不同时期典型塿土剖面肥力特征与耕层肥力指数比较分析.docx

1、不同时期典型壤土剖面肥力特征与耕层肥力指数比较分析摄晓燕谢永生中，王辉'，张应龙'(I西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌712100：2中国科学院水利部水土保持研究所，陕西杨凌712100)摘要：利用历史典型剖面土样及资料，采用原位采样及相同测定方法研咒30年来不同时期坝土剖面的肥力特征及演变.结果衷明：30年来地上耕层的综合肥力水平在不断提高，耕层土壤中全氮含量增加40.7%,由四级水平提高到三级水平；碱解氮含量增加56.1%,由五级水平提府到四级水平：全磷含量增加44.5%,由三级水平提高到一级水平；速效磷含量增加204.0%,由四级水平提高到二级水平；速效钾含量聚积5

2、7.6mg/kg,由三级水平提高到二级水平；有机质含量由12.42g/kg增加到18.98g/kg,但还一直处于四级水平.由此，提出该区土壤培肥的对策是控磷、控钾，增氮、增施有机肥。关键词：不同时期；垣土；剖面：肥力特征中图分类号：S158.2土壤是农业生产的基础，它在自然因素与人为因素的综合作用下，处于不断的变化与更新之中2七土壤的本质属性是具有肥力，而土壤养分含量状况又是土壤肥力的物质基础何。多年来人们从不同角度对土壤肥力进行了研究"别，但基于土壤剖面肥力演变方面的报道甚少。我国曾于20世纪50和80年代进行过两次土壤普查，摸清了当时我国土壤肥力的基本状况，但之后没再进行类似的工

3、作。现在除部分地区进行了土壤调查外，我们使用的土壤肥力数据大都是第二次土壤普查的资料。那么，近30年来我国不同区域土壤肥力的演变取向及趋势如何，是广大土壤工作者关注的热点问题。目前，一些学者通过调查分析，对个别土类耕层土壤养分状况及历史演变进行了探索研究，提出了部分土类土壤养分的分布状况及时空演变规律191,1-黄健等啊通过对黑土土壤肥力变化的研究发现，黑土中有机质、N、P有了明显的改善。王茹等的研究结果表明，潮土区N、P养分略有盈余，K素处于亏缺状态。也有一些学者通过对典型区域的调查研究来揭示土壤肥力演变状况，李新举等I山调查研究发现,黄河三角洲耕地土壤有机质基本不变或增加，碱解N变化不一，

4、有效P增加，速效K呈下降趋势。王明录等【研究发现，宝鸡市耕地土壤中速效K含量在1985年到2004年的20年间增加了13.5mg/kg,且川道墟区土壤中的速效K增加量最大，为39.9mg/kg。由前人的研究结果发现，不同区域、不同类型的土壤肥力演变规律不尽不同，需进行具体的调查研究。埋土是在黄土母质上发育的一种古老的耕作土壤,其主要分布于陕西关中平原区，总面积达97.7万hn?。在陕西省境内，北至渭北台堀海拔850m以下地区、南至秦岭北麓地带均有分布1成。壤土是我国土壤科学家鉴定命名的土壤类型，是人类以长期使用土粪堆垫为主，伴有黄土自然沉积作用，经反复旱耕熟化过程而形成的一种优良农业土壤。埃土

5、分布区具有悠久、连续的农耕历史，人为活动对土壤的影响极其强烈，同时壤土分布区又处黄土高原南部，几千年来一直继续着黄土的沉积。对这样一种具有独特成土过程的高肥力土壤，对其肥力演变的研究是十分重要的。但由于目前对土壤肥力的演变研究仅局限于耕层变化，对剖面肥力演变的分析较少，所以本试验在选取典型剖面，原位采样的基础上，研究在常规的耕种管理模式下，不同历史时期读土剖面的肥力特征，从而探索其演变状况，为充分发挥该土壤的生产潜力、指导合理施肥及促进该区农业的可持续发展提供科学依据。1材料与方法1.1研究区域概况基金项目：国家科技支掉计划项目(2006BAD05BI0,2006BAD09BI0).中国科学院

