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农垦蔗区土壤养分变化分析

[摘要]为探明近年来甘蔗主产区土壤养分分布情况,2016—2020年对广东农垦蔗区布点采集土壤样品,5a共采集有效样品1178份,分析土壤养分随着时空变化的情况。结果发现,随着时间变化,蔗区土壤酸化情况严峻,强酸和酸性土壤合计占比超过80%;有机质含量总体较高,呈先降后升趋势;全氮含量处于中量以上水平;碱解氮含量先降后增,总体适宜;有效磷含量整体处于过量水平;速效钾含量趋于稳定和丰富。

[关键词]甘蔗;土壤养分;时空变化

0引言

土壤是植物生长最主要的载体,其基本理化性质不仅影响农业生产和环境发展[1],而且影响该区域在全国生态环境战略布局中的地位[2]。随着经济社会的发展,农业发展方向已由曾经的家庭农业向集约化农业转变,土地利用方式随之发生巨大变化[3]。了解和掌握耕地土壤的养分时空变化,可为改良耕地土壤和提高耕地土壤质量提供基础数据,是耕地地力评价与测土配方施肥的前提条件。甘蔗是热带、亚热带地区重要的经济作物[4],是全球第一大糖料作物和第二大生物能源作物,也是我国重要的工业原料之一,在国民生产生活中占据着重要地位[5]。

目前,我国是世界第三大甘蔗生产国,食糖总产量中超90%为蔗糖,但其仅能满足国内70%的用糖需求,剩余仍依赖进口[6]。虽然我国甘蔗的种植面积和产量都处于高水平,但是与巴西、澳大利亚等生产强国相比,单位面积产量仍存在较大差距[7]。部分生产者为追求高产量,肆意提高养分投入量,导致施肥乱象丛生,单位面积的养分投入量远高于上述国家,由此导致的养分利用率低、生产成本和环境污染风险增加等问题愈发突出,并导致耕地土壤质量逐年下降[8]。因此,摸清近年来我国甘蔗主产区耕地土壤养分分布情况,对促进甘蔗产业向高产、高效、环境友好及可持续方向发展意义重大。粤西是我国甘蔗主要种植地区,广东农垦蔗区也集中在该区域。统计资料显示,2014—2019年粤西甘蔗种植面积年均1.37×105hm2,平均产量85t/hm2[9]。基于此,笔者以广东农垦蔗区为研究对象,分析其土壤养分时空变化情况。

1试验材料与方法

1.1试验材料

2016—2020年,在广东农垦湛江垦区蔗区进行布点采样,采样地点涉及东方红农场、火炬农场、友好农场、五一农场、湖光农场、金星农场、南华农场、华海公司、广前公司和丰收公司等10个垦区农场。2016—2020年,分别采样214、256、228、140份和340份,共计1178份甘蔗种植地土壤样品。

1.2试验方法

采样时避开施肥区域,去除土样中植物根系及土块、石块,每份样品约1kg。土壤带回实验室后自然风干、磨细、过筛,分别测定其pH值及有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量。其中,有机质含量采用外加热重铬酸钾容量法测定,全氮含量采用凯氏定氮法测定,碱解氮含量采用碱解扩散法测定,有效磷含量采用盐酸-硫酸浸提-钼锑抗比色法测定,速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定,pH值采用电位法(土液比1.0∶2.5)测定。综合黄振瑞[10]、温中海[11]、刘少春[12]等研究,将土壤分级标准定为5个等级。其中,pH值分级标准如下:强酸性,pH值<4.5;酸性,4.5≤pH值<5.5;微酸性,5.5≤pH值<6.5;适宜,6.5≤pH值<7.5;碱性,pH值≥7.5。土壤养分分级标准详见表1。所有数据计算、分析及图表制作均采用Excel2016软件。

2试验结果与分析

2.1土壤pH值

由表2可知,2016—2020年5a蔗区土壤pH值的平均值为4.68。其中,强酸性和酸性土壤合计占比均超过93%(2019年除外,83.57%),说明蔗区土壤酸化情况严峻,不利于甘蔗生长。根据甘蔗生长对土壤pH值的要求,5a平均仅6.87%的土壤符合甘蔗生长要求,其中2019年比例最高,为16.43%。

2.2土壤有机质含量

由表3可知,2016—2020年蔗区土壤有机质含量平均值呈先降后升趋势,5a平均值为29.09g/kg。其中,2016年和2020年平均值均超过30g/kg,2018年最低,为26.03g/kg。虽然土壤有机质含量变化幅度较大,但中量及以上占比均超过85%,2020年甚至全部处于中量以上水平,有26.18%的土壤有机质含量为丰富级别,表明蔗区土壤有机质总体较为丰富,且呈上升趋势。

2.3土壤全氮含量

由表4可知,2016—2020年蔗区土壤全氮含量平均值为1.38g/kg。除2018年外,其余年份超过90%土壤全氮含量在中量以上,说明蔗区土壤全氮总体较为丰富。

2.4土壤碱解氮含量

由表5可知,2016—2020年蔗区土壤碱解氮含量平均值为133.46mg/kg,处于中量水平,但分布范围在15.60~540.76mg/kg。其中,2017年变幅最大,变异系数超过40%。从分布频率来看,各年缺量和低量占比均超过30%,中量占比最高,过量(包括高量和丰量,下同)比例少于10%,表明蔗区土壤碱解氮含量总体较为适宜。

