林小丁，竇春宇，張彩云，劉 力，張麗娜，楊 敏，楊學(xué)云，張樹(shù)蘭

（西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌 712100）

土壤肥力顯著影響土壤生產(chǎn)力，在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，作物種植體系、施肥和耕作方式等管理措施對(duì)耕地土壤肥力有顯著影響。了解耕地土壤肥力的變化趨勢(shì)可以直觀了解農(nóng)戶施肥管理的結(jié)果，有利于今后指導(dǎo)農(nóng)戶合理施肥、提高養(yǎng)分利用率，并維持土壤可持續(xù)的生產(chǎn)力。在土壤化學(xué)肥力變化研究方面，眾多單個(gè)點(diǎn)位長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配合施用及秸稈還田顯著提升土壤有機(jī)質(zhì)含量[1]，單施化肥也能夠通過(guò)提高作物產(chǎn)量從而增加作物根茬碳輸入，降低土壤有機(jī)質(zhì)下降速度[2]，或提升土壤有機(jī)質(zhì)含量[3]。土壤養(yǎng)分含量變化規(guī)律總體表現(xiàn)為化肥與有機(jī)肥配施或配合秸稈還田對(duì)土壤氮素、磷素含量增加的效果優(yōu)于單施化肥[4]。以往的研究均發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期施肥耕層土壤的pH 呈下降趨勢(shì)。如Jackie 等[5]報(bào)道，1971—2002 年美國(guó)大平原中北部冬小麥種植區(qū)土壤pH 在不同施肥處理下均有所下降；孟紅旗等[6]報(bào)道，我國(guó)農(nóng)田單施氮肥和磷鉀配施氮肥情況下耕層土壤pH 顯著降低，且隨著施肥量增加呈遞減趨勢(shì)。土壤物理肥力制約作物根系生長(zhǎng)，因而土壤物理肥力變化成為不可忽視的問(wèn)題。連續(xù)施用有機(jī)肥或有機(jī)無(wú)機(jī)肥料配施使土壤容重降低0.14～0.24 g/cm3，孔隙度增加9.4%～16.6%，增強(qiáng)了土壤通透性[7]，長(zhǎng)期施用不同有機(jī)物配施化肥可以改善土壤的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)[8]。

盡管大量研究揭示了土壤肥力演變的規(guī)律，提出了合理的施肥指導(dǎo)，但是我國(guó)農(nóng)戶分散經(jīng)營(yíng)且認(rèn)識(shí)存在差異，區(qū)域農(nóng)田土壤肥力變化仍存在很多不確定性。黃耀等[9]利用區(qū)域農(nóng)田土壤有機(jī)碳變化的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)與全國(guó)第二次土壤普查 (1979—1985 年) 數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)中國(guó)華北地區(qū)耕地土壤有機(jī)碳明顯增加。周飛等[10]利用浙江省余姚市2020 年農(nóng)田土壤肥力數(shù)據(jù)與2008 年測(cè)土配方數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，顯示土壤pH、有機(jī)質(zhì)和全氮含量呈下降趨勢(shì)，有效磷和速效鉀含量呈增加趨勢(shì)。曹婧等[11]利用陜西省第二次土壤普查數(shù)據(jù)和2017 年采集農(nóng)戶土樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)各市2017 年速效鉀含量中值較1980 年均存在不同程度的增加，其中關(guān)中平原增加最大。綜上所述，不同地區(qū)間由于土壤類型、水肥管理和耕作制度差異較大，養(yǎng)分不一致性，土壤肥力變化研究結(jié)果也不相同。此外，以往關(guān)于區(qū)域尺度農(nóng)田土壤肥力變化的研究主要是單個(gè)肥力指標(biāo)或者兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的對(duì)比，而從多個(gè)土壤化學(xué)或物理肥力要素的動(dòng)態(tài)變化關(guān)注較少，未能很好地反映不同肥力要素的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。

