揚州市邗江區耕地土壤有機質時空演變

楊曉東，毛偉，孫萍，高輝，胡濤，劉燕

(1.揚州市邗江區農產品質量監督檢測中心，江蘇 揚州 225009；2.揚州市耕地質量保護站，江蘇 揚州 225101)

土壤有機質是土壤的重要組成部分，其對土壤的物理、化學和生物學特性有著重要的影響[1-3]，是評價土壤質量的重要指標[4-6]，且土壤中有機質的含量和組成對土壤重金屬的化學行為、生物有效性和環境效應會產生重要影響[7-12]，其是陸地生態系統碳循環的重要源與匯，是土壤學與環境學研究的熱點[13-16]。目前，對于土壤有機質的研究較多的是空間變化，而對其時間變化的研究較少。趙明松等[17-19]研究表明，地形、成土母質、土壤質地等對土壤中有機質含量的空間變化影響較大。趙業婷等[20]運用GIS技術結合統計學等方法分析了地貌類型、土壤類型、質地以及種植模式和人為環境對土壤有機質的空間影響。季淑楓等[21]研究表明，土壤有機質的空間變化受地貌類型以及耕地利用方式的影響，呂小娜[22]等采用地統計學和GIS技術研究了運城市鹽湖區耕地土壤有機質時空特征與變化，表明土壤類型、地形地貌、氣候和人為因素如耕作、施肥等是造成土壤有機質含量變異的主要因素。本文將揚州市邗江區2019年采集的792個耕地土壤樣品以及1984年第二次土壤普查樣品(527個)進行比較，分析近35 a揚州市邗江區土壤有機質的變化趨勢，為邗江區耕地質量與有機質提升提供相關依據。

1 材料與方法

1.1 邗江區基本概況

揚州市地處江蘇省中部，西接南京，南臨長江，北接淮水，京杭大運河橫穿其全境。邗江處于揚州市區西南部，其西北部屬于寧鎮揚丘陵地區，東南部屬于長江沖積平原。成土母質可分為長江沖積物、湖相沉積物和下蜀黃土。土壤類型主要有黃棕壤、潮土、水稻土和沼澤土4個土類，有黏盤黃棕壤、灰潮土、水耕灰潮土、滲育型水稻土、側滲型水稻土、潴育型水稻土、潛育型水稻土、脫潛型水稻土、泥炭沼澤土等9個亞類，20個土屬，37個土種。

1.2 數據來源及處理

以1984年第二次土壤普查采樣點位為基礎，邗江區2019年采用網格布點法對采樣網點進行布設，采樣時盡可能與第二次土壤普查采樣點相近或一致，采樣深度統一為0～20 cm。本研究以1984年第二次土壤普查的農化樣點(527個)化驗數據為基礎，2019年土壤養分調查點792個，采集了各取樣點位的地貌類型、成土母質、土壤類型、施肥狀況等屬性信息。

為了增加數據的可比性、可靠性，每次的土壤化驗的方法相同，均采用中國土壤學會編寫的《土壤農業化學分析方法》[23]。數據分析采用ArcGIS 10.1等統計分析軟件和克里格法空間插值法。參照《中國土壤》[24]在對我國土壤有機質含量分級基礎上將揚州市耕地土壤有機質含量分為5級，分別為Ⅰ級(≥40 g·kg-1)、Ⅱ級(<40～30 g·kg-1)、Ⅲ級(<30～20 g·kg-1)、Ⅳ級(<20～10 g·kg-1)、Ⅴ級(<10 g·kg-1)。

2 結果與分析

2.1 不同年份土壤有機質描述

表1 表示的邗江區不同年份土壤耕作層有機質含量情況，從表1中可以看出，1984年邗江區的土壤有機質含量在10.6～26.6 g·kg-1，均值為21.52 g·kg-1；2019年邗江區土壤有機質含量在18.8～48.3 g·kg-1，均值為28.60 g·kg-1，比1984年增加了7.08 g·kg-1，增加了32.89%，這表明35 a邗江區土壤有機質呈現增加的趨勢。

表1 邗江區不同年份土壤耕作層有機質含量情況表

2.2 不同年份不同成土母質的時空變化

成土母質是土壤的原始狀態，是土壤形成的基礎和植物養分元素的最初來源，在氣候和生物的長期作用下，成土母質逐漸轉變為可生長植物的土壤，由此可見土壤有機質和成土母質的關系非常密切。成土母質能直接影響土壤礦物組成和土壤顆粒組成，并在很大程度上能決定土壤物理、化學性質以及土壤生產力[25]。表2表示的是不同年份不同成土母質土壤有機質平均值，從表中可以看出，邗江區4種主要成土母質的有機質含量總體呈現先降低后升高的趨勢。從成土母質來看，不同年份間黃土母質的有機質含量相對沖(沉)積物的有機質含量低。各成土母質的有機質含量隨著時間的推移都有所增加，其中增加最大的是長江沖積物母質，35 a增加了10.98 g·kg-1，增加最少的是黃土母質，增加7.27 g·kg-1，這之間的差異可能與耕地的利用方式以及種植方式有關。

