特征。[结果]定远县耕层pH介于4.0～8.2，平均为5.7;有机质介于4.7～41.0 g/kg，平均为20.6 g/kg;有效磷介于2.0～49.8 mg/kg，平均为16.4 mg/kg;速效钾介于51.1～333.0 mg/kg，平均为156.7 mg/kg;4个指标的变异系数介于 13.04%～57.85%，均属中等变异强度。78.7%的农田样点为酸性或微酸性，有机质基本集中在3～4级水平，有效磷处于2～4级水平，但3级水平最大，速效钾样点分布在1～4级水平，其中近70%集中在2～3级水平。pH较高的区域集中在西部以及小部分的南部区域，东部普遍偏低;有机质整体上没有明显的空间变化规律，但最低值同样出现在东部;有效磷在西部有块状高值，总体上没有明显空间分布规律;速效钾低值区主要分布在西部和中部。与2008年相比，定远县农田耕层土壤有机质、有效磷和速效钾均呈现提升趋势，分别升高16.4%、21.5%和36.3%。[结论] 定远县农田耕层土壤总体上偏酸，养分含量中等-丰富，空间变异中等，呈现升高趋势，需因地制宜施肥。
　　关键词 农田耕层;pH;有机质;有效磷;速效钾;定远
　　Abstract [Objective] To disclose the spatial distribution characteristics of basic soil properties in Dingyuan County of Anhui Province in order to instruct the scientific fertilization and guarantee the suitability of farmland soil. [Method] Data of soil basic properties including pH， organic matter， available phosphors and potassium was from 460 farmland topsoil samples collected in 2014-2018， IBM Statistics SPSS 20.0， ArcGIS 10.2 software and Ordinary Kriging Interpolation method were used. [Result] pH ranged from 4.0 to 8.2 with a mean of 5.7， organic matter ranged from 4.7 to 41.0 g/kg with a mean of 20.6 g/kg， available phosphorus ranged from 2.0 to 49.8 mg/kg with a mean of 16.4 mg/kg， and rapidly available potassium ranged from 51.1 to 333.0 mg/kg with a mean of 156.61 mg/kg. The variation coefficients of the above four indexes ranged from 13.04% to 57.85%， indicating the level of moderate variation. 78.7% of samples were in the levels of acid or slightly acid. Organic matter was primarily concentrated in the 3rd and 4th levels， available phosphorus was in the 2nd， 3rd and 4th levels， with the most in the 3rd level. Rapidly available potassium was in the 1st， 2nd， 3rd and 4th levels， about 70% of samples were in the 2nd and 3rd levels. High pH was mainly in the west region but lower in the east region. Organic matter and available phosphorus showed no obvious spatial distribution but organic matter was general lower in the east region. Rapidly available potassium was generally lower in the east and central regions. Compared with the data of 2008， organic matter， available phosphorus and rapidly available potassium of topsoils in Dingyuan County increased by 16.4%， 21.48% and 36.26%， respectively. [Conclusion] In general， the soils in Dingyuan County are acidic， nutrient contents are at middlerich levels and with middle spatial variation， fertilization should be according to local conditions. 　　Key words Farmland topsoils;pH;Organic matter;Available phosphorus;Available potassium;Dingyuan County
　　土壤pH、有机质、有效磷和速效钾是指示土壤肥力和质量的基本且重要的指标，直接影响着作物的长势、产量与质量[1-2]。对农田而言，自然因素和人为因素的共同作用导致其上述指标具有较高的空间变异性[3]，而准确了解其空间变异性是实现农业生产上精准施肥的前提[4]。我国在土壤养分空间变异方面已开展了相关研究[5-6]。
