沈云亭,索炎炎,張 翔,司賢宗,余 瓊,余 輝,孫艷敏,吳繼華,陳 雷
(1.河南省農(nóng)業(yè)對(duì)外經(jīng)濟(jì)合作中心,河南 鄭州 450007; 2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所,河南 鄭州 450002; 3.正陽(yáng)縣花生研究所,河南 正陽(yáng) 463600; 4.濮陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,河南 濮陽(yáng) 457000; 5.商丘市農(nóng)林科學(xué)院,河南 商丘 476000)
花生(ArachishypogaeaL.)是我國(guó)重要的油料作物,種植面積超過(guò)466.67萬(wàn)hm2,年產(chǎn)量超過(guò)1 700萬(wàn)t,總產(chǎn)量居全國(guó)油料作物之首,約占全國(guó)油料作物總產(chǎn)量的35.5%,在保障我國(guó)食用油脂安全中具有舉足輕重的地位。2016年河南省花生種植面積達(dá)133.33萬(wàn)hm2,已經(jīng)成為河南省第三大作物,總產(chǎn)和單產(chǎn)均居全國(guó)首位[1]?;ㄉL(zhǎng)所必需的大量元素(氮、磷、鉀)、中微量元素(硫、鎂、鈣、鋅、鐵等)主要來(lái)源于土壤。土壤養(yǎng)分狀況是花生優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵條件之一。目前,關(guān)于土壤中養(yǎng)分狀況的研究較多[2-5],沈阿林等[6]認(rèn)為,河南省花生產(chǎn)區(qū)土壤存在有機(jī)質(zhì)缺乏,全氮水平偏低,磷素含量上升,速效鉀含量下降,硫素供應(yīng)水平不足及土壤微量元素嚴(yán)重缺乏等現(xiàn)象。但由于花生生產(chǎn)上存在施肥量大、施肥種類(lèi)不平衡、不能根據(jù)花生品種的營(yíng)養(yǎng)需求和區(qū)域特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性施肥等問(wèn)題,導(dǎo)致花生連作部分產(chǎn)區(qū)土壤惡化(如酸化、養(yǎng)分供應(yīng)失衡等),不利于產(chǎn)量和品質(zhì)提高。另外,隨著河南省農(nóng)業(yè)種植制度的調(diào)整,花生種植面積逐漸擴(kuò)大,新種植區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺狀況尚不清楚,配套的科學(xué)施肥管理技術(shù)還有待完善。鑒于此,為全面了解河南省花生產(chǎn)區(qū)土壤營(yíng)養(yǎng)元素豐缺狀況,選取4個(gè)河南省花生主產(chǎn)區(qū),采集有代表性的土壤樣品,并對(duì)其pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、有效硫、有效鐵、有效鋅等對(duì)花生生長(zhǎng)較為重要的營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行分析,以期為建立區(qū)域花生科學(xué)施肥措施,推進(jìn)花生優(yōu)質(zhì)、綠色、安全生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境安全,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。
