廣西某甘蔗產區土壤養分現狀及其質量評價研究

溫中海陳麗君王曉飛,魏萌萌許桂蘋,

（1.廣西壯族自治區環境監測中心站，廣西 南寧 530028；2.廣西大學輕工與食品工程學院，廣西 南寧 530004）

廣西某甘蔗產區土壤養分現狀及其質量評價研究

溫中海1陳麗君2王曉飛1,2魏萌萌2許桂蘋1,2

（1.廣西壯族自治區環境監測中心站，廣西 南寧 530028；2.廣西大學輕工與食品工程學院，廣西 南寧 530004）

采集廣西某甘蔗產區27個具有代表性的表層土樣，監測分析pH、有機質、全氮、全磷、全鉀、銨態氮、有效磷和速效鉀等養分指標。分析廣西某甘蔗產區土壤 pH值和養分的現狀及其相關性，并利用物元分析法對其土壤養分質量進行評價。結果表明：該蔗區土壤偏酸，土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、速效氮、有效磷和速效鉀的均值分別為28.61g/kg、1604.53mg/kg、541.92mg/kg、14105.86mg/kg、28.05mg/kg、73.47mg/kg和100.68mg/kg。相關性分析結果表明：速效鉀與有機質和全鉀呈極顯著正相關關系，有效磷與全氮呈著顯著正相關關系，有效磷與全磷呈極顯著負相關關系，速效氮與全磷呈極顯著正相關關系，全鉀與機質和全氮呈極顯著正相關關系。利用物元分析對蔗區土壤養分質量評價結果表明：研究區內大部分（70.37%）蔗田土壤肥力等級處中上水平；研究區仍有部分（29.63%）土壤的肥力處于中等偏下的水平，該研究區內的土壤肥力分布不平衡。

廣西；甘蔗產區土壤；養分；質量評價

耕地是食物和其他各種農畜產品最主要的生產載體，其基本理化性質的分布及與之有關的土質變化，不僅關系到糧食生產和生態環境的持續發展，而且影響著某一區域在全國生態環境戰略布局中的地位[1,2]。近年來，我國人均耕地面積日益減少，耕地土壤質量逐年降低[3]。了解和掌握耕地土壤的養分分布特征，既為改良耕地土壤和提高耕地土壤質量提供基礎數據，又是耕地地力評價與測土配方施肥的前提條件。廣西是我國最大的食糖生產基地，糖料甘蔗的種植面積、產蔗量和產糖量均居全國首位。蔗區耕地土壤的質量直接影響到甘蔗的產量和質量，尤其是蔗區土壤養分的分布情況，對蔗區養分管理、制糖產業規劃和制糖業的可持續發展至關重要。但是，我國學者報道的關于對廣西某特定蔗區耕地土壤養分指標之間的相關性和質量評價鮮有報道。該文以廣西某甘蔗產區的蔗田土壤為研究對象，分析其土壤養分分布水平與相關性程度，并利用物元分析發對其土壤養分質量進行了評價，以期為該蔗區土壤的肥力現狀分析提供基礎數據。

1 實驗部分

1.1研究區域的概況

樣品采集區域位于廣西西南部，地貌以丘陵為主，四面環山。樣品采集區域屬南亞熱帶季風氣候，年均氣溫21.7℃，年均日照時數為1896.1h，全年太陽總輻射量達114.39Kcal·m-2，年均降雨量1217.3mm。氣候溫和，雨量適中，霜期短，適合各種動植物的生長與發育。

1.2土壤樣品的采集與處理

采樣點集中在 22°6′27″～22°8′11″N和 107°41′58″～107°49′33″E的廣西某甘蔗產區，土壤采樣按照每667m2網格布設1個采樣點，布點網格約為25.8m×25.8m，使用GPS 衛星定位儀進行定位布點。圍繞每個網格布設中心點，1個分點及四周4個分點，采樣深度為0～20cm，共取5個分點的土壤樣品，組成一個約 1kg干重的土壤混合樣品，然后用無菌的聚乙烯袋將采集的土壤樣品裝好，并貼上標注有采樣序號和日期的標簽，共采集了27個土壤樣品。