　　安徽省是我国华东地区的一个农业大省，其耕地面积约5.7万hm2，粮食总产约3.3×107 t[7]。安徽省在地貌上大致分为淮北与沿淮平原区、江淮丘陵区、皖西大别山区、沿江平原区和皖南山地丘陵区[8-9]。其中，江淮丘陵区面积占全省面积的25%，耕地面积约占全省面积的28%，是安徽省主要农业生产地区之一[10]。定远县隶属滁州，地处江淮丘陵之间，属暖温带半湿润季风区，据1985年定远县土壤普查办公室普查结果，地势上北高南低，地貌类型大致是丘陵、岗地和平原，土壤类型多样，农田土壤类型主要有水稻土、砂姜黑土、潮土、黄棕壤等，是全国商品糧基地县之一。定远县具有江淮丘陵区域的代表性，但目前关于定远县农田土壤的研究报道较少，如马瑜欣等利用2008年测土配方获取的土壤信息，分析了土壤有机碳的空间分布特征[11]，赵明松等[12]则在此基础上，分析了pH、有机质、有效磷和速效钾的空间分布特征。基于此，笔者利用2014—2018年新获取的定远县农田耕层土壤信息，研究了上述4个指标的统计特征和空间分布特征，旨在进一步服务于定远县农田的科学施肥和保障农田土壤的可持续性。
　　1 材料与方法
　　1.1 采样点
　　2014—2018年，依据地形、成土母质和土地利用现状、轮作制度、空间均匀性等，在定远县确定了460个典型农田（图1）。
　　1.2 方法
　　1.2.1 土样采集。在每个农田中，用不锈钢土钻随机选取5～8点采集0～20 cm的耕层土壤，充分混匀后按四分法留取1.5 kg 土样，带回实验室用于测定分析。
　　1.2.2 土样处理。采回的土样经室内自然风干、去杂、研磨后，分别过20目（0.85 mm）、60目（0.25 mm）和100目（0.15 mm）筛用于相关指标的测定。
　　1.2.3
　　土样测定。pH采用电位计法（土液比1∶2.5）测定;有机质采用油浴加热-重铬酸钾氧化容量法测定;全氮采用重铬酸钾-硫酸消化法测定;有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定;速效钾使用乙酸铵浸提-火焰光度计测定[13-14]。
　　1.2.4 数据处理。利用IBM Statistics SPSS 22.0进行数据的常规描述性分析（包括平均值、标准差等），采用偏度和峰度描述数据正态分布性[15]，变异系数采用Nielsen标准[16]（<10%属于弱变异性，10%～100%为中等强度变异性，>100%为强变异性）。空间分析与制图在ArcGIS 10.2平台上进行，空间插值方法选用常用的普通克里格和泛克里格法。
　　1.2.5
　　土壤指标分级标准。采用的农田土壤指标分级依据全国土壤养分分级标准（表1）[17]。
　　2 结果与分析
　　2.1 定远县耕层土壤指标统计特征
　　由表2可知，pH处于4.0～8.2，平均为5.7，变异系数为13.04%;有机质介于4.7～41.0 g/kg，平均为20.6 g/kg，变异系数为35.46%;有效磷介于2.0～49.8 mg/kg，平均为16.4 mg/kg，变异系数较高，为 57.85%;速效钾介于51.0～333.0 mg/kg，平均为156.6 mg/kg，变异系数为34.64%。上述4个指标均属于中等强度变异，数据整体为偏正态性分布。
　　根据农田土壤指标分级标准（表1），对460个农田耕层样点的pH、有机质、有效磷和速效钾进行分级。由表3可知，78.7%的农田pH处于酸性和微酸性范围;有机质值则基本集中在3～4级水平;有效磷分布在2～4级水平，其中占比最大的3级水平，为41.30%;速效钾所有样点均处于1～4级水平，其中近70%集中在2～3级水平。
　　2.2 定远县农田土壤耕层指标空间分布特征
　　由图2可知，pH较高的区域集中在定远县西部，也出现在南部的小部分区域，东部pH则普遍偏低，处于全县最低值，其余区域pH基本维持在中等;有机质整体上无明显随空间而变化的规律，高值和低值以斑块状交替出现，但大部分区域有机质处于相对较高的水平，最低值仍然出现在东部地区;有效磷在西部有块状高值，其余高值在整个定远县以点状出现，高低值分布整体上无明显空间规律，且处于较低状态;速效钾空间上呈现较大差异，东部、南部及西部的少数区域以条块状分布着高值，西部和中部的绝大部分区域则处于较低值范围。
　　2.3 定远县农田土壤耕层指标动态变化特征
　　依据2008年定远县1 041个农田耕层土壤信息，有机质、有效磷和速效钾分别平均为17.74 g/kg、13.45 mg/kg和115.00 mg/kg。与2014—2018年对应数据相比，可以发现定远县农田耕层土壤耕层土壤有机质、有效磷和速效钾均呈提升趋势，分别升高16.4%、21.48%和36.26%。
　　3 结论与讨论
　　试验结果表明，定远县农田耕层土壤以酸性或微酸性为主，有机质、有效磷和速效钾总体上含量较高，三者均呈中等空间变异程度。pH在西部较高，东部普遍偏低;有机质整体上无明显的空间变化规律，但东部相对较低;有效磷在西部有块状高值，总体上无明显空间分布规律;速效钾低值区主要分布在西部和中部。有机质、有效磷和速效钾比2008年均有所提升。与赵明松等[12]研究得出的2008年定远县农田耕层土壤有机质、有效磷和速效钾的空间分布相比，可以发现三者在中部和东北部普遍明显升高。此外，速效钾在西南地区升高也较明显。 　　有机质、有效磷和速效钾的升高根本原因在于秸秆还田的持续和化肥的施用。秸秆还田一方面可以增加土壤有机碳（SOC）的积累，对土壤有机碳（SOC）的固定、矿化起到重要的调节作用，另一方面可以提高土壤的保水保肥能力，改良土壤结构，增强土壤抗蚀抗旱性能，对农业可持续发展具有重要意义[18]。有研究表明，定远县的水稻秸秆还田比例约70%[19]，这对定远县农田土壤有机质提升起到重要作用。相比之下，机肥施用与绿肥种植情况不太乐观，安徽省施有机肥30 t/hm2的农户占15.1%，施30 t/hm2以下农户占72.4%，不施的农户占12.5%，绿肥面积则由1976年的约90万hm2已降至80年代以后的约20万hm2[20]。就化肥施肥，目前定远县推荐的冬小麦施肥量为N 180 kg/hm2、P 36 kg/hm2、K 60 kg/hm2 [20]，水稻为N 197.7 kg/hm2、P 56.0 kg/hm2、K 171.9 kg/hm[21]。我国小麦、水稻和玉米的氮肥當季利用率在8.9%～78.0%，平均为28.7%;磷肥当季利用率在3.0%～49.3%，平均为13.1%;钾肥当季利用率在4.5%～82.8%，平均为27.3%。化肥当季利用率较低，也间接提升了土壤有效磷和速效钾含量[22]。
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