基于时空尺度的广东农垦蔗区土壤养分变化分析

杨江波 冯学娟，2 吴 刃，2 经福林，2 张曼其，2

（1.广东农垦热带农业研究院有限公司，广东 广州 511365；2.广东省湛江农垦科学研究所，广东 湛江 524086）

0 引言

土壤是植物生长最主要的载体，其基本理化性质不仅影响农业生产和环境发展［1］，而且影响该区域在全国生态环境战略布局中的地位［2］。随着经济社会的发展，农业发展方向已由曾经的家庭农业向集约化农业转变，土地利用方式随之发生巨大变化［3］。了解和掌握耕地土壤的养分时空变化，可为改良耕地土壤和提高耕地土壤质量提供基础数据，是耕地地力评价与测土配方施肥的前提条件。

甘蔗是热带、亚热带地区重要的经济作物［4］，是全球第一大糖料作物和第二大生物能源作物，也是我国重要的工业原料之一，在国民生产生活中占据着重要地位［5］。目前，我国是世界第三大甘蔗生产国，食糖总产量中超90%为蔗糖，但其仅能满足国内70%的用糖需求，剩余仍依赖进口［6］。虽然我国甘蔗的种植面积和产量都处于高水平，但是与巴西、澳大利亚等生产强国相比，单位面积产量仍存在较大差距［7］。部分生产者为追求高产量，肆意提高养分投入量，导致施肥乱象丛生，单位面积的养分投入量远高于上述国家，由此导致的养分利用率低、生产成本和环境污染风险增加等问题愈发突出，并导致耕地土壤质量逐年下降［8］。因此，摸清近年来我国甘蔗主产区耕地土壤养分分布情况，对促进甘蔗产业向高产、高效、环境友好及可持续方向发展意义重大。粤西是我国甘蔗主要种植地区，广东农垦蔗区也集中在该区域。统计资料显示，2014—2019年粤西甘蔗种植面积年均1.37×105hm2，平均产量85 t/hm2［9］。基于此，笔者以广东农垦蔗区为研究对象，分析其土壤养分时空变化情况。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

2016—2020年，在广东农垦湛江垦区蔗区进行布点采样，采样地点涉及东方红农场、火炬农场、友好农场、五一农场、湖光农场、金星农场、南华农场、华海公司、广前公司和丰收公司等10个垦区农场。2016—2020年，分别采样214、256、228、140份和340份，共计1 178份甘蔗种植地土壤样品。

1.2 试验方法

采样时避开施肥区域，去除土样中植物根系及土块、石块，每份样品约1 kg。土壤带回实验室后自然风干、磨细、过筛，分别测定其pH值及有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量。其中，有机质含量采用外加热重铬酸钾容量法测定，全氮含量采用凯氏定氮法测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用盐酸-硫酸浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定，pH值采用电位法（土液比1.0∶2.5）测定。

综合黄振瑞［10］、温中海［11］、刘少春［12］等研究，将土壤分级标准定为5个等级。其中，pH值分级标准如下：强酸性，pH值＜4.5；酸性，4.5≤pH值＜5.5；微酸性，5.5≤pH值＜6.5；适宜，6.5≤pH值＜7.5；碱性，pH值≥7.5。土壤养分分级标准详见表1。

表1 蔗区土壤养分含量分级标准

所有数据计算、分析及图表制作均采用Excel 2016软件。

2 试验结果与分析

2.1 土壤pH值

由表2可知，2016—2020年5 a蔗区土壤pH值的平均值为4.68。其中，强酸性和酸性土壤合计占比均超过93%（2019年除外，83.57%），说明蔗区土壤酸化情况严峻，不利于甘蔗生长。根据甘蔗生长对土壤pH值的要求，5 a平均仅6.87%的土壤符合甘蔗

表2 蔗区土壤pH值分布情况

生长要求，其中2019年比例最高，为16.43%。

2.2 土壤有机质含量

由表3可知，2016—2020年蔗区土壤有机质含量平均值呈先降后升趋势，5 a平均值为29.09 g/kg。其中，2016年和2020年平均值均超过30 g/kg，2018年最低，为26.03 g/kg。虽然土壤有机质含量变化幅度较大，但中量及以上占比均超过85%，2020年甚至全部处于中量以上水平，有26.18%的土壤有机质含量为丰富级别，表明蔗区土壤有机质总体较为丰富，且呈上升趋势。

表3 蔗区土壤有机质含量分布情况

2.3 土壤全氮含量

由表4可知，2016—2020年蔗区土壤全氮含量平均值为1.38 g/kg。除2018年外，其余年份超过90%土壤全氮含量在中量以上，说明蔗区土壤全氮总体较为丰富。