研究在河南省駐馬店市正陽(yáng)縣(豫南產(chǎn)區(qū))、南陽(yáng)市方城縣(豫西南產(chǎn)區(qū))、濮陽(yáng)市清豐縣(豫北產(chǎn)區(qū))和商丘市民權(quán)縣(豫東產(chǎn)區(qū))4個(gè)典型花生種植區(qū)進(jìn)行。土壤以砂姜黑土、黃褐土、砂質(zhì)潮土、壤質(zhì)潮土等類(lèi)型為主。根據(jù)區(qū)域位置、土壤類(lèi)型、氣候特點(diǎn)等因素,將河南省花生產(chǎn)區(qū)分為豫南、豫西南、豫北、豫東產(chǎn)區(qū)。不同產(chǎn)區(qū)花生生育期內(nèi)氣象參數(shù)見(jiàn)表1。豫南產(chǎn)區(qū)屬于大陸性濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,豫西南、豫北、豫東產(chǎn)區(qū)為溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。花生生育期內(nèi)平均氣溫、總積溫變幅分別為24.89~25.59 ℃、3 160.77~3 249.41(℃·d),其中,豫北產(chǎn)區(qū)明顯低于豫南、豫西南和豫東產(chǎn)區(qū)?;ㄉ趦?nèi)降水量變幅為484.66~538.64 mm,其中,以豫南產(chǎn)區(qū)最高,豫北產(chǎn)區(qū)最低。豫南、豫西南和豫東產(chǎn)區(qū)為夏花生種植區(qū),豫北產(chǎn)區(qū)為麥套花生種植區(qū)。
表1 河南省花生產(chǎn)區(qū)氣象參數(shù)Tab.1 Regional climatic parameters in the peanut production areas of Henan Province
于2018年花生種植前,采用S法采集0~20 cm的耕層土壤樣品10~15個(gè),充分混勻后,四分法保留1 kg。豫南、豫北、豫東、豫西南產(chǎn)區(qū)采集的樣本數(shù)分別為48、21、23、30個(gè),共獲得122個(gè)樣品。風(fēng)干后過(guò)篩,采用常規(guī)分析方法[7]測(cè)定pH值及有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、有效硫、有效鐵、有效鋅含量。其中,pH值用pH計(jì)法(水、土質(zhì)量比為2.5∶1)測(cè)定;有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定;全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定;速效磷含量采用鉬銻抗顯色法測(cè)定;速效鉀含量采用火焰光度計(jì)法測(cè)定;有效硫含量采用硫酸鋇比濁法測(cè)定;有效鐵、有效鋅含量采用DTPA溶液浸提-原子吸收光譜法測(cè)定。參考第2次土壤普查各指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[8],將土壤pH值劃分為酸性(pH值<5.5)、弱酸性(pH值5.5~6.5)、中性(pH值6.5~7.5)和堿性(pH值>7.5)4個(gè)等級(jí),將土壤養(yǎng)分指標(biāo)劃分為缺乏、中等和豐富3個(gè)等級(jí)(表2)。
各指標(biāo)的變異系數(shù)<10%屬弱變異;介于10%~100%,屬中等變異;>100%,屬?gòu)?qiáng)變異[9]。
表2 土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Standards for grading of soil nutrients
采用平均值±3倍標(biāo)準(zhǔn)差法剔除異常值,采用 Microsoft Excel 2013 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和表格繪制。
由表3可以看出,從平均來(lái)看,河南省花生產(chǎn)區(qū)土壤pH值平均為6.53,變幅為4.73~9.04,變異系數(shù)為22.96%,pH值<5.5、pH值>7.5所占比例較大,分別為41.80%、36.07%。不同花生產(chǎn)區(qū)相比,豫南、豫西南產(chǎn)區(qū)土壤分別呈酸性、弱酸性,豫北和豫東產(chǎn)區(qū)呈堿性。4個(gè)產(chǎn)區(qū)變異系數(shù)變幅為2.87%~13.43%,其中,豫西南產(chǎn)區(qū)變異系數(shù)最大(13.43%),屬中等變異,豫北產(chǎn)區(qū)變異系數(shù)最小(2.87%),屬弱變異。
表3 河南省不同花生產(chǎn)區(qū)土壤pH值狀況及評(píng)價(jià)Tab.3 Status and evaluation of soil pH value in different peanut production areas of Henan Province
