平縣土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)因素

平縣土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)因素

1對(duì)我國(guó)土地養(yǎng)分狀況的現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)變化情況的探討,是開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的總土壤是農(nóng)業(yè)的主要生產(chǎn)手段，也是歷史的自然主體。在自然和人為的綜合作用下，它處于不斷變化和更新的過(guò)程中。土壤養(yǎng)分是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ),是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征。土地利用,作為人類利用土地各種活動(dòng)的綜合反映,和土壤中各種養(yǎng)分的變化情況有著密切的聯(lián)系。不同土地利用方式、管理措施和耕作方式影響著土壤變化的方向和程度。了解土壤養(yǎng)分的現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)變化,對(duì)于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、充分利用土地資源、評(píng)價(jià)和管理土地資源、合理的施用肥料及保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展具有重要意義。1979年我國(guó)開展的第二次土壤普查,查明了土壤的類型、數(shù)量和分布情況,為農(nóng)業(yè)的綜合開發(fā)和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供了科學(xué)依據(jù)。近20a來(lái),土地的各種活動(dòng),如土地利用、種植制度、耕作措施、施肥水平等都發(fā)生了較大的變化,促使土壤的養(yǎng)分狀況發(fā)生了較大的變化。郭旭東、王建國(guó)、魯如坤等人曾分別對(duì)河北平原區(qū)、黑龍江、浙江紅壤區(qū)的土壤養(yǎng)分變化情況做了研究,證明我國(guó)的土壤養(yǎng)分狀況發(fā)生了很大變化,土壤肥力總體呈升高的趨勢(shì)。黃泛平原是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地,近年來(lái)由于對(duì)耕地的大量投入使該區(qū)土壤養(yǎng)分變化較快,及時(shí)了解該區(qū)土壤養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)變化情況,分析其原因,對(duì)于提高該區(qū)的土地生產(chǎn)能力具有重要的意義。因此,本文選擇茌平縣為研究對(duì)象,在1985年土壤普查和2003年耕地地力評(píng)價(jià)所獲取大量基礎(chǔ)信息的基礎(chǔ)上,對(duì)該區(qū)土壤養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行系統(tǒng)研究。2平縣農(nóng)業(yè)耕地資源現(xiàn)狀茌平縣屬山東省聊城市,位于魯西黃河沖積平原,地理坐標(biāo)為東經(jīng)115°54′～116°24′,北緯36°22′～36°45′;總面積111691.1hm2,其中耕地面積70963.1hm2,占總面積的63.3%,全縣農(nóng)民人均占有土地0.14hm2,糧食用地復(fù)種指數(shù)1.746。境內(nèi)地形南高北低,西高東低,主要類型有河灘高地、決口扇形地、高坡地、平坡地、洼坡地、淺平洼地、碟形洼地、沙丘河槽地。該縣地處暖溫帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū),具有明顯的季節(jié)變化和季風(fēng)氣候特征,氣候適宜,光照充足,無(wú)霜期長(zhǎng),淡水資源充足,水利條件便利,適于農(nóng)作物的生長(zhǎng)。茌平縣主要耕地類型有水澆地、旱地、菜地和灌溉水田。土壤類型主要有潮土類和風(fēng)砂土類2個(gè)大類,脫潮土、潮土、鹽化潮土、濕潮土、固定風(fēng)沙土5個(gè)亞類,土層深厚,全縣土壤養(yǎng)分含量東部較高。該縣是全國(guó)重要的糧食、蔬菜和林果深加工出口基地,對(duì)土地的投入相對(duì)較大,土壤養(yǎng)分含量變化速度較快,了解土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化情況,不斷提高該區(qū)土壤肥力,對(duì)促進(jìn)土地可持續(xù)利用有重要意義。3數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法3.1耕地地力調(diào)查數(shù)據(jù)分析該研究所用數(shù)據(jù)為茌平縣1985年土壤普查數(shù)據(jù)和2003年耕地地力調(diào)查數(shù)據(jù),包括土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀、速效磷等養(yǎng)分調(diào)查分析數(shù)據(jù)和1∶50000比例尺的土壤養(yǎng)分含量分布圖件,以及該區(qū)相關(guān)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口等統(tǒng)計(jì)資料。