广西某甘蔗产区土壤养分现状及其质量评价研究

温中海陈丽君王晓飞,魏萌萌许桂苹,

（1.广西壮族自治区环境监测中心站，广西 南宁 530028；2.广西大学轻工与食品工程学院，广西 南宁 530004）

广西某甘蔗产区土壤养分现状及其质量评价研究

温中海1陈丽君2王晓飞1,2魏萌萌2许桂苹1,2

（1.广西壮族自治区环境监测中心站，广西 南宁 530028；2.广西大学轻工与食品工程学院，广西 南宁 530004）

采集广西某甘蔗产区27个具有代表性的表层土样，监测分析pH、有机质、全氮、全磷、全钾、铵态氮、有效磷和速效钾等养分指标。分析广西某甘蔗产区土壤 pH值和养分的现状及其相关性，并利用物元分析法对其土壤养分质量进行评价。结果表明：该蔗区土壤偏酸，土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、有效磷和速效钾的均值分别为28.61g/kg、1604.53mg/kg、541.92mg/kg、14105.86mg/kg、28.05mg/kg、73.47mg/kg和100.68mg/kg。相关性分析结果表明：速效钾与有机质和全钾呈极显著正相关关系，有效磷与全氮呈着显著正相关关系，有效磷与全磷呈极显著负相关关系，速效氮与全磷呈极显著正相关关系，全钾与机质和全氮呈极显著正相关关系。利用物元分析对蔗区土壤养分质量评价结果表明：研究区内大部分（70.37%）蔗田土壤肥力等级处中上水平；研究区仍有部分（29.63%）土壤的肥力处于中等偏下的水平，该研究区内的土壤肥力分布不平衡。

广西；甘蔗产区土壤；养分；质量评价

耕地是食物和其他各种农畜产品最主要的生产载体，其基本理化性质的分布及与之有关的土质变化，不仅关系到粮食生产和生态环境的持续发展，而且影响着某一区域在全国生态环境战略布局中的地位[1,2]。近年来，我国人均耕地面积日益减少，耕地土壤质量逐年降低[3]。了解和掌握耕地土壤的养分分布特征，既为改良耕地土壤和提高耕地土壤质量提供基础数据，又是耕地地力评价与测土配方施肥的前提条件。广西是我国最大的食糖生产基地，糖料甘蔗的种植面积、产蔗量和产糖量均居全国首位。蔗区耕地土壤的质量直接影响到甘蔗的产量和质量，尤其是蔗区土壤养分的分布情况，对蔗区养分管理、制糖产业规划和制糖业的可持续发展至关重要。但是，我国学者报道的关于对广西某特定蔗区耕地土壤养分指标之间的相关性和质量评价鲜有报道。该文以广西某甘蔗产区的蔗田土壤为研究对象，分析其土壤养分分布水平与相关性程度，并利用物元分析发对其土壤养分质量进行了评价，以期为该蔗区土壤的肥力现状分析提供基础数据。

1 实验部分

1.1研究区域的概况

样品采集区域位于广西西南部，地貌以丘陵为主，四面环山。样品采集区域属南亚热带季风气候，年均气温21.7℃，年均日照时数为1896.1h，全年太阳总辐射量达114.39Kcal·m-2，年均降雨量1217.3mm。气候温和，雨量适中，霜期短，适合各种动植物的生长与发育。

1.2土壤样品的采集与处理

采样点集中在 22°6′27″～22°8′11″N和 107°41′58″～107°49′33″E的广西某甘蔗产区，土壤采样按照每667m2网格布设1个采样点，布点网格约为25.8m×25.8m，使用GPS 卫星定位仪进行定位布点。围绕每个网格布设中心点，1个分点及四周4个分点，采样深度为0～20cm，共取5个分点的土壤样品，组成一个约 1kg干重的土壤混合样品，然后用无菌的聚乙烯袋将采集的土壤样品装好，并贴上标注有采样序号和日期的标签，共采集了27个土壤样品。