由表4可以看出,從平均來(lái)看,河南省花生產(chǎn)區(qū)有機(jī)質(zhì)含量為15.61 g/kg,變幅為7.16~26.10 g/kg,變異系數(shù)為22.02%,有92.62%的土壤有機(jī)質(zhì)處于缺乏水平,7.38%的土壤有機(jī)質(zhì)處于中等水平。不同花生產(chǎn)區(qū)相比,土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值大小表現(xiàn)為豫南產(chǎn)區(qū)(17.15 g/kg)>豫東產(chǎn)區(qū)(15.62 g/kg)>豫西南產(chǎn)區(qū)(15.42 g/kg)>豫北產(chǎn)區(qū)(12.38 g/kg);不同花生產(chǎn)區(qū)有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)的變幅為12.71%~27.60%,其中,豫東產(chǎn)區(qū)變異系數(shù)最大,豫南產(chǎn)區(qū)變異系數(shù)最小;從分級(jí)所占比例來(lái)看,豫南、豫北、豫東、豫西南產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量缺乏所占比例分別為93.75%、100.00%、86.96%、90.00%??梢?jiàn),河南省花生各產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)較為缺乏。
表4 河南省不同花生產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量狀況及評(píng)價(jià)Tab.4 Status and evaluation of soil organic matter content in different peanut production areas of Henan Province
由表5可以看出,從平均來(lái)看,河南省花生產(chǎn)區(qū)土壤全氮含量為1.01 g/kg,變幅為0.35~1.71 g/kg,變異系數(shù)為28.18%,全氮含量缺乏、中等所占比例分別為45.08%、48.36%。不同產(chǎn)區(qū)相比,土壤全氮含量平均值大小順序?yàn)樵ツ袭a(chǎn)區(qū)(1.18 g/kg)>豫東產(chǎn)區(qū)(1.01 g/kg)>豫西南產(chǎn)區(qū)(0.97 g/kg)>豫北產(chǎn)區(qū)(0.66 g/kg);變異系數(shù)以豫東產(chǎn)區(qū)最大(30.56%),豫南產(chǎn)區(qū)最小(18.00%);從分級(jí)所占比例來(lái)看,豫北產(chǎn)區(qū)土壤全氮含量缺乏所占比例最大(90.48%),豫南產(chǎn)區(qū)土壤全氮含量缺乏所占比例最小(14.58%),豫東、豫西南產(chǎn)區(qū)土壤全氮含量缺乏所占比例居中,分別為52.17%、56.67%。
表5 河南省不同花生產(chǎn)區(qū)土壤大量元素含量狀況及評(píng)價(jià)Tab.5 Status and evaluation of soil macroelement content in different peanut production areas of Henan Province
對(duì)土壤速效磷含量而言,從平均來(lái)看,河南省產(chǎn)區(qū)土壤速效磷含量為37.92 mg/kg,變幅為3.72~127.81 mg/kg,變異系數(shù)為62.61%,缺乏、中等、豐富所占比例分別為7.38%、36.07%、56.56%,說(shuō)明河南省產(chǎn)區(qū)土壤速效磷含量主要處于中等偏上水平。不同花生產(chǎn)區(qū)土壤速效磷含量平均值大小順序?yàn)樵ツ袭a(chǎn)區(qū)(53.89 mg/kg)>豫西南產(chǎn)區(qū)(33.26 mg/kg)>豫東產(chǎn)區(qū)(28.23 mg/kg)>豫北產(chǎn)區(qū)(18.71 mg/kg);變異系數(shù)大小順序?yàn)樵ノ髂袭a(chǎn)區(qū)(67.00%)>豫北產(chǎn)區(qū)(65.74%)>豫東產(chǎn)區(qū)(56.23%)>豫南產(chǎn)區(qū)(40.55%);從分級(jí)所占比例來(lái)看,豫南、豫北、豫東、豫西南產(chǎn)區(qū)土壤速效磷含量處于中等、豐富所占比例分別共為100.00%、71.42%、91.30%、96.67%,可見(jiàn),河南省花生生產(chǎn)中應(yīng)控制磷肥施用。