陜西省關(guān)中地區(qū)常用耕地面積為397.68 萬(wàn)hm2，占全省耕地總面積的56.4%，糧食作物播種面積占陜西省糧食總播種面積的50.3%[12]，是陜西省的糧食主產(chǎn)區(qū)，對(duì)保障陜西省的糧食安全至關(guān)重要。自第二次普查以來(lái)，綜合系統(tǒng)地分析關(guān)中地區(qū)耕地土壤化學(xué)、物理肥力變化趨勢(shì)的研究還未見(jiàn)報(bào)道?；诖耍狙芯炕谖墨I(xiàn)數(shù)據(jù)、測(cè)土配方施肥試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及課題組農(nóng)戶土壤分析數(shù)據(jù)，評(píng)估陜西省關(guān)中地區(qū)自1980 年以來(lái)近40 年的土壤肥力要素的變化，分析關(guān)中地區(qū)耕地土壤肥力的變化趨勢(shì)及其影響因素，為該區(qū)土壤可持續(xù)管理及合理施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

關(guān)中地區(qū)位于中國(guó)陜西省中部(33°34′52″～35°52′05″N，106°18′25″～110°36′36″E)，屬大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫11.3℃～15.2℃，年均降水量545.6～776.7 mm。行政區(qū)劃包括五市一區(qū)，即西安市、銅川市、寶雞市、咸陽(yáng)市、渭南市和楊凌示范區(qū)，總面積5.56 萬(wàn)km2，占陜西省省域面積的27%。種植糧食作物包括小麥、玉米、大豆、水稻等，主要以冬小麥–夏玉米輪作為主，一年兩熟。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及獲取

本研究通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)、《陜西土種志》、《陜西土壤》、《寶雞土壤》、《岐山縣綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃報(bào)告集》、《眉縣綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃報(bào)告集》等收集關(guān)中地區(qū)耕地土壤肥力數(shù)據(jù)，結(jié)合2006—2011 年陜西省3414 肥效試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及課題組2011 年秋季農(nóng)戶土壤調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。文獻(xiàn)數(shù)據(jù)篩選標(biāo)準(zhǔn)如下：1)試驗(yàn)地點(diǎn)位于陜西省關(guān)中地區(qū)；2)采樣時(shí)間在1980—2020 年；3)試驗(yàn)農(nóng)田為糧田，試驗(yàn)中包含不施肥小區(qū)和定位試驗(yàn)開(kāi)展前原始土壤性質(zhì)分析結(jié)果；4)文獻(xiàn)中至少包含土壤化學(xué)、物理肥力其中一項(xiàng)指標(biāo)。本研究選擇土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀、pH 及土壤容重9 個(gè)指標(biāo)作為研究對(duì)象。研究中以文字、表格展示的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行利用，僅以圖形展現(xiàn)的數(shù)據(jù)則通過(guò)GetData 軟件數(shù)字化提取，最終獲取16909 組數(shù)據(jù)，其中有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)3197 組，全氮數(shù)據(jù)1383 組，堿解氮數(shù)據(jù)2048組，全磷數(shù)據(jù)924 組，有效磷數(shù)據(jù)3009 組，全鉀數(shù)據(jù)348 組，速效鉀數(shù)據(jù)2703 組，pH 數(shù)據(jù)3149 組及土壤容重?cái)?shù)據(jù)148 組。

1.3 數(shù)據(jù)處理

考慮到收集年限較長(zhǎng)，故以10 年為時(shí)間間隔劃分樣本數(shù)據(jù)，每10 年樣本(點(diǎn))空間分布見(jiàn)圖1。土壤各指標(biāo)進(jìn)行K-S (Kolmogorov-Smirnov)檢驗(yàn)判斷數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布，結(jié)果表明各指標(biāo)數(shù)據(jù)均不符合正態(tài)分布，因此采用非參數(shù)檢驗(yàn)Kruskal-Wallis H 單因素方差分析，進(jìn)行不同年代之間中位數(shù)土壤物理、化學(xué)肥力要素的差異顯著性分析，并進(jìn)行多重比較(P<0.05)。此外，計(jì)算了土壤磷活化系數(shù)[P activation coefficient，PAC (%)=有效磷/全磷×100]，并分析了土壤磷活化與土壤有機(jī)質(zhì)的線性關(guān)系。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 26.0 軟件進(jìn)行。

