刘梦丹,胡思敏,王宗抗

(1.深圳时代融创生态科技有限公司,广东深圳 518000;2.深圳市芭田生态工程股份有限公司,广东深圳 518000)

深汕特别合作区位于粤港澳大湾区最东端,是深圳市的一块飞地,总面积为468.3 km2,作为深圳市主要的粮食作物生产区,2022年粮食种植面积1 580 hm2[1],其中旱地种植面积约占55%,是深汕特别合作区主要耕地利用类型之一。薯类、玉米、蔬菜等作物是该区主要的旱地作物。旱地土壤肥力是旱地作物高产优质的重要基础资源,已有研究表明,长期不同的耕作模式、施肥模式使旱地土壤肥力发生演变,进而影响旱地作物的生长发育[2-4]。童文彬等[5]比较研究了浙江省红壤丘陵区旱地与水田土壤肥力的差异,发现旱地的土壤酸度大于水田,且与自然红壤相比,旱地的土壤全氮、有效磷和速效钾含量呈现上升趋势,有机质含量和 pH 呈现下降趋势。蔡泽江等[6]通过调查采样分析增城区3种耕地利用类型(水田、水浇地和旱地)下土壤的pH、交换性酸、有机质、阳离子交换量、全量养分、速效养分含量及其相互关系,发现旱地土壤酸度最强,且耕地利用类型是影响土壤酸度的主要因素之一。李大明等[7]研究长期不同施肥措施下红壤旱地的培肥效果、养分迁移特征,发现连续施肥 28 a后,红壤旱地土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、速效钾等含量均随着土壤深度增加逐步降低,长期施用有机肥可以缓解耕层土壤的酸化、提高耕层土壤肥力水平。此外,该地区水热资源丰富,土壤常年受强烈的淋溶、风化作用,加剧了土壤肥力衰退,阻碍旱地农业生产可持续发展[8-9]。因此,探明深汕特别合作区旱地土壤肥力状况,对保障该区粮食安全、全面推进乡村振兴具有重要意义。然而,前人对旱地土壤肥力的研究大多在一定的耕作模式、施肥模式及农艺措施等试验条件下获得,而在实际生产中的施肥模式、耕作模式及农艺措施更为复杂,且针对深汕特别合作区旱地的土壤肥力状况研究尚缺乏,前人研究的土壤肥力状况具有明显的区域差异,未能科学指导深汕特别合作区旱地作物生产。为了更全面地了解深汕特别合作区旱地土壤肥力状况,该研究通过采集深汕特别合作区鹅埠、赤石、小漠、鲘门4个镇的旱地土壤表层(0～20 cm)样品,测定有机质、大量元素及微量元素含量等土壤肥力关键指标,根据《广东土壤》土壤肥力分级标准对当地旱地土壤肥力状况进行分析评价[10],以期为深汕特别合作区旱地土壤肥力提升、土壤环境保护、农业产业布局及农业新技术新产品推广应用等提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 土样采集及处理于2021年11月在深汕特别合作区的水稻田采集土样,共计调查采集47个旱地的土壤样品,其中鹅埠镇6个、赤石镇35个、小漠镇2个、鲘门镇4个。因赤石镇为深汕特别合作区的主要粮食作物种植区,旱地种植面积远大于鹅埠镇、小漠镇和鲘门镇,因此取样点设置符合《测土配方施肥技术规程》(NY/T 2911)相关要求,可以代表该区域旱地土壤肥力状况。每个取样点按“S”型采样法采集深度0～20 cm的土壤样品,所取样品均匀混合后采取四分法留取1 kg左右,风干后研磨分别过0.25和2.00 mm筛后测定土壤肥力指标。

1.2 试验方法研究选取11项土壤肥力指标(包括土壤pH、有机质、铵态氮、硝态氮、有效磷、速效钾、有效硼、铁、锰、铜、锌含量等)为评价指标,并采用常规方法测定[11-12],具体如下:土壤pH测定采用水浸-电位法;有机质采用重铬酸钾-硫酸消化法;铵态氮采用靛酚蓝比色法;硝态氮采用酚二磺酸比色法;有效磷采用碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法;速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法;有效硼采用沸水浸提-甲亚胺比色法;有效铁、锰、铜、锌采用DTPA-TEA 浸提-原子吸收法。

