基于時空尺度的廣東農墾蔗區土壤養分變化分析

楊江波 馮學娟，2 吳 刃，2 經福林，2 張曼其，2

（1.廣東農墾熱帶農業研究院有限公司，廣東 廣州 511365；2.廣東省湛江農墾科學研究所，廣東 湛江 524086）

0 引言

土壤是植物生長最主要的載體，其基本理化性質不僅影響農業生產和環境發展［1］，而且影響該區域在全國生態環境戰略布局中的地位［2］。隨著經濟社會的發展，農業發展方向已由曾經的家庭農業向集約化農業轉變，土地利用方式隨之發生巨大變化［3］。了解和掌握耕地土壤的養分時空變化，可為改良耕地土壤和提高耕地土壤質量提供基礎數據，是耕地地力評價與測土配方施肥的前提條件。

甘蔗是熱帶、亞熱帶地區重要的經濟作物［4］，是全球第一大糖料作物和第二大生物能源作物，也是我國重要的工業原料之一，在國民生產生活中占據著重要地位［5］。目前，我國是世界第三大甘蔗生產國，食糖總產量中超90%為蔗糖，但其僅能滿足國內70%的用糖需求，剩余仍依賴進口［6］。雖然我國甘蔗的種植面積和產量都處于高水平，但是與巴西、澳大利亞等生產強國相比，單位面積產量仍存在較大差距［7］。部分生產者為追求高產量，肆意提高養分投入量，導致施肥亂象叢生，單位面積的養分投入量遠高于上述國家，由此導致的養分利用率低、生產成本和環境污染風險增加等問題愈發突出，并導致耕地土壤質量逐年下降［8］。因此，摸清近年來我國甘蔗主產區耕地土壤養分分布情況，對促進甘蔗產業向高產、高效、環境友好及可持續方向發展意義重大?；浳魇俏覈收嶂饕N植地區，廣東農墾蔗區也集中在該區域。統計資料顯示，2014—2019年粵西甘蔗種植面積年均1.37×105hm2，平均產量85 t/hm2［9］?；诖?，筆者以廣東農墾蔗區為研究對象，分析其土壤養分時空變化情況。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

2016—2020年，在廣東農墾湛江墾區蔗區進行布點采樣，采樣地點涉及東方紅農場、火炬農場、友好農場、五一農場、湖光農場、金星農場、南華農場、華海公司、廣前公司和豐收公司等10個墾區農場。2016—2020年，分別采樣214、256、228、140份和340份，共計1 178份甘蔗種植地土壤樣品。

1.2 試驗方法

采樣時避開施肥區域，去除土樣中植物根系及土塊、石塊，每份樣品約1 kg。土壤帶回實驗室后自然風干、磨細、過篩，分別測定其pH值及有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。其中，有機質含量采用外加熱重鉻酸鉀容量法測定，全氮含量采用凱氏定氮法測定，堿解氮含量采用堿解擴散法測定，有效磷含量采用鹽酸-硫酸浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定，pH值采用電位法（土液比1.0∶2.5）測定。

綜合黃振瑞［10］、溫中海［11］、劉少春［12］等研究，將土壤分級標準定為5個等級。其中，pH值分級標準如下：強酸性，pH值＜4.5；酸性，4.5≤pH值＜5.5；微酸性，5.5≤pH值＜6.5；適宜，6.5≤pH值＜7.5；堿性，pH值≥7.5。土壤養分分級標準詳見表1。

表1 蔗區土壤養分含量分級標準

所有數據計算、分析及圖表制作均采用Excel 2016軟件。

2 試驗結果與分析

2.1 土壤pH值

由表2可知，2016—2020年5 a蔗區土壤pH值的平均值為4.68。其中，強酸性和酸性土壤合計占比均超過93%（2019年除外，83.57%），說明蔗區土壤酸化情況嚴峻，不利于甘蔗生長。根據甘蔗生長對土壤pH值的要求，5 a平均僅6.87%的土壤符合甘蔗

表2 蔗區土壤pH值分布情況

生長要求，其中2019年比例最高，為16.43%。

2.2 土壤有機質含量

由表3可知，2016—2020年蔗區土壤有機質含量平均值呈先降后升趨勢，5 a平均值為29.09 g/kg。其中，2016年和2020年平均值均超過30 g/kg，2018年最低，為26.03 g/kg。雖然土壤有機質含量變化幅度較大，但中量及以上占比均超過85%，2020年甚至全部處于中量以上水平，有26.18%的土壤有機質含量為豐富級別，表明蔗區土壤有機質總體較為豐富，且呈上升趨勢。

表3 蔗區土壤有機質含量分布情況

2.3 土壤全氮含量

由表4可知，2016—2020年蔗區土壤全氮含量平均值為1.38 g/kg。除2018年外，其余年份超過90%土壤全氮含量在中量以上，說明蔗區土壤全氮總體較為豐富。

