杭州市新垦耕地土壤质量状况及提升途径

王道泽，严建立，李丹，方亚伟

(1.杭州市植保土肥服务总站，浙江 杭州 310020； 2.杭州市农业科学研究院，浙江 杭州 310024)

耕地是农业可持续发展的基础，没有充足和肥沃的耕地资源作为支撑，很难保障区域粮食安全生产[1]。近30 a来，随着社会经济的快速发展和城市化进程的推进，我国许多地区的优质耕地资源呈现下降趋势[2]，这在一定程度上影响了区域粮食安全，这种变化在我国东部和南方经济发达地区尤为明显。为了减缓或避免耕地数量的进一步下降，实行最严格的耕地保护制度，保障粮食安全，近年来我国许多地区出台了相应政策，通过土地平整、坡面整治、土地整理及提质改造等多种途径垦造耕地，在一定程度上缓解了耕地数量的下滑，保持了耕地资源的占补平衡。但与长期耕作的老耕地比较，新耕地多位于立地条件相对较差的区域，存在诸多不利因素或限制条件，其土壤肥力质量普遍较差[3-7]。因此，如何有效开展新垦耕地质量提升，通过科学施肥和采取针对性的措施进行土壤改良和质量提升，是新垦耕地后续管护的重要内容。本研究以杭州市为例，对近年新垦耕地的土壤质量状况进行了调查，并提出针对性的提升对策，以期为全市新垦耕地的后续管护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 调查与采样

调查在杭州市域内进行，调查对象为2013—2016年新垦耕地，其地貌类型主要为丘陵，坡度在25°以下。根据新垦耕地的分布，调查共设99个点位，分别在代表性地区进行调查和采样，涉及耕地的总面积为802.78 hm2。

土壤样品采集在当年度最后一季作物收获后进行。采样方法参照DB33/T 895—2013《耕地质量评定与地力分等定级技术规范》进行，每个垦造耕地项目点为1 个评价单元，每13.3 hm2设1个取样单元，每个取样单元设10个以上的取样点，按S形取样法取0～15 cm耕层土样，样本充分混匀后，用四分法缩分至1 kg。

1.2 分析

分析项目有耕层厚度、容重、砾石度、pH、有机质、阳离子交换量(CEC)、速效钾、有效磷。耕层厚度采取直接观察法测量，容重用环刀法测定，砾石度(即>1 mm砾石含量)采用重量法测定，pH采用电位法测定，有机质采用重铬酸钾氧化法测定，CEC用醋酸铵交换法测定，速效钾用醋酸铵溶液提取-火焰光度计法测定，有效磷采用盐酸氟化铵法测定[8]，生产能力分值根据DB33/T 895—2013确定。

2 结果与分析

2.1 土壤物理性状

2.1.1 耕层厚度

耕层是农作物根系生长的主要场所，其厚度直接影响耕地养分容量和保水、蓄水能力。检测结果(图1)表明， 99个点位耕层厚度有较大的差异，为7～30 cm，平均为15.7 cm。其中：耕层厚度<12 cm(生产能力分值0.3～0.6分)的面积为198.5 hm2，占调查总面积的24.7%；耕层厚度12～<16 cm(生产能力分值0.8分)的面积为310.0 hm2，占38.6%；耕层厚度16～20 cm(生产能力分值0.9分)的面积为175.8 hm2，占21.9%；耕层厚度>20 cm(生产能力分值1.0分)的面积为118.6 hm2，占14.8%。优等耕地要求耕层厚度>20 cm，但上述结果表明，杭州市新垦耕地耕层厚度在≤20 cm的占比达85.2%。由此可见，杭州市新垦耕地普遍存在耕层“薄”的问题。

