宁南山区不同建设年限梯田土壤肥力变化规律研究

岳自慧，刘 平，翟汝伟，王 文，刘学军，贾爱冬，张煜明

(1.宁夏回族自治区水利科学研究院，宁夏 银川 750021；2.宁夏回族自治区水土保持监测总站，宁夏 银川 750001)

宁夏南部山区(简称“宁南山区”)地处黄土丘陵沟壑区，是我国北方农牧交错带和干旱与半干旱过渡区，是我国生态最脆弱的地区之一，包括固原市的原州区、西吉县、彭阳县、隆德县、泾源县和中卫市海原县等5县1区83乡(镇)，土地面积为16 783 km2，总人口189.98万人。该区海拔1 246～2 594 m，年平均气温5～7 ℃，无霜期97～158 d，年平均降水量280～650 mm，降水量不仅偏少，而且年际、年内分布极不均匀，地表和地下水资源缺乏，土壤水分蒸发强烈，作物生长极易受干旱威胁[1-3]，严重的水土流失已成为宁南山区农业发展的主要制约因素。坡改梯工程可有效控制水土流失，提高宁南山区土地生产力和粮食产量[4]。宁南山区规模性的水平梯田建设自20世纪90年代开始，截至2016年底，宁南山区建设水平梯田26.47万hm2，水土保持效果非常明显。

为了研究坡改梯后不同种植年限梯田土壤肥力变化规律，宁夏水利科学研究院选择国家农业综合开发水土保持项目宁夏隆德县打食沟项目区的红崖小流域、彭阳县李台项目区的炭洼小流域、固原市原州区上滩项目区的上滩小流域、西吉县腰巴庄项目区的上腰巴庄小流域、同心县下马关项目区的罗家滩小流域和海原县脱烈项目区的曹洼小流域等6个典型小流域作为重点监测流域，开展了不同种植年限梯田土壤肥力的动态监测和研究工作。

1 土壤肥力监测方法

在每个重点监测小流域分别选择建设年限为1～2年、3～5年和5年以上的梯田作为监测地类，通过GPS定点取样，每种地类选择3个样点，于作物收获后取0～25 cm深度土壤进行分析测定(按土壤养分测定方法进行)，指标包括速效氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷和有机质含量，坡耕地按照相同的方法取样作为对照。监测与研究工作自2013年开始，至2016年结束，每年9—10月监测一次，同一个流域同一样点连续监测4年。

试验数据用Excel软件和SPSS数据统计分析软件处理。

2 不同建设年限梯田土壤肥力综合分析

2013—2016年共送检土样315个，测定速效氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷和有机质含量6项指标，综合分析结果详见表1。

表1 不同建设年限梯田土壤肥力综合分析结果

各耕地类型中，1～2年梯田速效磷、速效钾、全磷、全氮和有机质含量5项指标均表现为最低，5年以上梯田全磷、全氮和有机质含量3项指标均为最高。与坡耕地相比，1～2年梯田有机质含量降低了7.05%，3～5年梯田和5年以上梯田有机质含量分别提高了8.14%和18.68%。与1～2年新修梯田相比，3～5年梯田和5年以上梯田有机质含量分别增加了16.35%和27.69%。

土壤有机质是土壤肥力的基础，是衡量土壤肥力的重要指标之一，宁南山区不同耕地类型土壤有机质含量分析结果见图1。由图1可知：不同耕地类型土壤有机质含量表现为5年以上梯田>3～5年梯田>坡耕地>1～2年梯田；5年以上梯田土壤有机质含量与坡耕地和1～2年新修梯田差异达显著水平(P<0.05)，与3～5年梯田差异不显著，3～5年梯田与1～2年新修梯田差异显著，与坡耕地差异不显著，坡耕地与1～2年新修梯田之间也没有显著性差异。