2.5土壤有效磷含量

由表6可知,2016—2020年蔗区土壤有效磷含量变化幅度较大,最低0.91mg/kg,最高99.76mg/kg。5a土壤有效磷平均含量为37.29mg/kg,平均变异系数为68.00%,表明蔗区土壤有效磷含量分布不均匀。其中,2016—2020年缺量和低量占比之和分别为34.11%、33.21%、28.07%、37.15%、22.65%,中量及以上所占比例分别为65.89%、66.79%、71.93%、62.85%、77.36%,说明蔗区土壤有效磷含量虽然变幅较大,但整体处于过量状态,缺乏所占比例较小。

2.6土壤速效钾含量

由表7可知,2016—2020年蔗区土壤速效钾含量变化很大,除2016年外,其余年份的变异系数均超过50%,2017年达到峰值83.46%,随后逐年降低。2016年,蔗区土壤有效磷含量有91.12%集中在中量及以上水平,而2017—2020年有所降低,分别为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年无缺量比例。2016—2020年,土壤速效钾含量平均值分别为176.00、130.71、130.83、138.87、138.73mg/kg,除2016年较高外,2017—2020年维持在稳定水平,表明随着时间推移,蔗区土壤速效钾含量趋于稳定和丰富。

3讨论与结论

粤西蔗区是我国肥料投入最大的蔗区。有调查资料显示,近年来这里的N、P2O5、K2O年投入量分别为300~1000、120~400、240~600kg/hm2,为世界平均水平的3倍,更是部分发达国家的5倍之多[13]。自2015年我国开始实施化肥减量增效行动,到2020年实现化肥用量零增长,该蔗区的土壤养分积累速度才有所缓和。冯学娟等[14]曾对该蔗区部分农场进行大面积的采样调查,发现与第二次全国土壤普查结果相比,该蔗区土壤pH值呈下降趋势,即土壤有酸化加重迹象。该研究结果显示,2016—2020年该蔗区土壤pH值变化情况仍不乐观,超过80%的土壤为酸性或强酸性,偏离甘蔗适宜pH值较多,而5a平均仅有不到7%的土壤适宜种植甘蔗。土壤有机质含量是衡量土壤肥沃度的重要指标之一。冯学娟等[14]研究表明,广东湛江农垦蔗区土壤有机质含量在20~34g/kg,且呈下降趋势。而该研究结果显示,2016—2020年湛江垦区蔗区土壤有机质含量平均值最小为26.03g/kg、最大为34.66g/kg,且呈先降后升趋势,较前人调查有缓和迹象。这表明随着农业生产结构的改变,种植者更加注重有机肥的使用,同时秸秆还田也是增加土壤有机质含量的有效措施。随着化肥减量增效行动的实施,蔗区农业生产中的养分投入量也在改变[15]。

从早期的单施尿素到复合肥的使用,转向化肥减量配施有机肥,再到近年来甘蔗专用配方肥的使用,蔗区土壤大量元素含量发生较大的变化[16]。该研究结果显示,土壤全氮、碱解氮含量在5a间呈先降后升趋势,有效磷、速效钾含量稳定且丰富。分析原因,可能是由于前期发展需要,加之人们“增肥=增产”的认知,在生产上一味地追求化肥尤其是氮肥的使用,造成土壤氮素累积,全氮和碱解氮含量均有所增加,土壤酸化情况加重,偏离了甘蔗生长需要,导致甘蔗对养分的吸收量降低。而随着一系列减肥增效措施的落地,加之新型肥料、施肥技术的加持,蔗区土壤养分情况向较好的方向转变。广东农垦蔗区是全国主要的甘蔗生产区。2016—2020年的调查结果显示,广东农垦蔗区土壤除pH值情况不乐观外,有机质和大量元素含量处于较为合适的区间。针对后期生产而言,蔗区需要加强对土壤酸化情况的监测,在大规模机械化作业中注重土壤改良剂的使用,配施甘蔗配方肥和缓控释肥等新型肥料,缓和酸化趋势,从而提高养分利用效率,进而实现甘蔗增产增收。

参考文献:

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[3]张克胜.家庭农业向集约化农业转型的必由之路[N].吕梁日报,2017-06-09(2).

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[5]徐雪,夏海龙.中国食糖未来10年产需形势展望[J].世界农业,2014(7):95-99.

[6]周一帆,杨林生,孟博,等.中国甘蔗主产区产量差及影响因素分析[J].中国农业科学,2021(11):2377-2388.

[7]王继华,商贺阳,杨少海.我国甘蔗养分高效利用的研究进展[J].中国糖料,2018(6):66-68.

[8]钟萍,王登峰,魏志远,等.我国热区农田土壤养分时空分布研究:以海南省东方市为例[J].南方农业学报,2014(1):58-62.

[9]广东统计信息网.广东统计年鉴2020年[DB/OL].(2020-10-09)[2022-07-21].

[10]黄振瑞.高产甘蔗养分需求规律及施肥调控研究[D].北京:中国农业大学,2015:73.

作者:杨江波 冯学娟 吴刃 经福林 张曼其 单位:广东农垦热带农业研究院有限公司 广东省湛江农垦科学研究所

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