平衡施肥技術體系下土壤性能綜合評價研究*

王連林，馬志平，張學剛，艾會暖，李翠芹，邱春蓮

(1.河北省玉田縣農業區劃辦公室 河北玉田 064100； 2.河北省玉田縣農牧局 河北玉田 064100)

化肥施用技術的發展經歷了由施用單一元素肥料到多元素肥料配合施用、由經驗配方施肥到測土配方施肥的技術進步過程。實踐表明，化肥施用應講究科學，做到配比合理。施肥量過少，達不到應有的增產效果；而施肥過量，不僅造成浪費，還會污染土壤。肥料元素之間也會互相影響，如：磷肥施用量不足，將影響氮的肥效；鉀肥施用過量，容易導致缺鋅。因此，要實現科學施肥，就必須依靠先進的平衡施肥技術[1]。

平衡施肥技術又稱為測土配方施肥，國際上通稱平衡施肥，是對現代農業科技成果的綜合運用。測土配方施肥包含3個方面的內容：①測土，即取土樣測定土壤養分含量；②配方，即經過對土壤的養分診斷，按照農作物所需的營養給出肥料配方；③合理施肥，即在農業科技人員指導下科學施用配方肥[1]。

自1995年開始，在中國農科院土壤肥料研究所金繼運等專家的指導下，河北省玉田縣開始嘗試測土配肥施肥技術的研究，2008年被國家確定為測土配肥施肥項目縣[2]。2012年，農業部開始在全國實施測土配方施肥技術普及行動，玉田縣作為全國整建制推進的100個縣之一，在前期開展了大量研究工作的基礎上，全面實施平衡施肥技術體系的應用與推廣，意在考證實施平衡施肥技術體系后土壤性能指標的變化情況，以期為河北省乃至華北地區平衡施肥技術的推廣提供依據。

1 研究方法及內容

1.1 評價指標的確立

土壤理化性質是評價土壤質量的主要指標之一，不僅影響土壤保持和供應水肥的能力，而且對調控土壤氣熱狀況、水分入滲性能、地表徑流的產生也有重要作用[3]。因此，項目確立的主要評價指標為土壤容重、田間持水量、有機質及土壤中各種農作物所需主要營養元素的含量。

1.2 土壤容重的檢測方法

土壤容重的測定可以采用環刀法(容積為100 cm3)，具體方法如下：先在田間選擇挖掘土壤剖面的位置，然后挖掘土壤剖面，挖掘深度一般為1 m，挖出的土放在土坑兩邊，觀察面向陽；用修土刀修平土壤剖面，將環刀托放在已知質量且其內壁稍涂凡士林的環刀上，把環刀刃口向下垂直壓入土中，直至環刀筒中充滿樣品為止；用修土刀切開環刃周圍的土樣，取出已裝上土的環刀，細心削去環刀兩端多余的土，并擦凈外表面；把裝有樣品的環刀兩端立即加蓋以免水分蒸發，隨即進行稱重(精確至0.01 g)并記錄；按剖面層次分層采樣，每層重復3次。在采用環刀法測定土壤容重的同時，在同層采樣處用XS2- UGA型土壤水分測試儀測定土壤自然含水量。

土壤容重按式(1)進行計算：

(1)

式中：rs——土壤容重，g/cm3；

G——環刀內濕樣質量，g；

V——環刀容積，cm3；

W——單位樣品土壤含水質量分數，%。

1.3 土壤田間持水量檢測方法

按測定土壤容重的方法用環刀取原狀土并放于盛水的搪瓷盤內，有孔蓋(蓋底)的一端朝下，盤內水面較環刀上緣低1～2 mm，勿使環刀上面淹水，靜置8 h以上讓水分飽和土壤；經8 h吸水后，從環刀內取出15～20 g原狀土并測定含水量，土壤的田間持水量按式(2)進行計算：

(2)

