华南主产区木薯地土壤肥力现状分析

魏云霞 王熊飞 刘丽娟 李凤兰 郑永清 林洪鑫 黄洁

(1中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所海南儋州571737;2海南省土壤肥料总站海南海口571100;3广西南宁市武鸣区双桥镇农业和农机化技术推广站广西南宁530100;4中国热带农业科学院广州实验站广东广州510140;5江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所江西南昌330200)

木薯具有重要的食用、饲料、能源、工业原料价值，是重要的热带经济作物［1-2］，又是中国“走出去”战略的重要作物之一［3］，在“一带一路”的东南亚、非洲等国家发挥重要的技术支撑作用［4］。目前全球已有超八亿人以木薯为主粮［5］，中国木薯主要分布于华南区域。土壤肥力是影响木薯种植的重要因素之一。土壤养分状况是评价土壤肥力的重要指标，是合理施肥的主要依据［6-7］，且其肥力水平是决定肥料利用率的基本因素。木薯种植区域土壤肥力下降已成为制约中国木薯生产可持续发展的主要问题之一［8-9］。受多种因素的影响，土壤养分会出现较大的变异［10-12］，因此，探明土壤养分状况是调控木薯地土壤肥力、促进科学施肥、实现木薯产业可持续发展的重要基础。本研究通过采集、分析中国木薯主产区103份土壤，对木薯种植地土壤养分进行分析、评价，旨在了解中国木薯地土壤肥力现状，以期为木薯高产高效施肥提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

2018年11月至2019年4月，于木薯种植前，在中国木薯主产区内选择种植面积较大、具有代表性的木薯地作为土壤采样点，具体分别为广西、海南、广东、福建、江西、云南、湖南。

1.2 方法

1.2.1 样品采集及处理

每个采样点根据具体面积和地形，采用随机S型多点混合采样，至少采集5个点，取0～20 cm的土壤；用四分法充分混匀后留取1 kg左右装袋，为一个土样，同时记录采样点经纬度；将土壤风干、磨细、过2和0.25 mm筛，供理化分析用，其中，广西37份、海南35份、广东19份、福建4份、江西4份、云南3份、湖南1份，共103份。

1.2.2 项目测定

对土壤pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量进行分析测定。土壤pH：按水土比2.5∶1混匀后用pH计测定；有机质：采用K2Cr2O7外加热法测定；全氮：采用凯氏定氮法测定；全磷：采用NaOH熔融-钼锑抗比色法测定；全钾：采用NaOH熔融-火焰光度法测定；碱解氮：采用碱解扩散法测定；中性土壤有效磷：采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定；酸性土壤有效磷：采用NH4F浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾：采用NH4OAc浸提-火焰光度法测定［13-14］。

1.2.3 木薯地土壤理化性质阈值

木薯地土壤pH、有机质、全氮及速效养分分级指标参考Howeler［14］的方法，具体见表1。参照分级标准，对采样的木薯地土壤进行归类和统计分析，明确土壤养分情况，并以此评价中国木薯地土壤养分状况。

表1 木薯地土壤理化性质的阈值

1.2.4 数据处理

采用Excel 2010软件进行数据整理，Arc-GIS10.2软件制图，用SPSS 20.0软件进行方差分析。养分指标的变异系数（CV）计算见公式（1）。

CV≥100%为强变异，10%＜CV＜100%为中等变异，CV≤10%为弱变异［15］。

土壤肥力综合评价计算步骤［16-17］：首先，使用隶属函数将各个土壤养分指标的数据进行标准化处理，见公式（2）；其次，采用标准差系数法计算各个土壤养分指标的权重，见公式（3）（4）；最后，得出土壤养分综合质量指数（H），见公式（5）。

式中：μ（Xij）代表各土壤养分指标的隶属度值；Xij代表土壤养分指标值；Xj，max和Xj，min代表第j项土壤养分指标最大值和最小值；Vj代表标准差系数；Wj代表权重；H代表土壤养分综合质量指数。

H＞0.8为极高级，0.6≤H＜0.8为高级，0.4≤H＜0.6为中级，0.2≤H＜0.4为低级，H＜0.2为极低级［18］。

2 结果与分析

2.1 木薯地土壤养分状况

中国华南木薯主产区土壤pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾的变化范围分别为3.97～7.26，5.46～83.86、0.22～1.95、0.22～1.39 g/kg，0.27～1.49、25.55～261.80、0.85～189.06、18.20～494.95 mg/kg（表2）；平均值分别为5.31，22.02、1.02、0.69、11.01 g/kg，106.90、34.69、104.19 mg/kg；pH的变异系数最小（12.22%），有效磷变异系数最大（113.09%），除有效磷属于强变异外，其他养分指标均属于中等变异。除pH、碱解氮外，不同产区之间土壤养分存在明显差异，有机质、全氮、速效钾的含量均表现为广西＞广东＞海南，全磷、有效磷的含量表现为广东＞广西＞海南，全钾含量表现为海南＞广东＞广西。与2005—2014年测土配方施肥土壤基础养分数据［19］相比，其中，海南pH的平均值升高0.37个单位，广西、广东、华南区域的土壤pH的平均值均降低；广西、海南、广东、华南区域的有机质含量、全氮含量的平均值均降低，降幅分别为0.69%～23.30%、15.87%～35.22%；土壤有效磷含量、速效钾含量的平均值均提高，增幅分别达21.91%～109.44%、15.63%～80.40%。

