惠州市惠城区不同耕作方式土壤养分变化特征及差异

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　　摘要    以广东省惠州市惠城区耕地质量监测点为研究对象，对2013—2017年土壤养分变化情况进行分析，采用非对称T检验及主成分分析等研究方法，得出研究区连续5年水田和旱地2种土地利用方式下耕地土壤肥力状况及变化趋势，以期为土壤可持续利用、培肥地力和提升耕地质量提供借鉴。结果表明，研究区整体土壤肥力中等，土壤呈酸性，有机质、碱解氮和速效钾含量中等，有效磷含量丰富。主成分分析结果显示，水田耕作模式有利于土壤有机质积累，旱地耕作模式有利于提高土壤pH值和有效磷，不同年份水田和旱地土壤养分主要受农户每年施用氮肥和钾肥影响明显。因此，通过增施有机肥和改变施肥方式，可提高肥料利用率，尤其是氮、钾肥利用率，并且能够有效改善土壤理化性状、提高土壤速效养分。
　　关键词    水田;旱地;耕地质量;土壤养分;广东惠州;惠城区
　　中图分类号    S158        文献标识码    A
　　文章编号   1007-5739（2020）14-0176-03
　　珠江三角洲是我国工业化、城市化发展最快的地区之一，土地利用格局不断发生着重大改变。惠城区作为惠州市主城区，地处珠江三角洲腹地，城镇化、工业化进程不断加快，城郊结合型农业产业结构发生了重大的变化，由原先以水稻种植为主逐渐演变为粮、果、蔬综合发展的多种经营模式[1]。在不同土地利用方式下，由于不同耕作制度及种植模式下肥料用量与施用方式、耕作方式等田间管理的差异，造成碳、氮、磷等养分浓度发生大幅变化[2]。以粤港澳大湾区规划为契机，为适应农作物高产优质的要求，保障粮食安全，发展效益农业，及时了解研究区域土壤肥力的变化规律，对促进研究区农业的增产增收及农业可持续发展具有重要意义。本文通过分析惠城区近5年耕地地力监测点土壤养分含量及其变化动态，对比分析水田和旱地2种土地利用方式下土壤养分变化趋势和主成分分析，了解不同耕作模式对土壤理化性质影响的差异及机理，为改善耕地利用现状、合理利用土壤资源、发展可持续农业提供有力依据[3]。
　　1    材料与方法
　　1.1    研究區域概况
　　惠州市惠城区位于东江中下游、珠江三角洲东部，光照充足、雨量充沛、水资源丰富，土壤自然条件较好，是珠三角的主要耕作区和重要农业生产基地。惠城区下辖5个乡镇、8个街道办事处，地貌类型有平原、丘陵和山地，成土母质以砂砾岩、砂页岩、花岗岩和河漫滩冲积物为主，土壤类型以水稻土、潮土和赤红壤为主。惠城区作为惠州市主城区，城镇化、工业化进程不断加快，耕地数量和质量发生了显著变化。自20世纪90年代起，惠城区陆续建立了13个耕地地力长期监测点，包括1个省级主点、5个省级副点、7个市级监测点，监测点分布在汝湖、马安、横沥、芦洲等4个农业镇（街）（表1）。将13个监测点分成水田和旱地2种利用方式，其中水田8个、旱地5个。
　　1.2    土壤样品采集
　　每年冬种前采集耕层0～20 cm土壤，采用“S”法，均匀随机采取5～10个采样点，充分混合后，四分法留取2 kg。自然风干，去除杂质，分别过2 mm和0.149 mm筛，备用。
　　1.3    样品分析方法
　　有机质测定采用重铬酸钾外加热法;碱解氮测定采用碱解扩散法;有效磷测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法;速效钾用乙酸铵提取-火焰光度法;土壤pH值测定采用pH计电位法（土∶水=1.0∶2.5）。
　　1.4    数据分析
