安化县耕地土壤养分现状及变化原因分析

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摘要:运用GPS进行野外调查采样、室内分析、GIS技术等研究方法,论述了安化县耕地土壤养分含量现状和1982年第二次土壤普查至2006年土壤养分含量的变化,分析了变化的原因。结果表明,由于种植方式、耕作方式和施肥水平等原因促使该区域土壤养分(有机质、碱解氮、速效磷、速效钾)含量总体有所提高,水田有机质含量降低,土壤pH由弱酸性转为了酸性。为指导当地科学施肥、逐步培肥土壤提供理论依据。

关键词:土壤养分;土壤pH值;合理施肥

中图分类号:S15 文献标识码:A 文章编号:1674-0432(2010)-07-070-3

0 前言

土壤是农业最基本的生产资料,是植物生产的基地、动物生产的基础、人类耕作的劳动对象,其本质是土壤肥力。土壤肥力的差异对作物的生长具有显著的影响,同时对农业生产的结构、作物布局、生产效益等、种植制度等方面具有深刻影响。不同区域、地貌单元、气候条件、利用方式下的土壤肥力差异很大,其肥力特征和演变规律与土壤分布地区的自然环境(地形、地貌、母质、气候)和社会经济条件(投入、产出、GDP等)有关,致使土壤属性和空间变化较大。人类活动的加剧,特别是随着农业集约化程度的增加,农用化学物质的大量投入,对耕地土壤的肥力质量产生了巨大的影响,安化县自全国第二次土壤普查后一直未进行土壤质量的全面和综合调查研究,因此,弄清耕地土壤养分变化特征,可为指导农民科学合理施肥和提高土壤生产力提供依据。本文基于安化县第二次(1982年)土壤普查和2006年进行的测土配方施肥项目的土壤肥力测定数据,研究了耕地土壤养分变化特征和供肥特性,并进行了对比分析,以期为指导合理施肥和培肥土壤提供依据。

1 研究区概况

安化县地处湘中,资江中游,位于东经110°42′55″-111°58′50″,北纬27°58′39.5″-28°33′29″之间。地处雪峰山北段中低山区。地面切割强烈,地形较为复杂。资水自西南入境,往东偏北横亘县中。整个地势西南高、东北低;南北边陲高,中间低;自资水两岸向南北展开,逐级抬升。境内山峦起伏、群峰叠嶂,全县海拔1000m以上的山峰达152座。全县土地总面积4950km2,其中耕地40500.0hm2。属北亚热带大陆性季节湿润气候,其特点是气候温和,热量丰富,无霜期长,雨量充沛,分布不均,常年前涝后旱;地形复杂,气候多变,垂直差异大。年平均日照数为1356h,年均降水量1686.2mm,无霜期274d。

2 研究材料与方法

对照1982年第二次土壤普查的土壤采样点,2006年在全县范围内用GPS定位采集了耕地表层土壤样品7040个。样品经风干,磨碎,过20目和60目筛后,保存备用。

土壤pH采用水提电位法测定、土壤有机质采用油浴加热重铬酸钾氧化容量法、土壤碱解氮采用扩散法测定、土壤有效磷采用NaHCO3磷钼蓝比色法测定、土壤速效钾采用乙酸铵火焰法测定。

所有测定数据经Excel 2003软件处理和统计。

3 结果与分析

3.1 土壤pH的变化特征

土壤pH即土壤酸碱度,是土壤溶液中氢离子(H+)浓度的负对数,是土壤重要的理化性质之一,是土壤形成和熟化培肥过程的一个动态变化指标。土壤酸碱度对土壤营养元素的形态、有效性、供应强度等方面具有显著的影响,同时影响着土壤理化性质、微生物活动、土壤养分固持与活化、植物生长状况等方面。

图1 安化县土壤pH的变化特征

图1显示了安化县耕地土壤pH含量分布特征。安化县耕地土壤pH较低,测定样本有60%以上分布在5.5以下,属弱酸性,平均值为5.57,显见,安化县耕地土壤大部分偏酸性,需要进行调节何改良,在施肥过程中,可采取施用石灰或碱性肥料,适当选择适于在酸性土壤上生长的作物品种。

安化县土壤pH平均值为5.57,偏酸性,波动性较大,最小值为4.1,最大值为8.9,主要分布在4.6-5.5之间,有4353个,占61.83%;低于4.5的有31个,占0.44%;而高于8.6的仅有4个,占0.11%。稻田、旱土和园地差别不大。

第二次土壤普查结果显示,安化县的土壤pH平均值为6.48,对比可以发现,平均降低0.91,其中水田下降1.06,旱土下降0.62,下降14.0%,达到了极显著水平。导致安化县土壤酸碱度降低的原因较多,但总的来说可以归纳为以下二点:⑴大量施用化肥特别是酸性肥料,如过磷酸钙、氯化铵以及由氯化铵为主要原料混配的复混肥、配方肥、专用肥,致使土壤酸化;⑵20世纪60-70年代,安化县农业生产中普遍采用石灰消毒,调节土壤酸性,自实行家庭联产承包制以来,安化县基本上停施石灰,至今有20多年了,因而,土壤pH下降,土壤酸性增强。土壤酸化会促进土壤养分的流失,影响作物正常生长。针对土壤酸化的问题,应控制好工业性污染源和化肥的大量施用,生产上要通过施用石灰和碱性肥料来提高土壤pH值,改良土壤的酸碱度,以利于作物的生长。

