李志琦，彭 清，王 洋，羅 博，陳文春，李四光，尚 成，蔡國學(xué)

（江津區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，重慶江津 402260）

養(yǎng)分是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征，也是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)。土壤肥力是土地生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，土壤肥力水平高低直接關(guān)系到作物生長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)、布局及效益等方面[1-3]。全面客觀地評價土壤肥力水平對于科學(xué)制訂農(nóng)田施肥方案、提高養(yǎng)分資源利用率、減少過量施肥造成的環(huán)境污染、實現(xiàn)精準(zhǔn)施肥具有重要意義[4-5]。

1 材料與方法

1.1 江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園概況

重慶市江津區(qū)白酒釀造歷史悠久。據(jù)史料記載，江津釀酒業(yè)在明嘉靖年間已“邑中產(chǎn)酒甲于省”，20 世紀初江津白沙沿街槽坊、酒肆無數(shù)，形成了酒香飄萬里的壯麗畫卷。

2014 年，重慶江記酒莊有限公司入駐江津白沙，目前年釀酒產(chǎn)能已達到6萬t的規(guī)模，橫空打造出了聞名全國乃至世界的“江小白”品牌。高粱是其釀酒原料，為支持“江小白”原料本地化，2018 年《江津區(qū)黃莊片區(qū)鄉(xiāng)村振興總體規(guī)劃》中提出“在永興鎮(zhèn)黃莊村、旸巖村，白沙鎮(zhèn)黑石村、高屋社區(qū)、東山社區(qū)，慈云鎮(zhèn)涼河村規(guī)劃建設(shè)1 333 hm2高粱產(chǎn)業(yè)園”。該園區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，冬暖春早，初夏多雨，盛夏炎熱伏旱，秋多連綿陰雨，無霜期長，雨量充沛。年平均氣溫18 ℃，冬季平均氣溫7.7 ℃，夏季平均氣溫28.5 ℃，年降雨量900 mm，無霜期335 d。園區(qū)土壤為沙溪廟組母質(zhì)發(fā)育而成，土壤肥力總體水平較好，適宜高粱生產(chǎn)。園區(qū)采取的耕制模式為高粱-油菜輪作，形成了春有油菜花、夏有紅高粱的美麗鄉(xiāng)村圖案。

2018 年，該園區(qū)啟動建設(shè)，通過宜機化整地和高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，到2020 年已建成333 hm2。本文以建成園區(qū)為基礎(chǔ)，開展高粱產(chǎn)業(yè)園土壤肥力調(diào)查評價，以期為高粱產(chǎn)業(yè)園的科學(xué)種植提供技術(shù)支撐。

1.2 土壤樣品采集

土壤樣品于2020年在重慶市江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園內(nèi)采集，按3.3 hm2采集1 個土樣，具有很好的代表性，土壤樣品采集點分布見圖1。土壤采集方式按照代表性原則，每個樣點采用“S”型布點選取選4 個采樣點，在每個點采集地表0～20 cm 土層的土壤約200 g，除去植物根、石塊等雜質(zhì)，4 個采樣點采集的土壤混合均勻后，采用四分法取土樣約500 g，做好記錄并帶回實驗室，風(fēng)干后過20目篩。

圖1 土壤樣品采集點分布

1.3 土壤指標(biāo)測定

土壤測定指標(biāo)包括pH 值，有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，交換性鈣、鎂含量，有效性鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬、硫、硅含量，陽離子交換量，全硒含量。土壤pH 值在水土重量比為2.5∶1 的條件下用pH 計測定；各項營養(yǎng)指標(biāo)測定方法：有機質(zhì)用重鉻酸鉀容量法—外加熱法，全氮用自動定氮儀法，全磷用堿熔法和酸溶法，全鉀用氫氟酸消解法，堿解氮用堿解擴散法，有效磷用Olsen 法，速效鉀用乙酸銨浸提—火焰光度計，交換性鈣、鎂用醋酸銨提取—原子吸收分光光度計，有效鐵、錳、銅、鋅用DTPA 浸提—原子吸收分光光度法，有效硼用沸水浸提—姜黃素比色法，有效鉬用草酸-草酸銨浸提—極譜法，有效硫用磷酸鹽-醋酸提取—硫酸鋇比濁法，陽離子交換量用DTPA-銨鹽浸提—蒸餾滴，全硒用原子熒光光譜法、氫化物原子吸收光譜法和熒光法。

