河南省潮土區土壤肥力現狀分析

程國峰，黃 達，趙冬麗，王立強，程志杰

（1柘城縣農業農村局，河南 商丘 476200；2河南省土壤肥料站，鄭州 450003；3滑縣土壤肥料站，河南 安陽 456400）

0 引言

潮土是發育在河流沉積物上的土壤類型。中國潮土區地勢平坦、有效土層深厚，生長性狀良好[1]；面積為38488萬hm2，占全國耕地面積的15.9%左右[2]，是中國的糧食生產主產區。河南省潮土分布區域廣、面積大，主要分布于黃淮海平原和南陽盆地，其耕地面積占全省耕地面積的43.22%[3]。土壤肥力的概念有狹義和廣義之分。狹義的土壤肥力通常指土壤向植物生長發育供應養分的能力；而廣義的土壤肥力則為土壤物理、化學、生物性質以及環境狀況的綜合體現。土壤肥力直接影響著作物生長，關系著農業生產結構，是決定作物產量高低的重要因子[4]。王樂等[5]指出，在華北潮土區，土壤地力對小麥產量的平均貢獻率48%，對玉米產量的平均貢獻率為51%，而土壤地力越高，說明土壤肥力越高。馬常寶等[6]研究結果與之類似，即潮土區土壤肥力對小麥產量的平均貢獻率為51.4%，對玉米產量的貢獻率為54.0%。唐旭等[7]通過研究水稻-大麥輪作體系18年定位試驗指出，土壤肥力對大麥和水稻產量的貢獻率分別為69%和75%。國外長期定位監測點結果顯示，高肥力土壤在不施肥情況下，耕作50年后作物產量仍能夠保持較高水平；而在低肥力土壤不施肥情況下，作物產量則逐年降低[8]。在施用化肥的背景下，土壤養分供應能力由土壤基礎肥力和肥料投入共同決定[9]。土壤肥力對產量的貢獻率可能會因為不同區位條件、不同作物類型、不同管理措施等因素呈現出明顯差異，但其影響效應無法替代。本研究在區域耕地質量調查的基礎上，對河南省潮土土壤肥力現狀進行了分析，以期為潮土區土壤養分管理提供決策服務。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

選擇河南省潮土區滑縣、柘城縣、睢縣3個典型行政縣域為研究區域?；h位于河南省北部，年平均氣溫13.7℃，年均降水量634.3 mm，年日照時數2365.5 h，無霜期201天。柘城縣位于河南省東部，年平均氣溫14.5℃，年均降水量781.9 mm，年日照時數2023.7 h，無霜期208天。睢縣位于河南省東部，年均氣溫14.0℃，年均水量701 mm，年日照時數2236.0 h。3個縣域均屬于溫帶季風氣候，地形為平原。

1.2 數據獲取

2018年，為進行耕地質量調查和評價，在河南省滑縣、柘城縣和睢縣以666.7 hm2耕地作為一個調查單元，收集了經緯度、地形地貌、土壤類型、土壤質地、灌溉水平、生物多樣性、作物產量等信息，同時采集0～20 cm土壤樣品，一個土樣由15個分樣混合而成，然后用于實驗室土壤養分含量檢測。共獲取調查點位375個，本研究選取了其中5個表征土壤肥力的指標，其具體內容及測定方法如下：

土壤pH：依據農業行業標準《土壤檢測第2部分：土壤pH的測定》(NY/T 1121.2—2006)測定。

土壤有機質：依據國家標準《耕地質量等級》(GB/T 33469—2016)測定。

土壤全氮：依據農業行業標準《土壤檢測第24部分：土壤全氮的測定自動定氮儀法》(NY/T 1121.24—2012)測定。

土壤有效磷：依據農業行業標準《土壤檢測第7部分：土壤有效磷的測定》(NY/T 1121.7—2014)測定。

土壤有效鉀：依據農業行業標準《土壤速效鉀和緩效鉀含量的測定》(NY/T 889—2004)測定。

1.3 數據處理

運用Microsoft Excel 2016和Sigmaplot 12.5對試驗數據進行統計和繪制圖表，運用SPSS Statistics 26.0軟件對試驗數據進行主成分分析。采用K-均值聚類法將土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀含量分為4個等級。所涉及的土壤肥力要素含量數據（盒形圖）均以每組數據的中值表示。

2 結果與分析

2.1 土壤養分現狀分析

如圖1所示，在375個調查樣本數據中，土壤pH變化范圍為 pH 7.3～8.7，平均為 pH 8.2，變異系數2.6%。說明潮土區土壤屬中性和偏堿性。土壤有機質含量變化范圍2.7～38.1 g/kg，平均為17.4 g/kg，變異系數28.8%。土壤全氮含量變化范圍0.4～1.74 g/kg，平均為1.11 g/kg，變異系數22.7%。土壤有效磷含量變化范圍3.3～99.0 mg/kg，平均為21.1 mg/kg，變異系數71.6%。土壤速效鉀含量變化范圍30～417 mg/kg，平均為141 mg/kg，變異系數45.9%。

圖1 潮土土壤肥力要素含量

2.2 土壤養分含量分級

利用K-均值聚類分析法將土壤養分含量分為4個等級。如表1所示，土壤有機質含量4個分級范圍分別為＞23.6、18.1～23.6、12.2～18.1、＜12.2 g/kg，平均值分別為26.4、20.6、15.6、8.8 g/kg，每一分級樣本所占總樣本量的比例分別為8.0%、37.1%、41.3%、13.6%，第2、3分級共占比例為78.4%。

