新疆滴灌棉田35年耕地土壤肥力演變趨勢分析
——以芳草湖農場為例*

馬 旭，高 翔，梁 飛

(1.新疆生產建設兵團第六師農業技術推廣站 新疆五家渠 831300；2.石河子工程職業技術學院 新疆石河子 832000；3.新疆農墾科學院農田水利與土壤肥料研究所 新疆石河子 832000)

0 前言

土壤肥力是衡量土壤能夠提供作物所需各種養分能力的重要指標[1]，是農業可持續發展的基礎。培肥是維持農業土壤肥力水平最重要的措施之一，了解土壤肥力的變化規律可為合理利用土壤資源和科學施肥提供依據[2]。單一作物長期種植造成土壤養分的變化是引起土壤連作障礙的重要因素之一[3]。迫于人口增加和經濟增長的需求，單一作物大面積連作在許多地區仍然普遍存在，新疆棉區棉花連作便是一種無法避免的普遍種植模式[4]。丁峰等[5]對新疆天山北坡經濟帶滴灌棉田不同年限的連作耕地土壤質量的研究表明，土壤中有機質的含量先升后降，平均含量整體增加；全氮、有效磷的含量呈S形上升趨勢，速效鉀則呈明顯下降趨勢。高文翠等[6]的研究表明，隨連作年限的延長，棉田土壤中有機碳的含量在時間尺度上表現為先增后降，連作1～5 a時土壤中總有機碳含量增加，連作5～17 a時總有機碳含量顯著下降。

棉花是新疆農業的支柱產業，受經濟利益驅動，北疆棉區長期進行棉花連作。芳草湖農場有37 000 hm2耕地，是兵團最大的中心團場，農業生產條件和技術水平在北疆墾區具有代表性，區域棉田一方面施肥量比其他農作物大[7]，另一方面棉花連作面積和時間逐年增大和延長，棉田土壤質量問題日益突出，嚴重制約了棉花產量和品質的持續提高，因此迫切需要開展長期連作棉田土壤肥力演變趨勢研究。同時，芳草湖農場土壤基礎資料保存較完整，分析芳草湖農場多年間土壤養分的變化，可以為北疆棉區的科學施肥和土壤質量管理工作提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

芳草湖農場位于新疆維吾爾自治區呼圖壁縣境內大片的河漫平原中，全年無霜期142～184 d(平均163 d)，不低于10 ℃的積溫3 649.8 ℃，熱量條件滿足特早熟-早熟棉花生產要求；地勢平坦，土壤類型為灌耕灰漠土，土壤質地以壤土為主；轄區面積1 129.6 km2，耕地面積37 333 hm2；主要作物有棉花、加工番茄、小麥、葡萄、葫蘆、食葵、打瓜等，其中棉花的占比為播種面積的三分之二以上，是主要的農業經濟作物。

1.2 數據來源

數據來源于1985年(全國第二次土壤普查)、1996年(團場取樣化驗結果)、2006年(測土配方數據)和2020年(第三次全國土地調查)對土壤養分的調查，數據指標包括有機質、全氮、有效磷和速效鉀含量，相關肥力評價因子測定方法參照《土壤農業化學分析方法》[8]；棉花產量水平來源于新疆生產建設兵團第六師的統計數據。

1.3 數據處理

對棉田土壤養分含量的均值、相對標準偏差進行分析，土壤養分分級參照全國第二次土壤普查分級標準[9]和國家標準《耕地質量等級》(GB/T 33469—2016)[10]，主要養分含量分級指標體系見表1。數據采用Microsoft Excel 2010和SPSS 16.0軟件處理和分析，采用Sigmaplot 12.5作圖。

表1 土壤中主要養分含量分級指標

2 結果與分析

2.1 35年棉田土壤中有機質含量的變化趨勢

土壤有機質具有協調土壤養分、水分和氣、熱的功能，是土壤肥力的重要指標[11]。根據馬鄂超[12]的研究，1988年兵團秸稈還田390.17萬畝(1畝=667 m2)，土壤有機質質量分數由1980年的0.25%～0.70%提高至0.70%～1.20%。由圖1可以看出，新疆棉田土壤中有機質的質量分數總體呈上升趨勢，從1985年的11.7 g/kg升至2020年的17.7 g/kg，但是有機質水平仍處于低肥范圍。土壤有機質含量增加的主要原因可能與新疆滴灌棉田秸稈還田有關，秸稈作為重要的有機肥源，連作結合秸稈還田年限延長，棉田土壤有機質含量穩定性逐漸提高[13]。

