重慶市江津區高粱產業園土壤肥力調查與評價

李志琦 彭清 王洋 羅博 陳文春 李四光 尚成 蔡國學

摘 要 調查分析重慶市江津區高粱產業園土壤養分含量和空間分布特征，并對土壤綜合肥力水平進行評價。結果表明，江津區高粱產業園土壤總體處于弱酸性，土壤有機質、全氮、全磷、堿解氮總體上處于中等偏下水平，全鉀總體上處于中等偏上水平，有效磷、速效鉀總體上處于豐富水平，交換性鈣、交換性鎂、有效鐵、有效錳、陽離子交換量總體上處于極豐富水平，有效銅、有效鋅、有效硅總體上處于豐富水平，有效硼、有效鉬總體上處于極缺乏水平，有效硫總體上處于缺乏和中等水平，全硒總體上處于富硒水平;各養分指標含量的空間分布特征各不相同，部分養分指標之間存在顯著相關性;土壤綜合肥力評價，總體處于偏低水平（Ⅲ級），土壤pH值、有機質和堿解氮是主要限制因子。建議在高粱產業園重點治理土壤酸化問題，采用秸稈還田、施用有機肥、種植綠肥等措施提高土壤有機質含量，并結合土壤養分空間分布特征，科學合理地施用化肥。

關鍵詞 高粱產業園;土壤養分;空間分布特征;綜合肥力評價;重慶市江津區

中圖分類號：S158 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.03.001

養分是土壤的基本屬性和本質特征，也是衡量土壤肥力的重要指標。土壤肥力是土地生產力的基礎，土壤肥力水平高低直接關系到作物生長和農業生產的結構、布局及效益等方面[1-3]。全面客觀地評價土壤肥力水平對于科學制訂農田施肥方案、提高養分資源利用率、減少過量施肥造成的環境污染、實現精準施肥具有重要意義[4-5]。

1? 材料與方法

1.1? 江津區高粱產業園概況

重慶市江津區白酒釀造歷史悠久。據史料記載，江津釀酒業在明嘉靖年間已“邑中產酒甲于省”，20世紀初江津白沙沿街槽坊、酒肆無數，形成了酒香飄萬里的壯麗畫卷。

2014年，重慶江記酒莊有限公司入駐江津白沙，目前年釀酒產能已達到6萬t的規模，橫空打造出了聞名全國乃至世界的“江小白”品牌。高粱是其釀酒原料，為支持“江小白”原料本地化，2018年《江津區黃莊片區鄉村振興總體規劃》中提出“在永興鎮黃莊村、旸巖村，白沙鎮黑石村、高屋社區、東山社區，慈云鎮涼河村規劃建設1 333 hm2高粱產業園”。該園區屬亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明，冬暖春早，初夏多雨，盛夏炎熱伏旱，秋多連綿陰雨，無霜期長，雨量充沛。年平均氣溫18 ℃，冬季平均氣溫7.7 ℃，夏季平均氣溫28.5 ℃，年降雨量900 mm，無霜期335 d。園區土壤為沙溪廟組母質發育而成，土壤肥力總體水平較好，適宜高粱生產。園區采取的耕制模式為高粱-油菜輪作，形成了春有油菜花、夏有紅高粱的美麗鄉村圖案。

2018年，該園區啟動建設，通過宜機化整地和高標準農田建設，到2020年已建成333 hm2。本文以建成園區為基礎，開展高粱產業園土壤肥力調查評價，以期為高粱產業園的科學種植提供技術支撐。

1.2? 土壤樣品采集

土壤樣品于2020年在重慶市江津區高粱產業園內采集，按3.3 hm2采集1個土樣，具有很好的代表性，土壤樣品采集點分布見圖1。土壤采集方式按照代表性原則，每個樣點采用“S”型布點選取選4個采樣點，在每個點采集地表0～20 cm土層的土壤約200 g，除去植物根、石塊等雜質，4個采樣點采集的土壤混合均勻后，采用四分法取土樣約500 g，做好記錄并帶回實驗室，風干后過20目篩。

