扬州市邗江区耕地土壤有机质时空演变

杨晓东，毛伟，孙萍，高辉，胡涛，刘燕

(1.扬州市邗江区农产品质量监督检测中心，江苏 扬州 225009；2.扬州市耕地质量保护站，江苏 扬州 225101)

土壤有机质是土壤的重要组成部分，其对土壤的物理、化学和生物学特性有着重要的影响[1-3]，是评价土壤质量的重要指标[4-6]，且土壤中有机质的含量和组成对土壤重金属的化学行为、生物有效性和环境效应会产生重要影响[7-12]，其是陆地生态系统碳循环的重要源与汇，是土壤学与环境学研究的热点[13-16]。目前，对于土壤有机质的研究较多的是空间变化，而对其时间变化的研究较少。赵明松等[17-19]研究表明，地形、成土母质、土壤质地等对土壤中有机质含量的空间变化影响较大。赵业婷等[20]运用GIS技术结合统计学等方法分析了地貌类型、土壤类型、质地以及种植模式和人为环境对土壤有机质的空间影响。季淑枫等[21]研究表明，土壤有机质的空间变化受地貌类型以及耕地利用方式的影响，吕小娜[22]等采用地统计学和GIS技术研究了运城市盐湖区耕地土壤有机质时空特征与变化，表明土壤类型、地形地貌、气候和人为因素如耕作、施肥等是造成土壤有机质含量变异的主要因素。本文将扬州市邗江区2019年采集的792个耕地土壤样品以及1984年第二次土壤普查样品(527个)进行比较，分析近35 a扬州市邗江区土壤有机质的变化趋势，为邗江区耕地质量与有机质提升提供相关依据。

1 材料与方法

1.1 邗江区基本概况

扬州市地处江苏省中部，西接南京，南临长江，北接淮水，京杭大运河横穿其全境。邗江处于扬州市区西南部，其西北部属于宁镇扬丘陵地区，东南部属于长江冲积平原。成土母质可分为长江冲积物、湖相沉积物和下蜀黄土。土壤类型主要有黄棕壤、潮土、水稻土和沼泽土4个土类，有黏盘黄棕壤、灰潮土、水耕灰潮土、渗育型水稻土、侧渗型水稻土、潴育型水稻土、潜育型水稻土、脱潜型水稻土、泥炭沼泽土等9个亚类，20个土属，37个土种。

1.2 数据来源及处理

以1984年第二次土壤普查采样点位为基础，邗江区2019年采用网格布点法对采样网点进行布设，采样时尽可能与第二次土壤普查采样点相近或一致，采样深度统一为0～20 cm。本研究以1984年第二次土壤普查的农化样点(527个)化验数据为基础，2019年土壤养分调查点792个，采集了各取样点位的地貌类型、成土母质、土壤类型、施肥状况等属性信息。

为了增加数据的可比性、可靠性，每次的土壤化验的方法相同，均采用中国土壤学会编写的《土壤农业化学分析方法》[23]。数据分析采用ArcGIS 10.1等统计分析软件和克里格法空间插值法。参照《中国土壤》[24]在对我国土壤有机质含量分级基础上将扬州市耕地土壤有机质含量分为5级，分别为Ⅰ级(≥40 g·kg-1)、Ⅱ级(<40～30 g·kg-1)、Ⅲ级(<30～20 g·kg-1)、Ⅳ级(<20～10 g·kg-1)、Ⅴ级(<10 g·kg-1)。

2 结果与分析

2.1 不同年份土壤有机质描述

表1 表示的邗江区不同年份土壤耕作层有机质含量情况，从表1中可以看出，1984年邗江区的土壤有机质含量在10.6～26.6 g·kg-1，均值为21.52 g·kg-1；2019年邗江区土壤有机质含量在18.8～48.3 g·kg-1，均值为28.60 g·kg-1，比1984年增加了7.08 g·kg-1，增加了32.89%，这表明35 a邗江区土壤有机质呈现增加的趋势。

表1 邗江区不同年份土壤耕作层有机质含量情况表

2.2 不同年份不同成土母质的时空变化

成土母质是土壤的原始状态，是土壤形成的基础和植物养分元素的最初来源，在气候和生物的长期作用下，成土母质逐渐转变为可生长植物的土壤，由此可见土壤有机质和成土母质的关系非常密切。成土母质能直接影响土壤矿物组成和土壤颗粒组成，并在很大程度上能决定土壤物理、化学性质以及土壤生产力[25]。表2表示的是不同年份不同成土母质土壤有机质平均值，从表中可以看出，邗江区4种主要成土母质的有机质含量总体呈现先降低后升高的趋势。从成土母质来看，不同年份间黄土母质的有机质含量相对冲(沉)积物的有机质含量低。各成土母质的有机质含量随着时间的推移都有所增加，其中增加最大的是长江冲积物母质，35 a增加了10.98 g·kg-1，增加最少的是黄土母质，增加7.27 g·kg-1，这之间的差异可能与耕地的利用方式以及种植方式有关。