1.3樣品分析方法

按常規方法[4,5]測定蔗田土壤養分含量：土壤 pH值用酸度計測定(土：水（v/v）= 1：2.5)；有機質采用重鉻酸鉀—外加熱法測定；全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定；銨態氮含量采用氯化鉀—靛酚藍比色法；有效磷含量采用 HCl—NH4F—鉬銻抗比色法（酸性）；速效鉀含量采用NH4OAc—火焰光度法。

1.4數據的統計分析

所有數據均采用SPSS19.0和Excel2007進行相關數據的錄入、統計和分析。

2 結果與討論

2.1蔗田土壤pH值的分布狀況

土壤pH值是影響土壤肥力的一個重要因素，也是土壤在其形成過程中受生物、氣候、地質、水文等因素綜合作用所產生的重要屬性。其對土壤的許多化學反應和化學過程都有很大影響，對土壤中的氧化還原、沉淀溶解、吸收解析和配位反應起到支配作用[6-8]。表1的基礎統計結果表明：研究范圍內蔗田表層土壤pH范圍為4.23～5.25，平均值為4.76，與編號1（對照點）相比，其他各點位的pH均低于對照值（見圖1）。有報道表明可用變異系數（CV）反映土壤的變異性[9,10]，認為CV≤10% 時為弱變異性，10%＜CV≤100%時為中等變異性，CV＞100% 時為強變異性。研究區蔗田土壤 pH值變異系數為5.32%，屬于弱變異性，說明研究區蔗田土壤pH值變異程度很小。

根據廣西土壤養分分級標準，土壤pH劃分為五級，強酸性：＜4.5；酸性：4.5～5.5；微酸性：5.5～6.5；中性：6.5～7.5；微堿性：7.5～8.5。本研究結果表明，與二次土壤普查結果5.0～5.8[11]相比較，蔗田土壤pH值發生了變化，在研究蔗區蔗田土壤酸堿度偏酸，大部分屬酸性至強酸性，且研究范圍內變異性較小。究其原因，除與成土母質和生物過程有關外，主要因素由于是自第二次土壤普查以來，國內大面積推廣使用酸性或生理酸性的商品化肥，此外過量使用氮肥和磷肥，過多殘留于土壤的氮素發生硝化作用，導致土壤酸性增大。此外不注重施用堿性肥料和農用灌溉水不到位也是不可忽略的致使土壤酸化的因素。

圖1　采樣蔗區蔗田土壤pH值

表1　采樣蔗區蔗田土壤pH值的統計特征值

2.2蔗田土壤有機質含量的分布狀況

土壤有機質含量水平可以反應土壤的物化性質，土壤有機質含量高可以增加土壤的通透性和透水性，并通過礦化作用釋放出可供植物所利用的元素，進而能促進植物的生長發育[12]。表2的統計結果表明：研究區蔗田表層土壤有機質含量范圍為17.01～38.99g/kg，平均值為28.61g/kg，與編號1（對照點）相比，其他各點位有機質含量均高于對照值（見圖2）。研究區蔗田土壤有機質含量最大值與最小值之間的差異 2倍多，有機質含量變異系數為16.58%，屬于中等變異性。

根據廣西土壤養分分級標準，把土壤有機質含量劃分為五級，極高：≥40.0g/kg；高：30.0g/kg～40.0g/kg；中等：20.0g/kg～30.0g/kg；低：10.0g/kg～20.0g/kg；極低：＜10.0g/kg。研究結果表明：研究范圍大部分土壤有機質含量居于中等偏低的水平。與編號1(對照點)相比，蔗區蔗田其他各點位的有機質含量均高于對照值，且處于中等變異程度。且與第二次土壤普查測定結果相比，蔗田土壤有機質含量有所提升，這與施用糖蜜酒精廢液有關。但是研究區域內的蔗田土壤有機質含量總體上處于中等偏低的水平。主要是由于甘蔗可以多年宿根種植，蔗田土壤復種指數高，有機質易于氧化分解，且該蔗區蔗田有機肥年均投入量不足，導致蔗田土壤有機質含量偏低。

