典型黄河故道区耕地土壤养分调查与评价

刘绍贵 吴兵 严桂玲

摘要：土壤养分调查与评价是开展土壤资源合理利用与管理的基础性工作。以代表典型黄河故道区的滨海县界牌镇部分村组为研究区，采集163个土壤样品，分析了土壤有机质含量等12个指标的现状及空间分布特征。结果表明，研究区土壤有机质含量、pH值、全氮含量、速效钾含量、有效锰含量处于中等偏低水平，土壤电导率、有效磷含量、有效硫含量、有效铜含量、有效锌含量处于中等偏高水平;土壤有效铁含量处于较丰富水平，土壤水溶性有效态硼含量处于较低水平。空间上，除土壤pH值变异较小和有效硫含量变异大外，其他指标均为中等变异;大部分指标（土壤有机质含量、电导率、pH值、全氮含量、有效硫含量、有效铜含量、有效锌含量、有效铁含量、有效锰含量、水溶态硼含量）的较高等级主要分布在条河村，较低等级主要分布在三坝村，这可能与古黄河流向导致的土壤质地差异有关，土壤速效钾含量的分布和大部分指标相反;土壤有效磷的分布较为分散。调查显示，该区钾肥施用量极少，长期偏施氮肥和施用少量磷肥。各指标的相关性分析也表明，土壤有机质含量与全氮含量极显著正相关（P<0.01），土壤中的微量元素铜、锌、铁、锰、硼的含量与土壤有机质含量、全氮含量均呈极显著正相关，而钙、镁离子的含量则与土壤有机质含量、全氮含量呈极显著负相关，表明通过长期施肥可提高土壤微量元素含量，生产上偏施氮肥虽然对土壤有机质含量有提升趋势，但钙镁呈耗竭趋势。上述研究结果为该区开展针对性的土壤改良培肥奠定了基础。

关键词：黄泛平原;土壤养分;耕地质量;大量元素;中量元素;微量元素;理化指标

耕地是指用于种植农作物的土地[1-2]，它为人类提供了88%的食物[3]，是农業生产的基础生产资料。耕地的不合理利用会导致耕地质量下降[4-8]，而对土壤养分的调查与评价能够充分了解耕地土壤养分丰缺和耕地质量状况，为实现养分的高效管理和耕地质量的提升提供支撑，是合理利用耕地的重要前提[8-11]。江苏省古黄河故道区耕地面积约为80万 hm2，约占全省耕地总面积的20%，分布于徐州市、宿迁市、淮安市、盐城市等地，是江苏省粮食主产区，同时也是江苏省中低产田主要集中分布区和耕地质量提升难点区。本试验将位于古黄河故道区的江苏省滨海县界牌镇的典型耕地土壤作为研究对象，研究土壤养分含量、空间分布特征等，旨在为黄泛平原区耕地质量保护与提升、土壤养分高效管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于滨海县界牌镇，涉及冲边村、淮南村、吉港村、三坝村、条河村、众兴村共6个村，地处废黄河南岸，属于北温带，气候温和，四季分明，光照充足，雨量充沛[12]。成土母质来源于古黄河冲积物，主要土壤类型有沙土、两合土、花碱土[12]，主要土地利用方式为旱地和水田，主要种植作物类型有小麦、玉米、水稻、大豆和花生，属于沙碱贫瘠低产区[12]。

1.2 样品采集与分析

1.2.1 样品采集 利用研究区农村土地确权成果以及航拍影像，根据研究区的范围、土地利用方式、作物类型等，按照平均13.33 hm2为1个样点的密度均匀布设并采集105个样品，并在项目核心区（位于三坝村区域）66.67 hm2的地块上按地块分布加密采集58个点位。小麦收获后采集土壤样品，每个样品按照布点时的经纬度用GPS进行准确定位，按“S”形取15个耕作层土样均匀混合，并采取四分法取1 kg土壤样品（图1）。

1.2.2 土壤养分含量测定方法 有机质（OM）含量的测定采用油浴加热重铬酸钾氧化法容量法;土壤全氮（TN）含量的测定采用凯氏蒸馏法;土壤有效磷（AP）含量的测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法（Olsen 法）;土壤速效钾（AK）含量的测定采用乙酸铵浸提-火焰光度法;土壤pH值的测定采用电位法;土壤有效态铜（Cu）、锌（Zn）、铁（Fe）、锰（Mn）含量的测定采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法[13];土壤水溶性有效硼（B）含量的测定采用甲亚胺-H比色法[14];土壤有效硫（S）含量的测定采用氯化钙提取-硫酸钡比浊法[15];交换性钙、镁采用乙酸铵浸提-原子吸收分光光度法[16];土壤电导率采用电极法测定。

