澄迈县水稻土养分特征及其相关性研究①

李 晓 潘孝忠 李博赈 张冬明③

(1海南省农业科学院农业环境与土壤研究所/农业农村部海南耕地保育科学观测试验站/海南省耕地保育重点实验室 海南海口 571100;2澄迈县农业技术推广中心 海南澄迈 571900)

澄迈县位于海南岛北部，处于北纬19°22＇～20°00＇，东经109°43＇～109°15＇。东接定安县，西靠临高县、儋州市，北濒琼州海峡，与雷州半岛隔海相望，南与屯昌县、琼中县接壤。全县土地总面积2 072 km2，2017年底总人口56.1万人，下辖11个镇、3个国营农场、2个省直属林场和1个省级经济技术开发区，176个村（居）委会、867个自然村［1］。澄迈县属热带海洋性季风气候，年平均气温为23.8℃，年平均降雨量1 786.1 mm，年均日照时数2 059 h；地势南高北低，南部为丘陵山地，中部为河积平原，北部为台地和海积平原。全县土壤类型较丰富，共有6个土类，13个亚类，49个土属，164个土种；其中，水稻土23 213 hm2，约占全县耕地总面积的35.54%，主要分布在南渡江流域的平坦开阔地带。

水稻土是在长期淹水种稻条件，经人为活动和自然因素的双重作用，形成特有剖面特征的土壤，是澄迈县最主要的耕地类型，是粮食生产最重要的物质基础。近年来，随着全县社会经济的飞速发展、城市化进程的快速推进，以及耕地资源不合理利用；人地矛盾日益突出，耕地质量的降低和数量的减少，已成为影响全县热带特色高效农业可持续发展的关键限制因素。澄迈县是海南省农业大县，水稻土是该县第三大土壤类型，占全县土壤总面积的11.32%，是全县农业稳步发展的重要保障。了解并掌握水稻土养分特征和肥力状况，是水稻科学施肥和中低产田培肥改良的重要依据。

目前，海南有关耕地土壤养分性质与肥力评价方面的成果已有较多报道，如张冬明等［2］对海南岛土壤养分质量进行了综合评价，曾迪等［3-4］分析了文昌市和琼中县什运乡耕地土壤养分状况，钟萍等［5］研究了海南省东方市农田土壤养分的时空分布；除此之外，吴能义等、麦全法等、孙娟等、张冬明等［6-9］研究了海南省保亭垦区龙眼园、三亚芒果园、中西部荔枝园及全省主要油茶林的土壤养分状况，鲜有关于临高县水稻土养分状况的研究报道。为此，以澄迈县水稻土为研究对象，分析其养分性质与空间分布特征，并采用层次分析法评价其肥力状况，以期为澄迈县类似地区土壤养分资源的综合评价和科学施肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 土样采集

以2017年澄迈县土地利用现状空间数据为基础，运用地理信息系统软件提取水稻土现状数据，叠加地形地貌数据，并兼顾空间均匀分布的原则，按照135 hm2左右布设一个采样点的标准，全县水稻土共布设114个采样点。野外采样时采用GPS定点，采样时记下实时经纬度信息，每一样点在直径120 m范围采用“S”采样法，采集15～20个点的耕层土壤混合样品，按四分法保留1 kg左右，带回室内处理，采样时间为2017年10月至12月。

1.2 检测方法

水稻土养分含量测定方法参照土壤农业化学分析方法［10］：pH值采用水土比（1∶2.5）酸度计测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有机质采用高温外热重铬酸钾氧化容量法测定，有效磷采用盐酸—氟化铵提取钼锑抗比色法测定，速效钾用乙酸铵提取火焰光度法，土壤交换性钙镁采用醋酸铵交换原子吸收分光光度法测定，有效硫采用磷酸盐—乙酸提取硫酸钡比浊法测定，土壤有效硼采用姜黄素比色法测定。土壤有效铁锰铜锌采用DTPA浸提原子吸收分光光度法测定。