圖2　采樣蔗區土壤有機質含量水平

表2　采樣蔗區土壤有機質的統計特征值

2.3蔗田土壤全量養分含量的分布狀況

2.3.1蔗田土壤全氮含量的分布狀況

土壤全氮含量是農業生產中重要的養分限制因子，土壤中的氮素可分為有機態和無機態兩大部分，二者數量之和即為土壤全氮含量[13]。其中，有機氮是土壤氮素的主體，其含量約占全氮的98%左右。表3的基礎統計結果表明：研究區域蔗田表層土壤全氮含量范圍為 1.22～2.17 g/kg，平均值為1.60 g/kg，與編號1（對照點）相比，其他各點位的全氮含量均高于對照值（見圖3）。研究區蔗田土壤全氮含量最大值與最小值之間的差異2倍左右，全氮含量變異系數為19.49%，屬于中等變異性。

根據廣西土壤養分分級標準，把研究范圍蔗田土壤全氮含量劃分為五級，極高：≥2.50g/kg；高：1.50g/kg～2.50g/kg；中等：1.00g/kg～1.50g/kg；低：0.75g/kg～1.00g/kg；極低：＜0.75g/kg。研究范圍大部分土壤全氮含量居于高水平。與第二次土壤普查測定結果1.0g/kg相比，蔗田土壤有機質含量有所提升，這與可能與施用農家肥或者蔗葉還田有關特別是糖蜜酒精廢液的大量施用。

2.3.2蔗田土壤全磷含量的分布狀況

磷是農業生產中重要的養分限制因子，也是作物必需的重要營養元素之一[13]，地殼中磷的平均含量約為1.2g/kg，而大多數自然土壤的含量遠低于地殼中磷的含量。表 3的基礎統計結果表明：研究范圍內蔗田表層土壤全磷含量范圍為366.41～821.62mg/kg，平均值為541.92mg/kg，與編號1的對照點監測結果相比，其他各監測點位的全氮含量部分高于對照值（見圖3）。

2.3.3蔗田土壤全鉀含量的分布狀況

鉀是土壤中一種礦質元素，在植物體重以離子的形式存在，不形成任何形式的化合物，是農業生產中重要的養分限制因子，也是作物必需的重要營養元素之一[14]。表 3的基礎統計結果表明：研究范圍內蔗田表層土壤全鉀含量范圍為3344.20～31322mg/kg，平均值為 14105.86mg/kg，與編號 1的對照點監測結果相比，其他各監測點位的全鉀含量大部分高于對照值（見圖3）。

圖3　采樣蔗區土壤全量養分含量水平

表3　采樣蔗區土壤全量養分的統計特征值

2.4蔗田土壤速效養分含量的分布狀況

2.4.1蔗田土壤速效氮含量的分布狀況

土壤中的銨態氮可被吸附和固定在土壤膠體表面和膠體晶格中，呈交換性銨狀態存在，也可溶解在土壤溶液中，能直接被植物吸收利用，屬于速效性氮素[15]。表4的基礎統計結果表明：研究范圍內蔗田表層土壤銨態氮含量范圍為13.73～58.98mg/kg，平均值為28.05mg/kg，與編號1的對照點監測結果相比，其他各點位的銨態氮含量大部分高于對照值（見圖4）。研究區蔗田土壤銨態氮含量最大值與最小值之間的差異10倍左右，銨態氮含量變異系數為40.66%，屬于中等變異性。

2.4.2蔗田土壤有效磷含量的分布狀況

土壤有效磷是土壤磷素養分供應水平高低的指標，土壤磷素含量高低在一定程度反映了土壤中磷素的貯量和供應能力[16]。表4的基礎統計結果表明：研究范圍內蔗田表層土壤有效磷含量范圍為10.96～182.65mg/kg，平均值為73.47mg/kg，與編號1（的對照點）果相比，少數監測點位的有效磷質含量高于背景值（見圖4）。研究區蔗田土壤有效磷含量最大值與最小值之間的差異18倍左右，有效磷含量變異系數為56.68%，屬于中等變異性。