6、方向性项目(KSCX1-YW-N-1524)和中国科学院知识创新工程重大项日(KSCX-YW-09-07)资助.*通讯作者(ysxie)作者简介：摄晓燕(1983-),女,山西冷岚人，博士研究生，主要从事土埴肥力演变方面的研究.E-mail:sxyO4l8研究区域选取壤土广泛分布的陕西关中平原区，关中平原位于陕西省中部，即黄土高原南缘，西起宝鸡，东到潼关，南界秦岭，北接渭河北山，西窄东宽，东西长约360km,总面积3.9万km2,约占全省面积的19%。该区地势平坦，平均海拔520m,年平均气温1C13C,年平均降水量500700mm,降水主要集中于夏、秋两季，光照条件较好，土壤肥沃，水源丰富，

7、机耕、灌溉条件都很好，主要的土壤类型为埋土，地貌主要是黄土台墟和黄土覆盖阶地，人口密度高，盛产小麦、棉花，是陕西主要的农业生产区域I叩。1.2研究材料与方法1.2.1数据来源20世纪80年代的资料来源于全国第二次土壤普查时陕西省的土壤普查报告及相应的出版刊物等，包括：武功县、扶风县和岐山县第二次土壤普查报告。2001年的资料来源于中国科学院水利部水土保持研究所的资料库，包括：武功县、扶风县和岐山县未公开出版的土壤调查资料。2008年的资料来源于本试验研究。1.2.2样品采集及处理以陕西关中平原区（选取武功县、杨凌区、扶风县、岐山县）20世纪80年代第二次土壤普查报告和2001年土壤剖面分析报告

8、资料为依据（中国科学院水土保持研究所资料库），在历史时期参与采样调查的老师指导下，选取壤土典型剖面样点18个（图I）,并于2008年夏玉米收获后、冬小麦种植之前进行土样的采集。采样时用GPS定位，采集与资料记载相同或相近I块的剖面样品。土壤剖面按发生学层次分层采集，未采集母质层样品；耕层样采用网格布点法，采集同一地块5个样品的混合样。土壤剖面的挖掘、记载、描述，按土壤学的常规方法进行。土样经拣根、风干后，分别过Imm和0.25mm筛备用。1.2.3样品分析mJ选取与20世纪80年代第二次土壤普查和2001年土壤剖面分析时资料所记载的相同测定方法。土壤有机质采用重铭酸钾外加热法测定；全N采用半微

9、量开氏法测定：碱解N采用碱解扩散法测定;全P采用HC1O4-H2SO4消煮-相锦抗比色法测定；速效P采用0.5mol/LNaHCO3浸提-相镣抗比色法测定；速效K采用1mol/LNH4OAC浸提-火焰光度法测定，测定结果均以风干基表示。1.3数据处理使用MicrosoftOfficeExcel2007软件进行数据处理及作图；使用SPSS16.0软件进行单因素方差分析（ANOVA）、相关分析及因子分析。2结果与分析2.1壤土剖面肥力特征壤土是在母质、气候、生物、地形和时间等自然因素及人类农业生产活动等人为因素的综合作用下形成的【峋，不同地点采集的土壤剖面在层次厚度及典型层次的划分上不尽相同，为了

10、便于研究，以所有样品的平均值来构建典型剖面，进行不同历史时期肥力特征的对比分析3】。典型坡土剖面从上到下依次分为耕层、犁底层、古熟化层、古耕层、黏化层、钙积层和母质层7个层次"2】。不同养分在土壤剖面中的含量分布状况不同（图2）,有机质、全N、碱解N、速效K呈“S型”分布；速效P和全P为“中低型”分布。壤土剖面的肥力状况从整体来看，有机质、全N、碱解N、速效K含量随深度增加呈下降趋势，但在黏化层出现一个小峰值。速效P含量在犁底层中迅速减少，犁底层到菇化层趋于平衡，黏化层以下略有升高。全P含量在耕层、犁底层、古熟化层和古耕层中由上到下逐渐减少，古耕层以下呈增加趋势。不同养分在土壤割面中

11、的分布特点与关中平原区壤土特定的形成条件、气候因素及多年来土地利用、管理方式等有关。2.2不同时期壤土剖面养分含量的变化2.2.1壤土剖面有机质含最的时间变异有机质是土壤的重要组成部分，也是反映土壤肥力高低的重要指标1,8,9Jo在近30年常规的耕种、管理模式下，壤土剖面中有机质含量发生了明显的变化（表1），耕层、犁底层、古熟化层中有机质含量呈现不断增加趋势，其中耕层变化最大，增加幅度达52.8%,且增加效果显著。在土壤耕层，2001年有机质含量比20世纪80年代第二次土壤普查时增加10.7%,增加效果不显著；2008年有机质含量又比2001年增加38.1%,增幅较大，速效K(m"k

