于都县农业土壤养分调查与评价

吴 忌，张彩香*，许佳薇，徐 雅，臧文赫，黎义勇

(1.中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室，湖北 武汉 430078；2.中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北 武汉 430205)

土壤是农业生产的物质基础，其数量与质量直接影响粮食的安全，与人类生存息息相关。在《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中，提出全面实施乡村振兴战略，提高农业质量效益和竞争力。以有机质、氮磷钾为代表的土壤养分丰缺状况对农业增产、粮食安全起着最直接和深远的作用。尤其是在当前新冠疫情造成国际粮食流通紧张的背景下，开展土壤养分质量调查，分析其影响因素，为精准农业可持续发展提供可靠的理论依据，具有十分重要的战略意义。

于都县位于江西省南部，总面积为2 893 km，属典型的亚热带季风湿润气候，雨量充沛、气候温和、水系发育旺盛。该县作为赣州市第一个人口超百万的大县，因丘陵山区较多和强烈的水土侵蚀，优质土地较少，是江西省最后一批脱离贫困的县。科研工作者陆续在于都县开展了土壤相关研究工作，研究重点集中在赣南脐橙园地土壤的养分丰缺状况调查、东部和南部山区土壤的质量调查、富硒土壤的优选以及土地整治视角下的耕地质量评价。但普遍缺乏在县域内将土壤养分丰缺与土壤类型和土地利用方式进行综合评价与分析。

本文以于都县为研究区，采用地统计学方法和地理信息系统对于都县农业土壤中有机质、全氮、全磷、全钾的空间分布特征及其影响因素进行了研究，并依据《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)(以下简称“规范”)对于都县农业土壤养分丰缺状况进行了调查与评价，以期为合理施用肥料、防范地质灾害、发展优质潜力农业和制定环境保护措施提供参考依据。

1 土壤样品采集与数据处理

1.1 土壤样品采集与分析

于都县境内地貌复杂，有盆地、丘陵、山地、堆积平原和岗地，土壤类型主要为红壤和水稻土。该地区农业资源发达，土地利用方式主要为水田、旱地、园地和林地，水稻和脐橙等为主要的经济作物。

综合考虑于都县的地形地貌、土壤类型和土地利用方式，课题组于2019年7月利用网格法在于都县域内采集了土壤样品，采样密度为每4 km1个点，并加密河流两岸土壤的采样点，最大限度地使土壤样点兼顾代表性和均匀性，共采集表层土壤(0～20 cm)样品152个，采样点分布图见图1。采样时避开道路、施肥穴，在采样地里使用“S”形采样法随机设置4个点(园地采样点布置在采样树的树冠滴水线附近)，挑出根系、秸秆、石块、虫体等杂物，充分混合后用四分法留取1 kg的土壤样品。土壤样品经自然风干后，磨碎过筛，测定其相关指标。

图1 于都县表层土壤采样点分布图、高程图、土壤类型图和土地利用方式图

本次土壤样品分析测试由国土资源部长沙矿产资源监督检测中心(湖南省地质测试研究院)和中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室共同完成。土壤酸碱度采用pH计电位法测定；土壤中有机质(SOM)采用重铬酸钾容量法测定；土壤中全氮(TN)采用氧化燃烧-气相色谱法(EA3000元素分析仪)测定；土壤中全磷(TP)、全钾(TK)采用四酸溶矿-等离子体发射光谱法(仪器为Icap6300、Avio500电感耦合等离子体发射光谱仪)测定。土壤样品分析测试方法及质量监控均满足相关标准的要求。

1.2 数据处理

依据规范，对于都县表层土壤中SOM、TN、TP、TK丰缺状况进行评价，并在氮、磷、钾土壤单指标养分等级划分的基础上，按照下式计算出土壤养分的综合评价总得分(

f

)：

(1)