表2 不同年份不同成土母质

2.3 不同年份耕层各级土壤所占比例

表3表示的不同年份耕层各级土壤所占比例情况。从表中可以看出，扬州市邗江区35 a耕层各级土壤所占比例变化较大，总体表现出升高的趋势。由表中可见，1984年邗江区的耕地耕层中各级土壤所占比例分别为2.48%、12.66%、20.41%、63.68%和0.77%，其中Ⅲ级地和Ⅳ级地占比为84.09%；2019年邗江区的耕地耕层中各级土壤所占比例分别为8.79%、15.86%、73.66%、1.69%和0，其中Ⅱ级和Ⅲ级地占比为89.52%，35 a邗江区的耕地中Ⅰ级地所占比例增加了约4倍，同时Ⅳ级地和Ⅴ级地的占比在减少。一增一减反映出邗江区耕地质量与等级的提升。

表3 不同年份各级土壤有机质含量比例

2.4 不同年份不同区域有机质演变情况

表4表示的是邗江区主要涉农乡镇不同年份土壤有机质平均值，从表中可以看出邗江区的主要乡镇的土壤有机质基本表现出升高的趋势。从表4中也可以看出沿江区域的土壤有机质平均含量在1984年和2019年分别为16.54和29.41 g·kg-1，基本都是高于丘陵区域，这可能与沿江区域的成土母质相关，邗江南部沿江区域的成土母质基本为长江冲积母质。

2.5 施肥以及秸秆还田对土壤有机质的影响

王改兰等[26]研究表明，长期施肥有利于土壤有机质的积累，并随着施肥量的增加而增加，图1表示的是邗江区1984—2019年这35 a邗江区每年化肥施用量，从图中可以看出邗江区的化肥施用量呈现增加的趋势，35 a化肥施用量可以分为两个阶段，第一阶段为1984—2003年，这阶段的化肥施用量呈现出一个快速增长的趋势；第二阶段为2004—2019年，这个阶段的化肥施用量相较于第一阶段相对平稳，但无论是第一还是第二阶段，土壤耕层中的有机质含量均表现出增加的趋势。

表4 邗江区主要乡镇不同年份土壤有机质平均值

图1 扬州市邗江区1984—2019年化肥施用量

农作物秸秆是农业生产中的副产物，它富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质，是一种可再生多用途的生物资源，其还田能增加土壤有机质，改良土壤结构，使土壤疏松，孔隙度增加，容量减轻，促进微生物活力和作物根系的发育。图2表示的是邗江区1989—2019年秸秆还田量，从图中可以看出这30 a邗江区的秸秆还田量总体呈现增加的趋势，秸秆还田量从1989年的5.5万t增加到2019年的13.6万t，同时从表1 中可知35 a土壤有机质增加了7.08 g·kg-1，增幅为32.89%。秸秆还田能显著增加土壤中的有机质，促进有机质的积累并提高其稳定性[27]。

图2 邗江区1989—2019年秸秆还田量

3 小结与讨论

土壤有机质在农业生产中至关重要[28-29]，主要包括未分解、半分解的动植物残体及其分解产物、微生物躯体，以及它的代谢产物和再合成产物，有机质是土壤肥力的主要物质基础，它既是土壤养分的有机来源，又参与土壤结构的形成和耕性改善，主要受成土母质、土壤质地等相关因素的影响。本研究是基于邗江区第二次土壤普查至2019年这35 a的数据，本研究结果表明，邗江区35 a的土壤中有机质含量呈现升高的趋势，35 a内邗江区土壤有机质平均值增加了32.89%，这与毛伟等[30]关于扬州市土壤有机质的研究趋势基本一致。在邗江全境，邗江南部沿江区域的土壤有机质含量要明显的高于北区丘陵地区，这是由于沿江区域的成土母质主要为长江冲积物母质。从第二次土壤普查至2019年邗江区的化肥施用量增加的同时土壤有机质的含量也表现为增加的趋势，说明化肥施用量的增加和秸秆的大量还田是土壤有机质提升的主要影响因素。