1.3 数据来源与处理

利用ArcGIS 10.3完成空间点位的布设、点位指标空间插值、地块数据的提取以及图件制作等，利用 SPSS 19、Excel等软件完成数据的描述性统计、分级统计等。土壤养分的分级标准参照第2次土壤普查以及江苏省地力调查分级标准（表1）。

2 结果与分析

2.1土壤有机质含量、电导率和pH值特征分析

由表2可知，土壤有机质含量为1.33～25.10 g/kg，平均值为12.6 g/kg，变异系数为51.2%;土壤电导率为0.08～0.84 dS/m，平均值为0.25 dS/m，变异系数为61.0%;土壤pH值为7.7～8.8，平均值8.3，变异系数为2.68%。按第2次土壤普查以及江苏省地力调查分级标准划分，土壤有机质含量等级为中等偏低水平（四级），土壤电导率为中等偏高水平（三级），土壤pH值为中等偏低水平（四级），且土壤有机质含量和电导率呈明显空间分布不均，表明局部存在有机质严重缺乏和土壤返盐问题。

从变异系数来看，pH值属弱变异强度[17]，受母质影响较大[18]，而有机质含量和电导率属于中等变异强度[19]，受人为因素影响较大。调查的6个村坐落在古黄河故道区，研究区空间分级图显示，各村差异较小，南边3个村（淮南村、三坝村和冲边村）以及北边3个村（吉港村、条河村、众兴村）pH值平均值分别为8.2和8.1，表明项目区土壤pH值受成土母质影响，变异系数较低;而土壤有机质含量及电导率受人为耕作影响较大，水稻种植区面积相对较大的条河村土壤有机质含量最高，而旱地比例最高的吉港村以及表土剥离的三坝村西北部（项目核心区）土壤有机质含量最低，而土壤电导率呈片状分布，条河村与三坝村交界、众兴村与冲边村交界电导率都偏高，这可能与土壤盐分含量呈片状分布于上述2个区域有关（表3、图2）。

2.2 土壤大中量元素含量特征分析

由表4可知，土壤全氮含量为0.18～1.69 g/kg，平均值为0.89 g/kg，属于中等偏低水平（四级），变异系数为44.6%;土壤有效磷含量为4.1～58.8 mg/kg，平均值为16.8 mg/kg，属中等偏高水平（三级），变异系数66.7%;速效钾含量为29～363 mg/kg，平均值为75.3 mg/kg，属中等偏低水平（四级），变异系数60.4%;有效硫含量为3.6～328.5 mg/kg，平均值为44.4 mg/kg，属中等偏高水平（三级），变异系数为112.4%。三坝村、项目核心区的全氮和速效钾含量最低，众兴村、吉港村、项目核心区的有效磷含量整體较低，众兴村、淮南村、项目核心区的有效硫含量较低，前期调查显示，该研究区内的施肥习惯几乎一致，因此各指标的高低可能受母质的影响（表5、图3）。

2.3 土壤微量元素含量的特征分析

土壤有效铜含量0.56～4.92 mg/kg，平均值为1.45 mg/kg，属于中等偏高水平（三级），变异系数为49.0%，从空间上来看，条河村>淮南村=吉港村>众兴村>三坝村>冲边村;最高等级丰富水平（一级）在条河村、淮南村、众兴村和吉港村都有分布，最低等级较低（五级）的面积较小，中等偏低水平（四级）主要分布在研究区西北角，而含量最低水平的主要位于项目核心区表土剥离场地。土壤有效锌含量为0.28～9.83 mg/kg，平均值为1.48 mg/kg，属于中等偏高水平（三级），变异系数89.9%，其中中等偏高水平（三级）和中等偏低水平（四级）各占27.4%。从空间上来看，其与有效铜分布规律类似。土壤有效铁含量为6.01～46.8 mg/kg，平均值为16.3 mg/kg，属于较丰富（二级）水平，变异系数为50.2%。其中，中等偏低水平（四级）、中等偏高水平（三级）占比分别为33.3%、30.4%。变化范围为点位大多集中在中等偏高水平（三级）和中等偏低水平（四级），点位数合计86个，占比63.7%。从空间上来看，冲边村>条河村>淮南村>三坝村>吉港村>众兴村;最高等级丰富水平（一级）主要分布在淮南村南部及条河村、冲边村和三坝村的交界处，较低水平（五级）的面积较小，中等偏低水平（四级）主要分布在三坝村西北。土壤有效锰含量为4.58～25.70 mg/kg，平均值为12.0 mg/kg，属于中等偏低水平（四级），变异系数为38.3%;含量较低水平（五级）、中等偏低水平（四级）占比分别为48.2%、30.4%。变化范围为点位大多集中在中等偏低水平（四级）和较低水平（五级），点位数合计106个，占比78.5%，从空间上来看，含量较低区域主要集中在条河村、三坝村及冲边村交界处、淮南村东南部，其中项目核心区含量最低。土壤水溶性有效态硼含量为0.11～0.83 mg/kg，平均值为 0.32 mg/kg，属于较低水平（五级），变异系数45.3%，较低水平（五级）和极低水平（六级）占比为62.2%和30.4%。除项目核心区含量较低外，6个村中除众兴村及冲边村处于五级水平和四级水平外，其他4个村都存在含量极低水平（六级）的分布点（表6、表7、图4）。