1.4 土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)

參考第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合江津區(qū)實際情況，制訂土壤養(yǎng)分各指標(biāo)豐缺標(biāo)準(zhǔn)（見表1～表3）[6-7]。

表1 土壤pH值分級標(biāo)準(zhǔn)

表2 土壤有機質(zhì)和大量元素養(yǎng)分含量分級標(biāo)準(zhǔn)

表3 土壤中微量元素和CEC含量分級標(biāo)準(zhǔn)

1.5 高粱產(chǎn)業(yè)園土壤綜合肥力評價方法

在高粱產(chǎn)業(yè)園100 個定點土樣化驗數(shù)據(jù)中，選取pH、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、有效鉀5 項指標(biāo)作為確定高粱產(chǎn)業(yè)園土壤肥力綜合指標(biāo)值的變量因子，再利用因子分析法和改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法對土壤進行綜合評價[8-10]。

1.5.1 因子分析法

采用隸屬函數(shù)對各評價指標(biāo)進行歸一化處理，pH采用拋物線型函數(shù)，其余各項指標(biāo)均采用S 型函數(shù)。再用因子分析法確定每個指標(biāo)的權(quán)重，某評價指標(biāo)的公因子方差與所有評價指標(biāo)的公因子方差之和的比值即為該評價指標(biāo)的權(quán)重[11-14]。

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)加乘法原則，計算土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）。

式（1）中，Wm和Pm分別表示第m 項的權(quán)重和隸屬函數(shù)值；n 代表評價指標(biāo)的個數(shù)。IFI 取值在0～1，值越大代表土壤綜合肥力越高。

1.5.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法

采用改進后的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對高粱產(chǎn)業(yè)園土壤肥力進行綜合評價，選取了pH、有機質(zhì)等5 個指標(biāo)作為參比項來綜合反映高粱產(chǎn)業(yè)園土壤肥力水平[14-17]。根據(jù)土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置各屬性分級標(biāo)準(zhǔn)值Xa、Xc、Xp（見表4）。此外，土壤pH 分級標(biāo)準(zhǔn)值確定參考前人研究結(jié)果，當(dāng)土壤pH 值在高粱最適范圍6.5～7.0時，IFIi=3；pH 值在較適范圍7.0～8.5 時，IFIi=2；pH 值在＜6.5 或＞8.5 等不適范圍時，IFIi=1，綜合肥力（IFI值）分級標(biāo)準(zhǔn)見表5[18]。

表4 土壤各指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)值

表5 土壤綜合肥力評價標(biāo)準(zhǔn)

分肥力系數(shù)IFIi的計算：

肥力綜合指數(shù)IFI的計算：

式（2）中，IFIi表示分肥力系數(shù)；X表示測定值；Xa、Xc和Xp為分級標(biāo)準(zhǔn)值。式（3）中，IFI 為土壤綜合肥力指數(shù)，IFIi平均為各肥力系數(shù)均值；IFIi最小為各肥力系數(shù)最小值；n代表評價指標(biāo)的個數(shù)。IFI 值介于0～3，IFI值越大，表示該土壤越肥沃。

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Office 2007 處理，SPSS 22.0 進行相關(guān)性分析，Arcgis 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分分析與豐缺評價