圖1 關(guān)中地區(qū)位置及采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Location of Guanzhong area and the soil sampling points

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量變化特征

如圖2 所示，陜西省關(guān)中地區(qū)1980—1990 年有機(jī)質(zhì)含量介于1.6～29.0 g/kg，中值為11.0 g/kg；1991—2000 年介于3.0～24.8 g/kg，中值為11.1 g/kg；2001—2010 年介于1～51.6 g/kg，中值為13.6 g/kg；2011—2020 年介于3.2～31.1 g/kg，中值為18.5 g/kg。關(guān)中地區(qū)耕地4 個(gè)階段的土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著上升趨勢(shì)。

圖2 土壤有機(jī)質(zhì)含量年代變化Fig.2 Change in soil organic matter content over decades

2.2 土壤全氮含量變化特征

1980—1990 年，陜西省關(guān)中地區(qū)耕地土壤全氮含量介于0.12～1.68 g/kg，中值為0.77 g/kg (圖3)；1991—2000 年，介于0.17～1.55 g/kg，中值為0.81 g/kg；2001—2010 年，介于0.03～2.50 g/kg，中值為0.81 g/kg；2011—2020 年，介于0.48～1.59 g/kg，中值為0.95 g/kg。關(guān)中地區(qū)2011—2020 年耕地土壤全氮含量與前3 個(gè)10 年含量相比顯著提高。

圖3 土壤全氮含量年際變化Fig.3 Change in soil total nitrogen content over decades

2.3 土壤堿解氮含量變化特征

1980—1990 年，陜西省關(guān)中地區(qū)耕地土壤堿解氮含量介于16～101 mg/kg，中值為53 mg/kg(圖4)；1991—2000 年，介于14～89 mg/kg，中值為43 mg/kg；2001—2010 年，介于6～189 mg/kg，中值為64 mg/kg；2011—2020 年，介于16～153 mg/kg，中值為58 mg/kg。關(guān)中地區(qū)前20 年土壤堿解氮含量顯著低于2001—2010 年，后20 年兩者土壤堿解氮含量相似。

圖4 土壤堿解氮含量年際變化Fig.4 Change in soil available nitrogen content over decades

2.4 土壤全磷含量變化特征

1980—1990 年，陜西省關(guān)中地區(qū)耕地土壤全磷含量介于0.27～2.14 g/kg，中值為0.70 g/kg (圖5)；1991—2000 年，介于0.48～1.85 g/kg，中值為0.76 g/kg；2001—2010 年，介于0.10～1.59 g/kg，中值為0.82 g/kg；2011—2020 年，介于0.20～2.06 g/kg，中值為1.03 g/kg。關(guān)中地區(qū)2011—2020 年耕地土壤全磷含量與前30 年相比顯著上升。

圖5 土壤全磷含量年際變化Fig.5 Change in soil total phosphorus content over decades

2.5 土壤有效磷含量變化特征

1980—1990 年，陜西省關(guān)中地區(qū)耕地土壤有效磷含量介于1.0～42.1 mg/kg (圖6)，中值為8.5 mg/kg；1991—2000 年，介于1.7～58.2 mg/kg，中值為8.5 mg/kg；2001—2010 年，介于1.5～116 mg/kg，中值為18.7 mg/kg；2011—2020 年，介于3.0～85.4 mg/kg，中值為21.9 mg/kg。關(guān)中地區(qū)2011—2020 年耕地土壤有效磷含量與前3 個(gè)10 年平均含量相比顯著提高。

