楊曉東，毛偉，孫萍，高輝，胡濤，劉燕

(1.揚(yáng)州市邗江區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.揚(yáng)州市耕地質(zhì)量保護(hù)站，江蘇 揚(yáng)州 225101)

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，其對(duì)土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性有著重要的影響[1-3]，是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[4-6]，且土壤中有機(jī)質(zhì)的含量和組成對(duì)土壤重金屬的化學(xué)行為、生物有效性和環(huán)境效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生重要影響[7-12]，其是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要源與匯，是土壤學(xué)與環(huán)境學(xué)研究的熱點(diǎn)[13-16]。目前，對(duì)于土壤有機(jī)質(zhì)的研究較多的是空間變化，而對(duì)其時(shí)間變化的研究較少。趙明松等[17-19]研究表明，地形、成土母質(zhì)、土壤質(zhì)地等對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)含量的空間變化影響較大。趙業(yè)婷等[20]運(yùn)用GIS技術(shù)結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)等方法分析了地貌類型、土壤類型、質(zhì)地以及種植模式和人為環(huán)境對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的空間影響。季淑楓等[21]研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)的空間變化受地貌類型以及耕地利用方式的影響，呂小娜[22]等采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS技術(shù)研究了運(yùn)城市鹽湖區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)空特征與變化，表明土壤類型、地形地貌、氣候和人為因素如耕作、施肥等是造成土壤有機(jī)質(zhì)含量變異的主要因素。本文將揚(yáng)州市邗江區(qū)2019年采集的792個(gè)耕地土壤樣品以及1984年第二次土壤普查樣品(527個(gè))進(jìn)行比較，分析近35 a揚(yáng)州市邗江區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的變化趨勢(shì)，為邗江區(qū)耕地質(zhì)量與有機(jī)質(zhì)提升提供相關(guān)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 邗江區(qū)基本概況

揚(yáng)州市地處江蘇省中部，西接南京，南臨長江，北接淮水，京杭大運(yùn)河橫穿其全境。邗江處于揚(yáng)州市區(qū)西南部，其西北部屬于寧鎮(zhèn)揚(yáng)丘陵地區(qū)，東南部屬于長江沖積平原。成土母質(zhì)可分為長江沖積物、湖相沉積物和下蜀黃土。土壤類型主要有黃棕壤、潮土、水稻土和沼澤土4個(gè)土類，有黏盤黃棕壤、灰潮土、水耕灰潮土、滲育型水稻土、側(cè)滲型水稻土、潴育型水稻土、潛育型水稻土、脫潛型水稻土、泥炭沼澤土等9個(gè)亞類，20個(gè)土屬，37個(gè)土種。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

以1984年第二次土壤普查采樣點(diǎn)位為基礎(chǔ)，邗江區(qū)2019年采用網(wǎng)格布點(diǎn)法對(duì)采樣網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，采樣時(shí)盡可能與第二次土壤普查采樣點(diǎn)相近或一致，采樣深度統(tǒng)一為0～20 cm。本研究以1984年第二次土壤普查的農(nóng)化樣點(diǎn)(527個(gè))化驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，2019年土壤養(yǎng)分調(diào)查點(diǎn)792個(gè)，采集了各取樣點(diǎn)位的地貌類型、成土母質(zhì)、土壤類型、施肥狀況等屬性信息。

為了增加數(shù)據(jù)的可比性、可靠性，每次的土壤化驗(yàn)的方法相同，均采用中國土壤學(xué)會(huì)編寫的《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[23]。數(shù)據(jù)分析采用ArcGIS 10.1等統(tǒng)計(jì)分析軟件和克里格法空間插值法。參照《中國土壤》[24]在對(duì)我國土壤有機(jī)質(zhì)含量分級(jí)基礎(chǔ)上將揚(yáng)州市耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量分為5級(jí)，分別為Ⅰ級(jí)(≥40 g·kg-1)、Ⅱ級(jí)(<40～30 g·kg-1)、Ⅲ級(jí)(<30～20 g·kg-1)、Ⅳ級(jí)(<20～10 g·kg-1)、Ⅴ級(jí)(<10 g·kg-1)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年份土壤有機(jī)質(zhì)描述

表1 表示的邗江區(qū)不同年份土壤耕作層有機(jī)質(zhì)含量情況，從表1中可以看出，1984年邗江區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量在10.6～26.6 g·kg-1，均值為21.52 g·kg-1；2019年邗江區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量在18.8～48.3 g·kg-1，均值為28.60 g·kg-1，比1984年增加了7.08 g·kg-1，增加了32.89%，這表明35 a邗江區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。

表1 邗江區(qū)不同年份土壤耕作層有機(jī)質(zhì)含量情況表

2.2 不同年份不同成土母質(zhì)的時(shí)空變化

成土母質(zhì)是土壤的原始狀態(tài)，是土壤形成的基礎(chǔ)和植物養(yǎng)分元素的最初來源，在氣候和生物的長期作用下，成土母質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭缮L植物的土壤，由此可見土壤有機(jī)質(zhì)和成土母質(zhì)的關(guān)系非常密切。成土母質(zhì)能直接影響土壤礦物組成和土壤顆粒組成，并在很大程度上能決定土壤物理、化學(xué)性質(zhì)以及土壤生產(chǎn)力[25]。表2表示的是不同年份不同成土母質(zhì)土壤有機(jī)質(zhì)平均值，從表中可以看出，邗江區(qū)4種主要成土母質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量總體呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。從成土母質(zhì)來看，不同年份間黃土母質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)沖(沉)積物的有機(jī)質(zhì)含量低。各成土母質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量隨著時(shí)間的推移都有所增加，其中增加最大的是長江沖積物母質(zhì)，35 a增加了10.98 g·kg-1，增加最少的是黃土母質(zhì)，增加7.27 g·kg-1，這之間的差異可能與耕地的利用方式以及種植方式有關(guān)。

