重庆市江津区高粱产业园土壤肥力调查与评价

2022-03-15李志琦彭清王洋罗博陈文春李四光尚成蔡国学

南方农业·上旬 2022年2期

李志琦彭清王洋罗博陈文春李四光尚成蔡国学

摘要调查分析重庆市江津区高粱产业园土壤养分含量和空间分布特征，并对土壤综合肥力水平进行评价。结果表明，江津区高粱产业园土壤总体处于弱酸性，土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮总体上处于中等偏下水平，全钾总体上处于中等偏上水平，有效磷、速效钾总体上处于丰富水平，交换性钙、交换性镁、有效铁、有效锰、阳离子交换量总体上处于极丰富水平，有效铜、有效锌、有效硅总体上处于丰富水平，有效硼、有效钼总体上处于极缺乏水平，有效硫总体上处于缺乏和中等水平，全硒总体上处于富硒水平;各养分指标含量的空间分布特征各不相同，部分养分指标之间存在显著相关性;土壤综合肥力评价，总体处于偏低水平（Ⅲ级），土壤pH值、有机质和碱解氮是主要限制因子。建议在高粱产业园重点治理土壤酸化问题，采用秸秆还田、施用有机肥、种植绿肥等措施提高土壤有机质含量，并结合土壤养分空间分布特征，科学合理地施用化肥。

关键词高粱产业园;土壤养分;空间分布特征;综合肥力评价;重庆市江津区

中图分类号：S158 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.03.001

养分是土壤的基本属性和本质特征，也是衡量土壤肥力的重要指标。土壤肥力是土地生产力的基础，土壤肥力水平高低直接关系到作物生长和农业生产的结构、布局及效益等方面[1-3]。全面客观地评价土壤肥力水平对于科学制订农田施肥方案、提高养分资源利用率、减少过量施肥造成的环境污染、实现精准施肥具有重要意义[4-5]。

1 材料与方法

1.1 江津区高粱产业园概况

重庆市江津区白酒酿造历史悠久。据史料记载，江津酿酒业在明嘉靖年间已“邑中产酒甲于省”，20世纪初江津白沙沿街槽坊、酒肆无数，形成了酒香飘万里的壮丽画卷。

2014年，重庆江记酒庄有限公司入驻江津白沙，目前年酿酒产能已达到6万t的规模，横空打造出了闻名全国乃至世界的“江小白”品牌。高粱是其酿酒原料，为支持“江小白”原料本地化，2018年《江津区黄庄片区乡村振兴总体规划》中提出“在永兴镇黄庄村、旸岩村，白沙镇黑石村、高屋社区、东山社区，慈云镇凉河村规划建设1 333 hm2高粱产业园”。该园区属亚热带湿润季风气候，四季分明，冬暖春早，初夏多雨，盛夏炎热伏旱，秋多连绵阴雨，无霜期长，雨量充沛。年平均气温18 ℃，冬季平均气温7.7 ℃，夏季平均气温28.5 ℃，年降雨量900 mm，无霜期335 d。园区土壤为沙溪庙组母质发育而成，土壤肥力总体水平较好，适宜高粱生产。园区采取的耕制模式为高粱-油菜轮作，形成了春有油菜花、夏有红高粱的美丽乡村图案。

2018年，该园区启动建设，通过宜机化整地和高标准农田建设，到2020年已建成333 hm2。本文以建成园区为基础，开展高粱产业园土壤肥力调查评价，以期为高粱产业园的科学种植提供技术支撑。

1.2 土壤样品采集

土壤样品于2020年在重庆市江津区高粱产业园内采集，按3.3 hm2采集1个土样，具有很好的代表性，土壤样品采集点分布见图1。土壤采集方式按照代表性原则，每个样点采用“S”型布点选取选4个采样点，在每个点采集地表0～20 cm土层的土壤约200 g，除去植物根、石块等杂质，4个采样点采集的土壤混合均匀后，采用四分法取土样约500 g，做好记录并带回实验室，风干后过20目筛。

1.3 土壤指标测定

土壤测定指标包括pH值，有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量，交换性钙、镁含量，有效性鐵、锰、铜、锌、硼、钼、硫、硅含量，阳离子交换量，全硒含量。土壤pH值在水土重量比为2.5∶1的条件下用pH计测定;各项营养指标测定方法：有机质用重铬酸钾容量法—外加热法，全氮用自动定氮仪法，全磷用碱熔法和酸溶法，全钾用氢氟酸消解法，碱解氮用碱解扩散法，有效磷用Olsen法，速效钾用乙酸铵浸提—火焰光度计，交换性钙、镁用醋酸铵提取—原子吸收分光光度计，有效铁、锰、铜、锌用DTPA浸提—原子吸收分光光度法，有效硼用沸水浸提—姜黄素比色法，有效钼用草酸-草酸铵浸提—极谱法，有效硫用磷酸盐-醋酸提取—硫酸钡比浊法，阳离子交换量用DTPA-铵盐浸提—蒸馏滴，全硒用原子荧光光谱法、氢化物原子吸收光谱法和荧光法。