1.4 土壤化學營養成分的檢測方法

衡量土壤化學營養供給性能的主要指標有pH、有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀及各種速效中微量元素含量，采用的主要檢測方法：土壤全氮含量測定采用凱氏定氮法；土壤堿解氮含量采用丙三醇替代堿性膠液測定；土壤中速效磷含量的測定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；土壤中速效鉀含量的測定采用四苯硼鈉比濁法；土壤有機質含量的測定采用重鉻酸鉀硫酸氧化比色法；土壤pH的測定采用混合指示劑比色法；土壤中速效中微量元素含量測定采用原子吸收分光光度法。

2 結果與分析

2.1 實施平衡施肥技術體系對肥料應用量的影響

多年統計資料匯總分析顯示(圖1)，玉田縣自2008年開始實施測土配方施肥項目后，肥料實物施用量出現明顯下降，項目實施前5年的年均化肥施用量為125.8 kt，項目實施后8年的年均化肥施用量為118.5 kt，年均下降5.8%。

圖1 2004—2016年玉田縣農用化肥實物施用總量變化趨勢

化肥施用量的增減除受技術水平的影響外，在一定程度上還與作物種植面積和種植結構的調整有顯著相關性。研究顯示，作物面積的增減與單位農作物種植面積的化肥施用量沒有明顯的相關性，更多的因素在于平衡施肥技術的實施程度。如圖2所示，項目實施前化肥實物施用量為604.5 kg/hm2，項目實施后減少至396.8 kg/hm2，化肥實物減施率達34.36%。

圖2 2004—2016年玉田縣單位面積農用化肥實物施用量變化趨勢

2.2 實施平衡施肥技術體系對農產品產量的影響

如圖3所示，在平衡施肥技術體系的支撐下，2004年以來玉田縣糧食、蔬菜、果品等主要農產品產量呈明顯的增長趨勢，尤以果品增速顯著，12年間凈增20.8 kt，年均增長2.94%；其次是糧食作物，12年間凈增108.0 kt，年均增長2.10%；各種蔬菜總產量達2 909.0 kt，年均增長1.53%。

2.3 實施平衡施肥技術體系對土壤理化性狀的影響

玉田縣土層深厚、宜耕性較好，共有4個土類、9個亞類、11個土屬和34個土種，其中：褐土面積32 610 hm2，占全縣耕地總面積的27.62%；潮土面積79 791 hm2，占全縣耕地總面積的69.15%；水稻土面積71 hm2，占全縣耕地總面積的0.06%；沼澤土2 150 hm2，占全縣耕地總面積的1.86%。通過對褐土、潮土兩大主要土類理化性狀的調查，發現10多年的肥料應用結構變革對土壤的理化性狀產生了較為顯著的影響。

2.3.1 實施平衡施肥技術體系對土壤容重的影響

如表1所示，通過12年平衡施肥技術的應用，玉田縣土壤容重發生較大的變化。在高濃度大量元素化肥的大量施用下，2004年玉田縣主要土壤10～15 cm平均容重1.382 g/cm3，35～40 cm平均容重1.428 g/cm3。2017年春季監測調查，玉田縣土壤10～15 cm平均容重1.245 g/cm3，35～40 cm平均容重1.234 g/cm3。12年間，通過實施平衡施肥技術，10～15 cm土壤容重年均遞減0.80%，35～40 cm土壤容重年均遞減1.05%。土壤容重的減輕，表明土壤孔隙度增加、持水量及含氧量增多、有益微生物活力空間增大、土壤活性增強。

