丁興民，王蕾，徐振，李民，趙海靜，王溯

(青島市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東青島 266071)

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本的生產(chǎn)資料，其作用具有不可替代性[1]。由于人類過度的開發(fā)和利用，近年來我國一些耕地土壤質(zhì)量和供肥能力呈逐年下降的趨勢[2]，導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低，對社會經(jīng)濟發(fā)展和人類生存構(gòu)成嚴重的威脅[3]。培育農(nóng)田土壤肥力、提高土壤中養(yǎng)分含量是保證區(qū)域糧食安全的基礎(chǔ)[4]，了解土壤中養(yǎng)分的變化規(guī)律可為合理利用土壤資源和科學施肥提供依據(jù)[5]。因此，為保證土壤資源可持續(xù)利用，應(yīng)重視區(qū)域性土壤的現(xiàn)狀及歷史變化，尤其是農(nóng)田土壤肥力狀況的變化，它直接關(guān)系到作物生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境、糧食安全及人類健康等問題[6]。為解決我國一些地區(qū)土壤肥力質(zhì)量下降問題，農(nóng)業(yè)部2005年提出，在全國開展測土配方施肥春季行動計劃[7]，該計劃從田間試驗入手，通過專用肥、復(fù)混肥等配方肥的連續(xù)施用，改善和提高耕地土壤養(yǎng)分狀況和農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力。

為響應(yīng)國家的政策，青島市自2005年以來持續(xù)開展了農(nóng)田土壤的測土配方施肥和土壤肥力定位監(jiān)測工作。本研究正是在這一工作的基礎(chǔ)上，通過對青島市下轄的即墨、膠州、平度、萊西和西海岸新區(qū)5個市轄區(qū)調(diào)查，收集了自2005年實施測土配方以來施肥地塊連續(xù)定位監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對其進行統(tǒng)計分析，以便及時掌握測土配方施肥后土壤養(yǎng)分變化特征，為進一步加強耕地質(zhì)量管理、提升耕地質(zhì)量提供借鑒和參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

青島市地處山東半島南部，地勢東高西低，南北兩側(cè)隆起，中間低凹，全市總面積為11 282 km2。受地形、水文、成土母質(zhì)的影響，青島土壤的地域分布規(guī)律明顯：低山丘陵區(qū)以棕壤為主，淺平洼地為砂姜黑土，河流兩岸及下游沖積平原為潮土，濱海低地為鹽土。本研究共涉及即墨、膠州、平度、萊西和西海岸新區(qū)5個市轄區(qū)，涉及棕壤、砂姜黑土、潮土、褐土4種土壤類型。

1.2 土壤樣品采集與處理

在5個轄區(qū)分別布點，為保證采樣點的代表性和典型性，各連續(xù)監(jiān)測點均設(shè)置在國家測土配方施肥補助項目區(qū)。采樣時，大田采樣深度為0～20 cm、20～40 cm，采用S形布點隨機采樣，并對每個采樣點進行GPS定位，記錄經(jīng)緯度，每個土壤樣品圍繞中心點樣品取15個樣點進行混合，利用四分法取混合土樣1 kg左右備用[8]，本研究僅對0～20 cm土層樣品進行分析。

1.3 測定方法

土壤pH的測定采用pH計法，土壤有機質(zhì)的測定采用濃硫酸-重鉻酸鉀外加熱法，土壤堿解氮的測定采用堿解擴散法，土壤有效磷的測定采用0.5 mol/L NaHCO3溶液浸提-可見光分光光度法，土壤速效鉀的測定采用1 mol/L NH4Ac浸提-火焰光度法[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2010和SPSS19.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和分析，利用Excel2010制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH變化特征

青島市各監(jiān)測點土壤pH平均值變化見圖1。由圖1可以看出，2005—2018年，青島市各監(jiān)測點土壤pH隨時間變化呈波動性下降的趨勢。其中，2005—2006年下降較快，可能是由于這兩個年份GPS誤差導(dǎo)致取樣點位置不完全一致。土壤pH值的變化說明，青島市土壤總體呈弱酸性，且2015年以前，呈總體逐年下降趨勢，2015—2018年，土壤pH值的變化趨于穩(wěn)定。這與近幾年青島市開展化肥零增長行動等工作有關(guān)[9]，通過實施國家果菜茶有機肥替代化肥試點項目和耕地保護、質(zhì)量提升項目，推廣增施堆漚有機肥和商品有機肥，逐步減少化肥的投入，土壤酸化趨勢得到了有效緩解，耕地質(zhì)量得到了有效提升。

