张家界永定区耕地土壤有效磷现状及其空间特征

金虹屹，周卫军*，邓 冉，王 瑛，刘 沛，谭 洁

(1.湖南农业大学资源环境学院，湖南长沙 410128;2.湖南省张家界市永定区农业局，湖南张家界 427000)

磷是植物必需的三大营养元素之一，包括有机和无机两大部分［1］。有效磷作为土壤磷贮库中对作物最有效的部分，能直接供作物吸收利用，因而它是评价土壤供磷能力的重要指标［2］。由于受自然和人类活动的影响，土壤有效磷含量在田间或区域分布上常具有明显的时空变化特点［3－6］。若缺乏对其含量特征、时空变异规律的了解，则不能根据其变化确定施肥管理措施，有可能导致土壤磷素亏缺或盈余。土壤磷素亏缺影响作物生长，而土壤处于磷素盈余状态，则会加大土壤磷素向水体流失的风险，并产生潜在的生态环境问题。可见，推行合理的施肥管理措施和有效控制农业面源磷污染已成为越来越受关注的热点问题［3，7］。因此，了解和弄清耕地土壤有效磷的空间变化规律，不仅能为耕地质量管理和科学施用磷肥提供指导，而且能为农业面源污染控制提供科学依据。笔者利用张家界市永定区2008年开始的测土配方施肥的耕地土壤的测定数据，采用分类汇总和空间插值方法研究了全县耕地土壤有效磷含量特征与时空变化规律。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 张家界市永定区地处湖南省西北部，武陵山脉腹地，澧水中上游，N28°51'13″～ 29°25'6″，E110°4'15″～110°55'6″。土地总面积 2 173.808 km2，占全省总面积的1.1%，耕地面积28 327.4 hm2。该地区属中亚热带山原型季风性湿润气候，冬暖夏凉，四季温和，年均气温为16.8℃，光热充足，雨量充沛，年均降水量1 497 mm，无霜期长，严寒期短，适宜喜温作物水稻、玉米、红薯、苎麻与越冬作物麦、豆、油菜等的生长。

1.2 土壤样品的采集与分析测定 按照测土配方施肥项目要求，参照第二次土壤普查的土壤样品采集点，根据土种面积2～4 hm2采集一个土样，共采集土壤样品6 040个。在土样采集时，根据室内实际布点情况，采用GPS记录采样点的地理坐标，考虑采样田块的大小和形状，分别采用S形、梅花形、网格法等方法采集0～20 cm土样，多点采样，混匀后采用四分法进行取舍，使得每个样品的质量控制在1 000 g左右。采用0.5 mol/L NaHCO3浸提－钼锑抗分光光度法，测定土壤有效磷含量。

1.3 数据处理 测定数据采用EXCEL 2007进行统计分析。利用MAPGIS中的地统计学功能，对土壤有效磷进行空间插值，分析其空间规律。采用土地利用现状图、土壤图、行政区划图进行叠加，作为空间分析的工作底图。

2 结果与分析

2.1 土壤有效磷含量特征 从图1可以看出，依据湖南省第二次土壤普查土壤养分分级标准［8］，总体为中偏高水平，平均为15.3 mg/kg，变化在2.0～49.9 mg/kg之间;10～20 mg/kg的样本数为2 247个，占总样本数的比例为37.2%;20～40 mg/kg的样本数为1 582个，占26.19%;而高于40 mg/kg的样本数只有70个，仅占1.16%;低于3 mg/kg的样本数也只有112个，占1.85%。

2.2 水稻土与旱地土壤有效磷的比较 从表1可以看出，永定区水稻土有效磷含量总体比旱地高，平均高3.7 mg/kg，低等级样本数少，高等级样本数多，如处于五级水平的水稻土没有，旱地有568个样本，占28.3%，二级水平的水稻土1 140个，占28.27%，旱地442个，占22.0%。这可能主要是由于永定区山地面积较大，旱地大部分位于地形部位较高、无灌溉条件且农业生产不方便的区域，导致农民在生产过程中采取一种粗放经营方式，而水稻土是当地主要的基本农田，投入较大，农业生产高度集约和重视，因而长期的农业经营导致两者差异较大。

表1 土壤有效磷含量分级统计

2.3 土壤有效磷的空间特征

2.3.1 不同土类土壤有效磷的空间特征。从图1可以看出，永定区耕地土壤有效磷的空间变异较大，总体呈小团块状或条带状。研究显示，土壤有效磷含量的变异系数比其他土壤养分大，属中等或强变异程度，具有较强的空间变异性，反映人为耕作管理措施的差异是其空间变异的主要因素。在农田尺度下，土壤有效磷的空间变异性主要受施肥量的影响［6，9］。土壤有效磷含量空间变异性与土地利用方式关系密切［10］。从表2可以看出，永定区耕地三级土类土壤有效磷的分布面积最大，达到13 281.0 hm2，占耕地总面积的46.88%;不同土类差异较大，潮土、黑色石灰土、红壤、红色石灰土、黄壤、黄棕壤、紫色土等土类高水平(一级与二级)与低水平(五级)含量分布面积较小，而水稻土一级与二级水平含量分布面积为6 733.1 hm2，占耕地面积的39.69%，低水平含量分布面积较小，五级水平没有分布。因此，施肥时既要考虑土壤有效磷的含量特征，又要针对不同土类的差异进行合理施肥，以防止部分高含量土壤有效磷含量过高，引起面源污染问题。

表2 不同土类有效磷分布面积hm2

2.3.2 不同行政区土壤有效磷的分布特征。从表3表明，永定区不同乡镇各等级有效磷含量分布面积差异较大，但基本以三级、四级含量水平的分布面积较大，一级和五级含量水平分布面积较小，但有些乡镇二级含量水平分布面积也较大，如大坪镇二级含量水平的分布面积为266.6 hm2，占全镇耕地面积的48.37%，三岔乡的分布面积为317.0 hm2，占全镇耕地面积的50.87%。因此，虽然该区域耕地土壤有效磷含量总体呈中等偏高水平，但空间分布极不均匀。施肥时，要依据土壤有效磷的具体状况和作物的需磷规律进行精准施肥。

3 小结与讨论

(1)化肥施用量的增加导致土壤肥力的提高［11－12］。自农村实行土地承包责任制以来，粮食产量连续增加，化肥使用量不断增多，致使土壤肥力逐渐提高。研究表明，耕地土壤有效磷含量平均为15.3 mg/kg，处于中等水平，最高达到49.9 mg/kg。这与其他研究结果［3－5］一致。

(2)耕地土壤磷素养分的空间变异特征及其施肥模式与农业面源污染的研究是人们关注的热点问题［3－4，7］。由于人们长期以来对土壤养分状况了解得不清楚，施肥时凭经验或依据传统施肥，导致肥料施用量不断增加，肥料利用率低，土壤中磷的盈余量大，农业面源污染问题凸显。该研究通过野外采样分析，结合3S技术对永定区耕地土壤有效磷的空间特征进行研究，发现在县域范围内耕地土壤有效磷的空间变异性较大，不同土类、不同土地利用方式、不同行政区等均有较大差异。施肥时，必须考虑土壤磷肥的含量与空间特征，科学施肥，提高磷肥的利用率，防止农业面源污染的风险。

表3 不同行政区土壤有效磷分布面积hm2

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