圖3 2004—2016年玉田縣主要農產品產量變化趨勢

表1 玉田縣不同土壤類型土壤容重調查分析結果

地點土壤類型10～15 cm土壤容重/(g·cm-3)2004年2017年較2004年增減/%35～40 cm土壤容重/(g·cm-3)2004年2017年較2004年增減/%楊家套鄉丁官屯村褐土化潮土1.521.33-12.501.461.10-24.66亮甲店鎮內官莊村潮土1.271.13-11.021.301.01-22.31郭家屯鄉曉樂屯村草甸褐土1.391.26-9.351.411.29-8.51亮甲店鎮楊五候村草甸褐土1.431.20-16.081.501.18-21.33亮甲店鎮姜莊子村草甸褐土1.321.31-0.761.431.32-7.69彩亭橋鎮老公莊村草甸褐土1.321.31-0.761.411.17-17.02彩亭橋鎮梁莊子村草甸褐土1.371.31-4.381.661.25-24.70大安鎮小屯村草甸褐土1.381.26-8.701.461.37-6.16大安鎮吉家行村潮土1.431.23-13.991.311.22-6.87郭家橋鄉南場村沼澤化潮土1.181.12-5.081.361.14-16.18石臼窩鎮前安子村沼澤化潮土1.471.03-29.931.381.26-8.70窩洛沽鎮西定府村鹽化潮土1.401.39-0.711.351.414.44鴉鴻橋鎮新風村鹽化潮土1.401.410.711.491.37-8.05鴉鴻橋鎮河東村鹽化潮土1.391.411.441.501.585.33玉田鎮三渠莊村潮土1.441.10-23.611.541.03-33.12虹橋鎮西會村沼澤化潮土1.271.08-14.961.421.16-18.31虹橋鎮株樹塢村潮土1.311.23-6.111.361.18-13.24散水頭鎮散水頭村褐土化潮土1.431.28-10.491.311.25-4.58散水頭鎮白家鋪村沼澤化潮土1.351.11-17.781.411.07-24.11玉田鎮藥王廟村褐土化潮土1.561.40-10.261.501.31-12.67平均1.381.24-9.881.431.23-13.99

2.3.2 實施平衡施肥技術體系對土壤田間持水量的影響

田間持水量是評價土壤理化性狀的主要指標之一，其直接影響土壤的保水、保肥能力，對促進植物根系發育、提高產量具有十分重要的意義。

通過實施平衡施肥技術，可以改善土壤的團粒結構，增加田間持水量。表2的監測結果表明，12年間10個鄉鎮0～20 cm土壤田間持水量增加10.37%，20～40 cm土壤田間持水量增加8.87%。

表2 平衡施肥技術體系實施前后土壤田間持水量變化情況 %

地點 0～20 cm2005年2017年較2005年變化情況20～40 cm2005年2017年較2005年變化情況玉田鎮23.3033.9610.6624.1033.109.00郭家屯鄉21.6031.469.8623.3032.889.58林頭屯鄉22.5025.613.1123.6027.654.05亮甲店鎮22.1027.265.1624.3030.285.98楊家套鄉25.3032.697.3927.8031.183.38虹橋鎮24.6035.6911.0925.9033.557.65陳家鋪鄉26.2037.6911.4928.1032.434.33楊家板橋鎮25.1040.3615.2627.7045.4017.70石臼窩鎮24.3048.6424.3425.6050.1524.55鴉虹橋鎮24.3029.665.3626.1028.632.53平均23.9334.3010.3725.6534.528.87

2.3.3 實施平衡施肥技術體系對土壤養分結構的影響

土壤養分結構隨著施肥水平、肥料結構、農產品產能以及種植結構的變化而變化，但土壤養分的供給能力是受土壤理化性狀制約的。在改變對土壤供給的結構后，其養分的構成也會發生相應變化。通過對玉田縣3 772個不同種植條件下的土壤養分檢測(表3)，與2004年監測調查結果相比，有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀以及有效鐵、錳、銅、鋅等均呈明顯上升趨勢，而有效硫減少15.82 mg/kg，故應關注中量元素硫肥的施用；全氮質量分數12年間減少0.912%，表明土壤中總體氮的含量因外部投入的減少和氮素利用率的提高而降低，使氮素隨降雨、灌溉流入河流和下滲污染水源的量減少，對提高氮肥利用率、保護水源環境起到了積極的促進作用。

