寧南山區不同建設年限梯田土壤肥力變化規律研究

岳自慧，劉 平，翟汝偉，王 文，劉學軍，賈愛冬，張煜明

(1.寧夏回族自治區水利科學研究院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏回族自治區水土保持監測總站，寧夏 銀川 750001)

寧夏南部山區(簡稱“寧南山區”)地處黃土丘陵溝壑區，是我國北方農牧交錯帶和干旱與半干旱過渡區，是我國生態最脆弱的地區之一，包括固原市的原州區、西吉縣、彭陽縣、隆德縣、涇源縣和中衛市海原縣等5縣1區83鄉(鎮)，土地面積為16 783 km2，總人口189.98萬人。該區海拔1 246～2 594 m，年平均氣溫5～7 ℃，無霜期97～158 d，年平均降水量280～650 mm，降水量不僅偏少，而且年際、年內分布極不均勻，地表和地下水資源缺乏，土壤水分蒸發強烈，作物生長極易受干旱威脅[1-3]，嚴重的水土流失已成為寧南山區農業發展的主要制約因素。坡改梯工程可有效控制水土流失，提高寧南山區土地生產力和糧食產量[4]。寧南山區規模性的水平梯田建設自20世紀90年代開始，截至2016年底，寧南山區建設水平梯田26.47萬hm2，水土保持效果非常明顯。

為了研究坡改梯后不同種植年限梯田土壤肥力變化規律，寧夏水利科學研究院選擇國家農業綜合開發水土保持項目寧夏隆德縣打食溝項目區的紅崖小流域、彭陽縣李臺項目區的炭洼小流域、固原市原州區上灘項目區的上灘小流域、西吉縣腰巴莊項目區的上腰巴莊小流域、同心縣下馬關項目區的羅家灘小流域和海原縣脫烈項目區的曹洼小流域等6個典型小流域作為重點監測流域，開展了不同種植年限梯田土壤肥力的動態監測和研究工作。

1 土壤肥力監測方法

在每個重點監測小流域分別選擇建設年限為1～2年、3～5年和5年以上的梯田作為監測地類，通過GPS定點取樣，每種地類選擇3個樣點，于作物收獲后取0～25 cm深度土壤進行分析測定(按土壤養分測定方法進行)，指標包括速效氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷和有機質含量，坡耕地按照相同的方法取樣作為對照。監測與研究工作自2013年開始，至2016年結束，每年9—10月監測一次，同一個流域同一樣點連續監測4年。

試驗數據用Excel軟件和SPSS數據統計分析軟件處理。

2 不同建設年限梯田土壤肥力綜合分析

2013—2016年共送檢土樣315個，測定速效氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷和有機質含量6項指標，綜合分析結果詳見表1。

表1 不同建設年限梯田土壤肥力綜合分析結果

各耕地類型中，1～2年梯田速效磷、速效鉀、全磷、全氮和有機質含量5項指標均表現為最低，5年以上梯田全磷、全氮和有機質含量3項指標均為最高。與坡耕地相比，1～2年梯田有機質含量降低了7.05%，3～5年梯田和5年以上梯田有機質含量分別提高了8.14%和18.68%。與1～2年新修梯田相比，3～5年梯田和5年以上梯田有機質含量分別增加了16.35%和27.69%。

土壤有機質是土壤肥力的基礎，是衡量土壤肥力的重要指標之一，寧南山區不同耕地類型土壤有機質含量分析結果見圖1。由圖1可知：不同耕地類型土壤有機質含量表現為5年以上梯田>3～5年梯田>坡耕地>1～2年梯田；5年以上梯田土壤有機質含量與坡耕地和1～2年新修梯田差異達顯著水平(P<0.05)，與3～5年梯田差異不顯著，3～5年梯田與1～2年新修梯田差異顯著，與坡耕地差異不顯著，坡耕地與1～2年新修梯田之間也沒有顯著性差異。