3.2土壤養(yǎng)分專題柵格圖層的生成運(yùn)用VFP、EXCEL軟件進(jìn)行養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,以GIS技術(shù)進(jìn)行養(yǎng)分分布圖件的處理及其空間分析。首先將研究區(qū)2003年各土壤養(yǎng)分含量數(shù)據(jù)在ArcView空間分析模塊下進(jìn)行插值處理,編輯生成各土壤養(yǎng)分專題柵格圖層。然后轉(zhuǎn)換到MapGis格式,利用MapGis的空間疊加分析模型,將1985年及2003年的土壤養(yǎng)分含量圖疊加,計(jì)算土壤養(yǎng)分變化轉(zhuǎn)移矩陣,分析其空間動(dòng)態(tài)變化。3.3土壤養(yǎng)分分級(jí)為了更加直觀地對(duì)比二年份的土壤養(yǎng)分總體變化,構(gòu)建了養(yǎng)分綜合指數(shù)F:F=∑i=1naibiF=∑i=1naibi式中:F為某土壤養(yǎng)分在某一年的綜合指數(shù),ai為該土壤養(yǎng)分級(jí)別,bi為該級(jí)別土壤養(yǎng)分所占比例(i=1,2…n)。利用該指數(shù)可分別計(jì)算1985年和2003年各土壤養(yǎng)分的綜合指數(shù),若某一土壤養(yǎng)分F2003<F1985,則表明該土壤養(yǎng)分含量提高,從而評(píng)估其總體的變化情況。4結(jié)果分析4.1平縣土壤有機(jī)質(zhì)含量現(xiàn)狀由表1可以看出,土壤有機(jī)質(zhì)綜合指數(shù)F2003=143.4,F1985=254.9,F2003<F1985,表明研究期間土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯提高。其中含量為>10g/kg的土地面積增加了6.33×104hm2,所占比例提高了56.7%;中等含量的面積減少,最明顯的是含量為6～8g/kg的土地面積,減少了3.4×104hm2,其次是4～6g/kg,面積由1.4×104hm2減少到0.18×104hm2,所占比重減少了10.9個(gè)百分點(diǎn);低含量(<4g/kg)面積的變化也比較明顯,研究期間減少了0.10×104hm2。表2為研究期間茌平縣土壤有機(jī)質(zhì)含量轉(zhuǎn)移矩陣,從中看出,大面積的中等有機(jī)質(zhì)含量轉(zhuǎn)變成高有機(jī)質(zhì)含量,含量為8～10g/kg的有機(jī)質(zhì)77%轉(zhuǎn)化成>10g/kg,含量為6～8g/kg的有機(jī)質(zhì)70%轉(zhuǎn)化成>10g/kg;低含量有機(jī)質(zhì)則轉(zhuǎn)化為中含量有機(jī)質(zhì),含量為<4g/kg的有機(jī)質(zhì)分別有53.1%、37%轉(zhuǎn)化成6～8g/kg、8～10g/kg。從二年份土壤有機(jī)質(zhì)分布圖(圖1)看出,1985年高含量有機(jī)質(zhì)主要分布在研究區(qū)東部,中低含量有機(jī)質(zhì)分布在中西部,而2005年高含量有機(jī)質(zhì)主要分布在中部和東部,低含量有機(jī)質(zhì)主要集中分布在西部,由此得出研究期間該縣中部地區(qū)有機(jī)質(zhì)含量變化比較大,土壤有機(jī)質(zhì)含量東部高于西部。4.2全氮和堿解氮。在不同根據(jù)養(yǎng)分綜合指數(shù)公式得出全氮F2003<F1985,堿解氮,F2003<F1985,由此表明研究期間土壤全氮、堿解氮含量均有提高。表3、5分別為研究區(qū)1985年和2003年土壤全氮、堿解氮含量的對(duì)比,可以看出,研究區(qū)土壤全氮、堿解氮的含量的變化情況:土壤全氮含量大幅度提高,其中含量為1.0～1.5g/kg的變化最明顯,研究期間面積增加了4.12×104hm2,所占比重最大;其次是0.75～1.0g/kg,面積增加了2.3×104hm2,并且新增高含量(>1.5g/kg)全氮的面積0.14×104hm2;研究期間低含量(<0.75g/kg)全氮的變化也比較明顯,面積減少59.3%。中等含量(60～90mg/kg)的堿解氮面積變化最明顯,研究期間增加4.9×104hm2,所占比重達(dá)到51%;高含量(>90mg/kg)全氮面積增加0.39×104hm2;含量較低(30～60mg/kg)的堿解氮面積減少4.65×104hm2,所占比重由86.3%下降到44.6%,變化比較明顯。表4、6分別為1985～2003年研究區(qū)全氮和堿解氮含量轉(zhuǎn)移百分率矩陣,從中看出全氮和堿解氮含量的空間變化情況:高含量全氮面積的增加主要來(lái)源于含量為0.75～1.0g/kg的轉(zhuǎn)化,44.1%的土壤全氮含量由0.5～0.75g/kg提高到1.0～1.5g/kg,33.4%的全氮含量由0.5～0.75g/kg提高到0.75～1.0g/kg。圖2為二年份全氮的空間分布圖,由此看出,1985年茌平縣中等含量全氮的面積比較大并均勻分布在研究區(qū)內(nèi),2003年高含量全氮主要分布在東部,中等含量全氮集中分布在中部,低含量全氮主要分布在西部,由此得出研究區(qū)東部和西部地區(qū)的全氮含量變化比較明顯。