1.3样品分析方法

按常规方法[4,5]测定蔗田土壤养分含量：土壤 pH值用酸度计测定(土：水（v/v）= 1：2.5)；有机质采用重铬酸钾—外加热法测定；全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定；铵态氮含量采用氯化钾—靛酚蓝比色法；有效磷含量采用 HCl—NH4F—钼锑抗比色法（酸性）；速效钾含量采用NH4OAc—火焰光度法。

1.4数据的统计分析

所有数据均采用SPSS19.0和Excel2007进行相关数据的录入、统计和分析。

2 结果与讨论

2.1蔗田土壤pH值的分布状况

土壤pH值是影响土壤肥力的一个重要因素，也是土壤在其形成过程中受生物、气候、地质、水文等因素综合作用所产生的重要属性。其对土壤的许多化学反应和化学过程都有很大影响，对土壤中的氧化还原、沉淀溶解、吸收解析和配位反应起到支配作用[6-8]。表1的基础统计结果表明：研究范围内蔗田表层土壤pH范围为4.23～5.25，平均值为4.76，与编号1（对照点）相比，其他各点位的pH均低于对照值（见图1）。有报道表明可用变异系数（CV）反映土壤的变异性[9,10]，认为CV≤10% 时为弱变异性，10%＜CV≤100%时为中等变异性，CV＞100% 时为强变异性。研究区蔗田土壤 pH值变异系数为5.32%，属于弱变异性，说明研究区蔗田土壤pH值变异程度很小。

根据广西土壤养分分级标准，土壤pH划分为五级，强酸性：＜4.5；酸性：4.5～5.5；微酸性：5.5～6.5；中性：6.5～7.5；微碱性：7.5～8.5。本研究结果表明，与二次土壤普查结果5.0～5.8[11]相比较，蔗田土壤pH值发生了变化，在研究蔗区蔗田土壤酸碱度偏酸，大部分属酸性至强酸性，且研究范围内变异性较小。究其原因，除与成土母质和生物过程有关外，主要因素由于是自第二次土壤普查以来，国内大面积推广使用酸性或生理酸性的商品化肥，此外过量使用氮肥和磷肥，过多残留于土壤的氮素发生硝化作用，导致土壤酸性增大。此外不注重施用碱性肥料和农用灌溉水不到位也是不可忽略的致使土壤酸化的因素。

图1　采样蔗区蔗田土壤pH值

表1　采样蔗区蔗田土壤pH值的统计特征值

2.2蔗田土壤有机质含量的分布状况

土壤有机质含量水平可以反应土壤的物化性质，土壤有机质含量高可以增加土壤的通透性和透水性，并通过矿化作用释放出可供植物所利用的元素，进而能促进植物的生长发育[12]。表2的统计结果表明：研究区蔗田表层土壤有机质含量范围为17.01～38.99g/kg，平均值为28.61g/kg，与编号1（对照点）相比，其他各点位有机质含量均高于对照值（见图2）。研究区蔗田土壤有机质含量最大值与最小值之间的差异 2倍多，有机质含量变异系数为16.58%，属于中等变异性。

根据广西土壤养分分级标准，把土壤有机质含量划分为五级，极高：≥40.0g/kg；高：30.0g/kg～40.0g/kg；中等：20.0g/kg～30.0g/kg；低：10.0g/kg～20.0g/kg；极低：＜10.0g/kg。研究结果表明：研究范围大部分土壤有机质含量居于中等偏低的水平。与编号1(对照点)相比，蔗区蔗田其他各点位的有机质含量均高于对照值，且处于中等变异程度。且与第二次土壤普查测定结果相比，蔗田土壤有机质含量有所提升，这与施用糖蜜酒精废液有关。但是研究区域内的蔗田土壤有机质含量总体上处于中等偏低的水平。主要是由于甘蔗可以多年宿根种植，蔗田土壤复种指数高，有机质易于氧化分解，且该蔗区蔗田有机肥年均投入量不足，导致蔗田土壤有机质含量偏低。