式中：

f

为土壤养分的综合评价总得分；

k

为土壤中氮、磷、钾的权重系数，分别为0.4、0.4和0.2；

f

为土壤中氮、磷、钾的单元素等级得分，当各个单元素的等级评价结果为五等、四等、三等、二等、一等时，其所对应的

f

得分分别为 1、2、3、4、5 分。

土壤样品分析测试结果使用Office 2010、SPSS 22、ArcGIS 10.5和地质云系统软件进行相关统计、计算和制图。

2 结果与分析

对采集的研究区土壤样品养分指标含量进行统计，为了尽量减少个别样品带来的影响，对土壤中各养分指标按其含量平均值3倍标准差进行迭代剔除，得到研究区土壤养分指标含量的具体统计结果见表1。

表1 于都县土壤养分指标含量的统计结果

由表1可知：剔除后，土壤中各项养分指标的变异系数均小于50%，属于中等强度变异性；土壤pH值、SOM、TN、TP、TK、

f

的平均值分别为5.59、19.84 g/kg、1.17 g/kg、0.56 g/kg、19.11 g/kg、2.72，与全国土壤和赣州市土壤背景值相比，于都县土壤酸化严重，土壤养分整体处于中等、较缺乏状况。其中：土壤中SOM含量比全国土壤背景值低36.00%，比赣州市土壤背景值高68.14%；土壤中TN含量比全国土壤背景值高82.81%，与赣州市土壤背景值接近；土壤中TP含量与全国土壤背景值和赣州市土壤背景值接近；土壤中TK含量比全国土壤背景值高2.74%，比赣州市土壤背景值低16.55%。

对于都县土壤中各营养成分进行丰缺状况统计，具体统计结果见表2，并绘制于都县土壤养分指标含量的空间分布图和土壤养分等级的空间分布图，见图2。

表2 于都县土壤养分丰缺统计表

2.1 土壤酸碱度分析

通过对比全国土壤pH值的背景值可知，于都地区土壤的酸化程度较严重，土壤pH值的平均值为5.59， 为酸性土壤。根据土壤酸碱度分级标准，由图2(a)和表2可知：研究区有96.26%的面积土壤pH值小于6.5，属于酸性土壤，其广泛分布在研究区中部的盆地平原地区；研究区北部山区和南部山区的土壤酸性最弱，尤其是马安乡—仙下乡北部和禾丰镇部分区域的土壤pH值呈现出中性，约占调查区面积的3.74%。

图2 于都县土壤养分指标含量空间分布图和土壤养分等级空间分布图

2.2 土壤中有机质(SOM)含量的空间分布

于都县表层土壤中SOM含量的平均值为19.84 g/kg，相比全国土壤中SOM含量的背景值31.00 g/kg偏低，属于中等、较缺乏级别。由图2(b)和表2可知：研究区有12.14%面积的土壤中SOM含量高于30.00 g/kg，属于SOM含量丰富和较丰富的一等级(1.17%)和二等级(10.97%)，主要集中在禾丰镇—铁山垅镇一带，马安乡和祁禄山镇部分地区土壤中SOM含量也较丰富；研究区有17.12%面积的土壤中SOM含量低于20.00 g/kg，属于SOM含量较缺乏和缺乏的四等级(16.88%)和五等级(0.24%)，主要分布在流经于都县的梅江、贡水的两岸区域，尤以贡江镇土壤中SOM含量最低，表现出强烈的地表径流造成的水土流失。

2.3 土壤中氮元素含量的空间分布

于都县表层土壤中TN含量的平均值为1.17 g/kg，是全国土壤中TN含量背景值的1.83倍，属于中等级别，显示出该地区土壤中氮元素呈现出一定程度的富集，有利于农业的发展。由图2(c)和表2可知：研究区有超过6成面积的土壤中TN含量在1～1.5 g/kg，属于中等级别；研究区有16.45%面积的土壤中TN含量高于1.5 g/kg，属于含氮量丰富和较丰富的一等级(1.09%)和二等级(15.36%)，主要分布在于都县南部的梓山镇—盘古山镇一带，其中铁山垅镇和禾丰镇部分区域土壤中TN含量超过2 g/kg；但研究区也有18.08%面积的土壤中TN含量低于1 g/kg，属于含氮量缺乏和较缺乏的四等级(17.79%)和五等级(0.29%)，其主要分布在梅江和贡水交汇后下游区域的贡江镇—罗江乡一带。