12、&)080B0180硼解N(mg/kg)1535557595速效P<mkg)0102030200200-2001年-*一八十年代200-*-2008养分的土壤剖面分布Fig.2Distributionofnutrientsinsoilprofiles增加效果显著。这主要是由于关中平原区持续投入人畜粪尿等有机肥，化学肥料施用也日益科学化，使土壤中的有机质不断累积；同时，20世纪90年代末该区小麦品种由丰产3号更替为小偃22号后作物的生物量大幅度增加，随着生物量增多，留茬量不断增加，进而促进土壤中有机质增加较多。土壤有机质含最在古耕层、黏化层、钙积层中有减少的趋势，但不同时期差异不显

13、著。说明近30年来壤土剖面中古熟化层以上有机质含量一直处于上升状态，这对于提高土壤基础肥力极为有利。2.2.2壤土剖面N素含量的时间变异近30年中，壤土剖面中的全N、碱解N含量与有机质含量的变化趋势基本一致（表1）,耕层、犁底层中N素呈不断累积状态，耕层累积效果达显著水平，累积幅度分别为40.7%和56.1%。与20世纪80年代第二次土壤普查资料相比，2001年耕层全N、碱解N的累积幅度分别为7.7%、21.3%,累积效果不显著；2008年较2001年全N、碱解N含量分别增加30.6%和28.7%,增加效果达显著水平。这可能是由于第二次土壤普查之后，关中平原区开始广泛施用N肥；同时,施肥量增多

14、可以增加作物的生物量，从而增加留茬量以及根系、根分泌物的量，使土壤中根系密布的耕层中N素含量增多。并且，近年来当地秸秆还01也有助于土壤中N素含最的增加【2心七近30年来，壤土剖面中古熟化层的全N含量呈累积趋势，碱解N含量呈降低趋势，但变化幅度均不显著。古耕层、黏化层、钙积层中N素含量呈减少趋势，30年来，碱解N含量在钙积层中减少幅度达显著水平。这是由于关中平原区大都为小麦-玉米年两熟的轮作制度，玉米根系下扎较深，可以吸收土壤下层的有效N素"2】，但却得不到施肥的有效补充，所以使得下层土壤中N素含量相对较低。表1不同时期壤土剖面养分含TableINutrientcontentsofL

15、ousoil(cumuliccinnamonsoils)profilesindifferentyears层次年份土层深度(cm)有机质(g/kg)全N(g/kg)就解N(mg/kg)全P(g/kg)速效P(mg/kg)速效K(mg/kg)耕层80年代01812.42±1.44b0.86±0.12b51.3510.12b0.72±0.13b9.11±5.94b115.67±14.20b20010-1813.74±260b0.93±0.16b62.28±11.94b0.77±0.17b11.28±3

16、66b134.78±29.62ab20080181898±3.39a1.21±O.I7a80.16±13.25a1.04±0.28a27.69士11.25a173.26±4890a型底层80年代18-2710.23±1.62a10.73±0.10a44.21±9.94a0.64±0.08a3.39±2.03a95.60±5.68b200118-2611.53±2.10a0.80±0.13a46.35±8.77a0.67±0.11a3.4

17、2±1.72a118.07士1288a200818-2712.24±3.06a0.82±0.17a47.02±11.72a0.71±0.l0a3.56±1.04a124.40±17.74a古熟化层80年代27-699.07±1.71a0.65±0.10a41.89±13.29aO58±OJ3a2.80±0.78a79.I7±14.58b200126-689.41±1.90a0.68±0.11a40.15±6.42a0.61±0

18、.09a2.9】±1.37aI16.95±2l.l2a200827-6810.46±1.78a0.70±0.12a37.47±7.76a0.62±0.10a3.33±1.52a118.43±1805a古耕层80年代69-819.26±1.71a0.63±0.13a3695士6.66a0.53±0.09a3.04±1.18a7I.75±23.12b200168-849.14i1,70a0.60±0.06a3468±5.89a0.54±0.

