大興安嶺南麓農田土壤速效養分空間異質性分析

劉戰勇，張佳倩，孫鴻舉，張向前，厲雅華，武 迪，張德健

(1.內蒙古大學生命科學學院，內蒙古呼和浩特 010070；2.牧草與特色作物教育部重點實驗室，內蒙古呼和浩特 010070；3.內蒙古自治區農牧業科學院，內蒙古呼和浩特 010031；4.退化農田生態修復與污染治理重點實驗室，內蒙古呼和浩特 010031)

土壤養分是土壤肥力的物質基礎，直接影響作物生長和產量，土壤養分狀況是衡量土壤肥力和耕地地力評價的重要標準[1-2]。因此，土壤養分的有效積累和長期穩定有利于農田土壤肥力的提升和穩定[3]。pH、速效鉀、速效磷等元素在土壤肥力評價中有極其重要的作用[4-7]。受不同空間尺度上環境因素的影響，不同土壤養分有不同的分布規律[8-9]。根據陶冶等[10]研究，坡向、降水和溫度對土壤養分含量影響很多。阿榮旗作為農業農村部耕地地力調查與質量評價項目試點旗縣，耕地面積較大,但質量較差，坡耕地多，無完善的水土保持措施，廣種薄收,掠奪性經營,導致土壤養分失衡，地力下降[11]。因此，對阿榮旗農田土壤養分分析及影響因素研究具有重要意義。地統計學是分析土壤空間變異特征最有效的方法之一，結合GIS技術能夠較好地研究土壤養分空間變異規律[12-14]。

為明確阿榮旗地區農田土壤養分的空間異質性，筆者借助地理信息系統(GIS)、SPSS等技術，探究各樣點土壤養分差異性，以期充分掌握阿榮旗地區農田土壤養分狀況，為耕地地力提升、田間管理、優質施肥提供科學依據，為構建大興安嶺南麓阿榮旗地區耕地質量評價體系提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況阿榮旗地處內蒙古自治區呼倫貝爾市東南部，屬于大興安嶺南麓地區，位于122°02′30″～124°05′40″E、47°56′54″～49°19′35″N，與大興安嶺、松嫩平原鄰近，屬溫帶大陸性半濕潤氣候，呈中低山-丘陵漫崗地形，地勢由西北向東南呈階梯式下降，年均氣溫1.7 ℃，無霜期90～130 d，年降水量458.4 mm，耕地31.44萬hm2，主要農作物有玉米、大豆、水稻、小麥、馬鈴薯等，有黑土、暗棕壤、草甸土、沼澤土、粗骨土5種土地類型。

1.2 采樣方法2019年收獲后，在阿榮旗南部亞東鎮、六合鎮、霍爾奇鎮、向陽峪鎮、音河達斡爾鄂溫克民族鄉、新發朝鮮民族鄉、得力其爾鄂溫克民族鄉、查巴奇鄂溫克民族鄉、復興鎮、三岔河鎮、興安鎮11個鄉鎮，采用梅花布點法，布5個點混合后取樣，取 0～20 cm 的表層土樣，平均1個采樣點/666.67 hm2，共470個樣點、1 410份土樣，使用GPS定位儀記錄采樣點的經緯度、海拔、坡度等信息。取樣點見圖1。

圖1 阿榮旗耕地采樣點分布Fig.1 Distribution of cultivated land sampling points in Arong Banner

1.3 試驗方法用1 mm孔徑的篩子篩取自然風干后土樣分別用于測定，pH采用玻璃電極法測定；土壤堿解氮采用堿解擴散法測定，速效磷采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用火焰光度計法[15]測定。