1.4 土壤养分分级标准

参考第二次土壤普查养分分级标准，结合江津区实际情况，制订土壤养分各指标丰缺标准（见表1～表3）[6-7]。

1.5 高粱产业园土壤综合肥力评价方法

在高粱产业园100个定点土样化验数据中，选取pH、有机质、碱解氮、有效磷、有效钾5项指标作为确定高粱产业园土壤肥力综合指标值的变量因子，再利用因子分析法和改进的内梅罗指数法对土壤进行综合评价[8-10]。

1.5.1 因子分析法

采用隶属函数对各评价指标进行归一化处理，pH采用抛物线型函数，其余各项指标均采用S型函数。再用因子分析法确定每个指标的权重，某评价指标的公因子方差与所有评价指标的公因子方差之和的比值即为该评价指标的权重[11-14]。

根据模糊数学加乘法原则，计算土壤综合肥力指数（IFI）。

IFI=mnWmPm （1）

式（1）中，Wm和Pm分别表示第m项的权重和隶属函数值;n代表评价指标的个数。IFI取值在0～1，值越大代表土壤综合肥力越高。

1.5.2 内梅罗指数法

采用改进后的内梅罗综合指数法对高粱产业园土壤肥力进行综合评价，选取了pH、有机质等5个指标作为参比项来综合反映高粱产业园土壤肥力水平[14-17]。根据土壤养分分级标准设置各属性分级标准值Xa、Xc、Xp（见表4）。此外，土壤pH分级标准值确定参考前人研究结果，当土壤pH值在高粱最适范围6.5～7.0时，IFIi=3;pH值在较适范围7.0～8.5时，IFIi=2;pH值在<6.5或>8.5等不适范围时，IFIi=1，综合肥力（IFI值）分级标准见表5[18]。

分肥力系数IFIi的计算：

[IFIi= XXa X≤Xa 1+X-Xa Xc-Xa Xa<X≤Xc 2+X-XcXp-Xc Xc<X≤Xp 3 X≥Xp] （2）

肥力综合指数IFI的计算：

[IFI=IFIi平均2+IFIi最小22×n-1n] （3）

式（2）中，IFIi表示分肥力系数;X表示测定值;Xa、Xc和Xp为分级标准值。式（3）中，IFI为土壤综合肥力指数，IFIi平均为各肥力系数均值;IFIi最小为各肥力系数最小值;n代表评价指标的个数。IFI值介于0～3，IFI值越大，表示该土壤越肥沃。

1.6 数据处理

试验数据用Office 2007处理，SPSS 22.0进行相关性分析，Arcgis 10.0作图。

2 结果与分析

2.1 土壤养分分析与丰缺评价

2.1.1 pH值、有机质和大量元素

根据100个样品化验数据，发现江津区高粱产业园土壤pH值变幅范围为4.2～8.5，平均值為5.6，总体处于弱酸性，弱酸性及以下（pH值<6.5）样点占比82%。有机质含量变幅范围为3.54～29.30 g·kg-1，平均值为14.10 g·kg-1，总体上处于中等偏下水平，中等偏下及以下（<20 g·kg-1）样点占比86%。全氮含量变幅范围为0.38～1.75 g·kg-1，平均值为0.87 g·kg-1，总体上处于中等偏下水平，中等偏下及以下（<1 g·kg-1）样点占比71%。全磷含量变幅范围为0.15～1.16 g·kg-1，平均值为0.455 g·kg-1，总体上处于中等偏下水平，中等偏下及以下（<0.6 g·kg-1）样点占比78%。全钾含量变幅范围为5.9～27.5 g·kg-1，平均值为19.0 g·kg-1，总体上处于中等偏上水平，中等偏上及以上（>15 g·kg-1）样点占比85%。碱解氮含量变幅范围为22.0～163.0 mg·kg-1，平均值为72.0 mg·kg-1，总体上处于中等偏下水平，中等偏下及以下（<90 mg·kg-1）样点占比76%。有效磷含量变幅范围为0.4～282.0 mg·kg-1，平均值为38.0 mg·kg-1，总体上处于丰富水平，但波动幅度较大，丰富及以上（>20 mg·kg-1）样点占比50%。速效钾含量变幅范围为14.0～845.0 mg·kg-1，平均值为179 mg·kg-1，总体上处于丰富水平，丰富及以上（>150 mg·kg-1）样点占比51%。

