平衡施肥技术体系下土壤性能综合评价研究*

2019-05-09王连林马志平张学刚艾会暖李翠芹邱春莲

肥料与健康 2019年1期

王连林，马志平，张学刚，艾会暖，李翠芹，邱春莲

(1.河北省玉田县农业区划办公室河北玉田 064100； 2.河北省玉田县农牧局河北玉田 064100)

化肥施用技术的发展经历了由施用单一元素肥料到多元素肥料配合施用、由经验配方施肥到测土配方施肥的技术进步过程。实践表明，化肥施用应讲究科学，做到配比合理。施肥量过少，达不到应有的增产效果；而施肥过量，不仅造成浪费，还会污染土壤。肥料元素之间也会互相影响，如：磷肥施用量不足，将影响氮的肥效；钾肥施用过量，容易导致缺锌。因此，要实现科学施肥，就必须依靠先进的平衡施肥技术[1]。

平衡施肥技术又称为测土配方施肥，国际上通称平衡施肥，是对现代农业科技成果的综合运用。测土配方施肥包含3个方面的内容：①测土，即取土样测定土壤养分含量；②配方，即经过对土壤的养分诊断，按照农作物所需的营养给出肥料配方；③合理施肥，即在农业科技人员指导下科学施用配方肥[1]。

自1995年开始，在中国农科院土壤肥料研究所金继运等专家的指导下，河北省玉田县开始尝试测土配肥施肥技术的研究，2008年被国家确定为测土配肥施肥项目县[2]。2012年，农业部开始在全国实施测土配方施肥技术普及行动，玉田县作为全国整建制推进的100个县之一，在前期开展了大量研究工作的基础上，全面实施平衡施肥技术体系的应用与推广，意在考证实施平衡施肥技术体系后土壤性能指标的变化情况，以期为河北省乃至华北地区平衡施肥技术的推广提供依据。

1 研究方法及内容

1.1 评价指标的确立

土壤理化性质是评价土壤质量的主要指标之一，不仅影响土壤保持和供应水肥的能力，而且对调控土壤气热状况、水分入渗性能、地表径流的产生也有重要作用[3]。因此，项目确立的主要评价指标为土壤容重、田间持水量、有机质及土壤中各种农作物所需主要营养元素的含量。

1.2 土壤容重的检测方法

土壤容重的测定可以采用环刀法(容积为100 cm3)，具体方法如下：先在田间选择挖掘土壤剖面的位置，然后挖掘土壤剖面，挖掘深度一般为1 m，挖出的土放在土坑两边，观察面向阳；用修土刀修平土壤剖面，将环刀托放在已知质量且其内壁稍涂凡士林的环刀上，把环刀刃口向下垂直压入土中，直至环刀筒中充满样品为止；用修土刀切开环刃周围的土样，取出已装上土的环刀，细心削去环刀两端多余的土，并擦净外表面；把装有样品的环刀两端立即加盖以免水分蒸发，随即进行称重(精确至0.01 g)并记录；按剖面层次分层采样，每层重复3次。在采用环刀法测定土壤容重的同时，在同层采样处用XS2- UGA型土壤水分测试仪测定土壤自然含水量。

土壤容重按式(1)进行计算：

(1)

式中：rs——土壤容重，g/cm3；

G——环刀内湿样质量，g；

V——环刀容积，cm3；

W——单位样品土壤含水质量分数，%。

1.3 土壤田间持水量检测方法

按测定土壤容重的方法用环刀取原状土并放于盛水的搪瓷盘内，有孔盖(盖底)的一端朝下，盘内水面较环刀上缘低1～2 mm，勿使环刀上面淹水，静置8 h以上让水分饱和土壤；经8 h吸水后，从环刀内取出15～20 g原状土并测定含水量，土壤的田间持水量按式(2)进行计算：

(2)

1.4 土壤化学营养成分的检测方法

衡量土壤化学营养供给性能的主要指标有pH、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾及各种速效中微量元素含量，采用的主要检测方法：土壤全氮含量测定采用凯氏定氮法；土壤碱解氮含量采用丙三醇替代碱性胶液测定；土壤中速效磷含量的测定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法；土壤中速效钾含量的测定采用四苯硼钠比浊法；土壤有机质含量的测定采用重铬酸钾硫酸氧化比色法；土壤pH的测定采用混合指示剂比色法；土壤中速效中微量元素含量测定采用原子吸收分光光度法。

2 结果与分析

2.1 实施平衡施肥技术体系对肥料应用量的影响

多年统计资料汇总分析显示(图1)，玉田县自2008年开始实施测土配方施肥项目后，肥料实物施用量出现明显下降，项目实施前5年的年均化肥施用量为125.8 kt，项目实施后8年的年均化肥施用量为118.5 kt，年均下降5.8%。