圖6 土壤有效磷含量年際變化Fig.6 Change in soil Olsen-P phosphorus content over decades

土壤有效磷和全磷能夠分別表征土壤的供磷水平和供磷潛力，其比值用以表征土壤全磷向有效磷的轉(zhuǎn)化程度。土壤磷活化系數(shù)隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量上升而顯著升高(圖7)，說(shuō)明土壤有機(jī)質(zhì)含量升高能促進(jìn)磷素有效性。

圖7 土壤磷活化系數(shù)與土壤有機(jī)質(zhì)關(guān)系Fig.7 Relationship between soil P activation coefficient and organic matter content

2.6 土壤全鉀含量變化特征

1980—1990 年，陜西省關(guān)中地區(qū)耕地土壤全鉀含量介于2.6～36.3 g/kg，中值為19.3 g/kg (圖8)；1991—2000 年，介于17.0～23.3 g/kg，中值為19.9 g/kg；2001—2010 年，介于1.3～34.9 g/kg，中值為18.6 g/kg；2011—2020 年，介于6.2～29.3 g/kg，中值為19.6 g/kg。整體而言，關(guān)中地區(qū)耕地土壤全鉀含量40 年基本維持穩(wěn)定狀態(tài)。

2.7 土壤速效鉀含量變化特征

1980—1990 年，陜西省關(guān)中地區(qū)耕地土壤速效鉀含量介于54～402 mg/kg，中值為163 mg/kg(圖9)；1991—2000 年，介于59～295 mg/kg，中值為149 mg/kg；2001—2010 年，介于45～546 mg/kg，中值為158 mg/kg；2011—2020 年，介于91～602 mg/kg，中值為212 mg/kg。關(guān)中地區(qū)2011—2020 年耕地土壤速效鉀含量與前3 個(gè)10 年含量相比顯著提高。

圖9 土壤速效鉀含量年際變化Fig.9 Change in soil available potassium content over decades

2.8 土壤pH 變化特征

1980—1990 年，陜西省關(guān)中地區(qū)耕地土壤pH介于6.90～8.80，中值為8.10 (圖10)；1991—2000年，土壤pH 介于7.00～8.70，中值為7.90。2001—2010 年，土壤pH 介于6.80～8.90，中值為8.00。2011—2020 年，土壤pH 介于6.27～8.76，中值為7.76。2011—2020 年耕地土壤pH 與前3 個(gè)10 年相比顯著下降。

圖10 土壤pH 年際變化Fig.10 Change in soil pH over decades

2.9 土壤容重變化特征

1980—1990 年，陜西省關(guān)中地區(qū)耕地土壤容重介于1.03～1.48 g/cm3，中值為1.32 g/cm3(圖11)；1991—2000 年，介于1.21～1.37 g/cm3，中值為1.31 g/cm3；2001—2010 年，介于1.20～1.52 g/cm3，中值為1.32 g/cm3；2011—2020 年，介于1.05～1.53 g/cm3，中值為1.30 g/cm3。關(guān)中地區(qū)耕地土壤容重4 個(gè)10 年的平均含量無(wú)顯著變化。