中低含量的堿解氮變化比較明顯,含量為30～60mg/kg有25.1%提高到>90mg/kg,24.1%提高到60～90mg/kg,52.5%含量<30mg/kg提高到60～90mg/kg。由空間分布圖3看出,研究期間堿解氮含量的提高主要體現(xiàn)在研究區(qū)的中部和東部地區(qū),韓屯鎮(zhèn)、胡屯鄉(xiāng)、博平鎮(zhèn)、溫陳鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)90%以上的堿解氮含量由原來(lái)的30～60mg/kg提高到了60～90mg/kg,土壤堿解氮含量縣城周圍高于邊緣。4.3%是德國(guó)內(nèi)最符合測(cè)試要求的地區(qū),符合由表7看出,速效磷綜合指數(shù)F2003<F1985,研究期間速效磷含量大幅度提高,中高含量的速效磷面積變化最為明顯,新增含量>20g/kg的土地面積9.15×104hm2,所占比例達(dá)到82%;含量為10～20g/kg的面積增加了1.35×104hm2,所占比例增加了12.2%;低含量(<3g/kg)的速效磷面積減少6.45×104hm2,所占比重由57.8%下降到0.03%。由土壤速效磷含量轉(zhuǎn)移矩陣以及圖4看出,高含量(>20g/kg)速效磷面積的增加主要來(lái)源于低含量(<3g/kg)速效磷的轉(zhuǎn)化。1985年高含量速效磷分布在東部地區(qū),中低含量速效磷主要集中在中部和西部,2003年高含量速效磷所占面積較大且均勻分布在研究區(qū)內(nèi),中低含量的速效磷則零星分布在研究區(qū)中,因此速效磷的空間變化主要體現(xiàn)在中部和西部地區(qū)。4.4各級(jí)別代謝鉀含量情況根據(jù)養(yǎng)分綜合指數(shù)公式和表9得出,研究區(qū)土壤速效鉀的含量在研究期間有較大提高,變化最明顯的是高含量(>150mg/kg),面積大幅度增加,所占比重由10.5%上升到39.2%,其次是100～150mg/kg級(jí)別,面積增加了0.53×104hm2,含量較低(50～100mg/kg、30～50mg/kg)的面積研究期間減少了3.73×104hm2。由表10速效鉀含量轉(zhuǎn)移矩陣看出速效鉀含量為100～150mg/kg主要轉(zhuǎn)變成>150mg/kg,50～100mg/kg主要轉(zhuǎn)化為100～150mg/kg,30～50mg/kg主要轉(zhuǎn)化為100～150mg/kg和50～100mg/kg。從茌平縣速效鉀的分布圖(圖5)得出,1985年速效鉀分布比較集中,高含量速效鉀主要分布在研究區(qū)東部,中低含量速效鉀主要分布在中部和西部,2003年中高含量速效鉀均勻分布在研究區(qū)內(nèi),但低含量速效鉀零星分布在研究區(qū)內(nèi),中部地區(qū)速效鉀含量變化比較明顯。5土壤養(yǎng)分變化的原因分析5.1農(nóng)業(yè)方式改變土地的利用方式和管理水平是影響土壤質(zhì)量的變化的直接因素。研究發(fā)現(xiàn),茌平縣1985-2003年土地的利用方式發(fā)生了較大的變化,尤其是耕地的利用方式變化較大,大面積的旱地、棗糧間作、林地、未用地轉(zhuǎn)變成水澆地,菜地增加0.6×104hm2,新增灌溉水田0.05×104hm2。土地利用方式的變化促使了對(duì)土地投入水平的增加,使土壤養(yǎng)分含量提高。因此,茌平縣土地利用方式的變化是促使其耕地土壤養(yǎng)分含量提高的重要原因之一。5.2耕作方式發(fā)展方式對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響土地的耕作方式對(duì)于土壤養(yǎng)分的含量的變化也有很大的影響。20世紀(jì)80年代初期茌平縣土地耕作方式都比較粗放,施肥不足,因此土壤養(yǎng)分含量較低,而研究期間茌平縣大力推廣集約化耕作方式,推行高留茬和秸稈還田等耕作措施,有機(jī)物還田量逐年增加,促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分的積累;同時(shí),不斷的調(diào)整種植制度,采用輪、間、套種方式,農(nóng)民用地養(yǎng)地的意識(shí)不斷提高,地力培肥得到充分的重視,這些變化促使了土壤中養(yǎng)分的含量尤其是有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀大量元素含量的大幅度提高,從而提高了耕地土壤質(zhì)量。5.3有機(jī)肥的用量及用量研究期間茌平縣不斷增加對(duì)土地的投入,加強(qiáng)農(nóng)田基本建設(shè)。近二十年來(lái),該縣大力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè),增施有機(jī)肥,無(wú)論是總用量還是單位用量都有了較大幅度的提高,1985年有機(jī)肥平均用量為9000kg/hm2,2003年有機(jī)肥用量達(dá)到22800kg/hm2,施用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥等使土壤有機(jī)質(zhì)逐漸增加,減少了土壤養(yǎng)分的流失,改善了土壤理化性狀;興修水利、廣辟肥源,土壤肥力得以提高。6土壤養(yǎng)分含量6.1近20年來(lái),茌平縣土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均呈上升趨勢(shì)