對(duì)土壤速效鉀含量而言,從平均來(lái)看,河南省產(chǎn)區(qū)土壤速效鉀含量為120.48 mg/kg,變幅為46.00~410.03 mg/kg,變異系數(shù)為44.62%,缺乏、中等、豐富所占比例分別為36.07%、60.66%、3.28%。不同產(chǎn)區(qū)相比,土壤速效鉀含量平均值以豫東產(chǎn)區(qū)最高(140.43 mg/kg),豫北產(chǎn)區(qū)最低(77.38 mg/kg);變異系數(shù)以豫西南產(chǎn)區(qū)最高(51.47%),豫南產(chǎn)區(qū)最小(25.59%)。從分級(jí)所占比例來(lái)看,豫南、豫北、豫東、豫西南產(chǎn)區(qū)土壤速效鉀含量缺乏所占比例分別為20.83%、80.95%、34.78%、30.00%??梢?jiàn),豫北產(chǎn)區(qū)應(yīng)注意鉀肥施用。
硫、鐵和鋅元素是花生生長(zhǎng)較為重要的中/微量元素,河南省不同花生產(chǎn)區(qū)土壤有效硫、有效鐵、有效鋅含量狀況及評(píng)價(jià)如表6。河南省產(chǎn)區(qū)土壤有效硫含量平均值為35.60 mg/kg,變幅為3.21~161.00 mg/kg,變異系數(shù)為103.58%,屬?gòu)?qiáng)變異。土壤有效硫含量處于缺乏、中等、豐富所占比例分別為50.00%、9.84%、40.16%。不同產(chǎn)區(qū)相比,土壤有效硫含量平均值大小順序?yàn)樵ツ袭a(chǎn)區(qū)(74.33 mg/kg)>豫東產(chǎn)區(qū)(19.35 mg/kg)>豫西南產(chǎn)區(qū)(8.23 mg/kg)>豫北產(chǎn)區(qū)(3.96 mg/kg),變異系數(shù)大小順序?yàn)樵|產(chǎn)區(qū)(67.07%)>豫西南產(chǎn)區(qū)(41.00%)>豫南產(chǎn)區(qū)(38.71%)>豫北產(chǎn)區(qū)(34.16%)。從分級(jí)所占比例來(lái)看,豫南、豫北、豫東、豫西南產(chǎn)區(qū)土壤有效硫缺乏所占比例分別為0、100.00%、47.83%、96.67%,可見(jiàn)豫北和豫西南產(chǎn)區(qū)應(yīng)注重硫肥施用。
河南省產(chǎn)區(qū)土壤有效鐵含量平均值為90.58 mg/kg,變幅為4.62~344.00 mg/kg,變異系數(shù)為92.11%,土壤有效鐵含量處于缺乏、中等、豐富所占比例分別為1.64%、24.59%、73.77%。不同產(chǎn)區(qū)相比,土壤有效鐵含量平均值大小順序?yàn)樵ツ袭a(chǎn)區(qū)(178.00 mg/kg)>豫西南產(chǎn)區(qū)(70.96 mg/kg)>豫東產(chǎn)區(qū)(9.98 mg/kg)>豫北產(chǎn)區(qū)(7.06 mg/kg),變異系數(shù)大小順序?yàn)樵ノ髂袭a(chǎn)區(qū)(45.29%)>豫南產(chǎn)區(qū)(30.43%)>豫北產(chǎn)區(qū)(20.35%)>豫東產(chǎn)區(qū)(19.92%);從分級(jí)所占比例來(lái)看,豫北產(chǎn)區(qū)土壤有效鐵含量缺乏所占比例為9.52%,豫南、豫東和豫西南產(chǎn)區(qū)未發(fā)現(xiàn)土壤有效鐵缺乏狀況,可見(jiàn),河南省花生產(chǎn)區(qū)有效鐵資源比較豐富。
表6 河南省不同花生產(chǎn)區(qū)土壤中/微量元素含量狀況及評(píng)價(jià)Tab.6 Status and evaluation of soil medium and micro element content in different peanut production areas of Henan Province