1.3 数据处理采用Excel软件对相关数据进行统计分析。土壤变异系数(CV)可用以表示土壤养分指标的离散程度,CV<15%为弱变异性,15%≤CV<75%为中等变异性,CV≥75%为强变异性[13]。

2 结果与分析

2.1 土壤pH综合评价分析由表1可知,土壤pH变化范围为3.32～7.25,平均值为5.06,属于酸性土壤,变异系数为13.45%,属于弱变异性。从深汕特别合作区旱地土壤酸碱度分级状况(表2)[10]可知,极强酸性土壤占2.13%、强酸性土壤占12.77%、酸性土壤占61.70%、弱酸性土壤占19.15%、中性土壤占4.25%,说明深汕特别合作区旱地土壤大体处于弱酸性到强酸性范围,且有14.90%的土壤处于强酸性到极强酸性范围。

表1 旱地土壤各指标评价

表2 旱地土壤酸碱度分级

2.2 土壤有机质与氮磷钾养分综合评价分析土壤有机质含量范围为1.51～180.00 g/kg,平均含量为23.32 g/kg,处于中等水平,变异系数为106.18%,属于强变异性(表1)。从深汕特别合作区旱地土壤有机质含量分级状况(表3)[10]可知,土壤有机质含量处于缺乏以下水平的土壤占总样品数的61.70%,分布于中等、丰富和极丰富水平的土壤分别占29.79%、2.13%和6.38%。整体上,深汕特别合作区旱地土壤有机质含量中等偏低,且分布不均。

表3 旱地土壤有机质与大量元素含量分级

由表1可知,土壤硝态氮含量范围为0.30～148.00 mg/kg,平均含量为10.52 mg/kg,变异系数为257.78%,属于中等变异性。土壤铵态氮含量范围为0.08～67.70 mg/kg,平均含量为4.42 mg/kg,变异系数为250.81%,属于强变异性。总体看,深汕特别合作区旱地土壤硝态氮、铵态氮含量总体较低,且含量差异较大。

土壤有效磷含量范围为0.80～1 120.00 mg/kg,平均含量为83.90 mg/kg,处于极丰富水平,变异系数为191.26%,属于强变异性(表1)。从表3可看出,土壤有效磷含量处于20 mg/kg以上的土壤占到总样品数的76.59%,分布于中等、缺乏、很缺乏和极缺乏的土壤分别占4.26%、12.76%、2.13%和4.26%。因此,深汕特别合作区旱地土壤有效磷含量总体较丰富,但有部分土壤有效磷处于缺乏以下水平,含量分布不均。

土壤速效钾含量范围为17.00～844.00 mg/kg,平均含量为79.87 mg/kg,处于缺乏水平,变异系数为168.13%,属于强变异性(表1)。由表3可知,土壤速效钾含量大部分处于100 mg/kg以下的缺乏水平,占到总样品数的87.23%,分布于极丰富和丰富的土壤分别占4.25%和4.26%,分布于缺乏、很缺乏和极缺乏的土壤分别占34.04%、29.79%和23.40%。因此,深汕特别合作区旱地土壤速效钾含量总体偏低,分布不均。

2.3 土壤微量元素综合评价分析土壤有效铁含量范围为2.26～304.00 mg/kg,平均含量为119.90 mg/kg,处于极丰富水平,变异系数为60.67%,属于中等变异性(表1)。从深汕特别合作区旱地土壤微量元素含量分级状况(表4)[10,14]可知,土壤有效铁含量处于丰富以上水平的土壤占总样品数的95.74%。总体上,深汕特别合作区典型旱地土壤有效铁含量较丰富。

表4 旱地土壤微量元素含量分级

土壤有效锰含量范围为0.54～28.50 mg/kg,平均含量为7.07 mg/kg,处于适宜水平,变异系数为97.84%,属于强变异性(表1)。从深汕特别合作区旱地土壤微量元素含量分级状况(表4)[10,14]可知,土壤有效锰含量分布于丰富和适宜的土壤分别占样品总数的12.77%和31.91%,分布于缺乏和极缺乏水平的土壤分别占48.94%和6.38%。因此,深汕特别合作区旱地土壤有效锰含量总体为中等偏低,分布不均。