2.2 土壤有機質(zhì)含量及變化特征

土壤有機質(zhì)是土壤中各種營養(yǎng)元素特別是氮和磷的重要來源，其含量的多少是影響土壤肥力高低的一個重要指標[10]。青島市各監(jiān)測點土壤有機質(zhì)含量變化見圖2。由圖2可以看出，2005—2018年，青島市各監(jiān)測點土壤有機質(zhì)含量隨時間變化總體上呈逐漸增加趨勢，2018年比2005年增加了57.36%。其中2005—2006年，土壤有機質(zhì)含量略有下降，2006—2009年穩(wěn)步上升，2009—2018年呈螺旋式上升趨勢，除2013年土壤有機質(zhì)含量明顯高于2012和2014年、2017和2018兩年明顯高于以前年份外，其余年份變化均較平緩。2013年土壤有機質(zhì)含量明顯高于相鄰其他年份，可能由于不同年份間GPS誤差導(dǎo)致的采樣點位置不完全重合，而2017和2018年土壤有機質(zhì)異常升高，可能是由于近幾年農(nóng)民大面積秸稈還田或商品有機肥施用量增加所致。

2.3 土壤氮含量及變化特征

2.3.1 土壤全氮

土壤全氮含量是評價土壤肥力水平的另一項重要指標，它在一定程度上代表了土壤的供氮水平，其消長取決于氮的積累和消耗的相對強弱，與土壤中有機質(zhì)含量的變化一致[11]。對于自然土壤，全氮含量是氣候、地形或地貌、植被和生物、母質(zhì)以及成土年齡或時間的函數(shù)[12]；對于耕作土壤，全氮含量還取決于利用方式、輪作制度、施肥制度以及耕作和灌溉制度等[13]。青島市各監(jiān)測點土壤全氮變化見圖3。由圖3可以看出，2005—2018年，青島市各監(jiān)測點土壤全氮含量在1.0 g/kg附近呈波浪式變化。其中，土壤全氮含量平均值最低為0.77 g/kg(2009年)，最高為1.31 g/kg(2007年)。

2.3.2 土壤堿解氮

土壤堿解氮包括無機態(tài)氮(銨態(tài)氮、硝態(tài)氮)和易水解的有機態(tài)氮(氨基酸、酰銨和易水解蛋白質(zhì))，是作物當季可利用的氮素形態(tài)[14]。青島市各監(jiān)測點土壤堿解氮含量變化見圖4。由圖4可以看出，2005—2018年，青島市各監(jiān)測點土壤堿解氮含量呈逐年增加趨勢，2018年比2005年增加了57.46%。從圖4還可以看出，青島市各監(jiān)測點土壤堿解氮含量與土壤有機質(zhì)含量有相似的變化規(guī)律，氮的增加一方面來自有機質(zhì)的分解礦化，一方面來自農(nóng)民化肥投入量的增加。

2.4 土壤有效磷含量及變化特征

土壤有效磷是指土壤中可被植物吸收利用的磷的總稱，包括全部水溶性磷、部分吸附態(tài)磷、一部分微溶性的無機磷和易礦化的有機磷等[15]。青島市各監(jiān)測點土壤有效磷含量變化見圖5。由圖5可以看出，2005—2018年，青島市各監(jiān)測點土壤有效磷含量呈逐年增加的趨勢，2018年比2005年增加了49.54%。從圖5中還可以看出，2011、2014和2018年的土壤有效磷含量均較其前一年的低，而其他年份的則較其前一年高，特別是2015—2017年，土壤有效磷含量增加較快，2017—2018年，土壤有效磷含量有所下降。這種波浪式的上升和下降可能來自不同年份間土壤采樣點位置的偏差，但研究期間土壤有效磷含量呈整體增加趨勢。

2.5 土壤速效鉀含量及變化特征

土壤速效鉀是指土壤中易被作物吸收利用的鉀素，約占土壤全鉀含量的0.1%～2%，包括土壤溶液鉀及土壤交換性鉀[15]。青島市各監(jiān)測點土壤速效鉀含量變化見圖6。由圖6可以看出，2005—2018年，青島市各監(jiān)測點土壤速效鉀含量呈逐年上升趨勢，2018年比2005年增加76.15%。其中，2005—2016年，青島市土壤速效鉀呈波動式緩慢上升的趨勢，2016—2018年，土壤速效鉀含量急劇升高，這可能與2017—2018年農(nóng)民施入過多高鉀復(fù)合肥料有關(guān)，與堿解氮含量異常升高的原因一致。

2.6 土壤養(yǎng)分分級比較

根據(jù)全國土壤質(zhì)量標準化技術(shù)委員會頒發(fā)的《耕地質(zhì)量等級》[16]，分別對不同年份各級別采樣點占總樣點數(shù)比例進行統(tǒng)計分析，同時計算各土壤分級所有樣點指標的平均值，結(jié)果列于表1至表4。由表1至表4可以看出，2005年和2018年，青島市土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量和各級別采樣點所占比例均發(fā)生了顯著的變化。