1.3? 土壤指標測定

土壤測定指標包括pH值，有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，交換性鈣、鎂含量，有效性鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬、硫、硅含量，陽離子交換量，全硒含量。土壤pH值在水土重量比為2.5∶1的條件下用pH計測定;各項營養指標測定方法：有機質用重鉻酸鉀容量法—外加熱法，全氮用自動定氮儀法，全磷用堿熔法和酸溶法，全鉀用氫氟酸消解法，堿解氮用堿解擴散法，有效磷用Olsen法，速效鉀用乙酸銨浸提—火焰光度計，交換性鈣、鎂用醋酸銨提取—原子吸收分光光度計，有效鐵、錳、銅、鋅用DTPA浸提—原子吸收分光光度法，有效硼用沸水浸提—姜黃素比色法，有效鉬用草酸-草酸銨浸提—極譜法，有效硫用磷酸鹽-醋酸提取—硫酸鋇比濁法，陽離子交換量用DTPA-銨鹽浸提—蒸餾滴，全硒用原子熒光光譜法、氫化物原子吸收光譜法和熒光法。

1.4? 土壤養分分級標準

參考第二次土壤普查養分分級標準，結合江津區實際情況，制訂土壤養分各指標豐缺標準（見表1～表3）[6-7]。

1.5? 高粱產業園土壤綜合肥力評價方法

在高粱產業園100個定點土樣化驗數據中，選取pH、有機質、堿解氮、有效磷、有效鉀5項指標作為確定高粱產業園土壤肥力綜合指標值的變量因子，再利用因子分析法和改進的內梅羅指數法對土壤進行綜合評價[8-10]。

1.5.1? 因子分析法

采用隸屬函數對各評價指標進行歸一化處理，pH采用拋物線型函數，其余各項指標均采用S型函數。再用因子分析法確定每個指標的權重，某評價指標的公因子方差與所有評價指標的公因子方差之和的比值即為該評價指標的權重[11-14]。

根據模糊數學加乘法原則，計算土壤綜合肥力指數（IFI）。

IFI=mnWmPm? （1）

式（1）中，Wm和Pm分別表示第m項的權重和隸屬函數值;n代表評價指標的個數。IFI取值在0～1，值越大代表土壤綜合肥力越高。

1.5.2? 內梅羅指數法

采用改進后的內梅羅綜合指數法對高粱產業園土壤肥力進行綜合評價，選取了pH、有機質等5個指標作為參比項來綜合反映高粱產業園土壤肥力水平[14-17]。根據土壤養分分級標準設置各屬性分級標準值Xa、Xc、Xp（見表4）。此外，土壤pH分級標準值確定參考前人研究結果，當土壤pH值在高粱最適范圍6.5～7.0時，IFIi=3;pH值在較適范圍7.0～8.5時，IFIi=2;pH值在<6.5或>8.5等不適范圍時，IFIi=1，綜合肥力（IFI值）分級標準見表5[18]。

分肥力系數IFIi的計算：

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

肥力綜合指數IFI的計算：

[IFI=IFIi平均2+IFIi最小22×n-1n]? ?（3）

式（2）中，IFIi表示分肥力系數;X表示測定值;Xa、Xc和Xp為分級標準值。式（3）中，IFI為土壤綜合肥力指數，IFIi平均為各肥力系數均值;IFIi最小為各肥力系數最小值;n代表評價指標的個數。IFI值介于0～3，IFI值越大，表示該土壤越肥沃。

1.6? 數據處理

試驗數據用Office 2007處理，SPSS 22.0進行相關性分析，Arcgis 10.0作圖。

2? 結果與分析

2.1? 土壤養分分析與豐缺評價

2.1.1? ?pH值、有機質和大量元素

根據100個樣品化驗數據，發現江津區高粱產業園土壤pH值變幅范圍為4.2～8.5，平均值為5.6，總體處于弱酸性，弱酸性及以下（pH值<6.5）樣點占比82%。有機質含量變幅范圍為3.54～29.30 g·kg-1，平均值為14.10 g·kg-1，總體上處于中等偏下水平，中等偏下及以下（<20 g·kg-1）樣點占比86%。全氮含量變幅范圍為0.38～1.75 g·kg-1，平均值為0.87 g·kg-1，總體上處于中等偏下水平，中等偏下及以下（<1 g·kg-1）樣點占比71%。全磷含量變幅范圍為0.15～1.16 g·kg-1，平均值為0.455 g·kg-1，總體上處于中等偏下水平，中等偏下及以下（<0.6 g·kg-1）樣點占比78%。全鉀含量變幅范圍為5.9～27.5 g·kg-1，平均值為19.0 g·kg-1，總體上處于中等偏上水平，中等偏上及以上（>15 g·kg-1）樣點占比85%。堿解氮含量變幅范圍為22.0～163.0 mg·kg-1，平均值為72.0 mg·kg-1，總體上處于中等偏下水平，中等偏下及以下（<90 mg·kg-1）樣點占比76%。有效磷含量變幅范圍為0.4～282.0 mg·kg-1，平均值為38.0 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，但波動幅度較大，豐富及以上（>20 mg·kg-1）樣點占比50%。速效鉀含量變幅范圍為14.0～845.0 mg·kg-1，平均值為179 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，豐富及以上（>150 mg·kg-1）樣點占比51%。