图2 土壤pH值检测结果对比图

3.2 土壤有机质的变化特征

土壤有机质是土壤中所有动植物残体的分解的产物和新形成的产物的总称,是土壤固相物质中最活跃的部分,包括非腐殖物质和腐殖物质。腐殖物质是一种特殊的颜色深暗的天然有机化合物,是有机质的主体,约占有机质总量的50-60%。非腐殖物质则是一般的有机化合物,如多肽,氨基酸,其他各种碳水化合物、蜡质等,其中未分解或半分解的植物残体约占有机质总量的6-25%。有机质是土壤肥力的核心,对土壤养分供应能力和供应强度具有重要的影响。

从土壤供应植物生长的特性来看,如果旱地土壤有机质含量低于15g/kg,水田土壤有机质含量低于20g/kg,则会导致作物生长不利。土壤有机质低于10g/kg,要求采取相应的培肥措施进行培肥,否则就会致使土壤退化,影响农业生产的可持续发展。

图3显示了安化县耕地土壤有机质含量分布特征。从图可以看出,安化县耕地土壤有机质含量较高,平均值为32.9g/kg,其中低于10g/kg的32个,占0.45%,高于60g/kg的113个,占1.61%,主要分布在20-30g/kg之间,有2488个,占35.34%。

图3 安化县土壤有机质的变化特征

安化县耕地土壤有机质含量的最大值为156.0g/kg,最小值为4.9g/kg。从土壤类型来看,水田差别大于旱土和园地,水田平均值34.7g/kg,范围在4.9-156.0g/kg之间,旱土平均27.0g/kg,范围在15.7-87.3g/kg之间,园地平均27.0g/kg,范围在6.2-121.0g/kg之间。

与第二次土壤普查结果比,我县土壤有机质总的变化趋势是水田下降,旱土提高。47个可比土种有机质平均含量32.2g/kg,比1982年增加0.5g/kg,增3.2%,达到显著水平,其中水田36.5g/kg,比1982年下降0.7g/kg,下降1.9%;旱土平均26.95g/kg,比1980年上升3.2g/kg,增13.5%。水田有机质的减少的原因主要有:一是绿肥种植面积减少,1976年我县绿肥种植面积12000hm2,到2008年仅2333hm2;二是低产田的改良,改善了土壤的排水条件,增强了通透性,加速了有机质的分解,故有机质减少。

图4 土壤有机质检测结果对比图

3.3 土壤碱解氮的变化特征

土壤碱解氮是表征氮素供应强度的指标,是土壤中各种形态的氮,包括铵态氮、硝态氮、氨基酸、酰胺和易分解的蛋白质氮的总和,还有无机的矿物态氮和部分有机质中易分解的、比较简单的有机态氮。通常也称水解氮或有效氮,它反映了土壤近期内氮素供应容量和强度。

从图5可以看出,安化县土壤碱解氮含量总体呈正态分布变化,在150-200mg/kg之间,占38.75%;低于50mg/kg的较少,仅占0.16%;高于300mg/kg也不多,只有2.51%,安化县土壤碱解氮平均为164.1mg/kg,属于中等含量水平,因此,根据作物生长特性,适当施用速效的氮肥是非常必要的。

图5安化县土壤碱解氮的变化特征

安化县耕地土壤碱解氮含量平均为164.1mg/kg,但是波动性较大,从测定结果来看,最低含量只有41.0mg/kg,最高含量达到了998.0mg/kg,但在100-200mg/kg含量之间,占测定样本的76.08%,处于中等含量水平。从稻田土壤来看,土壤碱解氮含量平均168.7mg/kg,变化在41-998mg/kg之间;而旱土土壤碱解氮含量平均为152.1mg/kg,分布在31-968mg/kg之间;园地土壤碱解氮平均为138.4mg/kg,在44-684mg/kg之间。

与第二次土壤普查的土壤碱解氮含量相比,安化县土壤碱解氮总体呈现上升趋势,第二次土壤普查安化县耕地土壤碱解氮含量平均为136.8mg/kg,经过20多年的栽种,土壤碱解氮增加了27.3 mg/kg,增加率为20.0%,达到极显著水平。安化县耕地土壤碱解氮含量的提高,主要是由于农民主要施用氮素化肥,且施用的量较大,因而直接导致了土壤速效氮含量提高。

图6 土壤碱解氮检测结果对比图

3.4 土壤有效磷的变化特征

土壤有效磷已经成为作物生长的重要限制因子,土壤有效磷高于20mg/kg时,大多数作物基本可以满足高产的要求;低于10mg/kg时,有可能导致土壤磷供应不足;小于5mg/kg时,则土壤严重缺磷。值得注意的是土壤有效磷应用不同的测定方法在同一土壤上可以得到不同的有效磷数量,因此土壤有效磷水平只是一个相对指标,只是相对地说明土壤的供磷水平,但可作为施肥推荐的一个方法。

