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農(nóng)墾蔗區(qū)土壤養(yǎng)分變化分析

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農(nóng)墾蔗區(qū)土壤養(yǎng)分變化分析

[摘要]為探明近年來甘蔗主產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分分布情況,2016—2020年對廣東農(nóng)墾蔗區(qū)布點采集土壤樣品,5a共采集有效樣品1178份,分析土壤養(yǎng)分隨著時空變化的情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著時間變化,蔗區(qū)土壤酸化情況嚴峻,強酸和酸性土壤合計占比超過80%;有機質(zhì)含量總體較高,呈先降后升趨勢;全氮含量處于中量以上水平;堿解氮含量先降后增,總體適宜;有效磷含量整體處于過量水平;速效鉀含量趨于穩(wěn)定和豐富。

[關(guān)鍵詞]甘蔗;土壤養(yǎng)分;時空變化

0引言

土壤是植物生長最主要的載體,其基本理化性質(zhì)不僅影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境發(fā)展[1],而且影響該區(qū)域在全國生態(tài)環(huán)境戰(zhàn)略布局中的地位[2]。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,農(nóng)業(yè)發(fā)展方向已由曾經(jīng)的家庭農(nóng)業(yè)向集約化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變,土地利用方式隨之發(fā)生巨大變化[3]。了解和掌握耕地土壤的養(yǎng)分時空變化,可為改良耕地土壤和提高耕地土壤質(zhì)量提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),是耕地地力評價與測土配方施肥的前提條件。甘蔗是熱帶、亞熱帶地區(qū)重要的經(jīng)濟作物[4],是全球第一大糖料作物和第二大生物能源作物,也是我國重要的工業(yè)原料之一,在國民生產(chǎn)生活中占據(jù)著重要地位[5]。

目前,我國是世界第三大甘蔗生產(chǎn)國,食糖總產(chǎn)量中超90%為蔗糖,但其僅能滿足國內(nèi)70%的用糖需求,剩余仍依賴進口[6]。雖然我國甘蔗的種植面積和產(chǎn)量都處于高水平,但是與巴西、澳大利亞等生產(chǎn)強國相比,單位面積產(chǎn)量仍存在較大差距[7]。部分生產(chǎn)者為追求高產(chǎn)量,肆意提高養(yǎng)分投入量,導(dǎo)致施肥亂象叢生,單位面積的養(yǎng)分投入量遠高于上述國家,由此導(dǎo)致的養(yǎng)分利用率低、生產(chǎn)成本和環(huán)境污染風險增加等問題愈發(fā)突出,并導(dǎo)致耕地土壤質(zhì)量逐年下降[8]。因此,摸清近年來我國甘蔗主產(chǎn)區(qū)耕地土壤養(yǎng)分分布情況,對促進甘蔗產(chǎn)業(yè)向高產(chǎn)、高效、環(huán)境友好及可持續(xù)方向發(fā)展意義重大?;浳魇俏覈收嶂饕N植地區(qū),廣東農(nóng)墾蔗區(qū)也集中在該區(qū)域。統(tǒng)計資料顯示,2014—2019年粵西甘蔗種植面積年均1.37×105hm2,平均產(chǎn)量85t/hm2[9]?;诖?,筆者以廣東農(nóng)墾蔗區(qū)為研究對象,分析其土壤養(yǎng)分時空變化情況。

1試驗材料與方法

1.1試驗材料

2016—2020年,在廣東農(nóng)墾湛江墾區(qū)蔗區(qū)進行布點采樣,采樣地點涉及東方紅農(nóng)場、火炬農(nóng)場、友好農(nóng)場、五一農(nóng)場、湖光農(nóng)場、金星農(nóng)場、南華農(nóng)場、華海公司、廣前公司和豐收公司等10個墾區(qū)農(nóng)場。2016—2020年,分別采樣214、256、228、140份和340份,共計1178份甘蔗種植地土壤樣品。