2.4 土壤中磷元素含量的空间分布

于都县表层土壤中TP含量的平均值为0.56 g/kg，属于较缺乏级别，其数值与全国土壤中TP含量的背景值相近。由图2(d)和表2可知：研究区有超过40%面积的土壤中TP含量介于0.6～0.8 g/kg之间，广泛分布在于都县中部的马安乡—盘古山镇一带；研究区有37.54%面积的土壤中TP含量低于0.6 g/kg，属于含磷量缺乏和较缺乏的四等级(37.23%)和五等级(0.31%)，分布在于都县北部的葛坳乡—宽田乡一带和西部的罗坳镇—小溪乡一带，其中新陂乡土壤中TP含量最低；研究区有21.61%面积的土壤中TP含量高于0.8 g/kg，属于含磷量丰富和较丰富的一等级(1.67%)和二等级(19.94%)，其主要分布在于都县东南部的梓山镇—靖石乡一带，尤其是梓山镇—黄麟乡一带的土壤中含磷量最丰富。

2.5 土壤中钾元素含量的空间分布

于都县表层土壤中TK含量的平均值为19.11 g/kg，属于中等级别，其数值与全国土壤中TK含量的背景值相近。由图2(e)和表2可知：研究区有超过一半面积的土壤中TK含量介于15～20 g/kg之间；研究区有21.01%面积的土壤中TK含量高于20 g/kg，属于含钾量丰富和较丰富的一等级(2.36%)和二等级(18.65%)，主要位于葛坳乡、黄麟乡、岭背镇，其中于都县北部山区葛坳乡一带土壤中含钾量最丰富；研究区有25.63%面积的土壤中TK含量低于15 g/kg，属于含钾量较缺乏和缺乏的四等级(25.19%)和五等级(0.44%)，主要是位于都县东部的禾丰镇—祁禄山镇一带，尤以禾丰镇土壤中TK含量最低。

2.6 土壤养分的综合评价等级

由表2可知：于都县表层土壤养分的综合评价平均得分为2.72，评价等级为三等；研究区有48.79%面积的土壤养分综合评价得分介于2.5～3.5分之间，评价等级为三等，有42.22%面积的土壤养分综合评价得分介于1.5～2.5分之间，评价等级为四等，结果表明于都县表层土壤养分总体处于中等、较缺乏的水平。根据图2(f)可知，于都县梓山镇—黄麟乡一带的土壤较为肥沃，养分含量较高，可依据地形地貌因地制宜地开展特色农业产品种植活动，于都县北部的葛坳乡和西南部的贡江镇—罗江乡一带的土壤中较缺乏营养元素，尤其是罗坳镇、贡江镇附近部分区域土壤养分等级为五等，需要额外补充养分元素。

3 讨 论

3.1 土壤类型对土壤养分的影响

红壤、水稻土是于都县主要的土壤类型，贡水流域零星散布少量暗黄棕壤土、石灰(岩)土，而南部山区以黄壤、黄红壤土为主。因此，本研究将采集的于都县土壤样品分为红壤、水稻土和其他土壤[包括少量的暗黄棕壤、石灰(岩)土和黄红壤]三大类型，于都县不同类型的土壤养分营养元素分布特征，见表3。

由表3可知：于都县各种类型土壤的pH值平均水平均为酸性，红壤和水稻土养分的综合水平较高；水稻土中SOM和TN的平均含量均高于其他类型土壤，但是由于水稻土受人为扰动较大，导致各样点之间的差异很大；从样点平均水平来讲，水稻土和红壤中具有相似的TP含量，且高于其他土壤类型；红壤中TK含量则高于其他土壤类型。

表3 于都县不同类型的土壤养分营养元素分布特征

由于水稻土的耕作强度和施肥量较大，并且有较长时间处于淹水期，在这个时期土壤处于强还原状态，微生物活性较弱，有机质和氮素矿化分解速率较慢，从而导致水稻土中SOM和TN的累积。磷、钾主要来源于黏土矿物的风化。红壤中黏土矿物的主要成分是高岭石，其风化程度较强，因此红壤中TP、TK含量相较黄壤等其他土壤类型要高。黄壤、黄红壤等其他类型土壤主要分布在于都县南部的丘陵山区中，该区域地形坡度大、人工施肥量较少，且易受水土侵蚀的影响，导致其养分含量普遍较缺乏。