根據廣西土壤養分分級標準，把土壤有效磷含量劃分為五級，極高：≥30.0mg/kg；高：20.0mg/kg～30.0mg/kg；中等：10.0mg/kg～20.0mg/kg；低：5.0mg/kg～10.0mg/kg；極低：＜5.0mg/kg。研究區域的蔗田內大部分土壤有效磷含量居于極高水平。其原因可能是：大面積推廣施用和過量施用磷肥，第二次土壤普查有效磷含量為 1.8mg/kg，針對蔗田土壤普遍缺磷的狀況，大面積推廣施用磷肥，使蔗田土壤有效磷含量大部分處于過高狀態，此外，區內大面積推廣糖蜜酒精廢液回灌農田技術[12,13]，糖蜜酒精發酵液中含有一定量的氮、磷、鉀、鈣、鎂等無機鹽，使得蔗田土壤有效磷少量積累。

2.4.3蔗田土壤速效鉀含量的分布狀況

植物所能利用的鉀是速效性鉀，它能真實反映土壤中鉀素的供應情況[17]。表2的基礎統計結果表明：研究范圍內蔗田表層土壤速效磷含量范圍為167.48～735.94mg/kg，平均值為392.66mg/kg，與編號1（對照點）果相比，其他各點位的速效鉀含量高于對照值（見圖1）。研究區蔗田土壤速效鉀含量最大值與最小值之間的差異 7倍左右，速效鉀含量變異系數為39.78%，屬于中等變異性。

根據廣西土壤養分分級標準，把土壤速效磷含量劃分為五級，極高：≥150.0mg/kg；高：100.0mg/kg～150.0mg/kg；中等：50.0mg/kg～100.0mg/kg；低：30.0mg/kg～50.0mg/kg；極低：＜30.0mg/kg。研究區域大部分土壤速效鉀含量居于極高水平。與第二次土壤普查測定結果32 mg/kg相比，蔗田土壤速效鉀含量變化極大。其原因可能是：第二次土壤普查后，大面積推廣應用鉀肥，由原來少施或不施鉀肥逐步轉變為增加甚至過量施用鉀肥，導致蔗田土壤速效鉀的含量水平大于臨界值（40mg/kg）。此外，加大秸稈還田量和增施糖蜜酒精廢液，以增加土壤鉀含量。

圖4　采樣蔗區蔗田土壤與速效養分含量水平

表4　采樣蔗區蔗田土壤養分含量統計特征值

2.5蔗田土壤pH和各養分含量的相關性分析

土壤養分含量的變化受諸多因素的影響，各養分之間既各自獨立又相互聯系，共同作用于作物生長發育。該蔗區土壤pH 值和各養分含量的相關性分析，詳見表5。由表5可以看出，該蔗區土壤速效鉀含量隨著有機質和全鉀含量的增加而增加，它們之間存在著極顯著正相關關系，其相關系數分別為0.698和0.494。有效磷含量隨著全氮含量的增加而增加，它們之間存在著顯著正相關關系，相關系數為0.648；但是有效磷含量隨著全磷含量的增加而減少，它們之間存在著極顯著負相關關系，相關系數-0.567。速效氮含量隨著全磷含量的增加而增加，它們之間存在著極顯著正相關關系，相關系數為0.573。全鉀含量隨著有機質和全氮含量的增加而增加，它們之間存在著極顯著正相關關系，其相關系數分別為0.687和0.449。該實驗結果進一步表明：速效鉀作為能被植物直接利用的有效鉀成分，其含量受土壤有機質和全鉀含量的影響較大，此外，有效磷含量受全氮和全磷含量的影響，速效氮含量受全磷含量影響，全鉀含量隨著有機質和全氮含量的影響。說明研究區域蔗區蔗田土壤中有機質的轉化與N元素循環及P、K元素轉化存在密切關系，且可以相互影響。