图1 2004—2016年玉田县农用化肥实物施用总量变化趋势

化肥施用量的增减除受技术水平的影响外，在一定程度上还与作物种植面积和种植结构的调整有显著相关性。研究显示，作物面积的增减与单位农作物种植面积的化肥施用量没有明显的相关性，更多的因素在于平衡施肥技术的实施程度。如图2所示，项目实施前化肥实物施用量为604.5 kg/hm2，项目实施后减少至396.8 kg/hm2，化肥实物减施率达34.36%。

图2 2004—2016年玉田县单位面积农用化肥实物施用量变化趋势

2.2 实施平衡施肥技术体系对农产品产量的影响

如图3所示，在平衡施肥技术体系的支撑下，2004年以来玉田县粮食、蔬菜、果品等主要农产品产量呈明显的增长趋势，尤以果品增速显著，12年间净增20.8 kt，年均增长2.94%；其次是粮食作物，12年间净增108.0 kt，年均增长2.10%；各种蔬菜总产量达2 909.0 kt，年均增长1.53%。

2.3 实施平衡施肥技术体系对土壤理化性状的影响

玉田县土层深厚、宜耕性较好，共有4个土类、9个亚类、11个土属和34个土种，其中：褐土面积32 610 hm2，占全县耕地总面积的27.62%；潮土面积79 791 hm2，占全县耕地总面积的69.15%；水稻土面积71 hm2，占全县耕地总面积的0.06%；沼泽土2 150 hm2，占全县耕地总面积的1.86%。通过对褐土、潮土两大主要土类理化性状的调查，发现10多年的肥料应用结构变革对土壤的理化性状产生了较为显著的影响。

2.3.1 实施平衡施肥技术体系对土壤容重的影响

如表1所示，通过12年平衡施肥技术的应用，玉田县土壤容重发生较大的变化。在高浓度大量元素化肥的大量施用下，2004年玉田县主要土壤10～15 cm平均容重1.382 g/cm3，35～40 cm平均容重1.428 g/cm3。2017年春季监测调查，玉田县土壤10～15 cm平均容重1.245 g/cm3，35～40 cm平均容重1.234 g/cm3。12年间，通过实施平衡施肥技术，10～15 cm土壤容重年均递减0.80%，35～40 cm土壤容重年均递减1.05%。土壤容重的减轻，表明土壤孔隙度增加、持水量及含氧量增多、有益微生物活力空间增大、土壤活性增强。

图3 2004—2016年玉田县主要农产品产量变化趋势

表1 玉田县不同土壤类型土壤容重调查分析结果

地点土壤类型10～15 cm土壤容重/(g·cm-3)2004年2017年较2004年增减/%35～40 cm土壤容重/(g·cm-3)2004年2017年较2004年增减/%杨家套乡丁官屯村褐土化潮土1.521.33-12.501.461.10-24.66亮甲店镇内官庄村潮土1.271.13-11.021.301.01-22.31郭家屯乡晓乐屯村草甸褐土1.391.26-9.351.411.29-8.51亮甲店镇杨五候村草甸褐土1.431.20-16.081.501.18-21.33亮甲店镇姜庄子村草甸褐土1.321.31-0.761.431.32-7.69彩亭桥镇老公庄村草甸褐土1.321.31-0.761.411.17-17.02彩亭桥镇梁庄子村草甸褐土1.371.31-4.381.661.25-24.70大安镇小屯村草甸褐土1.381.26-8.701.461.37-6.16大安镇吉家行村潮土1.431.23-13.991.311.22-6.87郭家桥乡南场村沼泽化潮土1.181.12-5.081.361.14-16.18石臼窝镇前安子村沼泽化潮土1.471.03-29.931.381.26-8.70窝洛沽镇西定府村盐化潮土1.401.39-0.711.351.414.44鸦鸿桥镇新风村盐化潮土1.401.410.711.491.37-8.05鸦鸿桥镇河东村盐化潮土1.391.411.441.501.585.33玉田镇三渠庄村潮土1.441.10-23.611.541.03-33.12虹桥镇西会村沼泽化潮土1.271.08-14.961.421.16-18.31虹桥镇株树坞村潮土1.311.23-6.111.361.18-13.24散水头镇散水头村褐土化潮土1.431.28-10.491.311.25-4.58散水头镇白家铺村沼泽化潮土1.351.11-17.781.411.07-24.11玉田镇药王庙村褐土化潮土1.561.40-10.261.501.31-12.67平均1.381.24-9.881.431.23-13.99

2.3.2 实施平衡施肥技术体系对土壤田间持水量的影响

田间持水量是评价土壤理化性状的主要指标之一，其直接影响土壤的保水、保肥能力，对促进植物根系发育、提高产量具有十分重要的意义。

通过实施平衡施肥技术，可以改善土壤的团粒结构，增加田间持水量。表2的监测结果表明，12年间10个乡镇0～20 cm土壤田间持水量增加10.37%，20～40 cm土壤田间持水量增加8.87%。