1.3 数据处理与养分丰缺标准

数据分析采用Excel 2010、SPS 18.0软件进行分析统计。依据海南省土壤养分分级方案［11］，把一二级归并为丰富的类别、三四级归并为适量的类别、五六归并为缺乏的类别，制定了不同土壤养分丰缺标准表（表1）。土壤pH评价标准为：pH＜4.5为强酸性，4.5～5.5为酸性，5.5～6.5为弱酸性，6.5～7.5为中性。

2 结果与分析

2.1 土壤pH、有机质特征

澄迈县水稻土pH测试结果（表2）表明，全县114个样点pH在3.75～6.04，其中强酸性样本为30个，占比为26.32%，酸性样本比例为64.91%，弱酸性样本比例为8.8%。总体来看，全县水稻田土壤偏酸性，平均值为4.75，有73.68%适宜水稻及冬季瓜菜的生长；从变异系数来看，属于弱变异程度，说明全县水稻土pH变动幅度较小，主要受气候、土壤本身性质等自然因素影响，人为因素影响较弱。

表1 土壤养分丰缺标准

表2 水稻田土壤pH和分布频率

全县114个水稻土样本有机质平均含量为18.01 g/kg，变化范围在2.55～45.71 g/kg，变异系数为39.12%，为中等变异强度，受人为施肥、耕作等农业生产管理措施影响较大。全县水稻土有机质含量较适量，在114个样本中，有99个样本有机质含量处在适量状况，占比为86.84%，有7个样本的有机质含量处于缺乏状况，占比为6.14%，有机质含量丰富的占7.02%。见表3。

表3 水稻土土壤有机质含量和分布频率

2.2 大中量元素养分丰缺状况

由表4可见，澄迈县水稻土土壤钙和硫养分有效含量处于丰富的水平，但空间分布不均匀，受人为农业生产措施影响较大，变异系数高，变异强度大，两极化严重，尤其是钙含量，全部样本钙含量都处在丰富水平，短时间内农业生产中不会存在因缺钙而影响农作物生长的现象发生；土壤有效磷是较缺乏的大量元素，有41.23%样本土壤有效磷含量处于缺乏状态，仅有26.32的样本土壤有效磷含量处于丰富水平，整体来看土壤有效磷含量及分布非常不均匀，平均含量达到24.08 mg/kg为丰富水平，变异系数高达183.01%，属强变异程度，受人为措施影响巨大，在农业生产过程中要注重测土施肥技术，避免磷肥的浪费和不足现象发生；氮、钾和镁的有效含量处于适量的状态，3种元素含量的变幅都较大，且频率分布两极化现象严重，其中，碱解氮的适量和缺乏的比重分别为57.02%和4.39%，速效钾的适量和缺乏水平样本量的比重分别为51.75%和18.42%，交换性镁的适量和缺乏水平的样本量比重分别为61.40%和19.30%，三者的变异系数分别为32.38%、82.21%和68.66%，均属于中等变异强度，其有效含量受人为和自然因素的双重影响，但人为因素大于自然因素。

2.3 微量元素养分丰缺状况

选取了土壤有效铁、锰、铜、锌和硼5种微量元素养分含量进行分析研究，其含量丰缺比例情况见表5，其特点有三：一是各微量元素养分有效含量变幅范围大，分别为18.9～1 002.6、4.9～354.6、0.4～16.78、0.99～16.30 和 0.04～0.18mg/kg；二是土壤有效铁、锰、铜和锌均丰富，分布频率处在丰富的样本比例分为100%、87.72%、98.25%和99.12%；三是全县水稻土均非常缺乏硼，114个样本有效硼含量均处于缺乏水平。

表4 水稻土土壤大中量养分有效含量和分布频率

表5 水稻土微量元素养分有效含量和分布频率

纵向来看，5种微量元素中有4种有效含量较为丰富，铁最丰富，其次是锌，第三是铜，最后是锰；而微量元素硼则严重缺乏，没有一个样本的有效硼含量超过0.2 mg/kg，100%的样本有效硼含量均处在缺乏水平；这种现象在高温高湿多降雨的南方地区比较普遍。