2.1.1 pH值、有機質(zhì)和大量元素

根據(jù)100 個樣品化驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤pH 值變幅范圍為4.2～8.5，平均值為5.6，總體處于弱酸性，弱酸性及以下（pH 值＜6.5）樣點占比82%。有機質(zhì)含量變幅范圍為3.54～29.30 g·kg-1，平均值為14.10 g·kg-1，總體上處于中等偏下水平，中等偏下及以下（＜20 g·kg-1）樣點占比86%。全氮含量變幅范圍為0.38～1.75 g·kg-1，平均值為0.87 g·kg-1，總體上處于中等偏下水平，中等偏下及以下（＜1 g·kg-1）樣點占比71%。全磷含量變幅范圍為0.15～1.16 g·kg-1，平均值為0.455 g·kg-1，總體上處于中等偏下水平，中等偏下及以下（＜0.6 g·kg-1）樣點占比78%。全鉀含量變幅范圍為5.9～27.5 g·kg-1，平均值為19.0 g·kg-1，總體上處于中等偏上水平，中等偏上及以上（＞15 g·kg-1）樣點占比85%。堿解氮含量變幅范圍為22.0～163.0 mg·kg-1，平均值為72.0 mg·kg-1，總體上處于中等偏下水平，中等偏下及以下（＜90 mg·kg-1）樣點占比76%。有效磷含量變幅范圍為0.4～282.0 mg·kg-1，平均值為38.0 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，但波動幅度較大，豐富及以上（＞20 mg·kg-1）樣點占比50%。速效鉀含量變幅范圍為14.0～845.0 mg·kg-1，平均值為179 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，豐富及以上（＞150 mg·kg-1）樣點占比51%。

2.1.2 中微量元素

根據(jù)30個樣品化驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤交換性鈣含量變幅范圍為1 200～7 600 mg·kg-1，平均值為4 162.7 mg·kg-1，總體上處于極豐富水平，所有樣點均大于國家級和市級分級標(biāo)準(zhǔn)的最高值（＞1 000 mg·kg-1）。交換性鎂含量變幅范圍為240～1 440 mg·kg-1，平均值為732.8 mg·kg-1，總體上處于極豐富水平，90%的樣點均大于國家級和市級分級標(biāo)準(zhǔn)的最高值（＞300 mg·kg-1）。有效鐵含量變幅范圍為8.8～277.0 mg·kg-1，平均值為92.1 mg·kg-1，總體上處于極豐富水平，極豐富（＞20 mg·kg-1）樣點占比90%。有效錳含量變幅范圍為8.8～80.2 mg·kg-1，平均值為31.9 mg·kg-1，總體上處于極豐富水平，極豐富（＞30 mg·kg-1）樣點占比53.4%。有效銅含量變幅范圍為0.22～2.33 mg·kg-1，平均值1.07 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，豐富及以上（＞1 mg·kg-1）樣點占比43.3%，但另外56.7% 的樣點均為中等水平（0.2～1.0 mg·kg-1）。有效鋅含量變幅范圍為0.24～3.50 mg·kg-1，平均值為1.3 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，豐富及以上（＞1 mg·kg-1）樣點占比43.4%，另外有46.7%的樣點處于中等水平（0.5～1.0 mg·kg-1）。有效硼含量變幅范圍為0.05～0.49 mg·kg-1，平均值為0.179 mg·kg-1，總體上處于極缺乏水平，極缺乏（＜0.2 mg·kg-1）樣點占比66.7%。有效鉬含量變幅范圍為0.03～0.11 mg·kg-1，平均值為0.057 mg·kg-1，總體上處于極缺乏水平，極缺乏（＜0.1 mg·kg-1）樣點占比93.3%。有效硫含量變幅范圍為4.81～87.30 mg·kg-1，平均值為16.55 mg·kg-1，總體上處于缺乏和中等水平，缺乏（＜16 mg·kg-1）樣點占比63.3%，中等（16～30 mg·kg-1）樣點占比26.7%。有效硅含量變幅范圍為60.1～786.0 mg·kg-1，平均值為170 mg·kg-1，總體上處于豐富水平，豐富及以上（＞115 mg·kg-1）樣點占比50%。陽離子交換量變幅范圍為9.58～28.00 cmol·kg-1，平均值為21.3 cmol·kg-1，總體上處于極豐富水平，極豐富（＞20 cmol·kg-1）樣點占比66.7%。全硒含量變幅范圍為0.08～0.43 mg·kg-1，平均值為0.21 mg·kg-1，總體上處于富硒水平（包括高硒和中硒），富硒（＞0.2 mg·kg-1）樣點占比63.3%。