图7 安化县土壤有效磷的变化特征

从图7可以看出,安化县耕地土壤有效磷含量为中等偏低水平,从测定结果看,土壤有效磷分布在10-20mg/kg之间,占土壤样本的35.60%,低于5mg/kg的占土壤样本的7.47%,高于50mg/kg的占土壤样本的4.91%。因此,根据作物生长的特性,适当的补充磷肥是非常必要的,特别是栽种对磷敏感的作物时,必须考虑配施磷肥。

安化县耕地土壤有效磷的含量波动性较大,最小值为0.40mg/kg,最大值为264.0mg/kg。平均17.38mg/kg,其中水稻土15.07mg/kg,旱土24.67mg/kg,园地25.91mg/kg.

第二次土壤普查的结果显示,安化县耕地土壤有效磷的含量平均值为8.42mg/kg,现在平均含量大幅度上升,增加了8.96mg/kg,增率106.4mg/kg,达极显著水平。耕地土壤有效磷含量的消长与磷肥施用习惯、施用量等有关,自20世纪60年代,南方开始施用磷肥,至今将近50年的历史,目前,施用磷肥的习惯,已经被广大农民接受,在农业生产中,对磷肥的依赖性增大,致使土壤中磷的含量有所增加。

图8 土壤有效磷检测结果对比图

3.5 土壤速效钾的变化特征

土壤速效钾包括水溶性钾和交换性钾两部分,交换性钾占95%以上。在一般情况下,土壤速效钾介于100-150mg/kg之间,表明该土壤钾水平中等,可以满足一般作物的需求;介于50-100mg/kg之间,表明该土壤潜在性缺钾;小于50mg/kg时,表明土壤严重缺钾,成为土壤上作物生长的重要限制因子;而大于150mg/kg时,表明该土壤钾供应充足。

图9 安化县土壤速效钾的变化特征

从图9可以看出,安化县耕地土壤速效钾的含量属于偏低含量水平,土壤速效钾含量平均为85.4mg/kg,主要分布在50-100mg/kg之间,占测定样本的43.72%,土壤速效钾等于或低于30mg/kg较少,只占土壤样本的5.2%,土壤速效钾含量高于300mg/kg不多,只有1.39%。

安化县耕地土壤的速效钾的含量处于偏低水平,难以满足一般作物的需求。波动性大,最小值为12.0mg/kg,最大值为1060.0mg/kg,水稻差别较小,园地因为有机肥和复混肥施用量多,导致钾的含量增加,水稻土平均69.6mg/kg,旱土平均135.0mg/kg,园地平均145.0mg/kg。

第二次土壤普查结果显示,当时安化县耕地土壤速效钾含量平均值82.2mg/kg,与之相比,提高了3.2mg/kg,增率3.9%,达到显著水平。安化县土壤速效钾含量呈整体上升趋势,但在大面积上仍表现偏低,可能由以下原因导致:一是土壤本身钾的含量过低,安化有74.48%的土壤成土母质为石灰岩和板页岩,这些母质含钾量低;二是作物产量的提高,作物吸收利用了大量的钾素而被带走;三是钾肥施用量虽有所增加,但钾素肥料被淋洗流失现象也比较严重。

图10 土壤速效钾检测结果对比图

4 结论

4.1 安化县耕地土壤肥力的特征

以上调查及分析结果表明:近些来随着安化县农业产业结构的调整,种植制度与种植结构的变化,与1982年二次土壤普查时比较,土壤养分的供应能力有所提高,有机质的含量较高,平均值为32.9g/kg,比1982年增3.2%,达到显著水平,主要分布在20-40g/kg之间;碱解氮含量增加20.0%,达到极显著水平,平均值164.1mg/kg,主要分布在150-200mg/kg之间;土壤有效磷含量大幅度提高,增率106.4mg/kg,达极显著水平,土壤缺磷的问题得到较大程度缓解,在生产中应合理施用磷肥,防止过量;土壤速效钾增加3.9%,达到显著水平,但由于长期处于缺乏水平,必须重视钾肥投入;土壤pH下降趋势明显,平均下降了0.91个单位,可见因增施化肥等原因导致的土壤酸化问题还是比较明显的。与第二次土壤普查结果相比较,发现土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾都相对的提高了含量,其中有效磷提升得最快;有机质、碱解氮升高得较慢;土壤pH由弱酸性转为了酸性。

4.2 指导农业生产的建议

根据本次调查结果,应大力倡导和推广测土配方施肥技术,通过实施测土配方施肥技术,掌握土壤养分丰缺指标,调整氮、磷、钾的比例,确定合理施肥用量,合理布局区域化种植结构。有机肥和无机肥配合施用,保持土壤有机质平衡。通过加大有机肥积造力度,秸秆还田,增加有机物肥料等措施培肥地力。用地与养地相结合,提高耕地质量。通过调整农业产业结构,采用轮、间、套种方式,改革现有耕作制度和种植制度,大力推广多年优势牧草种植等方法,改善土壤理化性状,提高土壤肥力,促进农业的可持续发展。

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