大兴安岭南麓农田土壤速效养分空间异质性分析

刘战勇，张佳倩，孙鸿举，张向前，厉雅华，武 迪，张德健

(1.内蒙古大学生命科学学院，内蒙古呼和浩特 010070；2.牧草与特色作物教育部重点实验室，内蒙古呼和浩特 010070；3.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古呼和浩特 010031；4.退化农田生态修复与污染治理重点实验室，内蒙古呼和浩特 010031)

土壤养分是土壤肥力的物质基础，直接影响作物生长和产量，土壤养分状况是衡量土壤肥力和耕地地力评价的重要标准[1-2]。因此，土壤养分的有效积累和长期稳定有利于农田土壤肥力的提升和稳定[3]。pH、速效钾、速效磷等元素在土壤肥力评价中有极其重要的作用[4-7]。受不同空间尺度上环境因素的影响，不同土壤养分有不同的分布规律[8-9]。根据陶冶等[10]研究，坡向、降水和温度对土壤养分含量影响很多。阿荣旗作为农业农村部耕地地力调查与质量评价项目试点旗县，耕地面积较大,但质量较差，坡耕地多，无完善的水土保持措施，广种薄收,掠夺性经营,导致土壤养分失衡，地力下降[11]。因此，对阿荣旗农田土壤养分分析及影响因素研究具有重要意义。地统计学是分析土壤空间变异特征最有效的方法之一，结合GIS技术能够较好地研究土壤养分空间变异规律[12-14]。

为明确阿荣旗地区农田土壤养分的空间异质性，笔者借助地理信息系统(GIS)、SPSS等技术，探究各样点土壤养分差异性，以期充分掌握阿荣旗地区农田土壤养分状况，为耕地地力提升、田间管理、优质施肥提供科学依据，为构建大兴安岭南麓阿荣旗地区耕地质量评价体系提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况阿荣旗地处内蒙古自治区呼伦贝尔市东南部，属于大兴安岭南麓地区，位于122°02′30″～124°05′40″E、47°56′54″～49°19′35″N，与大兴安岭、松嫩平原邻近，属温带大陆性半湿润气候，呈中低山-丘陵漫岗地形，地势由西北向东南呈阶梯式下降，年均气温1.7 ℃，无霜期90～130 d，年降水量458.4 mm，耕地31.44万hm2，主要农作物有玉米、大豆、水稻、小麦、马铃薯等，有黑土、暗棕壤、草甸土、沼泽土、粗骨土5种土地类型。

1.2 采样方法2019年收获后，在阿荣旗南部亚东镇、六合镇、霍尔奇镇、向阳峪镇、音河达斡尔鄂温克民族乡、新发朝鲜民族乡、得力其尔鄂温克民族乡、查巴奇鄂温克民族乡、复兴镇、三岔河镇、兴安镇11个乡镇，采用梅花布点法，布5个点混合后取样，取 0～20 cm 的表层土样，平均1个采样点/666.67 hm2，共470个样点、1 410份土样，使用GPS定位仪记录采样点的经纬度、海拔、坡度等信息。取样点见图1。

图1 阿荣旗耕地采样点分布Fig.1 Distribution of cultivated land sampling points in Arong Banner

1.3 试验方法用1 mm孔径的筛子筛取自然风干后土样分别用于测定，pH采用玻璃电极法测定；土壤碱解氮采用碱解扩散法测定，速效磷采用钼锑抗比色法测定；速效钾采用火焰光度计法[15]测定。

1.4 数据处理采用Excel 2010对阿荣旗地区农田速效养分数据进行处理，并利用SPSS 22.0中[分析(A)工具]下的相关模块土壤速效养分进行Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验(显著性水平α设定为0.05，置信区间为95%)，并进行Pearson相关性分析和单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 Kolmogorov-Smirnov 检定由表1、2可知，依据全国第二次土壤普查养分分级标准和《DZ/T 0295—2016土地质量地球化学评价规范》对阿荣旗农田土壤速效养分进行分析[16-19]，阿荣旗农田土壤的pH在5.19～7.01，平均pH为6.02，六合镇的土壤pH最大，其均值为6.68，其他乡镇的土壤为酸性，得力其尔乡的土壤pH最小，阿荣旗农田土壤以弱酸性为主；土壤速效钾在77.67～662.71 mg/kg，均值为267.86 mg/kg，亚东镇、六合镇、向阳峪镇、音河乡、朝鲜民族乡、查巴奇乡、三岔河镇、兴安镇的土壤速效钾含量很丰富，霍尔奇镇、得力其尔乡土壤速效钾含量丰富，复兴镇的土壤速效钾含量适宜，其中音河乡的土壤速效钾含量最高，其均值为463.73 mg/kg，其次是朝鲜民族乡，复兴镇的土壤速效钾含量最低；土壤速效磷含量在2.07～10.13 mg/kg，均值为4.83 mg/kg，亚东镇、音河乡、复兴镇、三岔河镇的速效磷含量缺乏，其他乡镇的土壤速效磷含量很缺乏，其中音河乡的土壤速效磷含量最高，其均值为7.27 mg/kg，其次是复兴镇，查巴奇乡的土壤速效磷含量最低；土壤碱解氮含量在11.86～38.00 mg/kg，均值为24.13 mg/kg，各乡镇的土壤碱解氮极缺乏，其中三岔河镇的土壤碱解氮含量最高，其均值为29.22 mg/kg，其次是音河乡，亚东镇的土壤碱解氮含量最低。综上，阿荣旗地区农田土壤速效养分中pH和速效钾都很适宜作物生长，速效磷和碱解氮含量很缺乏。