2.2 木薯地土壤养分分级情况

中国华南木薯主产区，pH处于中等水平，占90.29%；有机质含量主要处于低和中等两个水平，分别占43.69%、44.66%；全氮含量分别处于低和中等两个水平，占49.51%、50.49%；有效磷含量处于高和中等水平，分别占59.00%和29.00%，低和非常低水平共占12.00%；速效钾含量低和非常低水平共占38.84%，中等和高等水平分别占26.21%、34.95%（表3）。各养分指标在广西、海南、广东的等级分布规律与华南区整体规律基本一致；不同区域间存在一定差异，其中，广西、广东木薯地土壤各养分指标主要处于中等、高水平，而海南木薯地土壤pH、有效磷含量主要处于中等、高等水平，有机质、全氮含量主要处于低等水平，速效钾含量处于非常高水平的占比为0，在其他4个水平分布较为均匀。

表2 木薯地土壤养分含量状况

2.3 木薯地土壤肥力综合评价

中国华南木薯主产区土壤肥力综合质量指数为0.22，处于低级水平，变异系数为中等变异，土壤肥力综合质量指数处于中级水平的样本数仅占4.86%，低级和极低级共占95.14%。广西、海南、广东3省区木薯地土壤肥力综合质量指数、变异系数分别为0.20～0.29、38.12%～38.75%，土壤肥力均处于低级水平；土壤肥力综合质量指数主要处于极低级和低级，分别达36.84%～57.14%、42.86%～54.06%（表4）。

2.4 木薯地土壤养分间的相关性分析

木薯地各土壤养分间多具有显著或极显著的相关性（表5）。土壤pH与有机质、碱解氮呈显著负相关；有机质与全氮、全磷、碱解氮、速效钾呈显著或极显著正相关，与全钾呈显著负相关；全氮与全磷、碱解氮、速效钾均呈极显著正相关；全磷与碱解氮、有效磷、速效钾呈显著或极显著正相关，与全钾呈极显著负相关；碱解氮、有效磷均与速效钾极显著正相关。各养分间，有机质与全氮关系最为密切，相关系数达0.568；其次为全氮与碱解氮的关系，相关系数为0.563。

3 讨论与结论

木薯耐瘠薄，对土壤养分利用率高，能在其他作物难以生长的贫瘠土壤上较好地生长，这也是农业技术水平低的贫穷落后地区农民喜欢种植木薯的原因。本研究表明，中国木薯主产区土壤肥力低下，一方面，可能与木薯主要种植于贫穷地区，而薯农多选择贫瘠土壤种植木薯［20-21］有关；另一方面，可能与木薯收获带走大量养分［22］，但种植过程中养分管理粗放、肥力投入不合理［21，23-25］有关。笔者前期总结分析发现，华南省区木薯试验点土壤有机质含量为中低水平，而有效磷含量表现为过量积累［26］；同时，通过调研发现，薯农施肥以无机肥为主，有机肥施用量仅占总施肥量的0.29%～2.38%［23-25］。赵晴月等［27］研究亦表明，土壤有机质与全氮关系最为密切，表现为极显著正相关。以上研究跟本研究中木薯地土壤有机质与全氮关系最为密切，二者含量均为中低等水平，而有效磷含量为中高等水平的结果较为一致。木薯需钾量高，大量的钾对保证木薯淀粉形成和块根建成具有促进作用，与木薯高产、高淀粉具有密切关系［28］。本研究表明，华南木薯主产区速效钾含量没有非常高等级，低和非常低等级共占38.84%，中等和高等级分别占26.21%和34.95%。因此，木薯种植中，很有必要结合土壤速效钾含量来合理施钾。整体上，我国木薯主产区土壤有机质、全氮含量较低，有效磷盈余较多，速效钾不足与盈余共存，不同主产区间存在一定差异，其中，广西、广东有效磷含量中、高等，应控制磷肥投入；海南岛有机质、全氮含量以低为主，有效磷含量中、高等，应注重增施有机肥、氮肥，同时控制磷肥投入；此外，三省区速效钾含量在非常高以外的等级均有10.81%～42.10%的分布，建议依据土壤速效钾含量分级进行施钾。

表3 木薯地土壤养分等级情况

表4 木薯地土壤肥力综合评价

表5 木薯地土壤养分含量间的相关分析