表2 平衡施肥技术体系实施前后土壤田间持水量变化情况 %

地点 0～20 cm2005年2017年较2005年变化情况20～40 cm2005年2017年较2005年变化情况玉田镇23.3033.9610.6624.1033.109.00郭家屯乡21.6031.469.8623.3032.889.58林头屯乡22.5025.613.1123.6027.654.05亮甲店镇22.1027.265.1624.3030.285.98杨家套乡25.3032.697.3927.8031.183.38虹桥镇24.6035.6911.0925.9033.557.65陈家铺乡26.2037.6911.4928.1032.434.33杨家板桥镇25.1040.3615.2627.7045.4017.70石臼窝镇24.3048.6424.3425.6050.1524.55鸦虹桥镇24.3029.665.3626.1028.632.53平均23.9334.3010.3725.6534.528.87

2.3.3 实施平衡施肥技术体系对土壤养分结构的影响

土壤养分结构随着施肥水平、肥料结构、农产品产能以及种植结构的变化而变化，但土壤养分的供给能力是受土壤理化性状制约的。在改变对土壤供给的结构后，其养分的构成也会发生相应变化。通过对玉田县3 772个不同种植条件下的土壤养分检测(表3)，与2004年监测调查结果相比，有机质、碱解氮、有效磷、速效钾以及有效铁、锰、铜、锌等均呈明显上升趋势，而有效硫减少15.82 mg/kg，故应关注中量元素硫肥的施用；全氮质量分数12年间减少0.912%，表明土壤中总体氮的含量因外部投入的减少和氮素利用率的提高而降低，使氮素随降雨、灌溉流入河流和下渗污染水源的量减少，对提高氮肥利用率、保护水源环境起到了积极的促进作用。

表3 平衡施肥技术体系下玉田县土壤养分的变化情况

项目2004年2016年较2004年增减w(有机质)/%1.6901.9400.250w(全氮)/%1.0380.126-0.912碱解氮/(mg·kg-1)81.11106.0124.90有效磷/(mg·kg-1)12.0733.9321.86缓效钾/(mg·kg-1)181.25778.12596.87速效钾/(mg·kg-1)78.14170.3092.16有效铁/(mg·kg-1)18.4134.4716.06有效锰/(mg·kg-1)15.1421.486.34有效铜/(mg·kg-1)2.022.370.35有效锌/(mg·kg-1)1.842.851.01有效硫/(mg·kg-1)37.5821.76-15.82

3 讨论

3.1 平衡施肥技术体系对稳定主要农产品产能发挥了积极作用

众多调查显示，化肥对粮食增产的贡献率高达50%左右。据世界粮农组织的评估，中国施用化肥对粮食增产的贡献率平均为40.8%，其中旱作为60.2%，玉米为46.2%。但化肥在增加农产品产量的同时，盲目不合理地增加化肥施用量也引发了众多的问题，如农作物品质降低、污染环境以及土壤盐碱化、板结、有机质含量下降等。从玉田县实施平衡施肥技术体系10多年的实践来看，可以从根本上改变上述状况。

3.2 平衡施肥技术体系对改善土壤理化性状效果显著

土壤容重影响土壤水、肥、气、热的变化及作物根系的生长，进而影响作物的生长发育[4]，最终对作物产量产生影响，因此，土壤容重是土壤肥力的重要评价指标。通过对实施平衡施肥技术体系的土壤进行长期定位监测，结果表明土壤容重过大对作物生长及农产品产能有不利影响，而随着土壤容重的降低，作物产量有增高的趋势。容重对不同土壤类型上作物生长及产量的影响有待于进一步的研究。

土壤田间持水量反映了土壤蓄水、保水和供水的性能，而土壤蓄持水分和供水能力受土壤自身条件及施肥、管理、气候条件等众多因素的影响。研究表明，土壤田间持水量随容重减小而递增[5]，土壤有机质含量与田间持水量呈显著正相关[6]。长期定位监测研究结果也表明，平衡施肥技术体系实施有机肥和无机肥长期配施能够提高土壤有机质含量和田间持水量，进而促进农产品产量的提高。

3.3 平衡施肥技术体系对实现农业资源可持续利用意义重大

农业生产的可持续发展需要长久维持和提高土壤生产力、保持和提高土壤肥力[7]，要着重破解“3个生”(生产、生活、生态)、“3个农”(农业、农村、农民)的问题，必须遵循“3个原则”(公平性、持续性、共同性)、“3个持续性”(经济持续性、社会持续性、生态持续性)和“3个良性循环”(经济良性循环、社会良性循环、自然良性循环)，最终实现“3个效益”(经济效益、社会效益、生态效益)的目的[8]。平衡施肥技术体系就是在农业可持续发展的理论体系下建立和发展的，通过玉田县10多年的实践，所产生的良好效果充分体现了其在推动农业生产、农村经济发展、农产品供给、改善农田生态系统、实现良性发展中的重大作用。