表1 农田土壤养分分级标准Table 1 Analysis standard of farmland soil nutrients

表2 阿荣旗地区农田土壤速效养分值K-S检验Table 2 K-S test of available nutrients in farmland soil in Arong Banner Area

由杨国胜等[20]CV≤10%，为弱变异程度，10%

2.2 Pearson相关性分析由表3可知，根据皮尔森相关系数|r|在0.8～1.0表示极强相关；0.6～0.8表示强相关；0.4～0.6 表示中等程度相关；0.2～0.4表示弱相关；0～0.2表示极弱相关或无相关的分析标准[21]。土壤速效钾、碱解氮、海拔与pH相关系数分别为0.337、-0.174、-0.206，说明土壤pH与速效钾存在弱正相关关系，与海拔存在弱负相关关系，与碱解氮存在极弱负相关关系；土壤pH、速效磷、碱解氮、地下水埋深度与速效钾相关系数分别为0.337、0.430、0.124、0.128，说明速效钾与速效磷存在中等程度正相关，与pH存在弱的正相关关系，与海拔、地下水埋深度存在极弱正相关关系；土壤速效钾、碱解氮与速效磷相关系数分别为0.430、0.186，说明土壤速效磷与速效钾存在中等程度的正相关关系，与碱解氮存在极弱的正相关关系；土壤pH、速效钾、速效磷、海拔、有效土层与碱解氮相关系数分别为-0.174、0.124、0.186、0.165、-0.120，说明土壤碱解氮与速效钾、速效磷、海拔存在极弱的正相关关系，与pH、有效土层存在极弱的负相关关系。耕层厚度和田面坡度与土壤速效养分不存在显著意义。

表3 阿荣旗农田土壤养分 Pearson相关性分析Table 3 Pearson correlation analysis of farmland soil nutrients in Arong Banner

2.3 单因素方差分析由表4、5可知，根据单因素方差分析，获得阿荣旗农田土壤速效养分方差齐性检验的显著性均为P<0.05；单因素 ANOVA分析获得土壤养分单因素显著性均为P=0.000<0.05；说明在阿荣旗地区土壤养分下，在一定程度上阿荣旗农田土壤速效养分各样点间存在显著的空间差异性。

表4 阿荣旗地区耕地土壤养分方差齐性检验Table 4 Variance homogeneity test of cultivated land soil nutrients in Arong Banner Area

3 讨论

土壤肥力是土壤生产力的基础，土壤养分随着时间空间的变化呈现出空间异质性，氮、磷、钾等营养元素可能影响植株的正常生长[22-24]。从描述统计特征看，阿荣旗各乡镇间土壤整体属于弱酸性，且变异度较弱。说明阿荣旗农田土壤pH空间差异性较小且大部分处于张超博等[25-26]研究的土壤pH最适宜范围5.5～6.5，过酸(<3)或过碱(>8)会引起土壤肥效下降。土壤速效钾、速效磷、碱解氮的整体变异度均为中等变异，说明阿荣旗农田的这些土壤养分空间差异性相对较大，这可能是成土母质、地形、土壤类型等自然因素和耕作方式、施肥等人为因素共同作用的结果[27]。其中速效磷、碱解氮的含量缺乏，可能是因为速效磷在土壤中的扩散、吸附、解吸、沉积、埋藏积累等迁移转化，影响土壤速效磷的含量[28]。碱解氮极缺乏可能与作物对氮的需求大、氮肥易挥发,采样时间为刚下过大雪，导致土壤中的硝态氮淋溶[29]。土壤速效钾含量丰富，这可能与农田土壤管理和施肥方式等人为干扰因素有关[30-31]。

表5 阿荣旗地区耕地土壤养分单因素 ANOVA分析Table 5 Single factor ANOVA analysis of cultivated land soil nutrients in Arong Banner

从相关性分析看，土壤pH与速效钾存在弱的正相关关系，与海拔存在弱的负相关关系，与碱解氮存在极弱的负相关关系；土壤速效钾与速效磷存在中等程度的正相关，与pH存在弱的正相关关系，与海拔、地下水埋深度存在极弱的正相关关系；土壤速效磷与速效钾存在中等程度的正相关关系，与碱解氮存在极弱的正相关关系；土壤碱解氮与速效钾、速效磷、海拔存在极弱的正相关关系，与pH、有效土层存在极弱的负相关关系。可以利用海拔、地下水埋深度等自然因素和田间管理、科学施肥等人为因素的共同作用提供土壤速效磷、碱解氮的含量，实现速效养分平衡，提供土壤肥力。从单因素方差分析看，阿荣旗地区农田土壤养分不成方差齐性，在一定程度上各样点间存在显著差异。这可能是各乡镇不同气候、土壤类型等结构因素和种植制度、耕作措施等随机因素共同作用的结果[32-33]。

4 结论

大兴安岭南麓阿荣旗地区农田土壤除速效磷、碱解氮很缺乏外，土壤总体呈弱酸性，土壤速效钾含量总体很丰富，均适宜作物生长，能提高作物的产量，符合二次土壤普查以来阿荣旗地区缺磷少氮钾有余的情况，且在一定程度上各样点土壤速效养分总体均呈显著的空间异质性，可以作为优化施肥方式、科学管理耕地、实现养分平衡、提升地力的数据依据。为进一步提高土壤肥效，提高土壤养分利用效率，应根据阿荣旗农田各养分的空间差异性合理优化施肥方案，充分利用地形、气候等客观条件改善土壤管理，注重提高土壤碱解氮、速效磷含量的积累，实现养分平衡，提升土壤地力。