1.4 數據處理采用Excel 2010對阿榮旗地區農田速效養分數據進行處理，并利用SPSS 22.0中[分析(A)工具]下的相關模塊土壤速效養分進行Kolmogorov-Smirnov(K-S)檢驗(顯著性水平α設定為0.05，置信區間為95%)，并進行Pearson相關性分析和單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 Kolmogorov-Smirnov 檢定由表1、2可知，依據全國第二次土壤普查養分分級標準和《DZ/T 0295—2016土地質量地球化學評價規范》對阿榮旗農田土壤速效養分進行分析[16-19]，阿榮旗農田土壤的pH在5.19～7.01，平均pH為6.02，六合鎮的土壤pH最大，其均值為6.68，其他鄉鎮的土壤為酸性，得力其爾鄉的土壤pH最小，阿榮旗農田土壤以弱酸性為主；土壤速效鉀在77.67～662.71 mg/kg，均值為267.86 mg/kg，亞東鎮、六合鎮、向陽峪鎮、音河鄉、朝鮮民族鄉、查巴奇鄉、三岔河鎮、興安鎮的土壤速效鉀含量很豐富，霍爾奇鎮、得力其爾鄉土壤速效鉀含量豐富，復興鎮的土壤速效鉀含量適宜，其中音河鄉的土壤速效鉀含量最高，其均值為463.73 mg/kg，其次是朝鮮民族鄉，復興鎮的土壤速效鉀含量最低；土壤速效磷含量在2.07～10.13 mg/kg，均值為4.83 mg/kg，亞東鎮、音河鄉、復興鎮、三岔河鎮的速效磷含量缺乏，其他鄉鎮的土壤速效磷含量很缺乏，其中音河鄉的土壤速效磷含量最高，其均值為7.27 mg/kg，其次是復興鎮，查巴奇鄉的土壤速效磷含量最低；土壤堿解氮含量在11.86～38.00 mg/kg，均值為24.13 mg/kg，各鄉鎮的土壤堿解氮極缺乏，其中三岔河鎮的土壤堿解氮含量最高，其均值為29.22 mg/kg，其次是音河鄉，亞東鎮的土壤堿解氮含量最低。綜上，阿榮旗地區農田土壤速效養分中pH和速效鉀都很適宜作物生長，速效磷和堿解氮含量很缺乏。

表1 農田土壤養分分級標準Table 1 Analysis standard of farmland soil nutrients

表2 阿榮旗地區農田土壤速效養分值K-S檢驗Table 2 K-S test of available nutrients in farmland soil in Arong Banner Area

由楊國勝等[20]CV≤10%，為弱變異程度，10%

2.2 Pearson相關性分析由表3可知，根據皮爾森相關系數|r|在0.8～1.0表示極強相關；0.6～0.8表示強相關；0.4～0.6 表示中等程度相關；0.2～0.4表示弱相關；0～0.2表示極弱相關或無相關的分析標準[21]。土壤速效鉀、堿解氮、海拔與pH相關系數分別為0.337、-0.174、-0.206，說明土壤pH與速效鉀存在弱正相關關系，與海拔存在弱負相關關系，與堿解氮存在極弱負相關關系；土壤pH、速效磷、堿解氮、地下水埋深度與速效鉀相關系數分別為0.337、0.430、0.124、0.128，說明速效鉀與速效磷存在中等程度正相關，與pH存在弱的正相關關系，與海拔、地下水埋深度存在極弱正相關關系；土壤速效鉀、堿解氮與速效磷相關系數分別為0.430、0.186，說明土壤速效磷與速效鉀存在中等程度的正相關關系，與堿解氮存在極弱的正相關關系；土壤pH、速效鉀、速效磷、海拔、有效土層與堿解氮相關系數分別為-0.174、0.124、0.186、0.165、-0.120，說明土壤堿解氮與速效鉀、速效磷、海拔存在極弱的正相關關系，與pH、有效土層存在極弱的負相關關系。耕層厚度和田面坡度與土壤速效養分不存在顯著意義。

表3 阿榮旗農田土壤養分 Pearson相關性分析Table 3 Pearson correlation analysis of farmland soil nutrients in Arong Banner