河南省產(chǎn)區(qū)土壤有效鋅含量平均值為1.16 mg/kg,變幅為0.45~4.83 mg/kg,變異系數(shù)為59.07%,土壤有效鋅含量處于缺乏、中等、豐富所占比例分別為0.82%、51.64%、47.54%。不同產(chǎn)區(qū)相比,土壤有效鋅含量平均值大小順序?yàn)樵|產(chǎn)區(qū)(1.74 mg/kg)>豫西南產(chǎn)區(qū)(1.33 mg/kg)>豫北產(chǎn)區(qū)(1.02 mg/kg)>豫南產(chǎn)區(qū)(0.78 mg/kg),變異系數(shù)大小順序?yàn)樵ノ髂袭a(chǎn)區(qū)(52.65%)>豫東產(chǎn)區(qū)(51.81%)>豫北產(chǎn)區(qū)(48.65%)>豫南產(chǎn)區(qū)(22.36%)。從分級(jí)所占比例來(lái)看,4個(gè)花生產(chǎn)區(qū)中,僅豫北產(chǎn)區(qū)存在土壤有效鋅含量缺乏,所占比例為4.76%,豫南產(chǎn)區(qū)土壤有效鋅含量中等所占比例高于其他3個(gè)區(qū)域。總體而言,豫南產(chǎn)區(qū)需適當(dāng)補(bǔ)充鋅肥。
本研究中,河南省花生產(chǎn)區(qū)有效硫含量的變異系數(shù)為103.58%,屬于強(qiáng)變異。產(chǎn)區(qū)其他7個(gè)土壤養(yǎng)分指標(biāo)的變異系數(shù)介于22.02%~92.11%,屬于中等變異,且大小順序?yàn)橛行цF含量(92.11%)>速效磷含量(62.61%)>有效鋅含量(59.07%)>速效鉀含量(44.62%)>全氮含量(28.18%)>pH值(22.96%)>有機(jī)質(zhì)含量(22.02%)。其中,有效鐵含量的變異強(qiáng)度比較大,變異系數(shù)達(dá)到了92.11%。河南省花生產(chǎn)區(qū)土壤中/微量元素含量和pH值變異系數(shù)的平均值均高于單個(gè)花生產(chǎn)區(qū),這主要是由于區(qū)域間土壤母質(zhì)與氣候條件等差異造成的。
第2次土壤普查結(jié)果顯示,河南省耕層土壤pH值及有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量平均值分別為7.09 g/kg及12.30 g/kg、0.79 g/kg、3.15 mg/kg、122.60 mg/kg[8]。沈阿林等[6]2001年調(diào)查發(fā)現(xiàn),河南省花生產(chǎn)區(qū)的耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量缺乏,鐵資源豐富,全氮含量大多低于1 g/kg,速效磷含量多在20~30 mg/kg,速效鉀含量多在50~150 mg/kg,有效鋅含量平均為0.66 mg/kg,有效硫含量多在10~25 mg/kg。本研究發(fā)現(xiàn),河南省花生產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分狀況表現(xiàn)為,土壤pH值平均值為6.53,較第2次土壤普查降低了0.56個(gè)單位,高于我國(guó)農(nóng)田pH值下降的平均值(約0.5個(gè)單位),這可能由于經(jīng)濟(jì)作物對(duì)土壤酸化程度比糧食作物更為嚴(yán)重[10]。河南省花生產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量平均值分別為15.61 g/kg、1.01 g/kg、37.92 mg/kg、120.48 mg/kg。其中,土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷含量高于第2次土壤普查和沈阿林等[6]研究結(jié)果,這是由于過(guò)去20 a來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)高投入集約化生產(chǎn)及秸稈還田等因素造成的。施用鉀肥可提高花生產(chǎn)量和鉀吸收量[11],河南省花生產(chǎn)區(qū)土壤速效鉀含量平均值與以往研究結(jié)果接近,河南省花生生產(chǎn)上應(yīng)增施鉀肥。