表6 江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤養(yǎng)分屬性特征

2.2 土壤養(yǎng)分含量的空間分布特征

由圖2可知，江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤pH 值空間上呈中西部高、東部低的分布趨勢。有機質(zhì)空間上呈均勻分布，差異不明顯。全氮整體分布呈西南向東北逐漸增加趨勢。全磷呈現(xiàn)出中部低、四周高的空間分布特征。全鉀整體呈西南高、東北低的趨勢。堿解氮整體分布呈西南向東北逐漸增加趨勢。有效磷呈整體豐富、局部缺乏的分布格局。速效鉀整體分布呈西南向東北逐漸增加趨勢。

圖2 江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤養(yǎng)分空間分布圖（未完，待續(xù)）

續(xù)圖2 江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤養(yǎng)分空間分布圖（未完，待續(xù)）

續(xù)圖2 江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤養(yǎng)分空間分布圖（未完，待續(xù)）

續(xù)圖2 江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤養(yǎng)分空間分布圖

土壤交換性鈣空間上呈中部局部低、四周高的分布特點。交換性鎂空間上呈中部低、南北高的分布特點。有效鐵空間分布較為均勻，且都很豐富。有效錳整體呈中部低、南北高的分布趨勢。有效銅、有效鋅、有效硼空間上都呈西南低、東北高的分布特點。有效鉬空間分布較為均勻，且都很缺乏，東北局部較高。有效硅空間上由西向東呈降低趨勢。有效硫呈現(xiàn)出中部低、西南和東北高的空間分布特征。陽離子交換量空間上呈整體含量高、東西部局部低的分布格局。土壤硒含量整體呈中部高、南北低的趨勢。

2.3 土壤養(yǎng)分指標(biāo)的相關(guān)性分析

江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤各養(yǎng)分指標(biāo)的相關(guān)性分析如表7所示，土壤pH 值與全磷、交換性鈣、陽離子交換量呈顯著正相關(guān)，與堿解氮、有效磷、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅、有效硫、全硒呈顯著負相關(guān)。土壤有機質(zhì)與全氮、堿解氮、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅、有效硼、有效鉬、全硒呈顯著正相關(guān)。土壤全氮與堿解氮、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅、有效硼、有效鉬、全硒呈顯著正相關(guān)。土壤全磷與全鉀、有效磷、交換性鈣、陽離子交換量呈顯著正相關(guān)，與有效銅、有效硫呈顯著負相關(guān)。土壤全鉀與有效磷、交換性鈣、交換性鎂、陽離子交換量呈顯著正相關(guān)，與有效硫、全硒呈顯著負相關(guān)。土壤堿解氮與有效磷、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅、有效硼、有效鉬、全硒呈顯著正相關(guān)，與交換性鈣呈顯著負相關(guān)。土壤有效磷與有效錳呈顯著正相關(guān)，與有效硫、全硒呈顯著負相關(guān)。土壤速效鉀與有效鐵、有效鋅、有效硼呈顯著正相關(guān)。土壤交換性鈣與陽離子交換量呈顯著正相關(guān)，與有效鐵、有效鋅、有效硫、全硒呈顯著負相關(guān)。土壤交換性鎂與全硒呈顯著負相關(guān)。土壤有效鐵與有效銅、有效鋅、有效硼、有效鉬、全硒呈顯著正相關(guān)。土壤有效錳除與有效磷顯著正相關(guān)外，與其他養(yǎng)分指標(biāo)都沒有相關(guān)性。土壤有效銅與有效鋅、有效硼、全硒呈顯著正相關(guān)。土壤有效鋅與有效硼、全硒呈顯著正相關(guān)。土壤有效鉬僅與有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效鐵呈顯著正相關(guān)，與其他養(yǎng)分指標(biāo)都沒有相關(guān)性。土壤有效硼與有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅呈顯著正相關(guān)，與其他養(yǎng)分指標(biāo)都沒有相關(guān)性。土壤有效硫與陽離子交換量呈顯著負相關(guān)。土壤有效硅與陽離子交換量呈顯著負相關(guān)。土壤陽離子交換量與全硒呈顯著負相關(guān)。

