瀘縣稻田土壤肥力綜合評價及對農田產量的影響分析

徐開坤，朱 雙，張前林，肖光莉，文雙全，姚旭松

（1.瀘縣農業農村局，四川瀘州 646100；2.四川省科源工程技術測試中心有限責任公司，四川成都 611130；3.自然資源部耕地資源調查監測與保護利用重點實驗室，四川成都 610045；4.四川省能源地質調查研究所，四川成都 610073）

瀘縣是四川省瀘州市下轄縣，位于四川盆地南部，年平均氣溫18.1 ℃，極端最高氣溫38.2 ℃，極端最低氣溫0.7 ℃，全年降水1 179.4 mm，全年日照時數950.3 h。境內地貌有低山深丘、中丘中窄谷、淺丘寬谷和河谷階地四種形態，分別占縣域總面積的7%、27%、60.5%和5.5%。瀘縣地勢東北高、西南低，轄區內土壤類型有水稻土、潮土、紫色土、黃壤四個土壤類型[1]。土壤是生態系統的基本要素，也是人類賴以生存的基礎物質條件之一，土壤與大氣、水域和生物環境之間不斷進行著物質和能量的交換，土壤環境的惡化與污染會通過“土壤—植物（水體）—人體”的路徑，間接對人體健康造成潛在危害。對土壤肥力與農田產量的關系研究較少。合理施肥是防止地力衰退和提高農田產量的有效措施。根據瀘縣的土壤肥力制定施肥方案，才能更好地促進當地農田產量的提高。為了響應國家高標準農田建設，本研究通過廣泛調研采集瀘縣種植區水稻農田土壤樣品，對主要養分指標進行測定，并綜合評價土壤肥力狀況，使用灰度關聯度分析，評價土壤肥力對農田產量的影響，為區域土壤改良及精準施肥提供參考[2]。

1 材料與方法

1.1 土樣采集與處理

本次調研于2020 年9 月開展，調研區域包括百和鎮、潮河鎮、得勝鎮、方洞鎮等20個主要農業種植鄉鎮，區域內農田均屬水稻土。調研取樣點如表1所示。

表1 瀘縣農田調研取樣點情況

本次每個點位采集土壤5 份樣品，共計95 份。采樣時，利用GPS 定位，每個調研地塊采集0～20 cm 土層的土壤樣品，避開施肥位置按照“S”型路線隨機選擇5 點取樣，樣品混合后，用四分法取1 kg 左右的樣品代表該地塊土壤[3]。所有樣品做好取樣標簽，帶回實驗室。土樣放在陰涼通風的樣品室風干，注意不要暴曬，不要放在陽光直射的地方，在半干時，用手將大土塊掰碎，撿去石子和碎草，晾干后，過20 目篩，樣品量不少于1.1 kg。

1.2 測定項目與方法

樣品采集完成后，依次進行樣品流轉、樣品加工和實驗室分析測試，土壤樣品分析測試指標包括常見的影響土壤肥力的各項理化指標。其中，pH值采用電位法（HJ 962-2018）測定，陽離子交換量采用分光光度法（HJ 889-2017）測定，質地采用密度計法（GB/T 50123-2019）測定，有機質采用重鉻酸鉀-硫酸溶液氧化法（NY/T 1121.6-2006）測定，堿解氮采用堿解-擴散法（LY/T 1228-2015）測定，有效磷采用鹽酸-硫酸浸提-鉬銻抗比色法（LY/T 1232-2015）測定，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法（LY/T1234-2015）測定。測試結果均由具有CMA 資質認定的檢測實驗室出具。

1.3 土壤養分等級評價方法

農業種植土壤應具備常規土壤的外觀，有一定疏松度、無明顯可視雜物、常規土色、無明顯異味。依據“北京市土壤養分分等定級標準”對土壤肥力按養分指標進行分級評價（見表2）。

表2 北京市土壤養分分等定級標準（養分指標）

按照公式（1）計算每個評價地塊的土壤綜合肥力指數。

式中，I為地塊土壤綜合肥力指數，Fi為第i 個指標評分值，Wi為第i個指標的權重。

采用I值計算結果，根據“北京市土壤養分分等定級標準”將土壤養分劃分為極高、高、中、低和極低5個等級（見表3）。

表3 北京市土壤養分分等定級標準（綜合指數）

1.4 灰色關聯度分析

將瀘縣土壤的5 種土壤養分指標和農田產量作為一個灰色系統，應用灰色關聯度分析法對土壤肥力對農田產量的影響進行綜合分析。

1）構建參考序列

以各指標的最優值構成理想的參考序列：X0(k)={X0(1)，X0(2)，X0(3)，…，X0(n)}（2）；以各指標的測定值構成比較序列：Xi(k)={Xi(1)，Xi(2)，Xi(3)，…，Xi(n)}（3）。其中，k=1，2，3，…，n，n為測定指標數(此處為6)，i=1，2，3，…，m，m為測定瀘縣不同農田土壤(此處為20)。

2）指標的無量綱化

將各指標的測定值轉化為評價值，用Xi'(k)=Xi(k)/X0(k)（4）對原始測量數據進行無量綱化處理。

3）計算關聯系數

求比較數列Xi與參考數列X0各對應點的絕對差值，△i(k)=|X0(k)-Xi(k)|（5）；此處△i(k)為i 的瀘縣土壤指標測定值Xi與理想值X0在第k個指標上的絕對差值。則理想數列X0和比較數列Xi在k點的關聯系數εi(k)為:

式中，min min|X0(k)-Xi(k)|為二級最小差；max max|X0(k)-Xi(k)|為二級最大差。

4）求灰色關聯度

等權關聯度為：γi=（7），式中，n為測定指標數。求出關聯度后，按照關聯度由大到小以1，2，3，…，m進行排序，關聯度越大則貢獻度越高；比較數列越接近參考數列，土壤具有越優等的肥力，反之則越差。

2 結果與分析

2.1 農田產量

農田產量也是表征土壤肥力狀況的重要指標。農田產量的不同會顯示土壤肥力的不同。從20個調查點位、100 個土壤樣品分析來看，所調研的農田水稻每667 m2產量均達到了600 kg，其中[600～620) kg 平均占比40%，[620～630) kg 平均占比50%，＞630 kg 平均占比10%；調研表明，高產田主要分布于百和鎮（LX1）、天興鎮（LX14）。

2.2 土壤養分等級評價

堿解氮含量能反映出短期內土壤的氮素供應情況和氮素釋放效率[3-4]；有效磷是土壤中可被植物吸收利用的磷的總稱，它反映了土壤中植物可利用磷的多少；鉀能促進植株莖稈健壯，改善果實品質，增強植株抗寒能力，提高果實糖分和維生素C 的含量，所以鉀對植物生長也起著十分重要的作用，植物所能利用的鉀是速效鉀，其含量是表征土壤鉀素供應狀況的重要指標之一[5-6]；土壤有機質是土壤養分的主要來源，它能促進土壤結構形成，改善土壤物理性質，改變土壤孔隙度，提高土壤蓄水能力，增加土壤的保肥能力和緩沖性能，改善土壤的物理性質，其中腐殖質還具有生理活性和絡合作用，能促進作物生長發育和消除土壤污染[7-9]；土壤酸堿度也是直接影響土壤養分有效性的重要因素之一[10-11]。

瀘縣農田有機質、堿解氮和速效鉀含量總體均偏高，而有效磷含量普遍偏低，土壤各項肥力指標的統計結果詳見表4。通過分析土壤綜合肥力指數評價結果（見表5）可知，有效磷含量明顯偏低是造成個別土壤肥力綜合指數較低的主要原因[12]，總體而言本次調查農田土壤肥力處于中等水平。其中有效磷低于平均值的主要有LX1、LX3、LX4、LX9、LX10、LX11、LX14、LX15、LX17、LX19。對以上有效磷偏低的鄉鎮進行土壤肥力分析，結果列于表6。從圖1可見，奇峰鎮（LX11）的綜合肥力指數最低，只有46。

圖1 有效磷低于平均值的鄉鎮土壤綜合肥力評價結果

表4 瀘縣農田土壤各項肥力指標統計結果

表5 瀘縣農田土壤綜合肥力指數評價結果

表6 瀘縣鄉鎮農田土壤有效磷低于平均值的各項肥力指標統計結果

2.3 土壤肥力對農田產量的影響

為了探明土壤肥力與農田產量之間的關系，將表7 的土壤肥力指標進行無量綱化處理，結果列于表8；將土壤肥力指標與農田產量數據進行灰色關聯度分析，結果列于表9。灰色關聯分析是多因素決策分析的一種簡便有效的實用方法，不需要較多的樣本數量和典型的規律，具有計算量小、簡便直觀、信息量大、分析結果可靠等優點[13]。分析結果顯示，瀘縣土壤肥力指標與農田產量的灰色關聯度為0.646～0.862。在土壤肥力各指標中對農田產量影響最大的是pH 值（0.862），其后依次是有機質含量（0.827）、速效鉀含量（0.718）、有效磷含量（0.680）和堿解氮含量（0.646）。根據土壤肥力各指標的灰色關聯度數據，查找pH 值、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀最高灰色關聯度系數，pH 值關聯度最大的數值是0.979，對應表7 相關數據為6.1；有機質最高的關聯度為0.981，對應表7 相關數據為21.1 g·kg-1；堿解氮最高的關聯度為1，對應表7 相關數據為121 mg·kg-1；有效磷最高的關聯度為0.998，對應表7相關數據為15 mg·kg-1；速效鉀最高的關聯度為0.994，對應表7 相關數據為125 mg·kg-1。表明在現有土地條件下，土壤中pH 值在6.1 左右，有機質在21.1 g·kg-1左右、堿解氮在121 mg·kg-1左右、有效磷在15 mg·kg-1左右、速效鉀在125 mg·kg-1時，有利于瀘縣農田產量的提升。

表7 瀘縣農田相關指標

表8 瀘縣農田土壤指標無量綱化結果

表9 瀘縣土壤肥力指標與農田產量的灰色關聯度

3 小結

1）農田水稻產量均達到了600 kg/667 m2，其中[600～620)kg平均占比40%。

2）瀘縣土壤大多表現為酸性，少量表現為堿性；有機質、堿解氮、速效鉀含量總體較為豐富，有效磷含量較低。

3）土壤綜合肥力指數評價：有效磷含量明顯偏低，導致個別土壤肥力綜合指數較低；本次調查農田土壤肥力處于中等水平，奇峰鎮（LX11）的綜合肥力最低。

4）在現有土地條件下，土壤中pH 值在6.1 左右，有機質在21.1 g·kg-1左右、堿解氮在121 mg·kg-1左右、有效磷在15 mg·kg-1左右、速效鉀在125 mg·kg-1時，有利于瀘縣農田產量的提升。

5）瀘縣種植戶應重視土壤酸化的治理，合理施用氮磷鉀肥料，提高奇峰鎮農田綜合肥力。