伊犁河谷雨养旱地栗钙土不同产量小麦土壤肥力差异分析

陈传信 ，赛力汗·赛 ，张永强 ，夏麦丁·阿巴斯 ，陈兴武 ，薛丽华 ，雷钧杰 ，刘云霄，刘新艳，吴 伟，库勒达那·卡达尔江

（1.新疆农业科学院粮食作物研究所，新疆乌鲁木齐830091；2.新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆乌鲁木齐830052；3.新源县农业技术推广站，新疆新源835800；4.托里县农业技术推广站，新疆托里834500）

新疆雨养旱地面积为20.45万hm2，主要分布在伊犁河谷中上游山间平原谷地、塔额盆地边缘、昌吉州东部、天山北坡、阿尔泰山南坡等低山地带，其中，伊犁河谷雨养旱地面积最大，占到全疆雨养旱地面积的45.66%左右[1]。伊犁河谷旱作区土壤类型有栗钙土、黑钙土与灰钙土，其中，栗钙土面积占比达28.6%，旱作地生产的粮食约占该区粮食总产10%，是伊犁灌溉农业的重要补充，在旱作地面积较大的县、乡，旱作农业具有举足轻重的地位[2]。由于长期采取掠夺式土地经营方式，广种薄收，只种不养，忽视对土壤的培肥措施，用养失调，肥力呈明显下降趋势，耕地质量下降[3]。

耕地质量的优劣不仅关系到作物产量，而且对作物品质有着极其重要的影响[4-6]。作物产量与速效磷、全氮及有机质含量间极相关，在一定范围内有机质含量与土壤肥力呈正相关[7]，pH值与各种养分含量均呈明显的负相关[8]，土壤pH值的大小对土壤肥力的影响较大[9]。伊犁河谷土壤养分结构失衡，供需矛盾较为突出，土壤有机质和全量氮磷含量表聚性特征明显[10-12]。新疆典型草原栗钙土有机碳总量和腐殖质不同组分在海拔高度和土壤剖面中的含量差异显著[13]。伊犁河谷地区的研究大多集中灌溉条件和自然植被条件下进行，而无灌溉条件下农田土壤肥力特征的研究较少，尤其对伊犁河谷平原栗钙土区雨养旱地土壤肥力特征研究鲜有报道。

本试验对伊犁河谷平原不同产量水平雨养旱地麦田土壤肥力指标特征进行了研究，以期为新疆河谷平原栗钙土区土壤肥力的改良和合理耕层的构建提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

试验于2015—2016年在新疆新源县进行。新源县位于伊犁河谷东部，地理坐标为东经82°28′～84°56′，北纬 43°03′～43°40′，东、南、北三面环山，巩乃斯河河谷地带，属温带大陆性半湿润半干旱气候，年平均气温6.1～9.3℃，年平均无霜期为169 d，年降雨量为513.3 mm。

1.2 试验材料

供试小麦品种为新疆新源县当地主栽品种伊农18。

1.3 试验方法

取样前调查样点小麦产量情况，根据当地小麦生产多年平均产量划分为3个产量水平，高产田（籽粒产量＞4 800 kg/hm2）、中产田（籽粒产量3 600～4 800 kg/hm2）和低产田（籽粒产量＜3 600 kg/hm2）。各产田分别选取5个田块作为重复，共15个取样点，在伊农18成熟期间取样调查其产量、农艺性状；收获后每样点分别从表土层、稳定层和犁底层随机选取土样，采集1 kg左右，放入棉织袋，编号，带回实验室，及时风干，以免发霉变质。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 化学指标测定 有机质含量测定采用重铬酸钾外加热法进行；全氮含量测定采用半微量凯氏法进行；全钾含量测定采用酸溶-火焰光度法进行；全磷含量测定采用酸溶-钼锑抗比色法进行；碱解氮含量测定采用碱解扩散法进行；速效磷含量测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法进行；速效钾含量测定采用乙酸铵浸提-火焰光度法进行；阳离子交换量（CEC）测定采用乙酸钠浸提-火焰光度法进行；pH值采用pH酸度计测定[14]。