2.1.2? 中微量元素

根據30個樣品化驗數據，發現江津區高粱產業園土壤交換性鈣含量變幅范圍為1 200～7 600 mg·kg-1，平均值為4 162.7 mg·kg-1，總體上處于極豐富水平，所有樣點均大于國家級和市級分級標準的最高值（>1 000 mg·kg-1）。交換性鎂含量變幅范圍為240～1 440 mg·kg-1，平均值為732.8 mg·kg-1，總體上處于極豐富水平，90%的樣點均大于國家級和市級分級標準的最高值（>300 mg·kg-1）。有效鐵含量變幅范圍為8.8～277.0 mg·kg-1，平均值為92.1 mg·kg-1，總體上處于極豐富水平，極豐富（>20 mg·kg-1）樣點占比90%。有效錳含量變幅范圍為8.8～80.2 mg·kg-1，平均值為31.9 mg·kg-1，總體上處于極豐富水平，極豐富（>30 mg·kg-1）樣點占比53.4%。有效銅含量變幅范圍為0.22～2.33 mg·kg-1，平均值1.07 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，豐富及以上（>1 mg·kg-1）樣點占比43.3%，但另外56.7%的樣點均為中等水平（0.2～1.0 mg·kg-1）。有效鋅含量變幅范圍為0.24～3.50 mg·kg-1，平均值為1.3 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，豐富及以上（>1 mg·kg-1）樣點占比43.4%，另外有46.7%的樣點處于中等水平（0.5～1.0 mg·kg-1）。有效硼含量變幅范圍為0.05～0.49 mg·kg-1，平均值為0.179 mg·kg-1，總體上處于極缺乏水平，極缺乏（<0.2 mg·kg-1）樣點占比66.7%。有效鉬含量變幅范圍為0.03～0.11 mg·kg-1，平均值為0.057 mg·kg-1，總體上處于極缺乏水平，極缺乏（<0.1 mg·kg-1）樣點占比93.3%。有效硫含量變幅范圍為4.81～87.30 mg·kg-1，平均值為16.55 mg·kg-1，總體上處于缺乏和中等水平，缺乏（<16 mg·kg-1）樣點占比63.3%，中等（16～30 mg·kg-1）樣點占比26.7%。有效硅含量變幅范圍為60.1～786.0 mg·kg-1，平均值為170 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，豐富及以上（>115 mg·kg-1）樣點占比50%。陽離子交換量變幅范圍為9.58～28.00 cmol·kg-1，平均值為21.3 cmol·kg-1，總體上處于極豐富水平，極豐富（>20 cmol·kg-1）樣點占比66.7%。全硒含量變幅范圍為0.08～0.43 mg·kg-1，平均值為0.21 mg·kg-1，總體上處于富硒水平（包括高硒和中硒），富硒（>0.2 mg·kg-1）樣點占比63.3%。

2.2? 土壤養分含量的空間分布特征

由圖2可知，江津區高粱產業園土壤pH值空間上呈中西部高、東部低的分布趨勢。有機質空間上呈均勻分布，差異不明顯。全氮整體分布呈西南向東北逐漸增加趨勢。全磷呈現出中部低、四周高的空間分布特征。全鉀整體呈西南高、東北低的趨勢。堿解氮整體分布呈西南向東北逐漸增加趨勢。有效磷呈整體豐富、局部缺乏的分布格局。速效鉀整體分布呈西南向東北逐漸增加趨勢。

土壤交換性鈣空間上呈中部局部低、四周高的分布特點。交換性鎂空間上呈中部低、南北高的分布特點。有效鐵空間分布較為均勻，且都很豐富。有效錳整體呈中部低、南北高的分布趨勢。有效銅、有效鋅、有效硼空間上都呈西南低、東北高的分布特點。有效鉬空間分布較為均勻，且都很缺乏，東北局部較高。有效硅空間上由西向東呈降低趨勢。有效硫呈現出中部低、西南和東北高的空間分布特征。陽離子交換量空間上呈整體含量高、東西部局部低的分布格局。土壤硒含量整體呈中部高、南北低的趨勢。