　　数据处理采用WPS Excel、SAS（SAS 8.0 Software，SAS ins-titute Inc.）和（ADE-4）[4]软件。采用T检验分析2013—2017年水田和旱地2种利用方式之间土壤pH值和主要养分含量差异。采用直线趋势线方法，获得各指标年度变化趋势，以趋势线的斜率作为年度变化量（以年度变化量与起始年度的养分含量的比值作为年均变化百分比）。结合全国第二次土壤普查养分分级标准[5]将土壤养分含量进行分级。
　　2    结果与分析
　　2.1    水田与旱地土壤pH值变化情况
　　从图1可以看出，连续5年旱地pH值均值在5.3～5.8之间，根据第二次土壤普查养分分级标准，呈酸性到微酸;水田pH值均值在5.0～5.5之间，呈酸性。2种利用方式土壤pH值均呈现逐年上升趋势，旱地年均增长0.09，水田年均增长0.06。说明研究区土壤酸化程度降低，旱地耕作模式更有利于提高土壤pH值，减轻土壤酸化程度。
　　2.2    水田与旱地土壤有机质变化情况
　　从图2可以看出，水田土壤有机质含量高于旱地，水田有机质含量呈平稳变化趋势，旱地有机质含量稳中略降。水田有机质含量为20.7～24.4 mg/kg，依照第二次土壤普查养分分级标准划分，处于三级水平，含量为中等;旱地有机质含量为10.6～13.3 mg/kg，处于四级水平，含量中等偏低。说明研究区有机质含量整体中等偏低，处于稳定状态。
　　2.3    水田与旱地土壤碱解氮变化情况
　　从图3可以看出，除2016年以外，2013—2017年水田碱解氮含量均大于旱地，水田碱解氮含量呈降低趋势，旱地碱解氮含量呈上升趋势。水田碱解氮含量均值为92.5～116.0 mg/kg，依照第二次土壤普查养分分级标准划分，处于三级水平，含量为中等偏上水平;旱地碱解氮含量均值为85.0～123.0 mg/kg，处于二至四级水平，含量中等。 　　2.4    水田与旱地土壤有效磷变化情况
　　由图4可以看出，旱地有效磷含量高于水田，旱地平均值为41.8～68.9 mg/kg，属于一级水平，含量极丰富;水田平均值为29.3～49.7 mg/kg，属于一至二级水平，含量丰富。连续5年旱地和水田有效磷含量均呈现下降趋势，旱地年降低率为4.6%，水田降低率为7.9%。这表明研究区土壤有效磷含量丰富，随着平衡施肥技术推广，农户注重平衡施肥，更多施配方肥，少施磷肥。
　　2.5    水田与旱地土壤速效钾变化情况
　　从图5可以看出，水田速效钾含量为61.1～123.9 mg/kg，属于三至四级水平，含量中等，大致呈逐年递减趋势;旱地速效钾含量为78.0～109.0 mg/kg，属于三至四级水平，含量中等，呈现稳中有增趋势。2013年旱地速效钾低于水田，2014—2017年旱地速效钾含量均高于水田。可能原因：一是由于水田钾肥易随水流失;二是旱地种植的蔬菜和水果等需钾量高，农户注重增施钾肥或者施用高钾配方肥。
　　2.6    水田与旱地土壤肥力特性主成分分析
　　主成分分析可以实现对各指标及主成分得分的综合变异分析。本研究对水田和旱地13个样点的5个土壤肥力指标进行了主成分分析。结果表明，第一、二主成分累计方差贡献率达到52.63%，主成分分析载荷图中箭头代表各土壤性质的矢量，矢量在2个主成分轴上的投影长短代表该变量与主成分的关系，投影越长，贡献率越大;主成分得分图代表各土地利用方式土壤综合得分位置，其与该样点在空间载荷图上土壤性质矢量的位置相对应[6]。由图6（a）可知，第一主成分方差贡献率为31.35%，其主要与有机质、碱解氮、有效磷和pH值变量密切相关。由图6（b）可知，水田偏向于有机质、碱解氮含量高，有效磷和pH值低的方向，旱地则偏向于有效磷和pH值高，有机质、碱解氮含量低的方向（P<0.001）。第二主成分方差贡献率为21.28%，其与碱解氮和速效钾等变量密切联系，这表明不同年份水田和旱地土壤养分主要受农户每年施用氮肥和钾肥影响明显。