表3 平衡施肥技術體系下玉田縣土壤養分的變化情況

項目2004年2016年較2004年增減w(有機質)/%1.6901.9400.250w(全氮)/%1.0380.126-0.912堿解氮/(mg·kg-1)81.11106.0124.90有效磷/(mg·kg-1)12.0733.9321.86緩效鉀/(mg·kg-1)181.25778.12596.87速效鉀/(mg·kg-1)78.14170.3092.16有效鐵/(mg·kg-1)18.4134.4716.06有效錳/(mg·kg-1)15.1421.486.34有效銅/(mg·kg-1)2.022.370.35有效鋅/(mg·kg-1)1.842.851.01有效硫/(mg·kg-1)37.5821.76-15.82

3 討論

3.1 平衡施肥技術體系對穩定主要農產品產能發揮了積極作用

眾多調查顯示，化肥對糧食增產的貢獻率高達50%左右。據世界糧農組織的評估，中國施用化肥對糧食增產的貢獻率平均為40.8%，其中旱作為60.2%，玉米為46.2%。但化肥在增加農產品產量的同時，盲目不合理地增加化肥施用量也引發了眾多的問題，如農作物品質降低、污染環境以及土壤鹽堿化、板結、有機質含量下降等。從玉田縣實施平衡施肥技術體系10多年的實踐來看，可以從根本上改變上述狀況。

3.2 平衡施肥技術體系對改善土壤理化性狀效果顯著

土壤容重影響土壤水、肥、氣、熱的變化及作物根系的生長，進而影響作物的生長發育[4]，最終對作物產量產生影響，因此，土壤容重是土壤肥力的重要評價指標。通過對實施平衡施肥技術體系的土壤進行長期定位監測，結果表明土壤容重過大對作物生長及農產品產能有不利影響，而隨著土壤容重的降低，作物產量有增高的趨勢。容重對不同土壤類型上作物生長及產量的影響有待于進一步的研究。

土壤田間持水量反映了土壤蓄水、保水和供水的性能，而土壤蓄持水分和供水能力受土壤自身條件及施肥、管理、氣候條件等眾多因素的影響。研究表明，土壤田間持水量隨容重減小而遞增[5]，土壤有機質含量與田間持水量呈顯著正相關[6]。長期定位監測研究結果也表明，平衡施肥技術體系實施有機肥和無機肥長期配施能夠提高土壤有機質含量和田間持水量，進而促進農產品產量的提高。

3.3 平衡施肥技術體系對實現農業資源可持續利用意義重大

農業生產的可持續發展需要長久維持和提高土壤生產力、保持和提高土壤肥力[7]，要著重破解“3個生”(生產、生活、生態)、“3個農”(農業、農村、農民)的問題，必須遵循“3個原則”(公平性、持續性、共同性)、“3個持續性”(經濟持續性、社會持續性、生態持續性)和“3個良性循環”(經濟良性循環、社會良性循環、自然良性循環)，最終實現“3個效益”(經濟效益、社會效益、生態效益)的目的[8]。平衡施肥技術體系就是在農業可持續發展的理論體系下建立和發展的，通過玉田縣10多年的實踐，所產生的良好效果充分體現了其在推動農業生產、農村經濟發展、農產品供給、改善農田生態系統、實現良性發展中的重大作用。

4 結語

(1) 平衡施肥技術體系的推廣應用可以提高農產品產能，對保障主要農產品有效供給具有十分重要的推動作用。

(2) 平衡施肥技術體系有利于降低農業生產資料投入，對改善化肥投入結構與土壤理化性狀具有明顯的促進作用，對提高化肥利用率效果顯著。

(3) 平衡施肥技術體系是以農業資源可持續發展理論體系為基礎，對推動化肥零增長行動和低碳、生態農業發展具有十分重要的現實意義。

綜上所述，與傳統的農業生產相比，平衡施肥具有穩定提高農產品產量、減少投入、提高肥料利用率、改善土壤理化性狀和保水、保肥能力的綜合效能，是實現《到2020年化肥使用量零增長行動方案》和《到2020年農藥使用量零增長行動方案》的主要措施之一。