表2 不同年份不同成土母質

2.3 不同年份耕層各級土壤所占比例

表3表示的不同年份耕層各級土壤所占比例情況。從表中可以看出，揚州市邗江區35 a耕層各級土壤所占比例變化較大，總體表現出升高的趨勢。由表中可見，1984年邗江區的耕地耕層中各級土壤所占比例分別為2.48%、12.66%、20.41%、63.68%和0.77%，其中Ⅲ級地和Ⅳ級地占比為84.09%；2019年邗江區的耕地耕層中各級土壤所占比例分別為8.79%、15.86%、73.66%、1.69%和0，其中Ⅱ級和Ⅲ級地占比為89.52%，35 a邗江區的耕地中Ⅰ級地所占比例增加了約4倍，同時Ⅳ級地和Ⅴ級地的占比在減少。一增一減反映出邗江區耕地質量與等級的提升。

表3 不同年份各級土壤有機質含量比例

2.4 不同年份不同區域有機質演變情況

表4表示的是邗江區主要涉農鄉鎮不同年份土壤有機質平均值，從表中可以看出邗江區的主要鄉鎮的土壤有機質基本表現出升高的趨勢。從表4中也可以看出沿江區域的土壤有機質平均含量在1984年和2019年分別為16.54和29.41 g·kg-1，基本都是高于丘陵區域，這可能與沿江區域的成土母質相關，邗江南部沿江區域的成土母質基本為長江沖積母質。

2.5 施肥以及秸稈還田對土壤有機質的影響

王改蘭等[26]研究表明，長期施肥有利于土壤有機質的積累，并隨著施肥量的增加而增加，圖1表示的是邗江區1984—2019年這35 a邗江區每年化肥施用量，從圖中可以看出邗江區的化肥施用量呈現增加的趨勢，35 a化肥施用量可以分為兩個階段，第一階段為1984—2003年，這階段的化肥施用量呈現出一個快速增長的趨勢；第二階段為2004—2019年，這個階段的化肥施用量相較于第一階段相對平穩，但無論是第一還是第二階段，土壤耕層中的有機質含量均表現出增加的趨勢。

表4 邗江區主要鄉鎮不同年份土壤有機質平均值

圖1 揚州市邗江區1984—2019年化肥施用量

農作物秸稈是農業生產中的副產物，它富含氮、磷、鉀、鈣、鎂和有機質，是一種可再生多用途的生物資源，其還田能增加土壤有機質，改良土壤結構，使土壤疏松，孔隙度增加，容量減輕，促進微生物活力和作物根系的發育。圖2表示的是邗江區1989—2019年秸稈還田量，從圖中可以看出這30 a邗江區的秸稈還田量總體呈現增加的趨勢，秸稈還田量從1989年的5.5萬t增加到2019年的13.6萬t，同時從表1 中可知35 a土壤有機質增加了7.08 g·kg-1，增幅為32.89%。秸稈還田能顯著增加土壤中的有機質，促進有機質的積累并提高其穩定性[27]。

圖2 邗江區1989—2019年秸稈還田量

3 小結與討論

土壤有機質在農業生產中至關重要[28-29]，主要包括未分解、半分解的動植物殘體及其分解產物、微生物軀體，以及它的代謝產物和再合成產物，有機質是土壤肥力的主要物質基礎，它既是土壤養分的有機來源，又參與土壤結構的形成和耕性改善，主要受成土母質、土壤質地等相關因素的影響。本研究是基于邗江區第二次土壤普查至2019年這35 a的數據，本研究結果表明，邗江區35 a的土壤中有機質含量呈現升高的趨勢，35 a內邗江區土壤有機質平均值增加了32.89%，這與毛偉等[30]關于揚州市土壤有機質的研究趨勢基本一致。在邗江全境，邗江南部沿江區域的土壤有機質含量要明顯的高于北區丘陵地區，這是由于沿江區域的成土母質主要為長江沖積物母質。從第二次土壤普查至2019年邗江區的化肥施用量增加的同時土壤有機質的含量也表現為增加的趨勢，說明化肥施用量的增加和秸稈的大量還田是土壤有機質提升的主要影響因素。