2.2 35年棉田土壤中全氮含量的變化趨勢

氮素是各種農作物在生長發育階段中不可缺少的重要元素之一，也是土壤養分的重要組成部分。土壤全氮是土壤中各種形態氮素含量的總和，在一定程度上可代表土壤的供氮水平，與土壤肥力和農業生產過程密切相關[12]。由圖2可知：新疆滴灌棉田土壤中全氮的質量分數呈上升趨勢，從1985年的0.60 g/kg升至2020年的1.09 g/kg，35年土壤全氮的質量分數漲幅達到82%；2006年以前新疆滴灌棉田土壤中全氮含量處于低肥水平，2006—2020年全氮含量的漲幅較快，2020年已達到中肥條件。新疆棉田土壤中全氮含量上升與施肥量增加有關，新疆兵團第六師的統計數據顯示，芳草湖農場全部化肥用量1985年為974 t，1996年為7 532 t，2006年為9 063 t；2020年芳草湖農場化肥總用量為19 241 t，其中氮肥6 150 t、磷肥5 653 t、鉀肥1 151 t、復合肥6 287 t。

2.3 35年棉田土壤中有效磷含量的變化趨勢

磷是重要的養分資源，對農作物的生長、產量及品質均具有重要影響[13]。土壤有效磷是指能被植物直接吸收和利用的無機磷或者小分子有機磷，是評價土壤供磷能力的重要指標[14]。由圖3可知：新疆滴灌棉田土壤中有效磷的質量分數呈上升趨勢，從1985年的8.60 mg/kg升至2020年的31.1 mg/kg，35年土壤中速效磷的質量分數增加了262%；由1985年的低肥水平逐步發展成中肥水平(1996—2006年)，2020年已達到高肥水平。其主要原因是區域肥料用量逐年增加，尤其磷肥利用率低，土壤殘留量較大。

2.4 35年棉田土壤中速效鉀含量的變化趨勢

土壤速效鉀能夠直觀反映土壤鉀素水平和供應能力，作為作物生長周期內可以獲取的主要養分，直接影響農產品的產量和品質[15]。由圖4可知：新疆滴灌棉田土壤中速效鉀的質量分數呈上升趨勢，從1985年的196.9 mg/kg升至2020年的554.4 mg/kg，35年土壤中速效鉀的質量分數提高了182%；除1985年芳草湖農場土壤中速效鉀含量為高肥水平外，1996—2020年均處于極高水平。其主要原因與新疆土壤的成土母質中富含鉀礦石和灌溉水中普遍含有鉀、鈉離子有一定的關系，同時不能忽視施肥對土壤速效鉀累積的影響。

2.5 35年皮棉產量的變化趨勢

新疆滴灌棉田棉花產量直接影響當地農民的收入和區域社會的經濟發展。由圖5可知：芳草湖農場滴灌棉田的皮棉平均產量從1985年的494 kg/hm2增加至2006年的2 295 kg/hm2，20年間提高了3.6倍；雖然2006—2020年間芳草湖農場的化肥用量提高了2.12倍，但皮棉產量基本上無大的變化，說明過量施肥不能帶來棉花的增產，因此建議合理施肥，控制肥料投入總量。

3 結語

(1)新疆滴灌棉田35年耕地土壤肥力演變趨勢

從1985年到2020年，新疆滴灌棉田耕地土壤肥力整體呈現上升趨勢，其中有機質含量增加了51%，全氮含量增加了82%，速效磷含量增加了262%，速效鉀含量增加了182%；耕地土壤中有機質和全氮含量增加較慢，按照主要養分含量分級指標體系分析，有機質和全氮含量仍處于低肥水平；速效磷含量增加較快，已由1985年的低肥水平逐步發展到1996—2006年的中肥水平，2020年達到了高肥水平；速效鉀含量也增加較快，從1985年的高肥水平發展到1995—2020年的極高水平；20年間皮棉產量提高了3.6倍；2006—2020年間化肥用量提高了2.12倍，但皮棉產量無明顯增加。

(2)新疆滴灌棉田施肥建議

新疆滴灌棉田應結合土壤肥力狀況和水肥一體化技術進行施肥。首先，秸稈還田應繼續實施，通過合理實施棉花秸稈還田技術，提升耕地中的有機質和全氮含量；其次，應控制磷肥、鉀肥用量，通過水肥一體化技術在棉花需肥關鍵期合理施用磷肥、鉀肥，做到因缺補缺；再次，新疆棉田實現水肥一體化后，棉花根系分布范圍發生了極大的變化，大量的根系分布在滴灌帶周圍，因此在施肥中應充分考慮根系分布范圍，做到根區施肥；最后，根據前期研究結果，硼、鋅、錳等微量元素分布不均勻，部分耕地處于缺乏狀態[16]，應充分利用水肥一體化技術并結合測土配方技術，合理配施中微量元素肥料。