伊犁河谷雨養旱地栗鈣土不同產量小麥土壤肥力差異分析

陳傳信 ，賽力汗·賽 ，張永強 ，夏麥丁·阿巴斯 ，陳興武 ，薛麗華 ，雷鈞杰 ，劉云霄，劉新艷，吳 偉，庫勒達那·卡達爾江

（1.新疆農業科學院糧食作物研究所，新疆烏魯木齊830091；2.新疆農業大學草業與環境科學學院，新疆烏魯木齊830052；3.新源縣農業技術推廣站，新疆新源835800；4.托里縣農業技術推廣站，新疆托里834500）

新疆雨養旱地面積為20.45萬hm2，主要分布在伊犁河谷中上游山間平原谷地、塔額盆地邊緣、昌吉州東部、天山北坡、阿爾泰山南坡等低山地帶，其中，伊犁河谷雨養旱地面積最大，占到全疆雨養旱地面積的45.66%左右[1]。伊犁河谷旱作區土壤類型有栗鈣土、黑鈣土與灰鈣土，其中，栗鈣土面積占比達28.6%，旱作地生產的糧食約占該區糧食總產10%，是伊犁灌溉農業的重要補充，在旱作地面積較大的縣、鄉，旱作農業具有舉足輕重的地位[2]。由于長期采取掠奪式土地經營方式，廣種薄收，只種不養，忽視對土壤的培肥措施，用養失調，肥力呈明顯下降趨勢，耕地質量下降[3]。

耕地質量的優劣不僅關系到作物產量，而且對作物品質有著極其重要的影響[4-6]。作物產量與速效磷、全氮及有機質含量間極相關，在一定范圍內有機質含量與土壤肥力呈正相關[7]，pH值與各種養分含量均呈明顯的負相關[8]，土壤pH值的大小對土壤肥力的影響較大[9]。伊犁河谷土壤養分結構失衡，供需矛盾較為突出，土壤有機質和全量氮磷含量表聚性特征明顯[10-12]。新疆典型草原栗鈣土有機碳總量和腐殖質不同組分在海拔高度和土壤剖面中的含量差異顯著[13]。伊犁河谷地區的研究大多集中灌溉條件和自然植被條件下進行，而無灌溉條件下農田土壤肥力特征的研究較少，尤其對伊犁河谷平原栗鈣土區雨養旱地土壤肥力特征研究鮮有報道。

本試驗對伊犁河谷平原不同產量水平雨養旱地麥田土壤肥力指標特征進行了研究，以期為新疆河谷平原栗鈣土區土壤肥力的改良和合理耕層的構建提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

試驗于2015—2016年在新疆新源縣進行。新源縣位于伊犁河谷東部，地理坐標為東經82°28′～84°56′，北緯 43°03′～43°40′，東、南、北三面環山，鞏乃斯河河谷地帶，屬溫帶大陸性半濕潤半干旱氣候，年平均氣溫6.1～9.3℃，年平均無霜期為169 d，年降雨量為513.3 mm。

1.2 試驗材料

供試小麥品種為新疆新源縣當地主栽品種伊農18。

1.3 試驗方法

取樣前調查樣點小麥產量情況，根據當地小麥生產多年平均產量劃分為3個產量水平，高產田（籽粒產量＞4 800 kg/hm2）、中產田（籽粒產量3 600～4 800 kg/hm2）和低產田（籽粒產量＜3 600 kg/hm2）。各產田分別選取5個田塊作為重復，共15個取樣點，在伊農18成熟期間取樣調查其產量、農藝性狀；收獲后每樣點分別從表土層、穩定層和犁底層隨機選取土樣，采集1 kg左右，放入棉織袋，編號，帶回實驗室，及時風干，以免發霉變質。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 化學指標測定 有機質含量測定采用重鉻酸鉀外加熱法進行；全氮含量測定采用半微量凱氏法進行；全鉀含量測定采用酸溶-火焰光度法進行；全磷含量測定采用酸溶-鉬銻抗比色法進行；堿解氮含量測定采用堿解擴散法進行；速效磷含量測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法進行；速效鉀含量測定采用乙酸銨浸提-火焰光度法進行；陽離子交換量（CEC）測定采用乙酸鈉浸提-火焰光度法進行；pH值采用pH酸度計測定[14]。