　　3    结论与讨论
　　3.1    结论
　　研究区整体土壤肥力中等，土壤呈酸性，有机质、碱解氮和速效钾含量中等，有效磷含量丰富。旱地pH值高于水田，两者均大致呈上升的变化趋势。水田有机质含量保持稳定，旱地土壤有机质略微降低。碱解氮含量水田高于旱地，且水田呈下降趋势，旱地呈上升趋势。旱地有效磷含量高于水田，两者均下降。水田速效钾含量下降，旱地稳中有增。主成分结果显示，水田耕作模式有利于土壤有机质积累，旱地耕作模式有利于提高土壤pH值和有效磷含量，不同年份水田和旱地土壤养分主要受农户每年施用氮肥和钾肥影响。因此，通过增施有机肥、改变施肥方式，提高肥料利用率，尤其是氮、钾肥利用率，可以有效改善土壤理化性状、提高土壤速效养分。
　　3.2    讨论
　　土壤肥力是土壤物理、化学、养分含量以及微生物等属性的综合体现[7]，农田土壤养分的高低除受土壤本身的影响外，还与施肥及耕作制度有关[8]。经济发展的同时土壤肥力如何变化是许多农业工作者比较关心的问题，本文对水田和旱地2种利用方式连续5年的土壤肥力演变进行了分析。
　　土壤pH值是土壤的基本理化性质之一，是反映土壤养分状况的重要指标，不仅影响土壤微生物活性，对土壤养分的形成、转化、迁移和释放等均有显著的影响。水稻土的生境对土壤酸度有特殊的缓冲作用，随着水稻种植年数的增加，水稻土会逐渐向中性方向发展，这与水稻土在淹水种植条件下土壤中铁锰氧化物被还原时需消耗质子有关[9]。研究区水田和旱地土壤pH值均呈微上升趋势，说明土壤酸化问题得到了改善。主要原因是通过近几年推广测土配方施肥、水稻“三控”技术，施肥方式转变，化肥施用量减少，尤其是在农业面源污染治理项目区，化肥施用量大大减少，从而降低了施用过多化肥加剧土壤酸化的问题。另外，农户通过增施石灰、土壤调理剂调节土壤酸碱度。
　　研究区水田有机质含量大于旱地，这与张  晗等[10]、刘占仁等[11]研究结果一致。在全年淹水种植的条件下，由于土壤通气性差，限制了还田秸秆的矿化，促进了土壤有机质的积累[8，12]。一方面，随着水稻机械化种植规模增大，秸秆还田比例不断增加;另一方面，散户耕种有施用土杂肥的習惯，合作社、种粮大户等新型经营主体在追求经济效益的同时，也逐渐注重种养结合，会集中施用一次有机肥。旱地的有机质含量低的原因可能是频繁耕作（农业翻耕）和过量施肥破坏了土壤结构，土壤侵蚀严重，加速了土壤有机质的分解[11]。何红霞等[13]研究表明，土壤肥力低下，土壤中微生物多样性低、活性低，导致秸秆腐解慢，还田秸秆矿化率低，矿化过程中部分碳会以CO2形式损失，不利于土壤有机质的增加。
　　水田碱解氮含量大致呈现下降趋势，旱地碱解氮含量稳中有增。不合理施肥和长期高强度连作已引起露天菜地土壤出现氮累积，土壤全盐和硝态氮含量明显提高的土壤次生盐渍化等演变趋势[14]。水田和旱地土壤有效磷含量均呈现下降趋势，但仍处于丰富水平。水田速效钾含量降低，旱地速效钾含量稳中有增。童文彬等[15]研究表明，水田环境不利于速效钾的积累和提升。耕作熟化程度越高的农田，土壤养分含量也较为丰富，但随着耕作年限的增加和复种指数的提高，偏施氮肥和氮、磷肥促进农作物产量的上升的同时也加剧了对土壤钾素的消耗[11]。为了保持旱地高的经济效益，应注重增施钾肥[16-17]。
　　主成分结果显示，水田耕作模式有利于土壤有机质积累，旱地耕作模式有利于提高土壤pH值和有效磷，不同年份水田和旱地土壤养分主要受农户每年施用氮肥和钾肥影响明显。因此，通过增施有机肥、改变施肥方式，提高肥料利用率，尤其是氮、钾肥利用率，可以有效改善土壤理化性状、提高土壤速效养分。 　　4    参考文献
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