表4 蔗區土壤全氮含量分布情況

2.4 土壤堿解氮含量

由表5可知，2016—2020年蔗區土壤堿解氮含量平均值為133.46 mg/kg，處于中量水平，但分布范圍在15.60～540.76 mg/kg。其中，2017年變幅最大，變異系數超過40%。從分布頻率來看，各年缺量和低量占比均超過30%，中量占比最高，過量（包括高量和豐量，下同）比例少于10%，表明蔗區土壤堿解氮含量總體較為適宜。

表5 蔗區土壤堿解氮含量分布情況

2.5 土壤有效磷含量

由表6可知，2016—2020年蔗區土壤有效磷含量變化幅度較大，最低0.91 mg/kg，最高99.76 mg/kg。5 a土壤有效磷平均含量為37.29 mg/kg，平均變異系數為68.00%，表明蔗區土壤有效磷含量分布不均勻。其中，2016—2020年缺量和低量占比之和分別為34.11%、33.21%、28.07%、37.15%、22.65%，中量及以上所占比例分別為65.89%、66.79%、71.93%、62.85%、77.36%，說明蔗區土壤有效磷含量雖然變幅較大，但整體處于過量狀態，缺乏所占比例較小。

表6 蔗區土壤有效磷含量分布情況

2.6 土壤速效鉀含量

由表7可知，2016—2020年蔗區土壤速效鉀含量變化很大，除2016年外，其余年份的變異系數均超過50%，2017年達到峰值83.46%，隨后逐年降低。2016年，蔗區土壤有效磷含量有91.12%集中在中量及以上水平，而2017—2020年有所降低，分別為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年無缺量比例。2016—2020年，土壤速效鉀含量平均值分別為176.00、130.71、130.83、138.87、138.73 mg/kg，除2016年較高外，2017—2020年維持在穩定水平，表明隨著時間推移，蔗區土壤速效鉀含量趨于穩定和豐富。

表7 蔗區土壤速效鉀含量分布情況

3 討論與結論

粵西蔗區是我國肥料投入最大的蔗區。有調查資料顯示，近年來這里的N、P2O5、K2O年投入量分別 為300～1000、120～400、240～600 kg/hm2，為世界平均水平的3倍，更是部分發達國家的5倍之多［13］。自2015年我國開始實施化肥減量增效行動，到2020年實現化肥用量零增長，該蔗區的土壤養分積累速度才有所緩和。馮學娟等［14］曾對該蔗區部分農場進行大面積的采樣調查，發現與第二次全國土壤普查結果相比，該蔗區土壤pH值呈下降趨勢，即土壤有酸化加重跡象。該研究結果顯示，2016—2020年該蔗區土壤pH值變化情況仍不樂觀，超過80%的土壤為酸性或強酸性，偏離甘蔗適宜pH值較多，而5 a平均僅有不到7%的土壤適宜種植甘蔗。

土壤有機質含量是衡量土壤肥沃度的重要指標之一。馮學娟等［14］研究表明，廣東湛江農墾蔗區土壤有機質含量在20～34 g/kg，且呈下降趨勢。而該研究結果顯示，2016—2020年湛江墾區蔗區土壤有機質含量平均值最小為26.03 g/kg、最大為34.66 g/kg，且呈先降后升趨勢，較前人調查有緩和跡象。這表明隨著農業生產結構的改變，種植者更加注重有機肥的使用，同時秸稈還田也是增加土壤有機質含量的有效措施。

隨著化肥減量增效行動的實施，蔗區農業生產中的養分投入量也在改變［15］。從早期的單施尿素到復合肥的使用，轉向化肥減量配施有機肥，再到近年來甘蔗專用配方肥的使用，蔗區土壤大量元素含量發生較大的變化［16］。該研究結果顯示，土壤全氮、堿解氮含量在5 a間呈先降后升趨勢，有效磷、速效鉀含量穩定且豐富。分析原因，可能是由于前期發展需要，加之人們“增肥=增產”的認知，在生產上一味地追求化肥尤其是氮肥的使用，造成土壤氮素累積，全氮和堿解氮含量均有所增加，土壤酸化情況加重，偏離了甘蔗生長需要，導致甘蔗對養分的吸收量降低。而隨著一系列減肥增效措施的落地，加之新型肥料、施肥技術的加持，蔗區土壤養分情況向較好的方向轉變。

廣東農墾蔗區是全國主要的甘蔗生產區。2016—2020年的調查結果顯示，廣東農墾蔗區土壤除pH值情況不樂觀外，有機質和大量元素含量處于較為合適的區間。針對后期生產而言，蔗區需要加強對土壤酸化情況的監測，在大規模機械化作業中注重土壤改良劑的使用，配施甘蔗配方肥和緩控釋肥等新型肥料，緩和酸化趨勢，從而提高養分利用效率，進而實現甘蔗增產增收。