表4 蔗区土壤全氮含量分布情况

2.4 土壤碱解氮含量

由表5可知，2016—2020年蔗区土壤碱解氮含量平均值为133.46 mg/kg，处于中量水平，但分布范围在15.60～540.76 mg/kg。其中，2017年变幅最大，变异系数超过40%。从分布频率来看，各年缺量和低量占比均超过30%，中量占比最高，过量（包括高量和丰量，下同）比例少于10%，表明蔗区土壤碱解氮含量总体较为适宜。

表5 蔗区土壤碱解氮含量分布情况

2.5 土壤有效磷含量

由表6可知，2016—2020年蔗区土壤有效磷含量变化幅度较大，最低0.91 mg/kg，最高99.76 mg/kg。5 a土壤有效磷平均含量为37.29 mg/kg，平均变异系数为68.00%，表明蔗区土壤有效磷含量分布不均匀。其中，2016—2020年缺量和低量占比之和分别为34.11%、33.21%、28.07%、37.15%、22.65%，中量及以上所占比例分别为65.89%、66.79%、71.93%、62.85%、77.36%，说明蔗区土壤有效磷含量虽然变幅较大，但整体处于过量状态，缺乏所占比例较小。

表6 蔗区土壤有效磷含量分布情况

2.6 土壤速效钾含量

由表7可知，2016—2020年蔗区土壤速效钾含量变化很大，除2016年外，其余年份的变异系数均超过50%，2017年达到峰值83.46%，随后逐年降低。2016年，蔗区土壤有效磷含量有91.12%集中在中量及以上水平，而2017—2020年有所降低，分别为52.34%、62.72%、62.14%、75.29%。各年缺量所占比例均低于1.5%，其中2016年和2020年无缺量比例。2016—2020年，土壤速效钾含量平均值分别为176.00、130.71、130.83、138.87、138.73 mg/kg，除2016年较高外，2017—2020年维持在稳定水平，表明随着时间推移，蔗区土壤速效钾含量趋于稳定和丰富。

表7 蔗区土壤速效钾含量分布情况

3 讨论与结论

粤西蔗区是我国肥料投入最大的蔗区。有调查资料显示，近年来这里的N、P2O5、K2O年投入量分别 为300～1000、120～400、240～600 kg/hm2，为世界平均水平的3倍，更是部分发达国家的5倍之多［13］。自2015年我国开始实施化肥减量增效行动，到2020年实现化肥用量零增长，该蔗区的土壤养分积累速度才有所缓和。冯学娟等［14］曾对该蔗区部分农场进行大面积的采样调查，发现与第二次全国土壤普查结果相比，该蔗区土壤pH值呈下降趋势，即土壤有酸化加重迹象。该研究结果显示，2016—2020年该蔗区土壤pH值变化情况仍不乐观，超过80%的土壤为酸性或强酸性，偏离甘蔗适宜pH值较多，而5 a平均仅有不到7%的土壤适宜种植甘蔗。

土壤有机质含量是衡量土壤肥沃度的重要指标之一。冯学娟等［14］研究表明，广东湛江农垦蔗区土壤有机质含量在20～34 g/kg，且呈下降趋势。而该研究结果显示，2016—2020年湛江垦区蔗区土壤有机质含量平均值最小为26.03 g/kg、最大为34.66 g/kg，且呈先降后升趋势，较前人调查有缓和迹象。这表明随着农业生产结构的改变，种植者更加注重有机肥的使用，同时秸秆还田也是增加土壤有机质含量的有效措施。

随着化肥减量增效行动的实施，蔗区农业生产中的养分投入量也在改变［15］。从早期的单施尿素到复合肥的使用，转向化肥减量配施有机肥，再到近年来甘蔗专用配方肥的使用，蔗区土壤大量元素含量发生较大的变化［16］。该研究结果显示，土壤全氮、碱解氮含量在5 a间呈先降后升趋势，有效磷、速效钾含量稳定且丰富。分析原因，可能是由于前期发展需要，加之人们“增肥=增产”的认知，在生产上一味地追求化肥尤其是氮肥的使用，造成土壤氮素累积，全氮和碱解氮含量均有所增加，土壤酸化情况加重，偏离了甘蔗生长需要，导致甘蔗对养分的吸收量降低。而随着一系列减肥增效措施的落地，加之新型肥料、施肥技术的加持，蔗区土壤养分情况向较好的方向转变。

广东农垦蔗区是全国主要的甘蔗生产区。2016—2020年的调查结果显示，广东农垦蔗区土壤除pH值情况不乐观外，有机质和大量元素含量处于较为合适的区间。针对后期生产而言，蔗区需要加强对土壤酸化情况的监测，在大规模机械化作业中注重土壤改良剂的使用，配施甘蔗配方肥和缓控释肥等新型肥料，缓和酸化趋势，从而提高养分利用效率，进而实现甘蔗增产增收。