3.2 土地利用方式对土壤养分的影响

根据土地利用方式，将采集的于都县土壤样品划分为旱地、水田、林地和园地4种不同的土地利用方式，于都县不同土地利用方式的土壤养分营养元素分布特征，见表4。

由表4可知：从样点的平均水平来讲，于都县内不同土地利用方式的土壤都为酸性；水田养分的综合水平最高，林地最低；水田和旱地中SOM、TN、TP含量较高，林地中TK含量最高。

表4 于都县不同土地利用方式的土壤养分营养元素分布特征

水田和旱地是于都县主要的耕地形式，种植脐橙是当地的特色农业项目，因化肥施用和田间管理水平高，所以水田、旱地和园地的土壤养分综合评价水平较高。另外，水田里残留的根茬和木质化程度高的水稻更易腐化成有机质，且长期淹育提供了强还原的环境，土壤中的铁、锰易与有机质螯合，进而促进其转化成养分元素。园地、林地主要分布在地形坡度较大的丘陵山区中，该区域水土流失现象严重，尤其需关注土壤中SOM和TN的缺乏，可使用微灌施肥、叶面施肥等技术提高施肥效率，以防控土壤中氮磷元素流失造成的面源型污染。

3.3 土壤养分指标之间的相关性分析

本研究对于都县土壤养分指标之间的相关性进行了分析，其分析结果见表5。

表5 于都县土壤养分指标之间的相关性分析结果

由表5可知：研究区表层土壤养分营养元素之间存在一定的耦合关系，土壤中SOM、TN、TP之间呈现出极显著的正相关关系，表明其具有高度相似的来源与扩散途径；而土壤中TN、TP与TK之间呈现出极显著的负相关关系，表明钾肥与氮肥、磷肥等具有一定的拮抗作用；土壤养分营养元素与土壤类型、土地利用方式的相关性分析结果显示，土壤中SOM和氮素的丰缺与人为活动的关系密切，而土壤中钾元素的丰缺主要与地质背景有关。

于都县地处赣江流域，江西省一半的氮磷肥施加在该流域，这在一定程度上改善了该地区土壤的营养成分，但是土壤供钾能力不足和钾素的长期缺失限制了土壤的肥力，且由于该流域高温多雨、水土侵蚀强烈，易造成土壤中氮磷元素的流失，导致面源型污染严重。由图2可以明显看出：于都县梅江、贡水沿岸区域的土壤易受地表径流的影响，土壤中氮磷养分元素易被淋失，尤其是在贡水与梅江交汇后的贡江镇水土流失最为严重，应当加强该地区水土流失的预防与监管，这与赵静等的研究结论一致;于都县梓山镇、黄麟乡、禾丰镇一带的土壤养分的综合评价等级较高，应确保该地区的耕地数量与质量，大力发展当地特色农业。

4 结 论

(1) 于都县表层土壤酸化较重；土壤中TN、TK含量的平均值分别为1.17 g/kg和19.11 g/kg，属于中等级别；土壤中SOM和TP含量的平均值分别为19.84 g/kg和0.56 g/kg，属于较缺乏至中等、比较丰富级别;研究区土壤养分的综合评价等级为三等(中等)。

(2) 于都县有48.79%面积的土壤养分综合评价等级为三等，有42.22%面积的土壤养分综合评价等级为四等，显示出研究区土壤养分总体处于中等、较缺乏的状况。其中，于都县梓山镇—黄麟乡一带土壤较为肥沃，土壤养分含量较高，可依据地形地貌因地制宜地开展特色农业产品种植活动；于都县北部的葛坳乡和西南部的贡江镇—罗江乡一带土壤中较缺乏营养元素，在额外补充营养元素的同时需要改进施肥技术，加强防范水土流失、地表径流造成的土壤养分营养元素的缺失和水体的污染。

(3) 于都县表层土壤养分指标之间存在一定的耦合关系，土壤中SOM、TN、TP元素之间存在着显著的正相关关系，而土壤中TN、TP与TK之间却存在着极显著的负相关关系。因此，于都县应适当控制氮磷肥的投入，确保钾肥的施用量。