圖1 不同建設年限梯田土壤有機質含量分析結果

注：圖中字母代表顯著性水平為0.05時的方差分析結果，兩者字母不同表示相互間差異達顯著水平，出現相同字母表示差異不顯著。

3 水平梯田土壤肥力年度變化情況

通過GPS定點跟蹤，2013—2016年每年作物收獲后在同一取樣點取0～25 cm土層測定其土壤肥力各項指標，監測結果詳見表2。

表2 不同建設年限梯田土壤肥力的年度變化情況

梯田土壤肥力的年度變化分析結果詳見圖2～7。

圖2 不同建設年限梯田土壤速效氮含量變化

圖3 不同建設年限梯田土壤速效磷含量變化

圖4 不同建設年限梯田土壤速效鉀含量變化

圖5 不同建設年限梯田土壤全磷含量變化

圖6 不同建設年限梯田土壤全氮含量變化

圖7 不同建設年限梯田土壤有機質含量變化

由表2和圖2～7分析結果可以看出：梯田修建初期土壤肥力除速效磷、速效鉀含量2項指標外，其他各項指標與修建前相比均有所降低，修建3年梯田土壤有機質可基本上達到修建前水平，修建5年梯田速效磷、速效鉀、有機質3項肥力指標高于修建前；不同年限梯田土壤肥力的年度變化大體上呈現出逐漸提高的趨勢，但在修建第8年時除速效鉀含量外，其他5項指標均出現了下降的趨勢；梯田二為2011年修建的梯田，開始監測時該梯田為修建第3年，2016年(修建第6年)與2013年相比，速效氮、速效磷、速效鉀、全氮和有機質含量分別增加了16.78%、40.51%、31.88%、37.25%、34.37%，全磷含量則降低了15.63%。

4 各肥力指標對梯田土壤肥力影響的主成分分析

主成分分析也稱主分量分析，旨在利用降維的思想，把多指標轉化為少數幾個綜合指標，這些綜合指標基本反映了原來變量的信息量[5]。通過主成分分析，可以確定衡量寧南山區梯田土壤肥力的主要指標。各肥力指標對梯田土壤肥力影響的主成分分析結果詳見表3、表4。由表3可知，前3個主成分的累積貢獻率為84.139%，并且前3個主成分的特征值分別為2.609、1.257、1.183，均大于1，故保留前3個主成分對梯田土壤肥力的影響。

表3 主成分分析總方差解釋

表4 主成分矩陣

由表4可知：第1主成分與速效氮、全磷、速效磷含量關系密切，第2主成分與全氮、全磷、速效磷含量關系密切，第3主成分與有機質、速效鉀含量關系密切，其中相關系數大于0.75的有速效氮、全磷、有機質含量，說明速效氮、全磷、有機質含量能顯著影響土壤肥力，是衡量土壤肥力的重要指標。

5 結 論

(1)梯田修建初期土壤肥力除速效磷、速效鉀含量2項指標外，其他各項指標與修建前相比均有所降低，修建3年梯田土壤有機質可基本上達到修建前水平，修建5年梯田速效磷、速效鉀、有機質3項肥力指標高于修建前，5年以上梯田土壤綜合肥力水平與坡耕地相比提高了15%以上，與修建初期相比提高了30%左右。建議政府相關部門繼續加大梯田建設力度，為寧南山區作物高產、穩產提供有力保障。

(2)各肥力指標對梯田土壤肥力影響的主成分分析結果說明，速效氮、全磷、有機質含量對土壤肥力具有重要作用，且能顯著影響土壤肥力。不同年限梯田土壤肥力的年度變化大體上呈現出逐漸提高的趨勢，但在修建第8年時，除速效鉀外其他5項指標均出現了下降的趨勢。根據對各項目區梯田培肥措施的調查分析，近幾年隨著進城務工人員的增加，農村養殖業規模越來越小，農家肥緊缺，坡改梯后土壤主要靠少量的化肥來維持地力，隨著種植年限的增加，土壤肥力出現下降的現象。因此，應重視梯田修建后的培肥與改良，以有效解決梯田土壤肥力衰退的問題。