2.4 土壤pH值、有机质及有效养分间的相关性分析

从表6可以看出，澄迈县水稻土pH与土壤交换性钙含量间呈极显著正相关，与有效铜呈正相关关系，但与有效硫、有效铁呈极显著负相关关系，与有效磷呈显著负相关关系；土壤有机质只跟土壤有效磷含量间呈极显著负相关关系，与碱解氮、交换性镁、有效铜、有效锌和有效硼均呈现极显著正相关关系；土壤有效磷除了与有效硫和有效硼外，与其余指标均呈现负相关关系，其中与有机质、有效铜和有效锰的负相关关系达到极显著；土壤有效钾只和pH和有效铁为负相关关系，与其余养分指标均为正相关关系，与有效铁的负相关程度达极显著，而与有效锰和有效硼的正相关程度达极显著；土壤交换性钙与有效磷和有效硫间呈负相关关系，但未达到显著水平，与其余指标均为正相关关系，并与pH、交换性镁、有效铜和有效锌之间达到极显著正相关关系；交换性镁只与有效磷呈负相关关系，与其他指标均为正相关关系，且与有机质、交换性钙、有效锰、有效铜和有效锌间呈极显著正相关关系；有效硫与pH和交换性钙为负相关关系，且与pH达到极显著关系，但与碱解氮和有效铁为极显著正相关关系；有效铁与pH和速效钾间呈极显著负相关性，而与有机质和有效硫间呈极显著正相关关系；土壤有效锰与碱解氮、速效钾、交换性钙和有效铜间呈极显著正相关关系，只与有效磷呈极显著负相关关系；土壤有效铜与有机质、碱解氮、交换性钙、交换性镁和有效锌间均呈极显著正相关关系，其中相关系数最大的是交换性镁，达到0.560，只与有效磷的相关关系为极显著负相关；有效锌只与有效磷和有效锰间为负相关关系，与其余的土壤指标间均为正相关关系，且与有机质、交换性钙、交换性镁、有效铜、有效硼间的正相关关系达到极显著水平；与有效硼相关关系为负相关的为pH和有效锰，与有效硼正相关关系达到极显著水平的土壤指标有有机质、速效钾和有效锌。

土壤有机质对于土壤养分有效性影响较大。一般来说，有机质含量高低，直接影响其它养分含量；pH也是影响土壤微量元素有效性的重要因素之一。由于土壤酸度的集中分布，变化幅度小，基本很难从本研究中深度挖掘中土壤微量元素含量随pH变化的规律。建议在今后从事土壤微量元素有效性随pH变化规律的研究时，应尽量保持土壤pH有个从酸到碱的一个跨度，这样既能够保证数据的完整性，更能发掘变化规律的科学合理性。

表6 土壤pH值、有机质及有效养分间的相关性关系（n=114）

3 讨论与结论

土壤是个巨大的缓冲体，自然条件下土壤酸碱度变化非常缓慢，土壤酸碱度能够影响土壤养分的有效性，进而影响土壤肥力；一般中性土壤磷的有效性大，碱性土壤微量元素有效稍差。澄迈县水稻土大部分样本都是属于盐基不饱和，土壤偏酸，这与吕烈武等［12］的研究结果基本一致。一方面由于热带季风性气候的影响，土壤的淋溶和复盐基过程强度相对较大；另一方面化肥的不合理使用，增加了土壤中至酸离子的浓度，加剧了土壤的酸化。在农业生产中应注重土壤酸化改良，可适量撒施生石灰，施用碱性肥料，减缓土壤酸化加剧。

土壤有机质含量是衡量土壤肥力的一项最重要指标，其含量的高低关系到土壤的保肥、保水和酸碱缓冲作用，能够改善土壤物理性质，潮湿和低温环境有利于有机质的积累，而高温干旱有助于有机质矿化。据研究，全国耕地土壤有机质平均含量为24.65 g/kg［13］，而本次调查水稻土有机质平均含量为18.01 g/kg，明显低于全国平均水平，但是相比实施测土配方施肥资金补贴项目时期耕地土壤有机含量，提高了11.17%［13］。主要原因：一是农业部测土配方施肥项目的实施，提升了农民科学种田水平，化肥施用更合理；二是随着海南省委省政府近几年大力推进“转方式、调结构”重大部署，低效益的农业生产方式渐渐退出市场，高效益、大投入的农业结构占主要地位，耕作制度的变化导致有机肥用量大幅增加；三是水稻秸杆还田技术的推广，使农田土壤的有机质含量大幅增加。