1.4.2 作物產量測定 冬小麥成熟期，每樣點實收12 m2進行脫粒，計算單位面積籽粒產量；每樣點取有代表性的小麥單株10株進行室內考種。

1.5 數據分析

數據統計分析采用SPSS 19.0數據處理系統和Microsof t Excel 2010進行。

2 結果與分析

2.1 不同產量水平麥田土壤有機質的變化特征

有機質是土壤肥力的核心，對土壤養分供應能力和供應強度具有十分重要的影響。不同產量水平栗鈣土耕層不同深度土壤有機質含量分析結果顯示，高、中、低產田表土層土壤有機質含量分別為45.55、42.78、16.34 g/kg，高、中產田分別較低產田高178.8%和 161.8%（P＜0.05）；高、中、低產田穩定層土壤有機質含量分別為 39.50、39.22、17.82 g/kg，高、中產田分別較低產田高121.7%和120.1%（P＜0.05）；犁底層土壤有機質含量分別為25.28、21.23、8.31 g/kg，高、中產田分別較低產田高204.2%和155.5%（P＜0.05）。低產田土壤有機質含量顯著低于高、中產田，尤其表土層、穩定層差異更為明顯。而同一產量水平土壤有機質含量則隨耕層深度增加呈降低趨勢，表現為表土層＞穩定層＞犁底層，其中，從表土層到穩定層下降緩慢，從穩定層到犁底層下降迅速，高、中、低產田穩定層土壤有機質含量分別比犁底層下降56.3%、84.7%、120%（圖1）。

2.2 不同產量水平麥田土壤pH的變化特征

土壤pH值的高低，會影響土壤養分元素的有效性，導致某些養分元素失調，最終影響作物產量形成。從圖2可以看出，各產量水平土壤平均pH值分別為：高產田8.48、中產田8.26、低產田8.49，土壤略偏堿性。各產量水平土壤pH值差異不明顯，總體呈現出低產田的pH值較高，低產田表土層、穩定層、犁底層3層pH值平均達8.49，中產田pH值最低。

2.3 不同產量水平麥田土壤陽離子交換量（CEC）的變化特征

土壤陽離子交換量的大小反映了土壤保肥性的高低，陽離子交換量（CEC）的大小，可以作為評價土壤保肥能力的指標。從圖3可以看出，河谷旱作區栗鈣土不同產量水平地塊表土層、穩定層、犁底層土壤CEC均隨產量水平的提高呈增加趨勢。高、中產田表土層土壤CEC分別較低產田高30.42%和24.11%，較穩定層高26.07%和23.43%，且均達顯著差異（P＜0.05），而高、中產地塊之間差異不顯著。高產田犁底層土壤CEC分別較中、低產田高33.89%和16.01%，且與低產田間差異顯著（P＜0.05）。

2.4 不同產量水平麥田土壤化學特性

表1 不同產量水平栗鈣土耕層土壤化學特性分析

從表1可以看出，河谷旱作區不同產量水平栗鈣土隨土層深度增加土壤全養分含量（全氮、全磷、全鉀）和速效養分含量（堿解氮、速效鉀、速效磷）呈下降趨勢，且在犁底層降幅更加明顯。不同產量栗鈣土耕層（0～40 cm）土壤全磷和全鉀含量差異不明顯。高產田犁底層全氮含量分別較中、低產田高19.7%和56.2%，且差異顯著（P＜0.05）。高產田表土層堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為192.30、22.27、277.00 mg/kg分別較低產田高62.2%、40.3%、34.5%（P＜0.05）；穩定層堿解氮、速效鉀含量分別為173.30、269.67 mg/kg，分別較低產田高50.6%、48.4%，且差異顯著（P＜0.05）；犁底層堿解氮、速效磷、速效鉀含量為 137.79、17.00、200.33 mg/kg，分別較低產田高 80.8%、124.6%、70.5%（P＜0.05）。河谷旱作區不同產量水平栗鈣土耕層全養分含量差異不明顯，根據全國第二次土壤普查養分分級標準，均處于二級水平；而土壤速效養分含量在不同產量水平地塊差異顯著，表土層、穩定層和犁底層速效養分含量尤其堿解氮含量變化比較突出，是決定土壤肥力高低的主要因素。