表1 土壤養分含量分級

土壤全氮含量分級范圍分別為＞1.35、1.09～1.35、0.85～1.09、＜0.85 g/kg，平均值分別為1.48、1.22、0.97、0.74 g/kg，每一分級樣本量所占總樣本的比例分別為18.4%、30.7%、35.7%、15.2%，第2、3分級共占比例66.4%。

土壤有效磷含量分級范圍分別為＞61.9、36.1～61.9、18.3～36.1、＜18.3 mg/kg，平均值分別為 79.0、48.9、24.4、12.2 mg/kg，每一分級樣本量所占總樣本的比例分別為2.7%、8.8%、32.0%、56.5%。

土壤速效鉀含量分級范圍分別為＞256、171～256、110～171、＜110 mg/kg，平均值分別為 308、205、136、84 mg/kg，每一分級樣本量所占總樣本的比例分別為6.4%、18.9%、38.4%、36.3%，第3、4分級共占比例74.7%。

2.3 土壤肥力主成分分析

如表2所示，按照指標得分系數從大到小排列為土壤全氮＞有機質＞pH＞速效鉀＞有效磷。第1、2、3主成分的特征值分別為2.638、0.946、0.702，對總方差的貢獻率分別為52.766%、18.918%、14.043%，三者之和為85.727%，前兩者之和為71.683%，即第1、2主成分影響了土壤肥力全部變化的71.683%。由表3可以看出，土壤全氮、有機質、有效磷三個指標是影響土壤肥力變化的主要因素。

表2 主成分特征值及其在總變異方差中的占比

表3 成分矩陣

3 結論

河南省潮土區土壤平均pH 8.2，土壤呈中性至偏堿性。土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀、平均含量分別為 17.4 g/kg、1.11 g/kg、21.1 mg/kg、141 mg/kg。土壤有機質、全氮含量主要處于中等水平；土壤有效磷含量、速效鉀含量整體處于低水平。土壤全氮、有機質、有效磷是潮土區土壤肥力的主要貢獻因子。

4 討論

王樂等[10]通過分析中國12個省、市、自治區51個潮土長期耕地質量監測數據，指出1997—2016年間潮土土壤pH呈下降趨勢，監測后期（2004—2016年）平均為pH 7.8；土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀含量整體呈上升趨勢，監測后期（2004—2016年）其平均含量分別為17.2 g/kg、1.06 g/kg、28.3 mg/kg、135 mg/kg；同時，其指出潮土區土壤全氮和有機質是土壤肥力的主要貢獻因子，培肥潮土的主要途徑是提升兩者含量。本研究結果除土壤速效磷含量降低了7.2 mg/kg，其他養分含量無較大差異。

本研究指出，土壤全氮、有機質、有效磷3個指標是影響潮土土壤肥力變化的主要因素。而農田土壤肥力在時間尺度上的變異主要源于人為因素，農業管理措施尤其長期施肥對土壤理化性狀影響顯著。在農業生產實際，應注重應用增施有機肥、秸稈還田、采用保護性耕作等有助于提升土壤有機質含量的技術措施。在目前大量施肥的情況下，土壤養分含量與肥料投入量息息相關。大量研究結果表明，過量施用氮肥已經產生了負面效應，如導致土壤養分失衡，增加硝酸鹽淋失風險，不僅浪費了氮素資源，而且污染了環境[11-13]。王樂等[5]分析指出，潮土區化肥投入量N:P2O5:K2O為1:0.41:0.61，顯然氮的投入量要遠遠高于磷鉀的投入量。因此，應注重調整施肥結構，平衡養分尤其氮素磷素投入量。

關于土壤養分豐缺分級標準，研究中大多利用專家經驗法，而且所涉及的區域范圍較廣。本研究利用K-均值聚類分析法將潮土土壤養分含量定量劃分為4個等級，具有較強的針對性。同時，關于土壤養分含量的最佳合理范圍或者閾值范圍缺乏相應的研究，需要進一步的深入研究。不過對于土壤磷含量閾值，已有研究進行了定量分析。張珂珂等[14]研究結果表明，潮土區0～20 cm土層有效磷生態閾值為25 mg/kg，超過這一臨界值，則土壤磷素淋失風險增大，需要控制磷的投入量。郭斗斗等[15]指出，在土壤有效磷含量＜13.1 mg/kg范圍內，潮土區小麥產量隨有效磷含量增加而增加，而當＞13.1 mg/kg時，有效磷含量增加對小麥的產量沒有顯著影響，并且有效磷長期處于盈余狀態，淋失風險增大。中國土壤速效磷與產量之間的農學閾值范圍在10.9～21.4 mg/kg，其中冬小麥平均為16.3 mg/kg，夏玉米平均為15.3 mg/kg[16-17]。則本研究375個樣品中，22.9%的點位有效磷含量＞25 mg/kg，52.8%的點位＞16.3 mg/kg，57.9%的點位＞15.3 mg/kg，65.1%的點位＞13.1 mg/kg。若按照目前研究中確定的土壤有效磷閾值，潮土區有一半以上有效磷含量盈余，農業生產中應有針對性地減少磷投入量，盡可能提高土壤磷利用效率。