2.1.2 中微量元素

根据30个样品化验数据，发现江津区高粱产业园土壤交换性钙含量变幅范围为1 200～7 600 mg·kg-1，平均值为4 162.7 mg·kg-1，总体上处于极丰富水平，所有样点均大于国家级和市级分级标准的最高值（>1 000 mg·kg-1）。交换性镁含量变幅范围为240～1 440 mg·kg-1，平均值为732.8 mg·kg-1，总体上处于极丰富水平，90%的样点均大于国家级和市级分级标准的最高值（>300 mg·kg-1）。有效铁含量变幅范围为8.8～277.0 mg·kg-1，平均值为92.1 mg·kg-1，总体上处于极丰富水平，极丰富（>20 mg·kg-1）样点占比90%。有效锰含量变幅范围为8.8～80.2 mg·kg-1，平均值为31.9 mg·kg-1，总体上处于极丰富水平，极丰富（>30 mg·kg-1）样点占比53.4%。有效铜含量变幅范围为0.22～2.33 mg·kg-1，平均值1.07 mg·kg-1，总体上处于丰富水平，丰富及以上（>1 mg·kg-1）样点占比43.3%，但另外56.7%的样点均为中等水平（0.2～1.0 mg·kg-1）。有效锌含量变幅范围为0.24～3.50 mg·kg-1，平均值为1.3 mg·kg-1，总体上处于丰富水平，丰富及以上（>1 mg·kg-1）样点占比43.4%，另外有46.7%的样点处于中等水平（0.5～1.0 mg·kg-1）。有效硼含量变幅范围为0.05～0.49 mg·kg-1，平均值为0.179 mg·kg-1，总体上处于极缺乏水平，极缺乏（<0.2 mg·kg-1）样点占比66.7%。有效钼含量变幅范围为0.03～0.11 mg·kg-1，平均值为0.057 mg·kg-1，总体上处于极缺乏水平，极缺乏（<0.1 mg·kg-1）样点占比93.3%。有效硫含量变幅范围为4.81～87.30 mg·kg-1，平均值为16.55 mg·kg-1，总体上处于缺乏和中等水平，缺乏（<16 mg·kg-1）样点占比63.3%，中等（16～30 mg·kg-1）样点占比26.7%。有效硅含量变幅范围为60.1～786.0 mg·kg-1，平均值为170 mg·kg-1，总体上处于丰富水平，丰富及以上（>115 mg·kg-1）样点占比50%。阳离子交换量变幅范围为9.58～28.00 cmol·kg-1，平均值为21.3 cmol·kg-1，总体上处于极丰富水平，极丰富（>20 cmol·kg-1）样点占比66.7%。全硒含量变幅范围为0.08～0.43 mg·kg-1，平均值为0.21 mg·kg-1，总体上处于富硒水平（包括高硒和中硒），富硒（>0.2 mg·kg-1）样点占比63.3%。

2.2 土壤养分含量的空间分布特征

由图2可知，江津区高粱产业园土壤pH值空间上呈中西部高、东部低的分布趋势。有机质空间上呈均匀分布，差异不明显。全氮整体分布呈西南向东北逐渐增加趋势。全磷呈现出中部低、四周高的空间分布特征。全钾整体呈西南高、东北低的趋势。碱解氮整体分布呈西南向东北逐渐增加趋势。有效磷呈整体丰富、局部缺乏的分布格局。速效钾整体分布呈西南向东北逐渐增加趋势。

土壤交换性钙空间上呈中部局部低、四周高的分布特点。交换性镁空间上呈中部低、南北高的分布特点。有效铁空间分布较为均匀，且都很丰富。有效锰整体呈中部低、南北高的分布趋势。有效铜、有效锌、有效硼空间上都呈西南低、东北高的分布特点。有效钼空间分布较为均匀，且都很缺乏，东北局部较高。有效硅空间上由西向东呈降低趋势。有效硫呈现出中部低、西南和东北高的空间分布特征。阳离子交换量空间上呈整体含量高、东西部局部低的分布格局。土壤硒含量整体呈中部高、南北低的趋势。

