耕地有机质含量演变规律——以新乡市为例

摘要 通过养分监测、相关性分析，研究1982—2021年河南省新乡市土壤有机质的演变状况，评估新乡市施肥、增产相关措施的有效性，并预测新乡市耕地有机质的发展前景。结果表明，近40年间全市大田土壤有机质平均每年增加0.25 g/kg，至2021年，全市平均耕地有机质含量达到19.77 g/kg，为国家Ⅳ级水平，预计2030年全市土壤有机质含量将突破20.00 g/kg。相关性分析表明，粮食产量与土壤有机质同步增长，但是有机质含量达到14.63 g/kg后增产效能逐渐趋于平衡，再增加有机质浓度，产量甚至降低。分析结果还表明土壤类型的不同及种植作物种类的不同也是导致全市耕地质量存在明显差异的原因。通过对相关数据的分析，充分说明土壤养分监测网监测结果基本能够代表大田土壤养分含量，并能够为评估大田土壤养分含量及耕地质量提供有力的指标。

关键词 土壤养分监测；有机质含量；演变规律；新乡市

中图分类号 S153.6+21 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2023）19-0058-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.19.012

Evolution Rule of Organic Matter Content in Cultivated Land—Taking Xinxiang City as an Example

ZHANG Bao-guang1，ZHANG Chao-nan2，WANG Xiang-qian3 et al

（1.Yuanyang County Bureau of Agriculture and Rural Affairs，Yuanyang，Henan 453500;2.China Agricultural University，Beijing 100193;3.Xinxiang City Soil and Fertilizer Working Station，Xinxiang，Henan 453000）

Abstract Through nutrient monitoring and correlation analysis，the evolution status of soil organic matter in Xinxiang City of Henan Province from 1982 to 2021 was studied，the effectiveness of fertilization and yield increase related measures in Xinxiang City was evaluated，and the development prospect of cultivated land organic matter in Xinxiang City was predicted.The results showed that the soil organic matter increased by 0.25 g/kg annually in the past 40 years，and reached 19.77 g/kg in 2021，which was the national Ⅳ level.It was expected that soil organic matter content would break through 20.00 g/kg in 2030.Correlation analysis showed that grain yield and soil organic matter increased simultaneously，but when organic matter content reached 14.63 g/kg，the yield increased gradually and even decreased with increasing organic matter concentration.The results also showed that the different soil types and crop types were also the reasons for the significant difference in cultivated land quality.Through the analysis of relevant data，this paper fully showed that the results of soil nutrient monitoring network could basically represent the soil nutrient content in the field，and could provide a powerful index for evaluating soil nutrient content and cultivated land quality in field.

Key words Soil nutrient monitoring;Organic matter content;Evolution rule;Xinxiang City

土壤有机质（soil organic matter，SOM）是土壤固相部分的重要组成成分，它不仅为植物提供矿质营养和有机营养，同时也是形成土壤结构的重要因素，土壤有机质直接影响着土壤的耐肥性、保墒性、缓冲性、耕性、通气状况和土壤温度等，是评价土壤肥力和土地生产力不可或缺的重要指标［1-4］。我国农田土壤有机质含量在全国第二次土壤普查以来基本均呈现上升趋势［5］。土壤有机质含量的高低主要取决于人们在单位面积上的生产活动，如施用有机肥的数量和质量及种植作物品种等［6］，同时与有机质在土壤中的矿化速度和合成速率有关，而矿化和合成又受土壤温度、湿度、微生物活动以及外界条件的影响，从而表现出不同地区、不同土壤类型之间土壤有机质含量存在差异［7］。

随着统计学和信息学的发展，国内外利用更多的手段深入研究了耕地土壤有机质含量的时空变化，且主要通过定点观测的方法来探究土壤有机质含量随时间变化的特征［8］。杨刚等［9］研究表明土壤有机质的空间分布随时间的改变而发生巨大变化。李玲等［7］通过统计学分析和地理信息系统（GIS）总结了河南省近30年间土壤有机质的增加及其原因。夏睿等［10］研究表明北京市顺义区在20年间土壤有机质含量呈上升趋势。李冬初等［11］通过对数百个国家监测点近30年的稻田有机质含量进行分析，得出我国稻田有机质含量具有增长趋势。廖宇波等［12］利用GIS及相关统计学方法指出北京市大兴区近40年的土壤有机质变化规律，虽然有短期下降的现象但整体趋于上升。该研究以新乡市1982—2021年106个耕地养分长期监测点的耕地为研究对象，通过分析新乡市土壤养分检测网的监测结果，对耕地土壤有机质含量现状及演变规律进行探讨，对农业生产中制定培肥方案及耕地质量进行评价，以期为农业经济的增长及农田生态的可持续发展提供科学的理论指导及实践依据。