表7 江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤養(yǎng)分指標(biāo)相關(guān)性分析（n=100）

2.4 土壤肥力綜合評價

選取土壤pH 值、有機質(zhì)及速效氮、磷、鉀5個養(yǎng)分指標(biāo)，利用因子分析法和改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法對江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤肥力進行定量化的綜合評價。由表8 可知，因子分析法結(jié)果：2020 年江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤綜合肥力平均值為0.45，變幅范圍為0.16～0.84，變異系數(shù)為32.4%，總體處于Ⅲ級肥力水平；改進的內(nèi)梅羅指數(shù)法分析結(jié)果：2020 年江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤綜合肥力平均值為1.1，變幅范圍為0.57～1.57，變異系數(shù)為17.8%，總體處于Ⅲ級肥力水平。不管是因子分析法還是內(nèi)梅羅指數(shù)法，高粱產(chǎn)業(yè)園土壤綜合肥力總體處于偏低水平（Ⅲ級），其中pH 值、有機質(zhì)、堿解氮的分肥力系數(shù)較低。

表8 土壤肥力綜合評價結(jié)果

3 結(jié)論

江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤pH 值總體處于弱酸性，平均值為5.6，弱酸性及以下（pH 值＜6.5）樣點占比82%。土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮總體上處于中等偏下水平，平均值分別為14.1 g·kg-1、0.87 g·kg-1、0.455 g·kg-1、72.0 mg·kg-1，中等偏下及以下樣點占比分別為86%、71%、78%、76%。土壤全鉀總體上處于中等偏上水平，平均值為19.0 g·kg-1，中等偏上及以上樣點占比85%。土壤有效磷、速效鉀總體上處于豐富水平，平均值為38.0 mg·kg-1、179 mg·kg-1，豐富及以上樣點占比分別為50%、51%。

根據(jù)中微量元素分析結(jié)果，土壤交換性鈣、交換性鎂、有效鐵、有效錳、陽離子交換量總體上處于極豐富水平，平均值分別為4 162.7 mg·kg-1、732.8 mg·kg-1、92.1 mg·kg-1、31.9 mg·kg-1、21.3 cmol·kg-1，所有 樣點的交換性鈣均大于國家級和市級分級標(biāo)準(zhǔn)的最高值（＞1 000 mg·kg-1），90%樣點的交換性鎂均大于國家級和市級分級標(biāo)準(zhǔn)的最高值（＞300 mg·kg-1），土壤有效鐵、有效錳、陽離子交換量，極豐富樣點占比分別為90.0%、53.4%、66.7%。土壤有效銅、有效鋅、有效硅總體上處于豐富水平，平均值分別為1.07 mg·kg-1、1.3 mg·kg-1、170 mg·kg-1，豐富及以上樣點占比分別為43.3%、43.4%、50.0%。土壤有效硼、有效鉬總體上處于極缺乏水平，平均值分別為0.179 mg·kg-1、0.057 mg·kg-1，極缺乏樣點占比分別為66.7%、93.3%。土壤有效硫總體上處于缺乏和中等水平，平均值為16.55 mg·kg-1，缺乏樣點占比63.3%，中等樣點占比26.7%。土壤全硒總體上處于富硒水平（包括高硒和中硒），平均值為0.21 mg·kg-1，富硒樣點占比63.3%。

江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤各養(yǎng)分指標(biāo)含量空間分布特征各不相同，部分養(yǎng)分指標(biāo)之間存在顯著的相關(guān)性。

土壤肥力綜合評價結(jié)果表明，江津區(qū)高粱產(chǎn)業(yè)園土壤綜合肥力總體處于偏低水平（Ⅲ級），土壤pH值、有機質(zhì)和堿解氮是主要限制因子。建議在高粱產(chǎn)業(yè)園重點治理土壤酸化問題，采用秸稈還田、施用有機肥、種植綠肥等措施提高土壤有機質(zhì)含量，并結(jié)合土壤養(yǎng)分空間分布特征，科學(xué)合理地施用化肥。