圖11 土壤容重年際變化Fig.11 Change in soil bulk density over decades

3 討論

3.1 土壤有機(jī)質(zhì)含量變化

有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，其含量與土壤肥力緊密聯(lián)系。有機(jī)質(zhì)的變化受自然因素和人為作用的影響，最終體現(xiàn)在其輸入與礦化的相對(duì)平衡上。關(guān)中地區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)隨時(shí)間呈顯著上升趨勢(shì)(圖2)，這與其他研究報(bào)道不同地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)變化的結(jié)果相似。如劉芬等[13]報(bào)道陜西省渭北旱塬2010—2012 年土壤有機(jī)質(zhì)含量較20 世紀(jì)80 年代增加。楊帆等[14]報(bào)道，陜西省2005—2014 年土壤有機(jī)質(zhì)平均含量高于第二次普查結(jié)果。耕地土壤有機(jī)質(zhì)增加主要與作物根茬還田、秸稈還田增加了土壤碳投入有關(guān)[15]。陜西省關(guān)中地區(qū)1987 年小麥、玉米單位面積產(chǎn)量分別為2714 和3868 kg/hm2, 到2020 年產(chǎn)量分別為4570 和5681 kg/hm2[12]。施肥以及品種改良提高了作物產(chǎn)量，從而增加作物根系、根系分泌物和殘茬量，向土壤輸入更多的有機(jī)碳[16]。同時(shí)，隨著農(nóng)民生活水平日益提高，秸稈不再作為生活燃料，大量農(nóng)田秸稈能夠有效覆蓋歸還土壤[17]。許多長(zhǎng)期定位試驗(yàn)表明秸稈還田有利于土壤有機(jī)碳累積[18]，秸稈還田也能使土壤中大團(tuán)聚體不受破壞[19]，利于保護(hù)有機(jī)碳，最終提升土壤有機(jī)碳含量。

3.2 土壤全氮和堿解氮含量變化

關(guān)中地區(qū)40 年來(lái)土壤全氮呈顯著上升趨勢(shì)，堿解氮含量呈不顯著上升趨勢(shì)。土壤氮素累積主要與關(guān)中地區(qū)較高的施氮量有關(guān)。2000 年后陜西省小麥氮投入量為183.0 kg/hm2，較1980 年高了69.4%[20]，同時(shí)在2018—2019 連續(xù)兩年對(duì)渭河平原冬小麥?zhǔn)┓收{(diào)查顯示，農(nóng)戶平均氮投入量為196.3 kg/hm2，施氮過(guò)量的農(nóng)戶占39.4%[21]。土壤微生物固定無(wú)機(jī)氮為有機(jī)氮，使關(guān)中地區(qū)土壤全氮、堿解氮含量得到一定的積累。此外，全氮增加也與土壤有機(jī)質(zhì)提升有關(guān)(圖2)，土壤有機(jī)質(zhì)在增加的過(guò)程中對(duì)土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響，進(jìn)一步保護(hù)了土壤有機(jī)碳[18]，而土壤全氮中主要存在形式是有機(jī)氮，堿解氮也主要來(lái)自于有機(jī)質(zhì)的礦化[22]，因而隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量的上升，土壤全氮、堿解氮含量增加。土壤堿解氮含量反映當(dāng)季作物可利用的氮，盡管關(guān)中地區(qū)氮的投入量高，但堿解氮含量沒(méi)有顯著增加，可能與土壤氮素?fù)p失和作物大量攜出氮有關(guān)。

3.3 土壤全磷和有效磷含量變化

本研究土壤全磷和有效磷含量呈顯著上升趨勢(shì)。楊學(xué)云等[23]報(bào)道陜西省扶風(fēng)縣1977—1997 年農(nóng)田磷素盈余量呈增加趨勢(shì)，逐漸高于作物攜出量，從-3.56 kg/hm2到14.6 kg/hm2。常艷麗等[24]報(bào)道2011—2012 在陜西省關(guān)中平原冬小麥-夏玉米種植體系中，冬小麥農(nóng)戶平均P2O5投入量為(183±121) kg/hm2，夏玉米平均P2O5投入量為(45±88) kg/hm2，超過(guò)50%的農(nóng)戶磷肥投入量較高。楊凌小麥/玉米輪作體系長(zhǎng)期定位試驗(yàn)表明施化學(xué)磷肥(PK、NP、NPK) 提高了耕層土壤全磷含量，其含量隨施肥年限逐步上升[25]。

