泸县稻田土壤肥力综合评价及对农田产量的影响分析

徐开坤，朱 双，张前林，肖光莉，文双全，姚旭松

（1.泸县农业农村局，四川泸州 646100；2.四川省科源工程技术测试中心有限责任公司，四川成都 611130；3.自然资源部耕地资源调查监测与保护利用重点实验室，四川成都 610045；4.四川省能源地质调查研究所，四川成都 610073）

泸县是四川省泸州市下辖县，位于四川盆地南部，年平均气温18.1 ℃，极端最高气温38.2 ℃，极端最低气温0.7 ℃，全年降水1 179.4 mm，全年日照时数950.3 h。境内地貌有低山深丘、中丘中窄谷、浅丘宽谷和河谷阶地四种形态，分别占县域总面积的7%、27%、60.5%和5.5%。泸县地势东北高、西南低，辖区内土壤类型有水稻土、潮土、紫色土、黄壤四个土壤类型[1]。土壤是生态系统的基本要素，也是人类赖以生存的基础物质条件之一，土壤与大气、水域和生物环境之间不断进行着物质和能量的交换，土壤环境的恶化与污染会通过“土壤—植物（水体）—人体”的路径，间接对人体健康造成潜在危害。对土壤肥力与农田产量的关系研究较少。合理施肥是防止地力衰退和提高农田产量的有效措施。根据泸县的土壤肥力制定施肥方案，才能更好地促进当地农田产量的提高。为了响应国家高标准农田建设，本研究通过广泛调研采集泸县种植区水稻农田土壤样品，对主要养分指标进行测定，并综合评价土壤肥力状况，使用灰度关联度分析，评价土壤肥力对农田产量的影响，为区域土壤改良及精准施肥提供参考[2]。

1 材料与方法

1.1 土样采集与处理

本次调研于2020 年9 月开展，调研区域包括百和镇、潮河镇、得胜镇、方洞镇等20个主要农业种植乡镇，区域内农田均属水稻土。调研取样点如表1所示。

表1 泸县农田调研取样点情况

本次每个点位采集土壤5 份样品，共计95 份。采样时，利用GPS 定位，每个调研地块采集0～20 cm 土层的土壤样品，避开施肥位置按照“S”型路线随机选择5 点取样，样品混合后，用四分法取1 kg 左右的样品代表该地块土壤[3]。所有样品做好取样标签，带回实验室。土样放在阴凉通风的样品室风干，注意不要暴晒，不要放在阳光直射的地方，在半干时，用手将大土块掰碎，捡去石子和碎草，晾干后，过20 目筛，样品量不少于1.1 kg。

1.2 测定项目与方法

样品采集完成后，依次进行样品流转、样品加工和实验室分析测试，土壤样品分析测试指标包括常见的影响土壤肥力的各项理化指标。其中，pH值采用电位法（HJ 962-2018）测定，阳离子交换量采用分光光度法（HJ 889-2017）测定，质地采用密度计法（GB/T 50123-2019）测定，有机质采用重铬酸钾-硫酸溶液氧化法（NY/T 1121.6-2006）测定，碱解氮采用碱解-扩散法（LY/T 1228-2015）测定，有效磷采用盐酸-硫酸浸提-钼锑抗比色法（LY/T 1232-2015）测定，速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法（LY/T1234-2015）测定。测试结果均由具有CMA 资质认定的检测实验室出具。

1.3 土壤养分等级评价方法

农业种植土壤应具备常规土壤的外观，有一定疏松度、无明显可视杂物、常规土色、无明显异味。依据“北京市土壤养分分等定级标准”对土壤肥力按养分指标进行分级评价（见表2）。

表2 北京市土壤养分分等定级标准（养分指标）

按照公式（1）计算每个评价地块的土壤综合肥力指数。

式中，I为地块土壤综合肥力指数，Fi为第i 个指标评分值，Wi为第i个指标的权重。

采用I值计算结果，根据“北京市土壤养分分等定级标准”将土壤养分划分为极高、高、中、低和极低5个等级（见表3）。

表3 北京市土壤养分分等定级标准（综合指数）

1.4 灰色关联度分析

将泸县土壤的5 种土壤养分指标和农田产量作为一个灰色系统，应用灰色关联度分析法对土壤肥力对农田产量的影响进行综合分析。

1）构建参考序列

以各指标的最优值构成理想的参考序列：X0(k)={X0(1)，X0(2)，X0(3)，…，X0(n)}（2）；以各指标的测定值构成比较序列：Xi(k)={Xi(1)，Xi(2)，Xi(3)，…，Xi(n)}（3）。其中，k=1，2，3，…，n，n为测定指标数(此处为6)，i=1，2，3，…，m，m为测定泸县不同农田土壤(此处为20)。

2）指标的无量纲化

将各指标的测定值转化为评价值，用Xi'(k)=Xi(k)/X0(k)（4）对原始测量数据进行无量纲化处理。

3）计算关联系数

求比较数列Xi与参考数列X0各对应点的绝对差值，△i(k)=|X0(k)-Xi(k)|（5）；此处△i(k)为i 的泸县土壤指标测定值Xi与理想值X0在第k个指标上的绝对差值。则理想数列X0和比较数列Xi在k点的关联系数εi(k)为:

式中，min min|X0(k)-Xi(k)|为二级最小差；max max|X0(k)-Xi(k)|为二级最大差。

4）求灰色关联度

等权关联度为：γi=（7），式中，n为测定指标数。求出关联度后，按照关联度由大到小以1，2，3，…，m进行排序，关联度越大则贡献度越高；比较数列越接近参考数列，土壤具有越优等的肥力，反之则越差。

2 结果与分析

2.1 农田产量

农田产量也是表征土壤肥力状况的重要指标。农田产量的不同会显示土壤肥力的不同。从20个调查点位、100 个土壤样品分析来看，所调研的农田水稻每667 m2产量均达到了600 kg，其中[600～620) kg 平均占比40%，[620～630) kg 平均占比50%，＞630 kg 平均占比10%；调研表明，高产田主要分布于百和镇（LX1）、天兴镇（LX14）。

2.2 土壤养分等级评价

碱解氮含量能反映出短期内土壤的氮素供应情况和氮素释放效率[3-4]；有效磷是土壤中可被植物吸收利用的磷的总称，它反映了土壤中植物可利用磷的多少；钾能促进植株茎秆健壮，改善果实品质，增强植株抗寒能力，提高果实糖分和维生素C 的含量，所以钾对植物生长也起着十分重要的作用，植物所能利用的钾是速效钾，其含量是表征土壤钾素供应状况的重要指标之一[5-6]；土壤有机质是土壤养分的主要来源，它能促进土壤结构形成，改善土壤物理性质，改变土壤孔隙度，提高土壤蓄水能力，增加土壤的保肥能力和缓冲性能，改善土壤的物理性质，其中腐殖质还具有生理活性和络合作用，能促进作物生长发育和消除土壤污染[7-9]；土壤酸碱度也是直接影响土壤养分有效性的重要因素之一[10-11]。

泸县农田有机质、碱解氮和速效钾含量总体均偏高，而有效磷含量普遍偏低，土壤各项肥力指标的统计结果详见表4。通过分析土壤综合肥力指数评价结果（见表5）可知，有效磷含量明显偏低是造成个别土壤肥力综合指数较低的主要原因[12]，总体而言本次调查农田土壤肥力处于中等水平。其中有效磷低于平均值的主要有LX1、LX3、LX4、LX9、LX10、LX11、LX14、LX15、LX17、LX19。对以上有效磷偏低的乡镇进行土壤肥力分析，结果列于表6。从图1可见，奇峰镇（LX11）的综合肥力指数最低，只有46。

图1 有效磷低于平均值的乡镇土壤综合肥力评价结果

表4 泸县农田土壤各项肥力指标统计结果

表5 泸县农田土壤综合肥力指数评价结果

表6 泸县乡镇农田土壤有效磷低于平均值的各项肥力指标统计结果

2.3 土壤肥力对农田产量的影响

为了探明土壤肥力与农田产量之间的关系，将表7 的土壤肥力指标进行无量纲化处理，结果列于表8；将土壤肥力指标与农田产量数据进行灰色关联度分析，结果列于表9。灰色关联分析是多因素决策分析的一种简便有效的实用方法，不需要较多的样本数量和典型的规律，具有计算量小、简便直观、信息量大、分析结果可靠等优点[13]。分析结果显示，泸县土壤肥力指标与农田产量的灰色关联度为0.646～0.862。在土壤肥力各指标中对农田产量影响最大的是pH 值（0.862），其后依次是有机质含量（0.827）、速效钾含量（0.718）、有效磷含量（0.680）和碱解氮含量（0.646）。根据土壤肥力各指标的灰色关联度数据，查找pH 值、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾最高灰色关联度系数，pH 值关联度最大的数值是0.979，对应表7 相关数据为6.1；有机质最高的关联度为0.981，对应表7 相关数据为21.1 g·kg-1；碱解氮最高的关联度为1，对应表7 相关数据为121 mg·kg-1；有效磷最高的关联度为0.998，对应表7相关数据为15 mg·kg-1；速效钾最高的关联度为0.994，对应表7 相关数据为125 mg·kg-1。表明在现有土地条件下，土壤中pH 值在6.1 左右，有机质在21.1 g·kg-1左右、碱解氮在121 mg·kg-1左右、有效磷在15 mg·kg-1左右、速效钾在125 mg·kg-1时，有利于泸县农田产量的提升。

表7 泸县农田相关指标

表8 泸县农田土壤指标无量纲化结果

表9 泸县土壤肥力指标与农田产量的灰色关联度

3 小结

1）农田水稻产量均达到了600 kg/667 m2，其中[600～620)kg平均占比40%。

2）泸县土壤大多表现为酸性，少量表现为碱性；有机质、碱解氮、速效钾含量总体较为丰富，有效磷含量较低。

3）土壤综合肥力指数评价：有效磷含量明显偏低，导致个别土壤肥力综合指数较低；本次调查农田土壤肥力处于中等水平，奇峰镇（LX11）的综合肥力最低。

4）在现有土地条件下，土壤中pH 值在6.1 左右，有机质在21.1 g·kg-1左右、碱解氮在121 mg·kg-1左右、有效磷在15 mg·kg-1左右、速效钾在125 mg·kg-1时，有利于泸县农田产量的提升。

5）泸县种植户应重视土壤酸化的治理，合理施用氮磷钾肥料，提高奇峰镇农田综合肥力。