表2 不同年份不同成土母質(zhì)

2.3 不同年份耕層各級(jí)土壤所占比例

表3表示的不同年份耕層各級(jí)土壤所占比例情況。從表中可以看出，揚(yáng)州市邗江區(qū)35 a耕層各級(jí)土壤所占比例變化較大，總體表現(xiàn)出升高的趨勢(shì)。由表中可見，1984年邗江區(qū)的耕地耕層中各級(jí)土壤所占比例分別為2.48%、12.66%、20.41%、63.68%和0.77%，其中Ⅲ級(jí)地和Ⅳ級(jí)地占比為84.09%；2019年邗江區(qū)的耕地耕層中各級(jí)土壤所占比例分別為8.79%、15.86%、73.66%、1.69%和0，其中Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)地占比為89.52%，35 a邗江區(qū)的耕地中Ⅰ級(jí)地所占比例增加了約4倍，同時(shí)Ⅳ級(jí)地和Ⅴ級(jí)地的占比在減少。一增一減反映出邗江區(qū)耕地質(zhì)量與等級(jí)的提升。

表3 不同年份各級(jí)土壤有機(jī)質(zhì)含量比例

2.4 不同年份不同區(qū)域有機(jī)質(zhì)演變情況

表4表示的是邗江區(qū)主要涉農(nóng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同年份土壤有機(jī)質(zhì)平均值，從表中可以看出邗江區(qū)的主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤有機(jī)質(zhì)基本表現(xiàn)出升高的趨勢(shì)。從表4中也可以看出沿江區(qū)域的土壤有機(jī)質(zhì)平均含量在1984年和2019年分別為16.54和29.41 g·kg-1，基本都是高于丘陵區(qū)域，這可能與沿江區(qū)域的成土母質(zhì)相關(guān)，邗江南部沿江區(qū)域的成土母質(zhì)基本為長江沖積母質(zhì)。

2.5 施肥以及秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

王改蘭等[26]研究表明，長期施肥有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累，并隨著施肥量的增加而增加，圖1表示的是邗江區(qū)1984—2019年這35 a邗江區(qū)每年化肥施用量，從圖中可以看出邗江區(qū)的化肥施用量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，35 a化肥施用量可以分為兩個(gè)階段，第一階段為1984—2003年，這階段的化肥施用量呈現(xiàn)出一個(gè)快速增長的趨勢(shì)；第二階段為2004—2019年，這個(gè)階段的化肥施用量相較于第一階段相對(duì)平穩(wěn)，但無論是第一還是第二階段，土壤耕層中的有機(jī)質(zhì)含量均表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。

表4 邗江區(qū)主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同年份土壤有機(jī)質(zhì)平均值

圖1 揚(yáng)州市邗江區(qū)1984—2019年化肥施用量

農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，它富含氮、磷、鉀、鈣、鎂和有機(jī)質(zhì)，是一種可再生多用途的生物資源，其還田能增加土壤有機(jī)質(zhì)，改良土壤結(jié)構(gòu)，使土壤疏松，孔隙度增加，容量減輕，促進(jìn)微生物活力和作物根系的發(fā)育。圖2表示的是邗江區(qū)1989—2019年秸稈還田量，從圖中可以看出這30 a邗江區(qū)的秸稈還田量總體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，秸稈還田量從1989年的5.5萬t增加到2019年的13.6萬t，同時(shí)從表1 中可知35 a土壤有機(jī)質(zhì)增加了7.08 g·kg-1，增幅為32.89%。秸稈還田能顯著增加土壤中的有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的積累并提高其穩(wěn)定性[27]。

圖2 邗江區(qū)1989—2019年秸稈還田量

3 小結(jié)與討論

土壤有機(jī)質(zhì)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中至關(guān)重要[28-29]，主要包括未分解、半分解的動(dòng)植物殘?bào)w及其分解產(chǎn)物、微生物軀體，以及它的代謝產(chǎn)物和再合成產(chǎn)物，有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，它既是土壤養(yǎng)分的有機(jī)來源，又參與土壤結(jié)構(gòu)的形成和耕性改善，主要受成土母質(zhì)、土壤質(zhì)地等相關(guān)因素的影響。本研究是基于邗江區(qū)第二次土壤普查至2019年這35 a的數(shù)據(jù)，本研究結(jié)果表明，邗江區(qū)35 a的土壤中有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，35 a內(nèi)邗江區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均值增加了32.89%，這與毛偉等[30]關(guān)于揚(yáng)州市土壤有機(jī)質(zhì)的研究趨勢(shì)基本一致。在邗江全境，邗江南部沿江區(qū)域的土壤有機(jī)質(zhì)含量要明顯的高于北區(qū)丘陵地區(qū)，這是由于沿江區(qū)域的成土母質(zhì)主要為長江沖積物母質(zhì)。從第二次土壤普查至2019年邗江區(qū)的化肥施用量增加的同時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)的含量也表現(xiàn)為增加的趨勢(shì)，說明化肥施用量的增加和秸稈的大量還田是土壤有機(jī)質(zhì)提升的主要影響因素。