括号内数据为生产能力加分值，图2～8同。

2.1.2 砾石度

砾石度是指土壤中砾石的含量，较高砾石度影响耕地的耕作性状，并可影响土壤水稳定性团聚体的形成及保水性能。分析结果(图2)表明，杭州市新垦耕地砾石度变化较大，为3.0%～32.2%，平均为13.4%，总体上耕层砾石度较高。多数土壤(占70.1%)砾石度在10%～25%(生产能力分值0.5分)，面积为602.5 hm2；砾石度<10%(生产能力分值1.0分)的耕地面积为183.8 hm2，占22.9%；砾石度>25%(生产能力分值0.2分)的耕地面积为16.5 hm2，约占2.1%。耕性良好的耕地土壤砾石度一般<10%，但杭州市新垦耕地砾石度≥10%的占77.1%，表明这些新垦耕地多存在“粗骨”特性，在一定程度上影响土壤的耕性。

图2 新垦耕地砾石度的分布情况

2.1.3 容重

容重可反映土壤的颗粒组成和结构状况，影响土壤的通气性、保水性和透水性，合适的容重可协调土壤的水气平衡，过高和过低的容重都将影响耕地的生产性能。过高的容重将导致土壤板结，造成通气不良，过低的容重会降低土壤的保水保肥性能。图3表明，杭州市新垦耕地容重跨度较大，为0.95～1.50 g·cm-3，平均为1.32 g·cm-3。与优质耕地合适的容重0.9～1.1 g·cm-3比较，杭州市新垦耕地容重总体上偏高，即土体较为坚实。其中：容重>0.9～1.1 g·cm-3(生产能力分值1.0分)的面积为45.2 hm2，占5.6%；>1.1～1.3 g·cm-3(生产能力分值0.8分)的面积为364.1 hm2，占45.4%；>1.3 g·cm-3(生产能力分值0.5分)的面积为393.5 hm2，占49.0%。全市新垦耕地容重>1.1 g·cm-3的面积达94.4%，表明新垦耕地土壤多存在土体坚实、板结现象。

图3 新垦耕地容重的分布情况

2.2 土壤化学性状

2.2.1 pH

pH值是反映土壤酸碱度的重要指标，其不仅可直接影响农作物的生长，也可影响土壤养分数量，并影响土壤微生物活动和养分的转化[9-10]。调查结果(图4)表明，杭州市新垦耕地pH有较大的差异，为4.2～8.4，总体上呈酸性，并以酸性(pH 4.5～5.5)和微酸性(pH 5.5～6.5)为主。其中：pH<4.5(强酸性)的面积较小，为6.7 hm2，占0.8%；pH 4.5～<5.5(生产能力分值0.4分)的面积为363.6 hm2，占45.3%；pH 5.5～<6.5(生产能力分值0.8分)的面积为302.1 hm2，占37.7%；pH 6.5～<7.5(中性，生产能力分值1.0分)、7.5～8.5(微碱性，生产能力分值0.7分)的面积分别为104.2和26.2 hm2，分别占13.0%和3.3%。多数农作物适宜的土壤pH为6.5～7.5，上述结果表明，杭州市新垦耕地pH属中性的占比仅为13.0%，而呈微酸性及酸性的土壤占比达83.8%，表明全市新垦造耕地土壤普遍存在“酸化”现象。

图4 新垦耕地pH的分布情况

2.2.2 CEC

CEC是衡量土壤保肥性的重要指标，是土壤颗粒组成、矿物组成和有机质积累综合作用的结果。CEC越高，其保肥性越高。调查结果(图5)显示，杭州市新垦耕地CEC变幅很大，最低的仅为4.00 cmol·kg-1，最高的达27.22 cmol·kg-1，平均为10.0 cmol·kg-1，多数耕地CEC偏低。在调查的新垦耕地中：CEC<5 cmol·kg-1(生产能力分值0.1分)的面积为139.2 hm2，占17.4%； CEC 5～<10 cmol·kg-1(生产能力分值0.4分)的面积为342.0 hm2，占42.6%；CEC 10～<15 cmol·kg-1(生产能力分值0.6)的面积为215.3 hm2，占26.8%；CEC 15～20 cmol·kg-1(生产能力分值0.9分)的面积为82.4 hm2，占10.2%；CEC>20 cmol·kg-1(生产能力分值1.0分)的面积为23.8 hm2，仅占3.0%。全市新垦耕地CEC<15 cmol·kg-1(生产能力分值0.6分以下)的占86.8%，表明全市多数新垦耕地土壤保肥性能差，容易导致养分的流失。