2.3? 土壤養分指標的相關性分析

江津區高粱產業園土壤各養分指標的相關性分析如表7所示，土壤pH值與全磷、交換性鈣、陽離子交換量呈顯著正相關，與堿解氮、有效磷、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅、有效硫、全硒呈顯著負相關。土壤有機質與全氮、堿解氮、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅、有效硼、有效鉬、全硒呈顯著正相關。土壤全氮與堿解氮、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅、有效硼、有效鉬、全硒呈顯著正相關。土壤全磷與全鉀、有效磷、交換性鈣、陽離子交換量呈顯著正相關，與有效銅、有效硫呈顯著負相關。土壤全鉀與有效磷、交換性鈣、交換性鎂、陽離子交換量呈顯著正相關，與有效硫、全硒呈顯著負相關。土壤堿解氮與有效磷、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅、有效硼、有效鉬、全硒呈顯著正相關，與交換性鈣呈顯著負相關。土壤有效磷與有效錳呈顯著正相關，與有效硫、全硒呈顯著負相關。土壤速效鉀與有效鐵、有效鋅、有效硼呈顯著正相關。土壤交換性鈣與陽離子交換量呈顯著正相關，與有效鐵、有效鋅、有效硫、全硒呈顯著負相關。土壤交換性鎂與全硒呈顯著負相關。土壤有效鐵與有效銅、有效鋅、有效硼、有效鉬、全硒呈顯著正相關。土壤有效錳除與有效磷顯著正相關外，與其他養分指標都沒有相關性。土壤有效銅與有效鋅、有效硼、全硒呈顯著正相關。土壤有效鋅與有效硼、全硒呈顯著正相關。土壤有效鉬僅與有機質、全氮、堿解氮、有效鐵呈顯著正相關，與其他養分指標都沒有相關性。土壤有效硼與有機質、全氮、堿解氮、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅呈顯著正相關，與其他養分指標都沒有相關性。土壤有效硫與陽離子交換量呈顯著負相關。土壤有效硅與陽離子交換量呈顯著負相關。土壤陽離子交換量與全硒呈顯著負相關。

2.4? 土壤肥力綜合評價

選取土壤pH值、有機質及速效氮、磷、鉀5個養分指標，利用因子分析法和改進的內梅羅指數法對江津區高粱產業園土壤肥力進行定量化的綜合評價。由表8可知，因子分析法結果：2020年江津區高粱產業園土壤綜合肥力平均值為0.45，變幅范圍為0.16～0.84，變異系數為32.4%，總體處于Ⅲ級肥力水平;改進的內梅羅指數法分析結果：2020年江津區高粱產業園土壤綜合肥力平均值為1.1，變幅范圍為0.57～1.57，變異系數為17.8%，總體處于Ⅲ級肥力水平。不管是因子分析法還是內梅羅指數法，高粱產業園土壤綜合肥力總體處于偏低水平（Ⅲ級），其中pH值、有機質、堿解氮的分肥力系數較低。

3? 結論

江津區高粱產業園土壤pH值總體處于弱酸性，平均值為5.6，弱酸性及以下（pH值<6.5）樣點占比82%。土壤有機質、全氮、全磷、堿解氮總體上處于中等偏下水平，平均值分別為14.1 g·kg-1、0.87 g·kg-1、0.455 g·kg-1、72.0 mg·kg-1，中等偏下及以下樣點占比分別為86%、71%、78%、76%。土壤全鉀總體上處于中等偏上水平，平均值為19.0 g·kg-1，中等偏上及以上樣點占比85%。土壤有效磷、速效鉀總體上處于豐富水平，平均值為38.0 mg·kg-1、179 mg·kg-1，豐富及以上樣點占比分別為50%、51%。