2.3 單因素方差分析由表4、5可知，根據單因素方差分析，獲得阿榮旗農田土壤速效養分方差齊性檢驗的顯著性均為P<0.05；單因素 ANOVA分析獲得土壤養分單因素顯著性均為P=0.000<0.05；說明在阿榮旗地區土壤養分下，在一定程度上阿榮旗農田土壤速效養分各樣點間存在顯著的空間差異性。

表4 阿榮旗地區耕地土壤養分方差齊性檢驗Table 4 Variance homogeneity test of cultivated land soil nutrients in Arong Banner Area

3 討論

土壤肥力是土壤生產力的基礎，土壤養分隨著時間空間的變化呈現出空間異質性，氮、磷、鉀等營養元素可能影響植株的正常生長[22-24]。從描述統計特征看，阿榮旗各鄉鎮間土壤整體屬于弱酸性，且變異度較弱。說明阿榮旗農田土壤pH空間差異性較小且大部分處于張超博等[25-26]研究的土壤pH最適宜范圍5.5～6.5，過酸(<3)或過堿(>8)會引起土壤肥效下降。土壤速效鉀、速效磷、堿解氮的整體變異度均為中等變異，說明阿榮旗農田的這些土壤養分空間差異性相對較大，這可能是成土母質、地形、土壤類型等自然因素和耕作方式、施肥等人為因素共同作用的結果[27]。其中速效磷、堿解氮的含量缺乏，可能是因為速效磷在土壤中的擴散、吸附、解吸、沉積、埋藏積累等遷移轉化，影響土壤速效磷的含量[28]。堿解氮極缺乏可能與作物對氮的需求大、氮肥易揮發,采樣時間為剛下過大雪，導致土壤中的硝態氮淋溶[29]。土壤速效鉀含量豐富，這可能與農田土壤管理和施肥方式等人為干擾因素有關[30-31]。

表5 阿榮旗地區耕地土壤養分單因素 ANOVA分析Table 5 Single factor ANOVA analysis of cultivated land soil nutrients in Arong Banner

從相關性分析看，土壤pH與速效鉀存在弱的正相關關系，與海拔存在弱的負相關關系，與堿解氮存在極弱的負相關關系；土壤速效鉀與速效磷存在中等程度的正相關，與pH存在弱的正相關關系，與海拔、地下水埋深度存在極弱的正相關關系；土壤速效磷與速效鉀存在中等程度的正相關關系，與堿解氮存在極弱的正相關關系；土壤堿解氮與速效鉀、速效磷、海拔存在極弱的正相關關系，與pH、有效土層存在極弱的負相關關系。可以利用海拔、地下水埋深度等自然因素和田間管理、科學施肥等人為因素的共同作用提供土壤速效磷、堿解氮的含量，實現速效養分平衡，提供土壤肥力。從單因素方差分析看，阿榮旗地區農田土壤養分不成方差齊性，在一定程度上各樣點間存在顯著差異。這可能是各鄉鎮不同氣候、土壤類型等結構因素和種植制度、耕作措施等隨機因素共同作用的結果[32-33]。

4 結論

大興安嶺南麓阿榮旗地區農田土壤除速效磷、堿解氮很缺乏外，土壤總體呈弱酸性，土壤速效鉀含量總體很豐富，均適宜作物生長，能提高作物的產量，符合二次土壤普查以來阿榮旗地區缺磷少氮鉀有余的情況，且在一定程度上各樣點土壤速效養分總體均呈顯著的空間異質性，可以作為優化施肥方式、科學管理耕地、實現養分平衡、提升地力的數據依據。為進一步提高土壤肥效，提高土壤養分利用效率，應根據阿榮旗農田各養分的空間差異性合理優化施肥方案，充分利用地形、氣候等客觀條件改善土壤管理，注重提高土壤堿解氮、速效磷含量的積累，實現養分平衡，提升土壤地力。