陕西省临渭区耕地养分丰缺状况及氮磷比例研究

马文勇，常庆瑞

（西北农林科技大学 资源环境学院，陕西 杨凌712100）

我国农业部门在20世纪80年代完成的全国第2次土壤普查成果为农业生产做出了重要贡献。但时隔20a余，随着农业耕作制度的改变，轮作方式的变化，作物及品种的更新以及水土流失，土壤改良，施用化肥和农药等对土壤的影响，很多地区土壤的养分和质量已发生了较大变化。本次县域耕地地力调查与质量评价所测定的养分指标齐全，分析准确，可以很好地反映当前土壤的养分和质量的基本现状，为配方施肥、优化农业生产布局以及农业区划等方面提供重要的参考价值。

临渭区地处渭河流域，地形平坦，灌溉发达，盛产小麦、棉花、玉米等，已成为国家和陕西省重要的粮棉油生产基地［1］。对该地区进行土壤养分的丰缺度分析至关重要，只有解决了这个问题，才能根据不同作物的需求，结合当地实际情况，提高耕地化肥利用效率，使各种营养元素的供应均衡合理，改善田间管理，减少过量施肥所造成的浪费和对环境的不良影响，提高作物产量和品质，从而达到增产增收节支的目的［2－5］。

因此，本研究在临渭区耕地地力调查与质量评价研究基础之上，通过利用项目调查与分析成果，针对不同作物，确定出土壤养分的丰缺状况，为该区配方施肥和提高农业生产提供科学理论依据，同时也对保护土壤环境与农产品安全生产具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

临渭区地处陕西省关中东部，地理坐标为北纬34°15′—34°45′，东经109°23′—109°45′，东邻华县、大荔县，西连富平县、西安市临潼区，南靠西安市蓝田区，北接蒲城县。南北长60km，东西宽14～32km，总面积1 248.09km2。海拔在340～2 430m，南北高差2 090m，区内总地势南高北低，呈阶梯状分布，由北向南依次分为渭河平原、黄土台塬、沟壑丘陵和秦岭山地4大地貌类型，其中平原面积占66%以上。该区属于暖温带半干旱大陆季风气候区，全年气候特点是：冷、暖、干、湿，四季分明，冬夏较长，春秋较短，日照充足，水热同季，气温、降水年际变化大，旱涝霜雹灾害多。春季升温快，多风；夏季高温酷暑，多伏旱；秋季降温快，多阴雨；冬季寒冷干燥，雨雪偏少。由于境内地貌特点，气候南北差异大。该区土质良好，耕作层深厚，光照充足，气候温和，适宜农业（特别是种植业）生产，粮食作物以小麦、玉米为主，经济作物以棉花为主。

1.2 土壤采样与处理分析

对临渭区1∶5万土地利用现状图进行矢量化，提取耕地作为工作底图确定取样点位，结合地形图，到实地确定采样地块，若图上标注点位在当地不具典型性，通过实地调查与走访，另选典型点位，并在底图上标明准确位置（采样点分布情况见图1）。取样点位确定后，利用GPS定位仪确定经纬度，并与取样地块的农户和当地技术人员进行座谈，按取样点调查表格要求，详细填写农户、样田面积、种植制度、近3a的平均产量、作物品种、生产管理和投入产出等内容。为避免施肥的影响，取样时期确定在作物收获前后，用不锈钢土钻等工具采样，每一土样选取有代表性的田块，采用“S”法均匀随机采取15个点混匀后用四分法留取1kg土样装袋以备分析。小麦、玉米、棉花取样深度均为0—20cm土层。其中土壤碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法测定，速效钾采用乙酸铵浸提—火焰光度法测定。

图1 临渭区采样点分布

1.3 最优插值法的选择

由于特异值的存在会造成变量连续表面的中断，使得实验半方差函数发生畸变，甚至会掩盖变量固有的空间结构特征［6－8］，因此插值前需要先剔除特异值。临渭区共有采样点4 108个，数量上较多，因此采用域法识别特异值［9］，即用样点的平均值加减3倍的标准差来判断，在此区间以外的值分别用正常最大、最小值来代替，部分特别异常的点也可以直接删除。删除异常值后碱解氮剩余4 082个，有效磷剩余4 085个，速效钾剩余4 075个。

由于地统计插值方法不但能够量化已知点之间的空间自相关性，而且能够解释说明采样点在预测区域范围内的空间分布情况［10－12］。故本文采用的是普通克里格插值方法，它的要求是数据要符合正态分布。经过地统计模块的Histogram和Normal QQPlot的数据检测，临渭区养分中碱解氮与速效钾均符合正态分布，有效磷在经过Box－Cox（0.5）变换后也符合正态分布。在比较了5种插值模型后，所得最优插值方法如下：碱解氮采用的是Exponential模型，有效磷采用的是Stable模型，速效钾采用的是Exponential模型。

2 结果与分析

2.1 描述性统计分析

从基本统计学特征分析（表1），临渭区耕地土壤碱解氮平均含量78.53mg／kg，有效磷平均含量20.11mg／kg，速效钾平均含量175.02mg／kg。与陕西省第2次土壤普查时期养分数据［13］相比，土壤碱解氮、有效磷分别增幅56.99%，200.15%，速效钾略有下降，降幅为7.05%，这同临渭区农民近年注重肥料的施用情况相符。就变异系数来看，以土壤有效磷的变异系数最大，为52%，分析其原因，除了可能与该地区不同部位的土壤类型、地形地貌特征有关外，也与磷在土壤中的化学行为及施磷肥状况有关，因施入土壤中的磷移动较小，当季利用率低等使土壤中磷的残留较多，导致土壤中磷分布不均匀［14］。土壤碱解氮次之，变异系数为32%，土壤速效钾最小，为15%。