研究发现，澄迈水稻土氮、磷、钾、钙、镁和硫6种元素分布频率为丰富水平的百分比分别为38.60%、 26.32%、 29.82%、 100.00%、 19.30% 和54.39%，只有有效磷含量丰富的样本数量略低，水稻田大中量元素中氮、钾和镁的有效含量分布频率处在适量的水平，钙和硫的有效含量则处在丰富的水平，这与多年来澄迈县提倡科学施肥关系密切，同时全县水稻土pH整体偏酸也增加了大中量元素养分的有效性。碱解氮平均含量为115.97 mg/kg，不缺乏尚丰富，主要是氮肥的过量施用，由于氮肥表施多，且易挥发和径流损失，因此氮素不过量，处在适宜作物生长的水平。土壤有效磷含量样本间差异大，变异系数大，有47个样本处于缺乏水平，占样本总数的41.23%，一方面与磷肥施入农田后，易被固定，难以被作物吸收利用有关［15］，另一方面因为农业生产布局不同造成化肥的不合理施用，冬季瓜菜基地的三元化肥用量，导致土壤有效磷含量较高，未开展冬季瓜菜生产的区域，土壤有效磷含量相对较低，这也是出现全县水稻田土壤有效含量差异较大的直接原因。

澄迈县水稻土速效钾平均含量为136.25 mg/kg，处在海南省第二次土壤普查制定的分级标准的2级水平，仅有21个样本的速效钾含量处于缺乏水平，澄迈县水稻土土壤钾素并不缺乏，同时钾素很容易通过施肥进行补充，因此钾素并不能成为影响当地农业生产的养分因子。土壤中的钙、镁和硫主要来自人为投入的农资产品，分布频率处在缺乏的百分数分别为0.00%、19.30%和8.77%，缺乏程度较其他大量元素轻了很多，土壤钙含量还存在过量严重现象。需要注意的是，有研究表明农产品果实钙含量与土壤钙并不存在明显相关性，在土壤钙含量丰富的情况下作物仍可能出现缺钙现象，而且土壤钙积累可能对其他营养元素的吸收和利用产生拮抗作用。

全县水稻土微量元素含量总体上丰富，从分布频率百分比来看，土壤铁、锰、铜和锌丰富水平的占比分别为100%、87.72%、98.25%和99.12%；而土壤硼则相反，100%样本缺乏。导致澄迈水稻土微量元素有效含量出现这种丰缺分布的原因可能有以下几点：一是与成土母质本身关系密切，浅海沉积物水稻土受人为长期耕作、施肥、灌溉等水耕活动影响，使土壤内部物质进入周期性的氧化还原交替、有机质合成和分解、盐基淋溶和复盐基作用的熟化过程都促使了土壤铁、锰等微量元素的有效性提高；二是微肥在农业生产过程中逐渐被重视，受不利天气条件下，近年来微肥的使用量也逐年攀升，增加了水稻土微量元素的输入量；三是农药的施用也增加了微量元素的输入量，例如在防治病菌过程中常常施用波尔多液，也可增加土壤铜含量；四是与土壤的持续酸化关系密切，有研究表明，与澄迈县第二次土壤普查时期耕地土壤pH相比下降了0.2个单位，大大增加了微量元素的有效性。因此，应根据农业生产的实际情况，开展土壤酸化改良和耕地质量长期监测工作，做好测土配方施肥，同时还应重视土壤钙、铁和锌等含量过高的现象，避免过来施肥造成毒害或环境污染问题。

从相关性分析来看，土壤越酸土壤养分有效含量越高，土壤有机质含量越高土壤养分有效含量越高，与刘占军［16］研究我国南方水稻土养分特征的结论相一致。本研究还发现，土壤钙和镁含量的相关程度最大，为极显著正相关关系，相关系数达到0.811，其次是土壤有机质含碱解氮，第三是土壤钙和铜，第四是土壤镁和土壤铜；从负相关关系来看，负相关程度最大的是土壤pH和硫，其次是土壤铁和有机质。