从土壤有效态的铜、锌、铁、锰、硼的含量来看，土壤有效铜、锌、铁、锰存在丰缺共存、变异系数大等问题，而有效锰及有效硼存整体缺乏，尤其有效硼含量整体偏低，说明研究区缺硼现象严重。

2.4 土壤常规理化指标相关性分析

对供试土壤的基本理化性状的Pearson相关性分析详见表8。结果表明，土壤的全氮含量和有机质含量极显著正相关，两者除与土壤硫含量无显著相关性外，与其他供试指标均极显著相关，有效磷含量则与除Ca2+含量、电导率（DS）、土壤锰含量及速效钾含量外的指标显著（P<0.05）或极显著相关，速效钾含量则与有效磷含量、有效铁含量、水溶性有效态硼含量、Ca2+含量无显著相关。调查发现，由于该区受成土母质影响，生产上往往不施钾肥，而重施氮肥和磷肥，因此速效钾含量与有效磷含量的相关性较低。土壤中的微量元素铜、锌、铁、锰、硼的含量与土壤有机质含量、全氮含量均呈极显著正相关，表明通过长期施肥尤其有机肥可提高土壤微量元素含量。土壤pH值则与有机质含量、全氮含量以及土壤的微量元素具有极显著负相关关系。

黄河故道区是传统的粮食主产区，也是江苏省内中低产粮田主要分布区。由于土壤受地下水及成土母质影响大，且生产上部分地区存在淡水资源相对匮乏等问题，生产上以旱作为主。调查显示，研究区2/3的耕地主要以小麦、玉米轮作为主，水稻种植面积较小，不利于土壤有机质含量的稳定提升。

（1）土壤有机质含量和pH值处于中等偏低水平（四级），土壤电导率处于中等偏高水平（三级）;土壤全氮含量和速效钾含量处于中等偏低水平（四级），土壤有效磷含量、有效硫含量属中等偏高水平（三级），土壤有机质含量、pH值、全氮含量、有效磷含量、速效钾含量结果与一些学者的研究结果[19-21]基本一致。

（2）土壤有效铁含量处于较丰富水平（二级），土壤有效铜、锌的含量处于中等偏高水平（三级）水平，土壤有效锰含量处于中等偏低水平水平（四级），土壤水溶性有效态硼含量处于较低水平（五级）。

（3）整体来看，大部分指标（有机质含量、电导率、pH值、全氮含量、有效硫含量、有效铜含量、有效锌含量、有效铁含量、有效锰含量、水溶态硼含量）的较高等级主要分布在条河村，较低等级主要分布在三坝村，但土壤有效磷的分布较为分散，土壤速效钾的分布和大部分指标相反，表明土壤养分的空间分布特征与施肥等人类活动以及元素的特性（磷元素的稳定性）密切相关。

（4）研究区的土壤养分含量处于中等水平，呈碱性，其微量元素含量处于中等水平，水溶性有效态硼含量呈较低状态，可见研究区须继续培肥土壤，改善土壤pH值，应通过增施有机肥、有机无机肥配比、秸秆还田、水旱轮作等方式提高黄泛平原区耕地土壤有机肥、大中量元素的含量，调节土壤酸碱度 [22-24]，通过微量元素肥料的施用，提高微量元素含量。同时，下一步应进一步明确不同作物的有机物料投入的类型、数量、方式，酸碱度调节、微量元素提升等技术，加强土壤养分管理、提升耕地质量，形成黄泛平原区耕地质量提升、养分高效管理的可复制、可推广的技术模式。