各土壤速效养分含量最大值和最小值差异明显，表明临渭区耕地土壤速效养分存在本底差异，盲目地平均施肥，将会造成低养分区养分继续不足和高养分区养分过剩，降低了生态效益和经济效益。

表1 耕地土壤养分描述性统计 mg／kg

2.2 土壤养分丰缺指标的确定

本研究在灞桥区耕地地力调查与质量评价研究基础之上，利用项目调查与分析成果，针对主要粮食作物小麦、玉米和棉花，采用“3414”最优回归设计方案，确定出各作物土壤速效养分的丰缺指标（表2）。具体做法为，在Excel中以基础土样速效养分测定值为横坐标，以其对应作物地块的相对产量为纵坐标，绘制散点图，以“对数”类型获得相对产量与对应土壤速效养分测试值之间的数字关系式，绘制趋势线，划分小麦、玉米和棉花种植土壤养分丰缺指标［15］。

表2 小麦、玉米、棉花土壤养分丰缺等级 mg／kg

由表2可知，玉米和棉花对碱解氮的需求情况要高于小麦；棉花对有效磷的需求较高，小麦次之，玉米较低；玉米和棉花对速效磷的要求也高于小麦。总体来说，棉花对大量养分的需求是最高的，小麦是最低的，玉米则介于二者之间。

2.3 不同作物土壤养分丰缺状况

如图2所示，对碱解氮来讲，临渭区有72 416.68hm2的耕地可以满足小麦的生长需要，71 858.15hm2的耕地可以满足玉米和棉花的生长需要；有66.87hm2的耕地不能满足小麦的生长需要，约占总耕地面积的0.09%，625.4hm2的耕地不能满足玉米和棉花的生长需要，约占总耕地面积的0.86%。

由此可见，临渭区的耕地碱解氮含量水平基本能够满足3大作物的生长需要。没有含量极度缺乏的地区。在含量缺乏的区域中，小麦主要集中在交斜镇的西北部、阳郭镇的南部，玉米和棉花除上述区域外，在大王乡的南部也有一小部分。

图2 临渭区各作物碱解氮丰缺状况

如图3所示，对有效磷来讲，临渭区有68 258.86hm2的耕地可以满足小麦、玉米和棉花的生长需要；有4 224.69hm2的耕地不能满足它们的需要，占总耕地面积的5.83%。

图3 临渭区各作物有效磷丰缺状况

由此可见，临渭区的耕地有效磷含量水平较低，有相当一部分不能满足作物的生长需要，有些地方甚至快处于极缺状态。这部分主要集中在下吉镇中部、官道乡东部、孝义镇北部、丰原镇西北部和东南部及阳郭镇西部。

如图4所示，对速效钾来讲，临渭区有72 474.10hm2的耕地可以满足小麦和玉米的生长需要，有71 814.06hm2的耕地可以满足棉花的生长需要；仅有9.45hm2的耕地不能满足小麦和玉米的生长需要，约占总耕地面积的0.01%，有669.49hm2的耕地不能满足棉花的生长需要，占总耕地面积的0.92%。由此可见，临渭区的耕地速效钾含量水平对小麦和玉米来说基本不缺，对棉花仅有一小部分存在缺乏情况，主要集中在阳郭镇的西部和北部。

图4 临渭区各作物速效钾丰缺状况

2.4 土壤氮磷比值分析

临渭区农作物适宜的氮磷比值是2∶1～3∶1［16］。经过对插值后的碱解氮和有效磷进行Divide运算，得出临渭区当前氮磷比介于2.02～9.59，平均值为4，比例严重失调，达到92.86%（表3）。比例适中的区域主要集中在该区的西北部官底镇、东北部的官路镇和交斜镇、中部的辛市镇和龙背乡及南部的阳郭镇和崇凝镇，造成这种后果的直接原因是长期施用氮素化肥和种植作物单一化。

今后要逐步做到科学施肥，以土壤养分为依据，以产定肥，以氮定磷，氮磷配合，把氮磷比控制在2∶1～3∶1。

表3 土壤氮磷比分段面积统计

3 结论

（1）临渭区土壤碱解氮含量基本可以满足作物的生长需要，但整体水平仍较低，部分地区仍低于作物的生长需求水平；有效磷含量水平低，相当一部分地区远远不能满足小麦、玉米和棉花的生长需求；速效钾含量对小麦、玉米基本不存在缺乏问题，对棉花来说，阳郭镇的西部和北部稍显不足，总体来说钾肥含量处于较高水平。该区氮磷比平均值为4∶1，呈现严重失调状态。

（2）对于临渭区的耕地，应合理增施有机肥，这样既可以全面补充养分元素，又可以改善土壤结构，从而提高土壤保肥和供肥能力；氮肥方面，在缺乏地区可以增施尿素和碳酸氢氨；磷肥方面，可以增施普通过磷酸钙来增加磷的含量。最好对特定作物有针对性的增施复混肥料。红四方复合肥和金钥匙小麦配方肥可以当作小麦专用肥，金钥匙玉米配方肥和金钥匙棉花配方肥可以用来给玉米和棉花追肥。另外，应建立合理的轮作套种制度，以进一步提高土壤氮磷水平，保证作物的良好生长。

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