1.4.2 作物产量测定 冬小麦成熟期，每样点实收12 m2进行脱粒，计算单位面积籽粒产量；每样点取有代表性的小麦单株10株进行室内考种。

1.5 数据分析

数据统计分析采用SPSS 19.0数据处理系统和Microsof t Excel 2010进行。

2 结果与分析

2.1 不同产量水平麦田土壤有机质的变化特征

有机质是土壤肥力的核心，对土壤养分供应能力和供应强度具有十分重要的影响。不同产量水平栗钙土耕层不同深度土壤有机质含量分析结果显示，高、中、低产田表土层土壤有机质含量分别为45.55、42.78、16.34 g/kg，高、中产田分别较低产田高178.8%和 161.8%（P＜0.05）；高、中、低产田稳定层土壤有机质含量分别为 39.50、39.22、17.82 g/kg，高、中产田分别较低产田高121.7%和120.1%（P＜0.05）；犁底层土壤有机质含量分别为25.28、21.23、8.31 g/kg，高、中产田分别较低产田高204.2%和155.5%（P＜0.05）。低产田土壤有机质含量显著低于高、中产田，尤其表土层、稳定层差异更为明显。而同一产量水平土壤有机质含量则随耕层深度增加呈降低趋势，表现为表土层＞稳定层＞犁底层，其中，从表土层到稳定层下降缓慢，从稳定层到犁底层下降迅速，高、中、低产田稳定层土壤有机质含量分别比犁底层下降56.3%、84.7%、120%（图1）。

2.2 不同产量水平麦田土壤pH的变化特征

土壤pH值的高低，会影响土壤养分元素的有效性，导致某些养分元素失调，最终影响作物产量形成。从图2可以看出，各产量水平土壤平均pH值分别为：高产田8.48、中产田8.26、低产田8.49，土壤略偏碱性。各产量水平土壤pH值差异不明显，总体呈现出低产田的pH值较高，低产田表土层、稳定层、犁底层3层pH值平均达8.49，中产田pH值最低。

2.3 不同产量水平麦田土壤阳离子交换量（CEC）的变化特征

土壤阳离子交换量的大小反映了土壤保肥性的高低，阳离子交换量（CEC）的大小，可以作为评价土壤保肥能力的指标。从图3可以看出，河谷旱作区栗钙土不同产量水平地块表土层、稳定层、犁底层土壤CEC均随产量水平的提高呈增加趋势。高、中产田表土层土壤CEC分别较低产田高30.42%和24.11%，较稳定层高26.07%和23.43%，且均达显著差异（P＜0.05），而高、中产地块之间差异不显著。高产田犁底层土壤CEC分别较中、低产田高33.89%和16.01%，且与低产田间差异显著（P＜0.05）。

2.4 不同产量水平麦田土壤化学特性

表1 不同产量水平栗钙土耕层土壤化学特性分析

从表1可以看出，河谷旱作区不同产量水平栗钙土随土层深度增加土壤全养分含量（全氮、全磷、全钾）和速效养分含量（碱解氮、速效钾、速效磷）呈下降趋势，且在犁底层降幅更加明显。不同产量栗钙土耕层（0～40 cm）土壤全磷和全钾含量差异不明显。高产田犁底层全氮含量分别较中、低产田高19.7%和56.2%，且差异显著（P＜0.05）。高产田表土层碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为192.30、22.27、277.00 mg/kg分别较低产田高62.2%、40.3%、34.5%（P＜0.05）；稳定层碱解氮、速效钾含量分别为173.30、269.67 mg/kg，分别较低产田高50.6%、48.4%，且差异显著（P＜0.05）；犁底层碱解氮、速效磷、速效钾含量为 137.79、17.00、200.33 mg/kg，分别较低产田高 80.8%、124.6%、70.5%（P＜0.05）。河谷旱作区不同产量水平栗钙土耕层全养分含量差异不明显，根据全国第二次土壤普查养分分级标准，均处于二级水平；而土壤速效养分含量在不同产量水平地块差异显著，表土层、稳定层和犁底层速效养分含量尤其碱解氮含量变化比较突出，是决定土壤肥力高低的主要因素。