1.2試驗方法

采樣時避開施肥區(qū)域,去除土樣中植物根系及土塊、石塊,每份樣品約1kg。土壤帶回實驗室后自然風干、磨細、過篩,分別測定其pH值及有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。其中,有機質(zhì)含量采用外加熱重鉻酸鉀容量法測定,全氮含量采用凱氏定氮法測定,堿解氮含量采用堿解擴散法測定,有效磷含量采用鹽酸-硫酸浸提-鉬銻抗比色法測定,速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定,pH值采用電位法(土液比1.0∶2.5)測定。綜合黃振瑞[10]、溫中海[11]、劉少春[12]等研究,將土壤分級標準定為5個等級。其中,pH值分級標準如下:強酸性,pH值<4.5;酸性,4.5≤pH值<5.5;微酸性,5.5≤pH值<6.5;適宜,6.5≤pH值<7.5;堿性,pH值≥7.5。土壤養(yǎng)分分級標準詳見表1。所有數(shù)據(jù)計算、分析及圖表制作均采用Excel2016軟件。

2試驗結(jié)果與分析

2.1土壤pH值

由表2可知,2016—2020年5a蔗區(qū)土壤pH值的平均值為4.68。其中,強酸性和酸性土壤合計占比均超過93%(2019年除外,83.57%),說明蔗區(qū)土壤酸化情況嚴峻,不利于甘蔗生長。根據(jù)甘蔗生長對土壤pH值的要求,5a平均僅6.87%的土壤符合甘蔗生長要求,其中2019年比例最高,為16.43%。

2.2土壤有機質(zhì)含量

由表3可知,2016—2020年蔗區(qū)土壤有機質(zhì)含量平均值呈先降后升趨勢,5a平均值為29.09g/kg。其中,2016年和2020年平均值均超過30g/kg,2018年最低,為26.03g/kg。雖然土壤有機質(zhì)含量變化幅度較大,但中量及以上占比均超過85%,2020年甚至全部處于中量以上水平,有26.18%的土壤有機質(zhì)含量為豐富級別,表明蔗區(qū)土壤有機質(zhì)總體較為豐富,且呈上升趨勢。

2.3土壤全氮含量

由表4可知,2016—2020年蔗區(qū)土壤全氮含量平均值為1.38g/kg。除2018年外,其余年份超過90%土壤全氮含量在中量以上,說明蔗區(qū)土壤全氮總體較為豐富。

2.4土壤堿解氮含量

由表5可知,2016—2020年蔗區(qū)土壤堿解氮含量平均值為133.46mg/kg,處于中量水平,但分布范圍在15.60~540.76mg/kg。其中,2017年變幅最大,變異系數(shù)超過40%。從分布頻率來看,各年缺量和低量占比均超過30%,中量占比最高,過量(包括高量和豐量,下同)比例少于10%,表明蔗區(qū)土壤堿解氮含量總體較為適宜。

2.5土壤有效磷含量

由表6可知,2016—2020年蔗區(qū)土壤有效磷含量變化幅度較大,最低0.91mg/kg,最高99.76mg/kg。5a土壤有效磷平均含量為37.29mg/kg,平均變異系數(shù)為68.00%,表明蔗區(qū)土壤有效磷含量分布不均勻。其中,2016—2020年缺量和低量占比之和分別為34.11%、33.21%、28.07%、37.15%、22.65%,中量及以上所占比例分別為65.89%、66.79%、71.93%、62.85%、77.36%,說明蔗區(qū)土壤有效磷含量雖然變幅較大,但整體處于過量狀態(tài),缺乏所占比例較小。

2.6土壤速效鉀含量

由表7可知,2016—2020年蔗區(qū)土壤速效鉀含量變化很大,除2016年外,其余年份的變異系數(shù)均超過50%,2017年達到峰值83.46%,隨后逐年降低。2016年,蔗區(qū)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,分別為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年無缺量比例。2016—2020年,土壤速效鉀含量平均值分別為176.00、130.71、130.83、138.87、138.73mg/kg,除2016年較高外,2017—2020年維持在穩(wěn)定水平,表明隨著時間推移,蔗區(qū)土壤速效鉀含量趨于穩(wěn)定和豐富。