土壤有效铜含量范围为0.10～7.25 mg/kg,平均含量为1.06 mg/kg,处于丰富水平,变异系数为109.47%,属于强变异性(表1)。由表4可知,土壤有效铜含量分布于很高、丰富和适宜的土壤分别占样品总数的14.89%、17.02%和61.70%。总体上,深汕特别合作区旱地土壤有效铜含量为中等偏上,分布不均。

土壤有效锌含量范围为0.15～27.60 mg/kg,平均含量为1.81 mg/kg,处于丰富水平,变异系数为217.92%,属于强变异性(表1)。由表4可知,土壤有效锌含量分布于很高、丰富、适宜的土壤分别占样品总数的10.64%、36.17%、38.30%,处于缺乏和极缺乏水平的土壤占样品总数的14.89%。总体上,深汕特别合作区旱地土壤有效锌含量为中等偏上,但分布不均。

3 讨论

该研究发现深汕特别合作区的旱地土壤大体处于弱酸性到强酸性范围,且有14.90%的土壤处于强酸性到极强酸性范围。大量研究表明,过量施用氮肥、耕地利用类型和大气酸沉降是土壤酸化的主要原因,尤其是长期不合理施用氮肥导致的土壤酸化作用较大气酸沉降的影响大25倍,土壤性质、耕作措施、复种强度、作物类型等对土壤酸度也可能产生影响[15-21]。Wu等[22-23]研究表明,旱地较水田土壤含水量低,氮肥在有氧状态下硝化作用强,加上硝态氮淋溶损失,加剧土壤酸化。赵凯丽等[20]研究发现,0～20 cm土层的交换性铝与有机质含量呈显著负相关,增加耕层土壤有机质含量可能是减缓酸化、降低交换性铝含量的策略之一。胡丹丹等[24]研究证明,在红壤旱地施用硼镁钙土壤调理剂可以明显提高红薯产量,在提高土壤pH和活化土壤磷、钾养分等方面也有一定作用。杨慧豪等[25]研究发现,施用适宜的土壤调理剂对酸性菜田土壤具有良好的改良效果。张慧等[26]研究发现,单一施化肥降低了玉米根际土壤细菌的丰富度,化肥配施土壤调理剂可以显著提高土壤pH和玉米根际土壤细菌群落的丰富度。张晓伟等[27]研究表明,减施氮磷钾20%并配施钾长石土壤调理剂可促进烟株生长,提高烟叶产量和品质,促进烟株对氮、磷、钾肥的吸收和利用。因此,增施有机肥、控制化肥用量和配施酸性土壤调理剂对于缓解深汕特别合作区旱地土壤酸化,促进作物高产优质具有重要作用。

土壤有机质含量是评价土壤肥力水平的重要指标,提高土壤有机质水平对提升土壤质量有重要意义。李文军等[28]研究发现,与施氮磷钾化肥相比,有机无机肥配施可更好地促进土壤固碳,且在旱地土壤上的促进作用比在稻田土壤上更为明显。郭树健等[29]研究表明,红壤旱地以玉米为主体的不同种植模式有利于提高活性有机碳含量和玉米产量,“三花”混播(紫云英×油菜×肥田萝卜)-玉米和花生间作的种植模式最有利于提高土壤碳库管理指数,马铃薯-玉米和大豆间作的种植模式经济产量最高。王宗抗等[30]发现,施用生物有机肥料还提高了土壤有机质含量,能提高土壤氮素的固持和保蓄能力,防止土壤氮肥淋溶流失和挥发损失;增施生物有机肥和发酵产物后能使土壤团粒结构好,疏松透气,从而促进小白菜根系生长。该研究结果表明,深汕特别合作区旱地土壤有机质含量处于中等偏低水平,有61.70%的土壤有机质含量处于缺乏及以下水平,其原因可能是旱地土壤环境促进土壤有机质矿化,加上长期偏施化肥,导致土壤有机质积累减少。综上,优化旱地种植模式、有机无机肥配施是提升土壤有机质水平的有效途径,且深汕特别合作区畜禽粪便无害化处置后可作为良好的有机肥源。