2.5 不同产量水平麦田小麦产量及其构成因素分析

河谷旱作区栗钙土不同产量麦田小麦产量结果显示，高产田籽粒产量分别较中、低产田高15.42%、47.02%，且差异显著（P＜0.05）。分析其产量构成因素可知，各产量水平冬小麦穗粒数、千粒质量均以高产田最高，分别较低产田高34.23%、12.40%，且差异显著（P＜0.05）（表 2）。

表2 不同产量水平栗钙土小麦产量及构成要素分析

2.6 不同产量水平麦田土壤肥力指标与产量的相关性分析

土壤肥力状况是决定作物产量的主要因素之一。从表3可以看出，河谷旱作区栗钙土不同产量水平地块小麦产量与其耕层土壤有机质、速效钾含量极显著正相关（P＜0.01）；与 CEC、全氮、碱解氮含量显著正相关（P＜0.05）。CEC与全钾、碱解氮、速效钾显著正相关（P＜0.05），与全氮极显著正相关（P＜0.01）。可以看出，河谷旱作区栗钙土农田小麦产量与耕层有机质、CEC、碱解氮的含量关系密切。

表3 土壤肥力指标与产量的相关性分析

3 结论与讨论

在土壤长期发育进程中，不同土层的颜色、形态和结构表现出一定的差异，养分的垂直分布特征一定程度反映了土壤的生产力，直接影响着农作物的产量[15]。本研究发现，小麦产量与土壤有机质、速效钾、CEC、全氮、碱解氮显著正相关，这与薛正平等[16]的研究结果一致。有机质在保持和提供植物养分及土壤肥力中发挥着重要的作用，是土壤的重要组成成分[17]。从本研究结果来看，河谷旱作区栗钙土耕层土壤有机质含量均随着土层深度增加而下降，且在犁底层降幅最大，这与曹裕松等[18]的试验结果一致；高产田土壤有机质显著高于低产田，土壤有机质含量制约土壤理化性质，是作物高产稳产的先决条件[19]。相较于新疆第二次土壤普查土壤有机质含量（2%～6%）[20]，本研究区域整体出现一定程度的下降。这可能是由于当地土壤长期只用不养，导致土壤肥力下降。土壤阳离子交换量（CEC）是交换性盐基的总量，是指导土壤改良的重要依据[21]，CEC值越高，土壤保肥性能越好，肥料流失量就越小[22]。在本试验研究结果中，不同产量水平土壤耕层阳离子交换量与土壤有机质含量的变化基本吻合，这与王训等[23]的研究结果一致，土壤有机质自身带有负电荷，有利于增加土壤中交换性盐基离子含量及阳离子交换量；低产田的保肥能力显著低于高产田，这可能与低产田的土壤有机质含量低、不利于土壤阳离子交换量的增加有关。

土壤养分状况是土壤肥力的重要物质基础，其丰缺状况可反映土壤的供肥能力，直接关系到作物对养分的吸收利用，影响作物的产量[24]。曾祥明等[25]研究表明，无论施肥与否，养分较高的土壤获得的水稻产量始终高于较低的土壤。王寅等[26]研究表明，油菜产量随肥力升高而提升。本试验中，养分含量高的土壤获得较高的小麦产量，而养分含量低的土壤小麦产量低，这说明较高的土壤养分有利于作物产量的形成。张祥明等[27]研究表明，土壤地力越高，越容易获得高产，但肥料贡献率越来越低。通过提高土壤养分，不仅可以挖掘农田生产潜力，而且可将肥料用量控制在适宜范围，降低农田环境污染[28]。

本研究结果表明，伊犁河谷平原雨养旱地栗钙土土壤有机质、CEC、碱解氮、速效磷和速效钾差异显著，高产田较中、低产田具有较高的土壤肥力，尤以土壤有机质含量差异显著；伊犁河谷平原雨养旱地栗钙土区小麦产量与土壤有机质、碱解氮和速效钾含量呈极显著正相关，与CEC、全氮、碱解氮呈显著正相关。

因此，通过施用有机肥结合深松等耕作措施来提高土壤肥力，改良低产田耕层土壤肥力性质，尤其增加低产田土壤有机质含量，提高土壤肥力，增强土壤保水保肥能力，对于提高伊犁河谷雨养旱地小麦产量和经济效益十分必要。