本研究中1980—1990 年關(guān)中地區(qū)耕地土壤有效磷含量中值為8.5 mg/kg，與Li 等[26]報(bào)道的我國(guó)1980年土壤大面積缺磷，平均有效磷含量?jī)H為7.4 mg/kg相近。而2011—2020 年關(guān)中地區(qū)土壤有效磷含量達(dá)到21.9 mg/kg，這與劉琳等[27]報(bào)道的2011 年寶雞、咸陽(yáng)和渭南3 個(gè)(地)市有效磷平均含量分別達(dá)26.09、27.50 和21.53 mg/kg 相似。土壤速效磷的增加也與大量的磷肥投入有關(guān)，其次與土壤有機(jī)質(zhì)的顯著增加有關(guān)。本研究中磷活化系數(shù)即土壤磷素的有效性隨有機(jī)質(zhì)的增加而增加，這是因?yàn)橥寥烙袡C(jī)碳促進(jìn)了土壤中難溶態(tài)磷酸鹽向緩效態(tài)磷庫(kù)和活性態(tài)磷庫(kù)的轉(zhuǎn)化[28]，提高了土壤磷素有效性。另一方面，土壤有機(jī)質(zhì)增加也伴隨土壤有機(jī)磷增加，從而礦化提供更多的無(wú)機(jī)磷。此外，土壤磷素有效性也與pH 有關(guān)，隨著土壤pH 降低，難溶性鈣磷溶解，有利于土壤保持較高的有效磷庫(kù)[29]。不過(guò)過(guò)高的土壤有效磷含量對(duì)環(huán)境有重要的影響。Khan 等[30]報(bào)道在楊凌土冬小麥-夏玉米種植體系中，冬小麥獲得最高產(chǎn)量的土壤Olsen-P 農(nóng)學(xué)閾值為(14±0.5) mg/kg，夏玉米為(14±0.9) mg/kg，本研究最近10 年土壤有效磷含量超過(guò)農(nóng)學(xué)閾值的樣本量占80%，表明大部分農(nóng)戶施用磷肥對(duì)作物產(chǎn)量沒(méi)有明顯增產(chǎn)作用。當(dāng)土壤有效磷含量超過(guò)37 mg/kg 時(shí)，會(huì)顯著增加水溶性磷的含量，從而增加磷素的淋洗，造成潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[31]，本研究最近10 年數(shù)據(jù)中15%的樣本量超過(guò)37 mg/kg的環(huán)境閾值。因而應(yīng)鼓勵(lì)關(guān)中地區(qū)農(nóng)戶適當(dāng)降低磷肥用量，降低農(nóng)業(yè)成本，避免資源浪費(fèi)和潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 土壤全鉀和速效鉀含量變化

關(guān)中地區(qū)土壤母質(zhì)為黃土母質(zhì)，全鉀含量高，40年來(lái)全鉀含量基本穩(wěn)定。盡管秸稈還田逐漸增加，但不足以影響到耕層土壤全鉀的含量，而且明顯改變了土壤速效鉀的含量[32]。本研究中土壤速效鉀含量最后10 年階段相較于前3 個(gè)10 年顯著上升，主要?dú)w因于2008 年陜西省開(kāi)始制止秸稈焚燒，大力提倡秸稈還田。長(zhǎng)期定位試驗(yàn)表明秸稈還田能夠顯著提高土壤速效鉀含量[19]。其次，速效鉀的增加也與土壤鉀素轉(zhuǎn)化有關(guān)，Yang 等[15]在關(guān)中土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)表明，在施鉀小區(qū)中，雖部分小區(qū)鉀平衡為負(fù)，但土壤交換性鉀含量在20 年中保持不變或增加，這是由于作物所吸收利用的鉀可能為非交換性鉀或來(lái)源于底層土壤的鉀，在大量非交換性鉀含量降低的同時(shí)土壤鉀素之間的動(dòng)態(tài)平衡使水溶性鉀和交換性鉀增加。陜西省大田作物鉀素臨界值為110 mg/kg[33]，本研究2011—2020 年土壤速效鉀含量中99%樣本量超過(guò)這一閾值，因此關(guān)中地區(qū)是富鉀土壤，加之秸稈還田，糧食作物不推薦施用鉀肥。