3討論與結(jié)論

粵西蔗區(qū)是我國肥料投入最大的蔗區(qū)。有調(diào)查資料顯示,近年來這里的N、P2O5、K2O年投入量分別為300~1000、120~400、240~600kg/hm2,為世界平均水平的3倍,更是部分發(fā)達國家的5倍之多[13]。自2015年我國開始實施化肥減量增效行動,到2020年實現(xiàn)化肥用量零增長,該蔗區(qū)的土壤養(yǎng)分積累速度才有所緩和。馮學娟等[14]曾對該蔗區(qū)部分農(nóng)場進行大面積的采樣調(diào)查,發(fā)現(xiàn)與第二次全國土壤普查結(jié)果相比,該蔗區(qū)土壤pH值呈下降趨勢,即土壤有酸化加重跡象。該研究結(jié)果顯示,2016—2020年該蔗區(qū)土壤pH值變化情況仍不樂觀,超過80%的土壤為酸性或強酸性,偏離甘蔗適宜pH值較多,而5a平均僅有不到7%的土壤適宜種植甘蔗。土壤有機質(zhì)含量是衡量土壤肥沃度的重要指標之一。馮學娟等[14]研究表明,廣東湛江農(nóng)墾蔗區(qū)土壤有機質(zhì)含量在20~34g/kg,且呈下降趨勢。而該研究結(jié)果顯示,2016—2020年湛江墾區(qū)蔗區(qū)土壤有機質(zhì)含量平均值最小為26.03g/kg、最大為34.66g/kg,且呈先降后升趨勢,較前人調(diào)查有緩和跡象。這表明隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的改變,種植者更加注重有機肥的使用,同時秸稈還田也是增加土壤有機質(zhì)含量的有效措施。隨著化肥減量增效行動的實施,蔗區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的養(yǎng)分投入量也在改變[15]。

從早期的單施尿素到復(fù)合肥的使用,轉(zhuǎn)向化肥減量配施有機肥,再到近年來甘蔗專用配方肥的使用,蔗區(qū)土壤大量元素含量發(fā)生較大的變化[16]。該研究結(jié)果顯示,土壤全氮、堿解氮含量在5a間呈先降后升趨勢,有效磷、速效鉀含量穩(wěn)定且豐富。分析原因,可能是由于前期發(fā)展需要,加之人們“增肥=增產(chǎn)”的認知,在生產(chǎn)上一味地追求化肥尤其是氮肥的使用,造成土壤氮素累積,全氮和堿解氮含量均有所增加,土壤酸化情況加重,偏離了甘蔗生長需要,導(dǎo)致甘蔗對養(yǎng)分的吸收量降低。而隨著一系列減肥增效措施的落地,加之新型肥料、施肥技術(shù)的加持,蔗區(qū)土壤養(yǎng)分情況向較好的方向轉(zhuǎn)變。廣東農(nóng)墾蔗區(qū)是全國主要的甘蔗生產(chǎn)區(qū)。2016—2020年的調(diào)查結(jié)果顯示,廣東農(nóng)墾蔗區(qū)土壤除pH值情況不樂觀外,有機質(zhì)和大量元素含量處于較為合適的區(qū)間。針對后期生產(chǎn)而言,蔗區(qū)需要加強對土壤酸化情況的監(jiān)測,在大規(guī)模機械化作業(yè)中注重土壤改良劑的使用,配施甘蔗配方肥和緩控釋肥等新型肥料,緩和酸化趨勢,從而提高養(yǎng)分利用效率,進而實現(xiàn)甘蔗增產(chǎn)增收。

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作者:楊江波 馮學娟 吳刃 經(jīng)福林 張曼其 單位:廣東農(nóng)墾熱帶農(nóng)業(yè)研究院有限公司 廣東省湛江農(nóng)墾科學研究所