基于不同土类的多年化肥施用对土壤养分及丰缺分布的影响
作者： 康蓉 崔银花 赵凡 赵学琳 董孔军
摘要 明确基于多年化肥施用对不同土类土壤养分及丰缺分布的影响，为科学施肥及土壤质量定向培育提供参考依据。应用灰色关联分析和回归模型及对应分析法，对榆中县分布面积较大代表性较强的6种土类1984—2021年37年间7次土壤监测结果结合化肥施用量对其间的关系进行动态与丰缺等级分布特点分析。结果表明，土壤有效磷与化肥施用量密切相关。不同土类平均pH为8.3 为碱性级别。有机质平均为15.44 g/kg，属于较缺的等级。全氮平均为0.99 g/kg，在中等水平。有效磷平均为34.03 mg/kg，属于较丰富水平。速效钾平均为189.18 mg/kg，属于较丰富水平。土壤pH以黄绵土较高，pH在8.42左右。有机质以灰褐土与灌淤土最高，含量超过18 g/kg。全氮以灰褐土与灌淤土最高，含量均超过1 g/kg。有效磷以灰钙土最高，平均含量53.07 mg/kg。速效钾含量以灌淤土、黄绵土较高，平均含量在196.37～221.9 g/kg。根据不同土类养分丰缺分布特点，减少相应的化肥施用量（特别是磷肥），通过增施有机肥、秸秆及绿肥还田等措施增加土壤有机质是土壤质量定向培育的主要措施。
关键词 土壤养分；土类；丰缺等级分布；对应分析
中图分类号 S 158 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2025）02-0145-07
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.02.030
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Effects of Multi-year Fertilizer Application Based on Different Soil Types on Soil Nutrients and Distribution of Abundance and Deficiency—Taking the Changes in Yuzhong County from 1984 to 2021 as an Example
KANG Rong，CUI Yin-hua，ZHAO Fan et al
（Agricultural Technology Promotion Center of Yuzhong County，Gansu Province，Yuzhong， Gansu 730100）
Abstract In order to clarify the impact of years of fertilizer application on soil nutrients and distribution of abundance and deficiency in different soil types， grey correlation analysis， regression model， and corresponding analysis method were applied to analyze the dynamic and abundance and deficiency level distribution characteristics of seven soil monitoring results of six soil types with large distribution area and strong representativeness in Yuzhong County from 1984 to 202 combined with the fertilizer application rate. The results indicated that soil available phosphorus was closely related to the amount of chemical fertilizer applied. The average pH of different soil types was 8.3 indicating an alkaline level. The average of organic matter was 15.44 g/kg， which belonged to the relatively deficient level. Total nitrogen 0.99 g/kg， at a moderate level. Effective phosphorus 34.03 mg/kg belonged to a relatively rich level. The available potassium was 189.18 mg/kg， which belonged to a relatively rich level. The soil pH was higher in yellow soil， with a pH of around 8.42. The organic matter content in gray brown soil and irrigated silt soil was the highest， exceeding 18 g/kg. The total nitrogen content was highest in gray brown soil and irrigated silt soil， both exceeding 1 g/kg. The highest available phosphorus was found in calcareous soil， with an average content of 53.07 mg/kg. The content of available potassium was higher in irrigated silt soil and loess soil， with an average content of 196.37-221.9 g/kg. According to the distribution characteristics of nutrient abundance and deficiency in different soil types， reducing the corresponding amount of fertilizer application （especially phosphorus fertilizer） and increasing soil organic matter through measures such as increasing organic fertilizer application， returning straw and green manure to the field are the main measures for soil quality oriented cultivation.