2.3 土壤养分指标的相关性分析

江津区高粱产业园土壤各养分指标的相关性分析如表7所示，土壤pH值与全磷、交换性钙、阳离子交换量呈显著正相关，与碱解氮、有效磷、速效钾、有效铁、有效铜、有效锌、有效硫、全硒呈显著负相关。土壤有机质与全氮、碱解氮、速效钾、有效铁、有效铜、有效锌、有效硼、有效钼、全硒呈显著正相关。土壤全氮与碱解氮、速效钾、有效铁、有效铜、有效锌、有效硼、有效钼、全硒呈显著正相关。土壤全磷与全钾、有效磷、交换性钙、阳离子交换量呈显著正相关，与有效铜、有效硫呈显著负相关。土壤全钾与有效磷、交换性钙、交换性镁、阳离子交换量呈显著正相关，与有效硫、全硒呈显著负相关。土壤碱解氮与有效磷、速效钾、有效铁、有效铜、有效锌、有效硼、有效钼、全硒呈显著正相关，与交换性钙呈显著负相关。土壤有效磷与有效锰呈显著正相关，与有效硫、全硒呈显著负相关。土壤速效钾与有效铁、有效锌、有效硼呈显著正相关。土壤交换性钙与阳离子交换量呈显著正相关，与有效铁、有效锌、有效硫、全硒呈显著负相关。土壤交换性镁与全硒呈显著负相关。土壤有效铁与有效铜、有效锌、有效硼、有效钼、全硒呈显著正相关。土壤有效锰除与有效磷显著正相关外，与其他养分指标都没有相关性。土壤有效铜与有效锌、有效硼、全硒呈显著正相关。土壤有效锌与有效硼、全硒呈显著正相关。土壤有效钼仅与有机质、全氮、碱解氮、有效铁呈显著正相关，与其他养分指标都没有相关性。土壤有效硼与有机质、全氮、碱解氮、速效钾、有效铁、有效铜、有效锌呈显著正相关，与其他养分指标都没有相关性。土壤有效硫与阳离子交换量呈显著负相关。土壤有效硅与阳离子交换量呈显著负相关。土壤阳离子交换量与全硒呈显著负相关。

2.4 土壤肥力综合评价

选取土壤pH值、有机质及速效氮、磷、钾5个养分指标，利用因子分析法和改进的内梅罗指数法对江津区高粱产业园土壤肥力进行定量化的综合评价。由表8可知，因子分析法结果：2020年江津区高粱产业园土壤综合肥力平均值为0.45，变幅范围为0.16～0.84，变异系数为32.4%，总体处于Ⅲ级肥力水平;改进的内梅罗指数法分析结果：2020年江津区高粱产业园土壤综合肥力平均值为1.1，变幅范围为0.57～1.57，变异系数为17.8%，总体处于Ⅲ级肥力水平。不管是因子分析法还是内梅罗指数法，高粱产业园土壤综合肥力总体处于偏低水平（Ⅲ级），其中pH值、有机质、碱解氮的分肥力系数较低。

3 结论

江津区高粱产业园土壤pH值总体处于弱酸性，平均值为5.6，弱酸性及以下（pH值<6.5）样点占比82%。土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮总体上处于中等偏下水平，平均值分别为14.1 g·kg-1、0.87 g·kg-1、0.455 g·kg-1、72.0 mg·kg-1，中等偏下及以下样点占比分别为86%、71%、78%、76%。土壤全钾总体上处于中等偏上水平，平均值为19.0 g·kg-1，中等偏上及以上样点占比85%。土壤有效磷、速效钾总体上处于丰富水平，平均值为38.0 mg·kg-1、179 mg·kg-1，豐富及以上样点占比分别为50%、51%。

根据中微量元素分析结果，土壤交换性钙、交换性镁、有效铁、有效锰、阳离子交换量总体上处于极丰富水平，平均值分别为4 162.7 mg·kg-1、732.8 mg·kg-1、92.1 mg·kg-1、31.9 mg·kg-1、21.3 cmol·kg-1，所有样点的交换性钙均大于国家级和市级分级标准的最高值（>1 000 mg·kg-1），90%样点的交换性镁均大于国家级和市级分级标准的最高值（>300 mg·kg-1），土壤有效铁、有效锰、阳离子交换量，极丰富样点占比分别为90.0%、53.4%、66.7%。土壤有效铜、有效锌、有效硅总体上处于丰富水平，平均值分别为1.07 mg·kg-1、1.3 mg·kg-1、170 mg·kg-1，丰富及以上样点占比分别为43.3%、43.4%、50.0%。土壤有效硼、有效钼总体上处于极缺乏水平，平均值分别为0.179 mg·kg-1、0.057 mg·kg-1，极缺乏样点占比分别为66.7%、93.3%。土壤有效硫总体上处于缺乏和中等水平，平均值为16.55 mg·kg-1，缺乏样点占比63.3%，中等样点占比26.7%。土壤全硒总体上处于富硒水平（包括高硒和中硒），平均值为0.21 mg·kg-1，富硒样点占比63.3%。江津区高粱产业园土壤各养分指标含量空间分布特征各不相同，部分养分指标之间存在显著的相关性。

土壤肥力综合评价结果表明，江津区高粱产业园土壤综合肥力总体处于偏低水平（Ⅲ级），土壤pH值、有机质和碱解氮是主要限制因子。建议在高粱产业园重点治理土壤酸化问题，采用秸秆还田、施用有机肥、种植绿肥等措施提高土壤有机质含量，并结合土壤养分空间分布特征，科学合理地施用化肥。

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