图1 不同建设年限梯田土壤有机质含量分析结果

注：图中字母代表显著性水平为0.05时的方差分析结果，两者字母不同表示相互间差异达显著水平，出现相同字母表示差异不显著。

3 水平梯田土壤肥力年度变化情况

通过GPS定点跟踪，2013—2016年每年作物收获后在同一取样点取0～25 cm土层测定其土壤肥力各项指标，监测结果详见表2。

表2 不同建设年限梯田土壤肥力的年度变化情况

梯田土壤肥力的年度变化分析结果详见图2～7。

图2 不同建设年限梯田土壤速效氮含量变化

图3 不同建设年限梯田土壤速效磷含量变化

图4 不同建设年限梯田土壤速效钾含量变化

图5 不同建设年限梯田土壤全磷含量变化

图6 不同建设年限梯田土壤全氮含量变化

图7 不同建设年限梯田土壤有机质含量变化

由表2和图2～7分析结果可以看出：梯田修建初期土壤肥力除速效磷、速效钾含量2项指标外，其他各项指标与修建前相比均有所降低，修建3年梯田土壤有机质可基本上达到修建前水平，修建5年梯田速效磷、速效钾、有机质3项肥力指标高于修建前；不同年限梯田土壤肥力的年度变化大体上呈现出逐渐提高的趋势，但在修建第8年时除速效钾含量外，其他5项指标均出现了下降的趋势；梯田二为2011年修建的梯田，开始监测时该梯田为修建第3年，2016年(修建第6年)与2013年相比，速效氮、速效磷、速效钾、全氮和有机质含量分别增加了16.78%、40.51%、31.88%、37.25%、34.37%，全磷含量则降低了15.63%。

4 各肥力指标对梯田土壤肥力影响的主成分分析

主成分分析也称主分量分析，旨在利用降维的思想，把多指标转化为少数几个综合指标，这些综合指标基本反映了原来变量的信息量[5]。通过主成分分析，可以确定衡量宁南山区梯田土壤肥力的主要指标。各肥力指标对梯田土壤肥力影响的主成分分析结果详见表3、表4。由表3可知，前3个主成分的累积贡献率为84.139%，并且前3个主成分的特征值分别为2.609、1.257、1.183，均大于1，故保留前3个主成分对梯田土壤肥力的影响。

表3 主成分分析总方差解释

表4 主成分矩阵

由表4可知：第1主成分与速效氮、全磷、速效磷含量关系密切，第2主成分与全氮、全磷、速效磷含量关系密切，第3主成分与有机质、速效钾含量关系密切，其中相关系数大于0.75的有速效氮、全磷、有机质含量，说明速效氮、全磷、有机质含量能显著影响土壤肥力，是衡量土壤肥力的重要指标。

5 结 论

(1)梯田修建初期土壤肥力除速效磷、速效钾含量2项指标外，其他各项指标与修建前相比均有所降低，修建3年梯田土壤有机质可基本上达到修建前水平，修建5年梯田速效磷、速效钾、有机质3项肥力指标高于修建前，5年以上梯田土壤综合肥力水平与坡耕地相比提高了15%以上，与修建初期相比提高了30%左右。建议政府相关部门继续加大梯田建设力度，为宁南山区作物高产、稳产提供有力保障。

(2)各肥力指标对梯田土壤肥力影响的主成分分析结果说明，速效氮、全磷、有机质含量对土壤肥力具有重要作用，且能显著影响土壤肥力。不同年限梯田土壤肥力的年度变化大体上呈现出逐渐提高的趋势，但在修建第8年时，除速效钾外其他5项指标均出现了下降的趋势。根据对各项目区梯田培肥措施的调查分析，近几年随着进城务工人员的增加，农村养殖业规模越来越小，农家肥紧缺，坡改梯后土壤主要靠少量的化肥来维持地力，随着种植年限的增加，土壤肥力出现下降的现象。因此，应重视梯田修建后的培肥与改良，以有效解决梯田土壤肥力衰退的问题。