19、l3a2.70士098a114.01±18.68a200868-838.67*1.07a0.59士0.09a30.59±5.66a0.57±0.08a2.39±2.15a117.87±1707a黏化层80年代811479.43±2.56a0.65±0.15a37.20±11.61a0.60±0.17a2.72±l.lla68.00±10.07b2001841529.29i1.16a0.61±0.10a34.84士6.30a0.57士0.09a2.34±1.05a11

20、246±7.72a2008831559.!8i1.62a0.60士0.08a31.00±7.27a0.53±0.08a232±1.46a115.2土14.04a钙积层80年代147-2046.84±1.40a0.47±0.13a27.01±9.72a0.64±0.15a3.49士1.37a47.80±11.36b2001152-201677±144a0.44±0.11a24.59±7.06ab0.62士0.06a3.45±1.57a86.60*13.22a20081

21、55-2046.49士l.lla0.44±0.1la19.94±4.04b0.59±0.04a3.l0±1.82a87.69±14.17a注：表中数据为18个祥点的平均值土标准误差.不同小写字付表示同土层各养分含fit在不同历史时期差异显署(p<0.05).2.2.3壕土剖面P素含量的时间变异20世纪80年代至今，壤土剖面中各土层P素含量均发生了不同程度的变化，耕层变化幅度达显著水平(表I)。耕层、犁底层、古熟化层、古耕层中全P含最增加，增幅为7.4%44.5%,除耕层外，增加效果均不显著；速效P含量在耕层、犁底层、古熟化层中不断累积，累

22、积幅度为5.0%204.0%,除耕层外，累积效果均不显著。这是因为20世纪80年代后关中平原区开始大量施用P肥而导致的，同时，在埋土这种石灰性土壤中，P常与钙结合成不溶性的磷酸钙，施入有机肥后，土壤中的腐殖质与难溶性P反应，生成可溶性磷酸氢钙，增加了P的有效性2324】，从而使有机质含危丰富的耕层土壤中速效P含量增加较多。黏化层、钙积层中全P有减少趋势，减少幅度分别为12.9%、7.0%；古耕层、黏化层、钙积层中速效P含量不断降低，降低幅度依次减小，古耕层中降幅为21.1%o表明近30年，剖面中古熟化层以上土层中P素含量增加，由于农作物根系大都分布于古熟化层以上的区域，所以区域内常规的耕种、管

23、理模式有利于促进壤土肥力的提高。2.2.4壤土剖面K素含量的时间变异通过2008年的调查分析发现，在近30年中常规的耕种、管理模式下，壤土剖面中速效K含量呈不断增加趋势(表1),不同层次增加幅度不同。耕层速效K增加幅度最小，但净增加量最多，达57.6mg/kg。与20世纪80年代相比，犁底层、古熟化层、古耕层、黏化层、钙积层中速效K含量在2001年累积明显，累积效果达显著水平，累积量为22.4744.46mg/kg；2008年较2001年呈累积趋势，但累积效果不明显，累积食为1.096.33mg/kg0表明速效K在土壤中移动性较强，施肥有助于土壤剖面中速效K含量的提高。但是在关中平原区夏、秋季

24、降雨较为集中，埃土中K素是否会淋溶、流失，这对环境有何影响及如何提高壤土中K素的利用率等问题将有待进一步研究。2.3壤土耕层肥力评价,2.3.1埋土耕层肥力综合评价不同时期、不同层次、不同土壤养分指标所反映的土壤肥力状况不完全一致，难以准确地进行客观评判，需对各个评价因子进行处理，得到一个统一的综合指标来比较分析，从而得出埋土综合肥力的演变趋势因】。由于壤土耕层是受耕作、施肥等人为因素影响最大的层次，同时也是土壤养分含量变化最大的层次，所以本文通过计算不同时期典型埋土耕层肥力指数，对埋土的肥力状况进行综合评价。首先，对数据进行标准化处理，采用简化评分函数法进行转换a”求得各个指标的隶属度值。然

25、后根据曹承绵等2刀的方法，利用各指标之间相关系数来确定权重系数。最后根据加法法则，在相互交叉的同类指标间采用加法进行合成。从而得到用来反映土壤综合肥力状况的土壤肥力指数IFI（integratedfertilityindex）125261,计算公式如下：中/=文勺心）|«|式中，仍是各个养分指标的权重系数，W）是各个养分指标的隶属度值。计算结果表明，20世纪80年代、2001年和2008年壤土耕层的综合肥力指数（IF1）分别为0.32、0.42和0.76。综合评价指标值越大，土壤的综合肥力越高，因此，在近30年常规的种植、管理模式下，坝土耕层的综合肥力是不断提高的，这主要是由于第二次