图5 新垦耕地CEC的分布情况

2.3 土壤养分状况

2.3.1 有机质

有机质含量是土壤肥力的重要指标，其对容重、水稳定性团聚体等物理指标的改善有重要影响，同时也是控制CEC的重要因素及土壤中有效态氮、磷、微量元素的重要来源[11-12]。优质耕地的有机质含量一般在30 g·kg-1以上。分析结果(图6)表明，杭州市新垦耕地有机质较低，在1.9～28.3 g·kg-1，全部在优质耕地含量标准以下，平均仅为11.4 g·kg-1。其中：有机质含量≤10 g·kg-1(生产能力分值0.3分)的面积为385.1 hm2，占48.0%；>10～20 g·kg-1(生产能力分值0.5分)的面积为339.1 hm2，占42.2%；>20～30 g·kg-1(生产能力分值0.8分)的面积为78.6 hm2，占9.8%。表明杭州市新垦耕地有机质匮乏，有机质含量≤20 g·kg-1的占比达90.2%。

图6 新垦耕地有机质的分布情况

2.3.2 有效磷

磷是农作物需要的大量元素之一，一般来说，土壤中有效磷含量达30～40 mg·kg-1才能满足大多数农作物正常生长的需要。调查结果(图7)表明，杭州市不同地区的新垦耕地有效磷差异明显，为0.23～45.97 mg·kg-1，平均为4.1 mg·kg-1，总体上耕地土壤缺磷突出。绝大多数的新垦耕地有效磷<10 mg·kg-1，其中：有效磷≤5 mg·kg-1(生产能力分值0.2分)和>5～10 mg·kg-1(生产能力分值0.5分)的面积分别为402.0和274.1 hm2，分别占50.1%和34.2%；有效磷在>10～20 mg·kg-1(生产能力分值0.7～0.8分)的面积为93.5 hm2，占11.7%；>20～30 mg·kg-1(生产能力分值0.9分)的面积为13.3 hm2，占1.7%；>30～40 mg·kg-1(生产能力分值1.0分)和>40 mg·kg-1(生产能力分值0.8的)的面积分别为13.0和6.8 hm2，分别占1.5%、0.8%。

图7 新垦耕地有效磷的分布情况

2.3.3 速效钾

农作物对钾的需求量较高，一般情况下当速效钾含量>150 mg·kg-1可基本满足多数农作物的生长。调查结果(图8)表明，杭州市新垦耕地之间速效钾差别较大，在17.2～266 mg·kg-1，平均为91.7 mg·kg-1，总体上呈中低水平。多数耕地土壤的速效钾<100 mg·kg-1，其中：速效钾≤50 mg·kg-1(生产能力分值0.3分)的面积为209.2 hm2，占26.0%；>50～80 mg·kg-1(生产能力分值0.5分)的面积为171.5 hm2，占21.4%；>80～100 mg·kg-1(生产能力分值0.7分)的面积为109.4 hm2，占13.6%；速效钾含量>100～150 mg·kg-1(生产能力分值0.9分)的面积为226.0 hm2，占28.2%；>150 mg·kg-1(生产能力分值1.0分)的面积较小，仅为86.7 hm2，占10.8%。总体上，杭州市新垦耕地有效磷和速效钾不足，且不同耕地间不平衡，存在养分“贫瘠”的问题。