图2　采样蔗区土壤有机质含量水平

表2　采样蔗区土壤有机质的统计特征值

2.3蔗田土壤全量养分含量的分布状况

2.3.1蔗田土壤全氮含量的分布状况

土壤全氮含量是农业生产中重要的养分限制因子，土壤中的氮素可分为有机态和无机态两大部分，二者数量之和即为土壤全氮含量[13]。其中，有机氮是土壤氮素的主体，其含量约占全氮的98%左右。表3的基础统计结果表明：研究区域蔗田表层土壤全氮含量范围为 1.22～2.17 g/kg，平均值为1.60 g/kg，与编号1（对照点）相比，其他各点位的全氮含量均高于对照值（见图3）。研究区蔗田土壤全氮含量最大值与最小值之间的差异2倍左右，全氮含量变异系数为19.49%，属于中等变异性。

根据广西土壤养分分级标准，把研究范围蔗田土壤全氮含量划分为五级，极高：≥2.50g/kg；高：1.50g/kg～2.50g/kg；中等：1.00g/kg～1.50g/kg；低：0.75g/kg～1.00g/kg；极低：＜0.75g/kg。研究范围大部分土壤全氮含量居于高水平。与第二次土壤普查测定结果1.0g/kg相比，蔗田土壤有机质含量有所提升，这与可能与施用农家肥或者蔗叶还田有关特别是糖蜜酒精废液的大量施用。

2.3.2蔗田土壤全磷含量的分布状况

磷是农业生产中重要的养分限制因子，也是作物必需的重要营养元素之一[13]，地壳中磷的平均含量约为1.2g/kg，而大多数自然土壤的含量远低于地壳中磷的含量。表 3的基础统计结果表明：研究范围内蔗田表层土壤全磷含量范围为366.41～821.62mg/kg，平均值为541.92mg/kg，与编号1的对照点监测结果相比，其他各监测点位的全氮含量部分高于对照值（见图3）。

2.3.3蔗田土壤全钾含量的分布状况

钾是土壤中一种矿质元素，在植物体重以离子的形式存在，不形成任何形式的化合物，是农业生产中重要的养分限制因子，也是作物必需的重要营养元素之一[14]。表 3的基础统计结果表明：研究范围内蔗田表层土壤全钾含量范围为3344.20～31322mg/kg，平均值为 14105.86mg/kg，与编号 1的对照点监测结果相比，其他各监测点位的全钾含量大部分高于对照值（见图3）。

图3　采样蔗区土壤全量养分含量水平

表3　采样蔗区土壤全量养分的统计特征值

2.4蔗田土壤速效养分含量的分布状况

2.4.1蔗田土壤速效氮含量的分布状况

土壤中的铵态氮可被吸附和固定在土壤胶体表面和胶体晶格中，呈交换性铵状态存在，也可溶解在土壤溶液中，能直接被植物吸收利用，属于速效性氮素[15]。表4的基础统计结果表明：研究范围内蔗田表层土壤铵态氮含量范围为13.73～58.98mg/kg，平均值为28.05mg/kg，与编号1的对照点监测结果相比，其他各点位的铵态氮含量大部分高于对照值（见图4）。研究区蔗田土壤铵态氮含量最大值与最小值之间的差异10倍左右，铵态氮含量变异系数为40.66%，属于中等变异性。

2.4.2蔗田土壤有效磷含量的分布状况

土壤有效磷是土壤磷素养分供应水平高低的指标，土壤磷素含量高低在一定程度反映了土壤中磷素的贮量和供应能力[16]。表4的基础统计结果表明：研究范围内蔗田表层土壤有效磷含量范围为10.96～182.65mg/kg，平均值为73.47mg/kg，与编号1（的对照点）果相比，少数监测点位的有效磷质含量高于背景值（见图4）。研究区蔗田土壤有效磷含量最大值与最小值之间的差异18倍左右，有效磷含量变异系数为56.68%，属于中等变异性。