2005年，青島市土壤有機質(zhì)含量在Ⅲ級以下的監(jiān)測點比例為85.0%，沒有Ⅰ級和Ⅱ級監(jiān)測點；2018年青島市土壤有機質(zhì)含量達到Ⅰ級和Ⅱ級的監(jiān)測點比例分別為2.2%、21.7%，Ⅲ級以下的監(jiān)測點比例僅為28.3%，土壤有機質(zhì)含量得到明顯提升。2005年，青島市土壤堿解氮含量在Ⅲ級以下的監(jiān)測點比例為72.2%，Ⅰ級和Ⅱ級監(jiān)測點占比均為11.1%；2018年青島市土壤堿解氮含量達到Ⅰ級和Ⅱ級的監(jiān)測點比例分別為26.1%、23.9%，Ⅲ級以下的監(jiān)測點比例僅為23.9%，土壤堿解氮含量增加明顯。2005年，青島市土壤有效磷含量在Ⅲ級以下的監(jiān)測點比例為68.4%，Ⅰ級和Ⅱ級監(jiān)測點占比分別為5.3%、21.1%；2018年青島市土壤有效磷含量達到Ⅰ級和Ⅱ級的監(jiān)測點比例分別為54.3%、10.9%，Ⅲ級以下監(jiān)測點比例僅為28.2%，土壤有效磷含量較2005年有明顯提升。2005年，青島市土壤速效鉀含量在Ⅲ級以下的監(jiān)測點比例為75.0%，Ⅰ級和Ⅱ級監(jiān)測點占比均為5.0%；2018年青島市土壤速效鉀含量達到Ⅰ級和Ⅱ級的監(jiān)測點比例分別為31.1%、11.1%，Ⅲ級以下的監(jiān)測點比例僅為20.0%，土壤速效鉀含量較2005年增加明顯。

表1 土壤有機質(zhì)含量與分級比較

表2 土壤堿解氮含量與分級比較

表3 土壤有效磷含量與分級比較

表4 土壤速效鉀含量與分級比較

3 指標之間的相關(guān)性分析

雖然土壤養(yǎng)分各指標含量受耕作方式和不同肥料投入的影響而出現(xiàn)不同程度的上升或下降，但各指標在不同年份間的變化仍存在一定的相關(guān)性。為此，對各指標進行相關(guān)性分析，結(jié)果見表5。從表5可以看出，土壤有機質(zhì)及全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量與pH均呈負相關(guān)關(guān)系。其中，有機質(zhì)、有效磷含量與pH相關(guān)性分別達到顯著和極顯著水平。這表明，隨著有機肥的增施以及測土配方施肥措施的執(zhí)行，土壤肥力逐漸增加，同時也造成了土壤pH下降[17]，這在今后的施肥措施制定時需要注意。此外，從表5還可以看出，有機質(zhì)與全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀之間均呈正相關(guān)關(guān)系，且與堿解氮之間的相關(guān)性達到顯著水平，說明這些年土壤培肥措施使土壤有機質(zhì)和土壤有效養(yǎng)分同步增加。堿解氮、有效磷、速效鉀三者相關(guān)關(guān)系分別達到顯著或極顯著水平，則可能與氮、磷、鉀三元素復(fù)合肥投入量較大有關(guān)。

表5 各指標之間的相關(guān)性分析

4 討論

研究期內(nèi)，青島市耕地土壤pH整體呈弱酸性且有逐年下降趨勢，這對提高土壤養(yǎng)分的有效性比較有利[18]，但pH逐年連續(xù)下降會導(dǎo)致土壤酸化[19]。本研究發(fā)現(xiàn)，2015—2018年，青島市土壤pH變化已趨向平穩(wěn)，土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量均逐年提高，表明青島市多年推行的土壤培肥措施在提升耕地地力方面有一定成效。

土壤養(yǎng)分的分級比較結(jié)果表明，經(jīng)過長期連續(xù)的測土配方施肥和施用有機肥等措施，青島市耕地土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分指標Ⅲ級以下的監(jiān)測點比例分別由2005年的85.0%、72.2%、68.4%、75.0%減少至2018年的28.3%、23.9%、28.2%、20.0%，而Ⅱ級及以上監(jiān)測點比例則明顯增加，長期連續(xù)的配方施肥和增施有機肥措施對培肥地力和提高耕地養(yǎng)分含量起到明顯的促進作用。

從數(shù)據(jù)對比結(jié)果還可以看出，2016年之前，不同年份間各指標值隨時間出現(xiàn)波動性變化，其原因可能與不同年份土壤采樣位置不完全一致有關(guān)。2017和2018年土壤各養(yǎng)分指標較2016年之前的異常升高，這可能和肥料結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)[20]。近年來，隨著水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用及果蔬種植面積的增加，農(nóng)民在復(fù)合肥、水溶肥方面的投入量迅速增加，加之近幾年氣候干旱，肥料中有效養(yǎng)分的淋溶較弱，在表土中積累量相對增加，因此土壤中各指標含量異常升高。

5 結(jié)論

自2005年青島市實施測土配方施肥以來，土壤pH呈逐年下降的趨勢，土壤全氮呈現(xiàn)波動性變化，多年來未出現(xiàn)明顯的上升或下降，土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量均顯著增加，農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量整體得以提高。長期連續(xù)的配方施肥和增施有機肥措施對培肥地力和提高耕地養(yǎng)分含量起到明顯的促進作用。

通過增施有機肥和測土配方施肥，青島市農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量逐漸增加，但土壤pH逐漸下降，農(nóng)田土壤呈現(xiàn)酸化的趨勢，需要引起相關(guān)部門的重視。建議在今后的施肥措施上，適當增施生理堿性肥料。