氮、磷、钾是作物生长发育必需的大量元素。从该研究的结果来看,深汕特别合作区旱地土壤硝态氮、铵态氮和速效钾总体含量较低;土壤有效磷含量总体较丰富,但含量高低分布极不均衡,有19.15%的土壤有效磷处于缺乏及以下水平,同时有68.08%的土壤有效磷含量高于40 mg/kg,磷流失风险较高,可能会引起农业面源污染[31-32]。万子维等[33]研究表明,氮磷钾肥加有机肥混合施用提高土壤pH的同时可以降低单施有机肥土壤反硝化潜势,并降低土壤 N2O 的排放。张晓龙等[34]研究发现,有机无机肥配施添加生物黑炭可有效减少旱地土壤氮素径流流失,化肥与生物黑炭共施可有效减少旱地土壤磷钾素径流流失。胡冬妮等[35]研究表明,长期有机肥替代化肥能在减量施用化肥的基础上保证作物产量,同时显著降低紫色土坡耕地氮流失风险,是当前紫色土坡耕地可推荐的减氮增效技术。白玉超等[36]研究发现,生物炭可以降低土壤溶液中Fe-P化合物的浓度,从而减少无机磷的固定,增加土壤中磷的可利用性。由此可见,深汕特别合作区需因地制宜积极推行配方施肥,优化施肥管理和农艺措施,提高养分利用率。

铁、锰、铜、锌是作物生长发育必需的微量元素,主要来源于土壤成土母质风化及外源肥料补充[37-38],研究表明,土壤有效态微量元素含量与土壤pH和有机质含量存在相关性[39-41]。该研究中深汕特别合作区旱地土壤有效铁、有效铜、有效锌含量总体处于中等偏上水平,有效锰含量处于中等偏低水平,分别有55.32%和14.90%的土壤处于锰缺乏和锌缺乏状况。李桂花等[42]研究发现,长期秸秆还田红壤稻田,通过8季20%有机替代,添加Si、Zn、S微量元素及缓释肥施用等增产增效模式都没有显著增加双季稻产量、土壤有机质和全氮,说明长期秸秆还田对产量和地力影响很大,在此基础上增加有机肥具有增产趋势,秸秆加有机肥可以满足水稻对微量元素的需求。赵晶晶等[43]研究显示,叶面喷施微量元素增加了马铃薯的单株薯重和单薯薯重,产量显著增加。因此,在生产实践中应根据深汕特别合作区旱地土壤微量元素含量状况,作物营养需求及养分互作效应等,在有机肥与氮磷钾配施的基础上补充适量的微量元素,并注意有效铁在土壤中累积问题,少施或不施铁肥。

4 结论

综上可知,深汕特别合作区的旱地土壤大体处于弱酸性到强酸性范围,且有14.90%的土壤处于强酸性到极强酸性范围;有机质含量处于中等偏低水平,有61.70%的土壤有机质含量处于缺乏及以下水平;土壤硝态氮、铵态氮和速效钾总体含量较低;土壤有效磷和铁含量总体较丰富;有效铜、有效锌含量总体处于中等偏上水平,有效锰含量处于中等偏低水平,分别有55.32%和14.89%的土壤处于锰缺乏和锌缺乏状况。

因此,在生产实践中建议根据深汕特别合作区旱地土壤肥力状况、作物营养需求及养分互作效应等,积极推广有机无机配方施肥,优化种植模式、农艺措施和施肥技术提高养分利用效率,并注意土壤磷和铁的过度积累,适量施用酸性土壤调理剂以有效改善土壤酸化,同时考虑将当地的秸秆和畜禽粪便等作为有机肥源,实现“变废为宝”,助力乡村振兴、生态治理。该研究只是初步对深汕特别合作区旱地土壤肥力进行评价,后期仍需结合当地旱地作物营养需求、目标产量及种植模式等深入研究,以期为当地旱地作物高产优质提供更全面的指导依据。