Key words Soil nutrients;Soil;Abundance and deficiency grade distribution;Correspondence analysis
耕地是农业最基本的生产资料，耕地的土壤状况直接关系农业产量。现代农业技术的应用是建立在土壤资源数量与质量特征明了的基础上。开展土壤肥力因素（水、肥、气、热）中人们较易控制的动态肥力因素即耕地土壤类型和土壤养分含量的动态监测研究，及时掌握有关耕地土壤养分的动态变化，探究变化的原因，是因土而宜、配方施肥、培肥改良土壤、逐步构建现代科学施肥技术体系、提高土壤肥力的重要基础工作。目前，常用的耕地土壤类型和土壤养分的调查，是与大规模的土壤普查一起进行的。全面的土壤普查能较全面地了解耕地的土壤养分现状及其动态变化，但由于耗资大，周期长，不可能多次持续进行。所以，在全面土壤普查的基础上，建立一个比较准确的耕地土壤养分动态监测体系是十分必要的。赵凡等［1］在2010年就榆中县1987—2006年耕地土壤肥力因子演变的变化程度用平均数假设测验的方法对6项肥力指标在2个年度间的变化程度进行了判定分析，为进一步实施测土配方施肥项目提供参考。莫治雄［2］在1993年应用对应分析研究土壤肥力水平与土壤因素之间的相互关系，效果较好。而与此相关的基于榆中县土壤土类的土壤养分较长期的变化及丰缺分布的研究鲜见报道。第二次土壤普查在1984—1986年进行，至今将近37年，榆中县种植业结构的调整和农户的施肥及耕作栽培水平的变化很大［1］ 。第二次全国土壤普查时对榆中县不同土类耕地土壤养分进行了取样测定。1991年10月，利用农业资源动态监测网点，对全县不同地区、不同耕地类型的土壤养分含量进行了监测。2017—2021年结合甘肃省耕地质量等级评价项目，参照以前土壤普查时取样地域及农业资源动态监测网点分布情况，连续5年对全县耕地进行了5次取样化验分析。为了系统地了解榆中县土壤养分在这37年的变化程度，笔者选取对土壤养分影响最直接的因素——化肥施用量作为参数，以1984—2021年7次耕地土壤养分监测结果结合每次调查时的化肥施用量对其间的关系进行动态分析，并就目前全县土壤不同土类土壤养分常规项目（pH、有机质、全氮、速效磷、速效钾）的丰缺等级分布特点进行分析探讨，对制订切实可行的土壤质量定向培育措施等具有一定的理论和现实意义，也为推广化肥减量增效新技术、新产品、新方式“三新”技术模式，逐步构建现代科学施肥技术体系，持续推进测土配方施肥，优化施肥方式，调整施肥结构，通过多种途径替代部分化学肥料投入，提升施肥专业化、智能化、绿色化水平，提高化肥利用率，减少不合理化肥使用，千方百计降低农民用肥成本，提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
榆中县位于甘肃省中部干旱区，海拔1 900～3 671 m。年降雨量350 mm，蒸发量1 450 mm，年平均气温6.7 ℃，无霜期120 d左右。现有耕地约7.07万hm2，土壤有黑垆土、灰褐土、灌淤土、灰钙土、红土、黄绵土、高山草甸土、亚高山草甸土8个土类，13个亚类，14个土属，11个土种。
1.2 样品采集与分析
1984年第二次全国土壤普查全县采集592个农化样。1992年取样302个，以全县第二次土壤普查分类的土壤亚类为基本调查单元，在每个土壤亚类中再考虑耕地类型。样本分配到全县28个乡（镇）的8个土壤亚类中。2017—2021年的5次取样参照前2次取样的样点分布，共取样点840个。耕地土壤的取样根据地块的大小、肥力状况，采用对角线、棋盘式或蛇形取样方法，混合土样取不少于5个点并按“四分法”缩分，最后保留1 kg左右带回室内制备［1］。取土深度为20～25 cm的耕作层。
参照《土壤农业化学分析方法》用开氏消煮蒸馏法测定全氮含量；采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定土壤有效磷含量；采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定土壤速效钾含量；用油浴加热重铬酸钾氧化容量法测定土壤有机质含量；pH用HI221酸度仪按2.5∶1水土比测定。
1.3 土壤养分分级
选取具有土壤肥力代表性的pH、有机质、全氮、有效磷、速效钾5项常用指标对土壤肥力变化程度及等级评价进行研究。土壤养分分级指标见表1。
1.4 数据分析
对7次耕地土壤养分监测数据结果应用DPS 7.5统计软件和SPSS 22 统计软件的描述统计进行平均值、标准差、相关回归、灰色关联度及对应分析。灰色关联分析以动态过程为主，相关分析以静态研究为主［3］。
1.4.1 灰色关联度原理与方法［3-5］。
灰色关联分析方法是根据因素之间发展趋势的相似或相异程度的“灰色关联度”作为衡量因素间关联程度的一种方法，灰色关联度分析对于一个系统动态历程发展变化态势提供了量化的度量［3-5］。
分别以全氮、速效磷、速效钾、pH、有机质、化肥施用量（折纯量）作为一个系统，进行灰色关联与相关分析。
1.4.2 数据变换。
设有m个子序列和一个母序列，分别表述为{X1（0）（t）}，{X2（0）（t）}，…，{Xm（0）（t）}和{X0（0）（t）}，式中，X的上标（0）表示母序列和子序列均为原始数据，t= …，N为数据个数即序列长度。当不同种类的数据同处于一个母序列和子序列中时必须消除量纲后才能计算分析［2，4-5］。采用标准化变换法处理原始数据［2，4-5］。