26、土壤普查后关中平原区农民不断加大N、P肥料投入，持续施用厩肥，秸秆还田及主栽小麦品种更替后生物量增多导致留茬量增多等因素的综合作用而促进了壤土耕层养分的累积。2.3.2埋土耕层肥力现状评价目前，关中平原区坝土耕层有机质含傩:为18.9土3.39g/kg,全N1.21土O.17g/kg,碱解N80.16±13.25mg/kg,全P1.04土0.28g/kg,速效P27.69±11.25mg/kg,速效K173.26±48.90g/kg（表1）。依照全国第二次土壤普查时土壤养分的分级标准【2叫壤土中全P含量丰富（一级），速效P和速效K含量处于稍丰状态（二级），全N含量

27、中等（三级），有机质和碱解N含量处于稍缺状态（四级）。与历史资料相比，有机质含量一直处于比较缺乏的水平;全N含量由20世纪80年代和2001年的稍缺水平提高到2008年的中等水平；全P含量在20世纪80年代和2001年处于中等水平，到2008年达到丰富状态；碱解N由20世纪80年代的缺乏（五级）状态升高到2001年和2008年的稍缺水平；速效P含量由20世纪80年代的稍缺水平上升到2001年的中等和2008年的稍丰水平;速效K含量由20世纪80年代和2001年的中等水平提高到2008年的稍丰水平。埃土耕层全P和速效P含量水平升高明显，全N、碱解N和速效K含量水平有所提高，有机质含量水平维持不变

28、。总体来说，埋土耕层土壤中有机质和N素含量仍然缺乏：P素、K素含量较高，这与该区黄土母质中含P、K较为丰富有关。因此，日后施肥过程中区域内要注意控P、控K,同时通过增施有机肥、N肥，加大秸秆还田力度等措施来提高土壤中有机质和N素含量，以提高壤土的综合肥力水平。3结论与讨论本研究利用原位采样的方法，从供肥能力（狭义的土壤肥力概念）研究典型壤土剖面肥力特征，进而分析近30年来的演变状况，得出以下几点主要结论：（1）典型壤土剖面有机质、全N、碱解N、速效K在剖面中呈“S型"分布；速效P和全P呈“中低型”分布。饮土剖面的肥力状况从整体来看，有机质、全N、碱解N、速效K含量随深度增加呈下降趋势

29、；速效P含量在犁底层中迅速减少，犁底层到魏化层趋于平衡，黏化层以下略有升高；全P含量在古耕层中最低。（2）在过去近30年常规的耕种、管理模式下，埋土剖面中大量营养元素含量发生了明显的变化，有机质、全N、速效P含量在古熟化层以上处于不断累积状态，其中耕层累积幅度最大，分别为52.8%、40.7%和204.0%,古熟化层以下含量有减少趋势。碱解N含量在耕层、犁底层中不断增加，其中耕层增加最多，达56.1%,犁底层以下含量不断减少。全P含量在耕层、犁底层、古熟化层、古耕层中呈增加趋势，耕层增幅最大，达44.5%,黏化层、钙积层中含量呈降低趋势。速效K含量在整个剖面中呈现不断累积趋势，耕层净累积量最大

30、，达57.6mg/kg。2008年土耕层各养分含量均有所提高，但有机质和N素含量仍然缺乏，P素、K素含量较高。未来施肥过程中该区要注意控P、控K,同时通过增施有机肥、N肥，加大秸秆还田力度等措施来提高土壤有机质和N素含量，以提高埋土的整体肥力水平。参考文献：1 徐明卤，梁国庆，张夫道.中国土壤肥力演变.北京：中国农业科学技术出版社,2006:259-301孔祥斌，张凤莱，王茹，徐艳基于GIS的城乡交销带土域养分时空变化及格局分析以北京市大兴区为例.生态学报，2003,23（】1）:2210-22182 白由路，金继运，杨俐平，梁鸣早.基于G1S的土堵葬分分区管理模型研究中国农业科学,2001,

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