表5　采樣蔗區蔗田土壤pH和養分含量的相關性分析

2.6蔗田土壤肥力質量評價

根據第二次全國土壤普查標準，參照物元分析法[18-20]對該蔗區土壤進行肥力質量評價。將研究區域蔗田土壤的綜合肥力分類為6個等級，即Ⅰ=優，Ⅱ=良，Ⅲ=中上，Ⅳ=中下，Ⅴ=較劣，Ⅵ=劣。按照物元分析的步驟，逐步計算相關的值，最后研究區的肥力等級結果如圖5。

圖5　采樣蔗區蔗田土壤綜合肥力等級分布表

由圖5的結果可以看出，研究區內大部分（70.37%）蔗田土壤肥力等級處于前三個等級，即基本上處于中上水平；研究區仍有部分（29.63%）土壤的肥力處于后三個等級，即處于中等偏下的水平。由分析結果可以看出，該研究區內的土壤肥力分布不平衡，分布不均勻主要可能與施肥不平衡和大面積推廣糖蜜酒精廢液回灌農田技術有關。今后，研究區域蔗區蔗田應積極推廣測土配方施肥技術，以調節該區的土壤各養分到合理水平。

3 結論

本研究結果表明，研究區域蔗田土壤各養分含量水平參差不齊，研究區域的蔗田土壤有機質含量總體上處于中等偏低的肥力水平，全氮含量總體上處于高等肥力水平，部分土壤的全磷含量高于對照點，大部分土壤的全磷含量高于對照點，速效氮含量總體上處于較低的肥力水平，有效磷含量處于極高肥力水平，速效鉀含量居于極高肥力水平。自全國第二次土壤普查以來，研究區域蔗區蔗田土壤有所酸化，pH值變異程度較小，土壤有機質、全氮、速效氮、有效磷和速效鉀均有所增加，處于中等變異程度。該蔗區土壤速效鉀與有機質和全鉀呈極顯著正相關關系，有效磷與全氮呈著顯著正相關關系，有效磷含與全磷含量呈極顯著負相關關系，速效氮與全磷呈極顯著正相關關系，全鉀與機質和全氮含量呈極顯著正相關關系。物元分析結果表明：研究區內大部分蔗田土壤肥力等級處于中上水平，小部分土壤的肥力中等偏下的水平，該研究區內的土壤肥力分布不平衡，該研究區蔗田今后應積極推廣測土配方施肥技術，以調節該區的土壤各養分到合理水平。

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Research on the nutrient situation and its quality evaluation of study sugarcane productive area of Guangxi

The study sampled 27 top soils from study sugarcane productive area, and measured the concentration of pH, Organic Matter (OM), Total Nitrogen (TN), Total Phosphorus (TP), Total Potassium (TK), Ammonium Nitrogen (AN), Available Phosphorus (AP) and Available Potassium (AK). Then the research analyzed the correlation of sugarcane soil pH value and nutrient content in the study sugarcane productive area of Guangxi, and the nutrient quality of it was evaluated by using the element analysis method. The result showed that the sugarcane soil was acidic soil, and the concentration of OM, TN, TP, TK, AN, AP and AK were 28.61 g/kg、1604.53 mg/kg、541.92 mg/kg、14105.86mg/kg、28.05 mg/kg、73.47 mg/kg and 100.68 mg/kg. Correlation analysis showed that the AK and OM and TK were significantly positive correlation, AP and TN were significantly positive correlation, AP and TP were significantly negative correlation, AN and TP showed significantly positive correlation, TK and OM and TN were significantly positive correlation. In addition, the evaluation result of matter element analysis showed that the fertility level of majority (70.37%) of sugarcane field soil was in upper of middle level, and the rest part (29.63%) of soil was in lower of middle level. So the distribution of the soil fertility in the study sugarcane productive area was unbalanced.

Guangxi; soil of study sugarcane productive area; nutrient; quality evaluation

S566

A

1008-1151(2015)11-0090-05

2015-10-11

2014年自治區科技廳下達重大專項計劃建設項目“甘蔗糖蜜酒精發酵液資源化利用技術集成應用示范”（桂科轉14125001-2）。

溫中海（1984－），男，江蘇沭陽人，廣西壯族自治區環境監測中心站工程師，碩士，從事環境保護和環境監測科研工作。