图8 新垦耕地速效钾的分布情况

3 讨论

耕地地力是特定气候区域以及地形、地貌、成土母质、土壤理化性状、农田基础设施、培肥水平等要素综合构成的耕地生产能力，由立地条件、土壤条件、农田基础设施条件及培肥水平等因素影响并决定。田间调查表明，杭州市新垦耕地地面较为平整，基础设施良好，田块较为整齐，表明新垦耕地的外部环境总体上能满足农业生产的要求。但从以上土壤物理、化学及养分的分析结果来看，多数新垦耕地存在耕层较薄、砾石度高、容重偏高、有机质低下、缺磷缺钾明显等诸多问题。总体上，耕地土壤保肥、保水能力较弱，离优质耕地建设的要求较远。这一结果也表明，当前杭州市新垦耕地肥力建设还不能很好地满足“占优补优”耕地建设的高标准要求。分析认为，杭州市新垦耕地肥力较低的原因可能有以下方面：(1)耕地垦造过程不够规范。在土地平整过程中，没有做好表土剥离工作，在平整过程中表土与底土混杂明显，且因异地调入的优质剥离表土投入不够，导致表土砾石度偏高，有机质偏低。(2)部分垦造耕地选址不够合理。因前期论证不够充分，某些土质较差(特别是砂性较强的粗骨土)、不适合作为新造耕地的区域被用于耕地垦造，这可能是导致部分耕地CEC低下及养分不足的原因之一。(3)建设过程中重田外建设、轻田内培肥。许多地方的新垦耕地较多关注基础设施建设，但田内投入不足(特别是有机肥和化肥)，导致了多数垦造耕地有效磷和速效钾偏低。(4)没有很好地开展垦造前垦造地土质的检测，缺少对垦造地土质性状的认识。杭州市属于亚热带丘陵地区，新垦耕地的原始土壤多为脱硅作用较强的富铝化土壤(包括红壤和黄红壤亚类)，土壤酸性较强，导致新造耕地酸化问题突出。

针对当前杭州市新垦耕地存在的有机质缺乏、酸化明显及养分不足等主要问题，建议从以下方面开展培肥工作：(1)结合深耕多途径增加有机肥料的投入。根据新垦耕地分布地区的特点，采用多种方式增加有机物质的投入。对于交通条件良好和有机物料较为丰富的地区，可重点考虑增施有机肥料及采用秸秆还田等方式来增加有机物料的投入。可选择的有机肥源包括人畜粪便、作物秸秆、饼肥、堆肥、厩肥、沼肥、绿肥等农家肥料以及商品有机肥。对于用于果树生产的耕地，可考虑采用覆草(即将农作物秸秆、果园内杂草、果树的枯枝落叶等作为覆盖材料)及通过果园生草来提升土壤有机碳水平。有机肥料投入在增加有机质的同时，也可改善容重、CEC，并通过适度深耕，逐渐熟化耕层。(2)适量施用碱性改良剂。重点以pH在5.5以下的耕地为对象，通过施用石灰或者石灰石粉来校治土壤的酸度[13]。考虑到新垦耕地建设前土壤多为酸性较强的红壤类土壤，土壤全剖面酸度都较低，石灰用量应高于常规用量，这样在降低耕层土壤酸度的同时也可同时降低心土层土壤的酸度[14]，全面提高pH值，改善钙、镁养分。(3)增加养分投入与平衡施肥。由于新垦耕地多属于风化较强的红壤，钾素贫乏，对磷固定作用明显，因此，在土壤改良中应重视磷肥和钾肥的施用。由于不同地区的新垦耕地速效钾和有效磷差异较大，磷肥和钾肥的施用必须基于速效钾和有效磷的检测结果进行确定。

4 小结

土壤8项指标的检测结果表明，杭州市新垦耕地肥力等级较低，障碍因子较多，总体质量可归纳为“酸、瘦、薄、粗”，具体表现为土壤偏酸，有机质、有效磷等主要养分含量偏低，耕层偏薄，砾石度和容重偏高，板结现象较严重，保肥保水性能差。研究认为，应重点从多途径增加有机肥料的投入、适量施用碱性改良剂、增加养分投入与平衡施肥等方面提升新垦耕地的质量。