根據中微量元素分析結果，土壤交換性鈣、交換性鎂、有效鐵、有效錳、陽離子交換量總體上處于極豐富水平，平均值分別為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，所有樣點的交換性鈣均大于國家級和市級分級標準的最高值（>1 000 mg·kg-1），90%樣點的交換性鎂均大于國家級和市級分級標準的最高值（>300 mg·kg-1），土壤有效鐵、有效錳、陽離子交換量，極豐富樣點占比分別為90.0%、53.4%、66.7%。土壤有效銅、有效鋅、有效硅總體上處于豐富水平，平均值分別為1.07 mg·kg-1、1.3 mg·kg-1、170 mg·kg-1，豐富及以上樣點占比分別為43.3%、43.4%、50.0%。土壤有效硼、有效鉬總體上處于極缺乏水平，平均值分別為0.179 mg·kg-1、0.057 mg·kg-1，極缺乏樣點占比分別為66.7%、93.3%。土壤有效硫總體上處于缺乏和中等水平，平均值為16.55 mg·kg-1，缺乏樣點占比63.3%，中等樣點占比26.7%。土壤全硒總體上處于富硒水平（包括高硒和中硒），平均值為0.21 mg·kg-1，富硒樣點占比63.3%。江津區高粱產業園土壤各養分指標含量空間分布特征各不相同，部分養分指標之間存在顯著的相關性。

土壤肥力綜合評價結果表明，江津區高粱產業園土壤綜合肥力總體處于偏低水平（Ⅲ級），土壤pH值、有機質和堿解氮是主要限制因子。建議在高粱產業園重點治理土壤酸化問題，采用秸稈還田、施用有機肥、種植綠肥等措施提高土壤有機質含量，并結合土壤養分空間分布特征，科學合理地施用化肥。

參考文獻：

[1] 賴寧，陳署晃，付彥博，等.基于GIS的南疆果園土壤肥力評價[J].新疆農業科學，2019，56（8）：1476-1486.

[2] 楊林生.重慶九葉青花椒養分管理現狀及優化施肥研究[D].重慶：西南大學，2019.

[3] 謝賢敏，李志琦，彭清.重慶市江津區耕地土壤養分監測與變化評價[J].南方農業，2017，11（25）：88-93.

[4] 喻陽華，王璐，鐘欣平，等.貴州喀斯特山區不同海拔花椒人工林土壤質量評價[J].生態學報，2018，38（21）：7850-7858.

[5] 郭文龍，吳擁強，劉建海，等.渭北旱塬高粱產業園土壤養分狀況及其調控措施[J].貴州農業科學，2020，48（8）：99-103.

[6] 全國土壤普查辦公室.中國土壤[M].中國農業出版社，1998.

[7] 楊林生，楊敏，彭清，等.重慶市九葉青花椒施肥現狀評價[J].西南大學學報（自然科學版），2020，42（3）：61-68.

[8] 吳海燕，金榮德，范作偉，等.基于主成分和聚類分析的黑土肥力質量評價[J].植物營養與肥料學報，2018，24（2）：325-334.

[9] 楊全合，安永龍.基于地統計學和GIS的通州區于家務鄉土壤肥力綜合評價[J].西南農業學報，2019，32（4）：882-891.

[10] 周偉，王文杰，張波，等.長春城市森林綠地土壤肥力評價[J].生態學報，2017，37（4）：1211-1220.

[11] 趙瑞芬，程濱，滑小贊，等.基于主成分分析的山西省核桃主產區土壤肥力評價[J].山西農業大學學報（自然科學版），2020，40（6）：61-68.

[12] 黃小輝，王玉書，魏立本，等.梁平柚主要產區土壤養分狀況及肥力評價[J].西南大學學報（自然科學版），2019，41（4）：49-56.

[13] 廖桂堂，李廷軒，王永東，等.基于GIS和地統計學的低山茶園土壤肥力質量評價[J].生態學報，2007，27（5）：1978-1986.

[14] 謝軍，方林發，徐春麗，等.西南紫色土不同施肥措施下土壤綜合肥力評價與比較[J].植物營養與肥料學報，2018，24（6）：1500-1507.

[15] 薛智德，方軍華，魏安智，等.鳳縣高粱產業園土壤養分特征研究[J].陜西林業科技，2017（4）：18-21.

[16] 薛智德，魏安智，王勝棋，等.鳳縣高粱產業園土壤四種微量元素含量分析[J].陜西林業科技，2017（2）：7-11.

[17] 王齊齊，徐虎，馬常寶，等.西部地區紫色土近30年來土壤肥力與生產力演變趨勢分析[J].植物營養與肥料學報，2018，24（6）：1492-1499.

[18] 張慶利，潘賢章，王洪杰，等.中等尺度上土壤肥力質量的空間分布研究及定量評價[J].土壤通報，2003，34（6）：493-497.

（責任編輯：易? 婧）

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