根据广西土壤养分分级标准，把土壤有效磷含量划分为五级，极高：≥30.0mg/kg；高：20.0mg/kg～30.0mg/kg；中等：10.0mg/kg～20.0mg/kg；低：5.0mg/kg～10.0mg/kg；极低：＜5.0mg/kg。研究区域的蔗田内大部分土壤有效磷含量居于极高水平。其原因可能是：大面积推广施用和过量施用磷肥，第二次土壤普查有效磷含量为 1.8mg/kg，针对蔗田土壤普遍缺磷的状况，大面积推广施用磷肥，使蔗田土壤有效磷含量大部分处于过高状态，此外，区内大面积推广糖蜜酒精废液回灌农田技术[12,13]，糖蜜酒精发酵液中含有一定量的氮、磷、钾、钙、镁等无机盐，使得蔗田土壤有效磷少量积累。

2.4.3蔗田土壤速效钾含量的分布状况

植物所能利用的钾是速效性钾，它能真实反映土壤中钾素的供应情况[17]。表2的基础统计结果表明：研究范围内蔗田表层土壤速效磷含量范围为167.48～735.94mg/kg，平均值为392.66mg/kg，与编号1（对照点）果相比，其他各点位的速效钾含量高于对照值（见图1）。研究区蔗田土壤速效钾含量最大值与最小值之间的差异 7倍左右，速效钾含量变异系数为39.78%，属于中等变异性。

根据广西土壤养分分级标准，把土壤速效磷含量划分为五级，极高：≥150.0mg/kg；高：100.0mg/kg～150.0mg/kg；中等：50.0mg/kg～100.0mg/kg；低：30.0mg/kg～50.0mg/kg；极低：＜30.0mg/kg。研究区域大部分土壤速效钾含量居于极高水平。与第二次土壤普查测定结果32 mg/kg相比，蔗田土壤速效钾含量变化极大。其原因可能是：第二次土壤普查后，大面积推广应用钾肥，由原来少施或不施钾肥逐步转变为增加甚至过量施用钾肥，导致蔗田土壤速效钾的含量水平大于临界值（40mg/kg）。此外，加大秸秆还田量和增施糖蜜酒精废液，以增加土壤钾含量。

图4　采样蔗区蔗田土壤与速效养分含量水平

表4　采样蔗区蔗田土壤养分含量统计特征值

2.5蔗田土壤pH和各养分含量的相关性分析

土壤养分含量的变化受诸多因素的影响，各养分之间既各自独立又相互联系，共同作用于作物生长发育。该蔗区土壤pH 值和各养分含量的相关性分析，详见表5。由表5可以看出，该蔗区土壤速效钾含量随着有机质和全钾含量的增加而增加，它们之间存在着极显著正相关关系，其相关系数分别为0.698和0.494。有效磷含量随着全氮含量的增加而增加，它们之间存在着显著正相关关系，相关系数为0.648；但是有效磷含量随着全磷含量的增加而减少，它们之间存在着极显著负相关关系，相关系数-0.567。速效氮含量随着全磷含量的增加而增加，它们之间存在着极显著正相关关系，相关系数为0.573。全钾含量随着有机质和全氮含量的增加而增加，它们之间存在着极显著正相关关系，其相关系数分别为0.687和0.449。该实验结果进一步表明：速效钾作为能被植物直接利用的有效钾成分，其含量受土壤有机质和全钾含量的影响较大，此外，有效磷含量受全氮和全磷含量的影响，速效氮含量受全磷含量影响，全钾含量随着有机质和全氮含量的影响。说明研究区域蔗区蔗田土壤中有机质的转化与N元素循环及P、K元素转化存在密切关系，且可以相互影响。