河南省花生產(chǎn)區(qū)土壤有效硫含量平均值為35.60 mg/kg,缺乏、豐富所占比例分別為50.00%、40.16%?;ㄉ切枇蛄枯^大的作物,每生產(chǎn)100 kg花生莢果需要硫0.82 kg[12],土壤缺硫不利于氮、硫的吸收和作物產(chǎn)量的提高[13-14],建議缺硫的花生田增施硫肥的同時(shí),還應(yīng)適當(dāng)增施氮肥。河南省花生產(chǎn)區(qū)土壤有效鐵含量豐富,平均值為90.58 mg/kg,但由于花生屬機(jī)理Ⅰ的植物,其根系缺少麥根酸類(lèi)植物鐵載體,對(duì)鐵的吸收有限[15],仍常出現(xiàn)花生缺鐵現(xiàn)象。應(yīng)在花生開(kāi)花下針期,通過(guò)葉面噴施或采用播種時(shí)浸種的方式補(bǔ)充鐵肥[6]。河南省花生產(chǎn)區(qū)土壤有效鋅含量平均值為1.16 mg/kg,其中,豫南產(chǎn)區(qū)土壤有效鋅含量最低(0.78 mg/kg),應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充鋅肥。
本研究中4個(gè)花生產(chǎn)區(qū)的土壤養(yǎng)分狀況存在差異,豫南、豫西南產(chǎn)區(qū)土壤分別呈酸性、弱酸性,豫北、豫東產(chǎn)區(qū)土壤呈堿性;土壤有機(jī)質(zhì)含量與全氮含量具有較高的相關(guān)性[2,16],本研究也發(fā)現(xiàn),土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量具有一致性,4個(gè)花生產(chǎn)區(qū)表現(xiàn)為有機(jī)質(zhì)含量缺乏的土壤,其全氮含量也偏低,豫南、豫東、豫西南產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量均高于豫北產(chǎn)區(qū);各產(chǎn)區(qū)土壤速效磷、有效鐵含量主要處于中等及豐富水平,具體表現(xiàn)為豫南、豫西南產(chǎn)區(qū)土壤速效磷、有效鐵含量高于豫東、豫北產(chǎn)區(qū);而各產(chǎn)區(qū)土壤速效鉀含量主要處于中等及缺乏水平,具體以豫東產(chǎn)區(qū)最高,豫北產(chǎn)區(qū)最低;土壤有效硫含量與有機(jī)質(zhì)、全氮含量規(guī)律一致,豫南產(chǎn)區(qū)較高,其他3個(gè)產(chǎn)區(qū)均偏低,尤其是豫北產(chǎn)區(qū),土壤有效硫含量最低;不同于其他元素,土壤有效鋅含量大小順序?yàn)樵|產(chǎn)區(qū)>豫西南產(chǎn)區(qū)>豫北產(chǎn)區(qū)>豫南產(chǎn)區(qū)。不同花生產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分狀況差異主要是由區(qū)域氣候條件、土壤類(lèi)型及人為施肥管理水平差異所致[17]。
總體而言,河南省花生產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分狀況通過(guò)施肥得到了一定改善,但在花生施肥上依然存在以下問(wèn)題:一是施肥不平衡,表現(xiàn)在重視氮、磷肥的施用,忽視鉀、硫肥和微肥的補(bǔ)充;二是沒(méi)有根據(jù)區(qū)域土壤、氣候特點(diǎn)和品種布局進(jìn)行針對(duì)性施肥。針對(duì)這些問(wèn)題,結(jié)合本研究結(jié)果,今后河南省花生產(chǎn)區(qū)應(yīng)堅(jiān)持有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配合施用、大中微量元素平衡施用的原則,注重增施有機(jī)肥和鉀肥,嚴(yán)格控制磷肥施用,豫南產(chǎn)區(qū)注意補(bǔ)施鋅肥,豫東、豫北、豫西南產(chǎn)區(qū)注意補(bǔ)施硫肥;同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)花生基因型間需肥規(guī)律的差異研究,進(jìn)行針對(duì)性施肥。