2.5 不同產量水平麥田小麥產量及其構成因素分析

河谷旱作區栗鈣土不同產量麥田小麥產量結果顯示，高產田籽粒產量分別較中、低產田高15.42%、47.02%，且差異顯著（P＜0.05）。分析其產量構成因素可知，各產量水平冬小麥穗粒數、千粒質量均以高產田最高，分別較低產田高34.23%、12.40%，且差異顯著（P＜0.05）（表 2）。

表2 不同產量水平栗鈣土小麥產量及構成要素分析

2.6 不同產量水平麥田土壤肥力指標與產量的相關性分析

土壤肥力狀況是決定作物產量的主要因素之一。從表3可以看出，河谷旱作區栗鈣土不同產量水平地塊小麥產量與其耕層土壤有機質、速效鉀含量極顯著正相關（P＜0.01）；與 CEC、全氮、堿解氮含量顯著正相關（P＜0.05）。CEC與全鉀、堿解氮、速效鉀顯著正相關（P＜0.05），與全氮極顯著正相關（P＜0.01）?？梢钥闯觯庸群底鲄^栗鈣土農田小麥產量與耕層有機質、CEC、堿解氮的含量關系密切。

表3 土壤肥力指標與產量的相關性分析

3 結論與討論

在土壤長期發育進程中，不同土層的顏色、形態和結構表現出一定的差異，養分的垂直分布特征一定程度反映了土壤的生產力，直接影響著農作物的產量[15]。本研究發現，小麥產量與土壤有機質、速效鉀、CEC、全氮、堿解氮顯著正相關，這與薛正平等[16]的研究結果一致。有機質在保持和提供植物養分及土壤肥力中發揮著重要的作用，是土壤的重要組成成分[17]。從本研究結果來看，河谷旱作區栗鈣土耕層土壤有機質含量均隨著土層深度增加而下降，且在犁底層降幅最大，這與曹裕松等[18]的試驗結果一致；高產田土壤有機質顯著高于低產田，土壤有機質含量制約土壤理化性質，是作物高產穩產的先決條件[19]。相較于新疆第二次土壤普查土壤有機質含量（2%～6%）[20]，本研究區域整體出現一定程度的下降。這可能是由于當地土壤長期只用不養，導致土壤肥力下降。土壤陽離子交換量（CEC）是交換性鹽基的總量，是指導土壤改良的重要依據[21]，CEC值越高，土壤保肥性能越好，肥料流失量就越小[22]。在本試驗研究結果中，不同產量水平土壤耕層陽離子交換量與土壤有機質含量的變化基本吻合，這與王訓等[23]的研究結果一致，土壤有機質自身帶有負電荷，有利于增加土壤中交換性鹽基離子含量及陽離子交換量；低產田的保肥能力顯著低于高產田，這可能與低產田的土壤有機質含量低、不利于土壤陽離子交換量的增加有關。

土壤養分狀況是土壤肥力的重要物質基礎，其豐缺狀況可反映土壤的供肥能力，直接關系到作物對養分的吸收利用，影響作物的產量[24]。曾祥明等[25]研究表明，無論施肥與否，養分較高的土壤獲得的水稻產量始終高于較低的土壤。王寅等[26]研究表明，油菜產量隨肥力升高而提升。本試驗中，養分含量高的土壤獲得較高的小麥產量，而養分含量低的土壤小麥產量低，這說明較高的土壤養分有利于作物產量的形成。張祥明等[27]研究表明，土壤地力越高，越容易獲得高產，但肥料貢獻率越來越低。通過提高土壤養分，不僅可以挖掘農田生產潛力，而且可將肥料用量控制在適宜范圍，降低農田環境污染[28]。

本研究結果表明，伊犁河谷平原雨養旱地栗鈣土土壤有機質、CEC、堿解氮、速效磷和速效鉀差異顯著，高產田較中、低產田具有較高的土壤肥力，尤以土壤有機質含量差異顯著；伊犁河谷平原雨養旱地栗鈣土區小麥產量與土壤有機質、堿解氮和速效鉀含量呈極顯著正相關，與CEC、全氮、堿解氮呈顯著正相關。

因此，通過施用有機肥結合深松等耕作措施來提高土壤肥力，改良低產田耕層土壤肥力性質，尤其增加低產田土壤有機質含量，提高土壤肥力，增強土壤保水保肥能力，對于提高伊犁河谷雨養旱地小麥產量和經濟效益十分必要。