1 材料与方法

1.1 研究区自然概况

新乡市是典型的暖温带大陆性季风气候，四季分明，寒暑适中，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季昼暖夜凉，冬季寒冷干燥。全年多东北风和西南风，平均气温14.0 ℃，极端最高气温42.0 ℃，最低气温为-19.2 ℃；年降水量610.7 mm，北部太行山区年降水量656.5 mm左右，年最多降水量为1 168.4 mm。中南部平原年降水量592.6 mm左右；年日照时数2 323.9 h；年大风天数10.6 d，最大风速22.4 m/s，平均风速2.3 m/s；年无霜期205 d；年≥10 ℃积温4 750 ℃·d。

新乡市耕地土壤主要是潮土与褐土。北部是太行山及山前洪积扇，土壤类型主要为褐土，东南部是黄河洪冲积平原，以潮土为主。其中由西南至东北分布着以砂壤、轻壤为主的黄河故道。种植制度以小麦-玉米为主，占75%；在延津、封丘、原阳、新乡等黄河故道的轻壤、砂壤土地上以小麦-花生为主，占20%；在原阳、封丘等县黄河背河洼地上主要种植小麦-水稻，占5%。土壤养分含量差异较大，2021监测数据表明，耕地土壤有机质含量为19.77 g/kg、全氮1.32 g/kg、有效磷24.6 mg/kg、速效钾188 mg/kg、pH为8.2。其中，土壤有机质含量随着成土母质、栽培时间不同而变化。土壤有机质含量的分布趋势大致是北部山地随着海拔降低，自然植被稀疏，土壤有机质含量依次降低；由于地势平坦，人口密集，且有机质施用量大、质量较好，中部平原耕作区土壤有机质含量较高；由于地广人稀、旱涝灾害较多，土壤改良利用较差，南部和东南部黄河故道风沙区的土壤有机质含量较低。

1.2 测定方法

土壤有机质按照全国配方施肥技术规程［13］，采用NY 525—2002重铬酸钾容量法进行测定。

1.3 资料来源 该研究中所涉及的新乡市相关资料主要通过全国第二次土壤普查资料《新乡土壤》［14］、新乡统计年鉴获取，同时搜集整理新乡市土壤养分监测网106个耕地养分长期监测点的监测结果。这个监测网是1987年全国第二次土壤普查结束后开始从全市选取有代表性的土壤种类而逐渐建立完善的，该监测网以固定地块、自然监测的形式，主要在每年收麦、收秋前采集0～20 cm耕作层土壤样品，并对所采集土壤样品的有机质等常规项目进行检测。在每年编写检测报告及农作物施肥意见时，有剔除极端非正常数据的情形。但因城市面积扩大等各种因素，至2021年，监测点位减少至96个。该研究启用的初次监测结果采用的是全国第二次土壤普查1982—1986年5 500个农化样平均检测结果。所以监测年限为1982—2021年的大田有机质含量变化。此外，该研究还搜集了新乡市测土配方施肥项目数据库2020年750个样品检测结果（文中大田分析部分去除了菜地24个样品数据）以及新乡市测土配方施肥项目数据库2005—2014年14 873个样品检测结果。

2 结果与分析

2.1 耕地有机质变化情况

根据2021年全市养分监测网监测结果，新乡市全市土壤有机质含量平均为19.77 g/kg，相比于第二次土壤普查（1982—1986年）的平均水平（9.91 g/kg），增加了9.86 g/kg，平均每年增加0.25 g/kg，增幅为99.50%。从图1可以看出，40年间土壤有机质含量整体呈上升趋势。研究表明，制度的变迁与技术的进步、经济绩效的增长息息相关，而这是农业高质量发展的内生动力，改革开放以后，我国农村由生产队这种农业经济组织形式转变为家庭联产承包责任制，农民获得了经营自主权，生产积极性得到了巨大提升，农村生产力得以解放和发展，农民注重增施有机肥，培肥地力［15-16］，从而导致1982—1994年土壤有机质含量有一个显著增高的阶段（从监测网点建立前的9.91 g/kg上升至1994年的13.98 g/kg）。进入20世纪90年代，城市大规模扩建，导致城市对劳动力的需求剧增，刺激了农民群众不断涌向城市，当时我国迎来了初生“农民工”时代，对耕地投入的热情有所下降，土壤有机质含量下跌，至1997年降至11.59 g/kg。从2001年开始加快上升趋势，2008—2019年逐渐稳定在17.47～17.94 g/kg，2020—2021年继续上升至19.77 g/kg。这是由于国家严格禁止焚烧秸秆、实施秸秆还田政策的良好效应［17］，同时，也是在农业技术综合作用下，农作物产量逐年提升，生物产量不断增加，还田的秸秆数量逐年增加，从而进入良性循环的过程。这一研究结果与宋小顺等［18］的相关分析结论一致。

基于40年间土壤有机质演变规律，对新乡市土壤有机质发展前景进行预测，如图1所示，到2030年全市土壤有机质含量达到21.96 g/kg，置信下限17.14 g/kg，上限26.79 g/kg，这一预测为后续近10年的施肥政策及农业措施提供了数据参考。