表5　采样蔗区蔗田土壤pH和养分含量的相关性分析

2.6蔗田土壤肥力质量评价

根据第二次全国土壤普查标准，参照物元分析法[18-20]对该蔗区土壤进行肥力质量评价。将研究区域蔗田土壤的综合肥力分类为6个等级，即Ⅰ=优，Ⅱ=良，Ⅲ=中上，Ⅳ=中下，Ⅴ=较劣，Ⅵ=劣。按照物元分析的步骤，逐步计算相关的值，最后研究区的肥力等级结果如图5。

图5　采样蔗区蔗田土壤综合肥力等级分布表

由图5的结果可以看出，研究区内大部分（70.37%）蔗田土壤肥力等级处于前三个等级，即基本上处于中上水平；研究区仍有部分（29.63%）土壤的肥力处于后三个等级，即处于中等偏下的水平。由分析结果可以看出，该研究区内的土壤肥力分布不平衡，分布不均匀主要可能与施肥不平衡和大面积推广糖蜜酒精废液回灌农田技术有关。今后，研究区域蔗区蔗田应积极推广测土配方施肥技术，以调节该区的土壤各养分到合理水平。

3 结论

本研究结果表明，研究区域蔗田土壤各养分含量水平参差不齐，研究区域的蔗田土壤有机质含量总体上处于中等偏低的肥力水平，全氮含量总体上处于高等肥力水平，部分土壤的全磷含量高于对照点，大部分土壤的全磷含量高于对照点，速效氮含量总体上处于较低的肥力水平，有效磷含量处于极高肥力水平，速效钾含量居于极高肥力水平。自全国第二次土壤普查以来，研究区域蔗区蔗田土壤有所酸化，pH值变异程度较小，土壤有机质、全氮、速效氮、有效磷和速效钾均有所增加，处于中等变异程度。该蔗区土壤速效钾与有机质和全钾呈极显著正相关关系，有效磷与全氮呈着显著正相关关系，有效磷含与全磷含量呈极显著负相关关系，速效氮与全磷呈极显著正相关关系，全钾与机质和全氮含量呈极显著正相关关系。物元分析结果表明：研究区内大部分蔗田土壤肥力等级处于中上水平，小部分土壤的肥力中等偏下的水平，该研究区内的土壤肥力分布不平衡，该研究区蔗田今后应积极推广测土配方施肥技术，以调节该区的土壤各养分到合理水平。

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Research on the nutrient situation and its quality evaluation of study sugarcane productive area of Guangxi

The study sampled 27 top soils from study sugarcane productive area, and measured the concentration of pH, Organic Matter (OM), Total Nitrogen (TN), Total Phosphorus (TP), Total Potassium (TK), Ammonium Nitrogen (AN), Available Phosphorus (AP) and Available Potassium (AK). Then the research analyzed the correlation of sugarcane soil pH value and nutrient content in the study sugarcane productive area of Guangxi, and the nutrient quality of it was evaluated by using the element analysis method. The result showed that the sugarcane soil was acidic soil, and the concentration of OM, TN, TP, TK, AN, AP and AK were 28.61 g/kg、1604.53 mg/kg、541.92 mg/kg、14105.86mg/kg、28.05 mg/kg、73.47 mg/kg and 100.68 mg/kg. Correlation analysis showed that the AK and OM and TK were significantly positive correlation, AP and TN were significantly positive correlation, AP and TP were significantly negative correlation, AN and TP showed significantly positive correlation, TK and OM and TN were significantly positive correlation. In addition, the evaluation result of matter element analysis showed that the fertility level of majority (70.37%) of sugarcane field soil was in upper of middle level, and the rest part (29.63%) of soil was in lower of middle level. So the distribution of the soil fertility in the study sugarcane productive area was unbalanced.

Guangxi; soil of study sugarcane productive area; nutrient; quality evaluation

S566

A

1008-1151(2015)11-0090-05

2015-10-11

2014年自治区科技厅下达重大专项计划建设项目“甘蔗糖蜜酒精发酵液资源化利用技术集成应用示范”（桂科转14125001-2）。

温中海（1984－），男，江苏沭阳人，广西壮族自治区环境监测中心站工程师，硕士，从事环境保护和环境监测科研工作。