3.5 土壤pH 變化

土壤pH 是對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的綜合反映，影響土壤養(yǎng)分的有效性及土壤生物化學(xué)性質(zhì)，在土壤肥力指標(biāo)中占據(jù)重要地位。陜西關(guān)中地區(qū)2011—2020年耕地土壤pH 與1980—1990 年相比顯著下降，下降了0.34 個(gè)單位。Guo 等[34]報(bào)道中國(guó)主要農(nóng)田土壤pH 平均下降了0.5 個(gè)單位(1980—2000 年)，其中陜西省所在華北地區(qū)農(nóng)田土壤pH 下降0.25 個(gè)單位。韓天富等[35]也報(bào)道了2001—2010 時(shí)期到2011—2018時(shí)期陜西省所在區(qū)域土壤pH 下降了0.14 個(gè)單位。關(guān)中地區(qū)土壤pH 下降可能與長(zhǎng)期過(guò)量施用氮肥以及作物產(chǎn)量增加從土壤攜出的鹽基養(yǎng)分物質(zhì)有關(guān)[36]。此外，氮沉降可能也是造成土壤pH 下降的原因之一[37]，有研究表明2008 年西安市和楊凌區(qū)大氣總氮沉降分別為14.9 和16.1 kg/hm2，2010 年則上升至25.8 和31.9 kg/hm2[38]。有研究表明，在石灰性土壤中，土壤有效Fe、Mn 和Zn 含量隨著土壤pH 的降低而增加[39]。因此，關(guān)中地區(qū)土壤pH 的降低有利于提升土壤微量元素有效性，緩解作物微量元素缺乏。

3.6 土壤容重變化

關(guān)中地區(qū)土壤容重在1980—2020 年變化不明顯，且4 個(gè)10 年中值都在合理范圍內(nèi)。陜西省機(jī)械翻耕面積和機(jī)械播種面積比例1980 年分別為33.04%和13.43%，2020 年分別為84%和57%[12]，且包產(chǎn)到戶政策實(shí)施后農(nóng)戶逐漸使用旋耕機(jī)替代深翻深耕，農(nóng)業(yè)機(jī)具的普遍使用和耕作制度的改變可能造成一定的土壤壓實(shí)作用，但隨著秸稈還田，土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提升，有利于土壤結(jié)構(gòu)的改善[7]，可能緩解了土壤壓實(shí)的負(fù)面效應(yīng)，使得關(guān)中地區(qū)40 年來(lái)土壤容重維持在合理范圍。為維持良好的土壤結(jié)構(gòu)，防止關(guān)中地區(qū)土壤緊實(shí)，應(yīng)考慮旋耕和行間深松等多種方式輪耕的耕作制度。

4 結(jié)論

陜西省關(guān)中地區(qū)耕地土壤40 年來(lái)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、有效磷和速效鉀含量顯著增加，pH 顯著下降，土壤全鉀和土壤容重變化不明顯。關(guān)中地區(qū)土壤養(yǎng)分含量上升有利于提高土壤生產(chǎn)力，保障糧食安全。但是近10 年關(guān)中地區(qū)土壤有效磷含量數(shù)據(jù)80%均超過(guò)農(nóng)學(xué)閾值(14 mg/kg)，為避免農(nóng)業(yè)資源浪費(fèi)，應(yīng)該培訓(xùn)指導(dǎo)農(nóng)戶適當(dāng)降低磷肥用量。目前土壤速效鉀含量處于較高水平，加之秸稈還田，建議糧食作物不施用鉀肥。土壤pH 的降低有利于緩解關(guān)中地區(qū)石灰性土壤上作物微量元素缺乏。40年來(lái)土壤容重都在合理范圍內(nèi)。表明施肥是培肥沃土的有效工具，今后該地區(qū)的養(yǎng)分管理和耕作實(shí)踐需要進(jìn)一步調(diào)整，以提高養(yǎng)分利用率和土地生產(chǎn)力。