廣西濱海農田土壤養(yǎng)分特征及其與我國主要沿海區(qū)域土壤養(yǎng)分的比較

張建兵 蔡蕓霜 馮春梅

摘要 [目的]了解廣西濱海農田土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀、時間變化特征，以及與我國主要濱海地區(qū)土壤養(yǎng)分性質的差異，服務廣西濱海農田土壤養(yǎng)分綜合評價與地力提升，豐富我國海岸帶土壤地理學研究。[方法]選取廣西濱海主要農田類型甘蔗、木薯、菜園、水稻田和拋荒水稻田為研究對象，分析其土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷和速效鉀養(yǎng)分現(xiàn)狀特征，并將其與該區(qū)第二次土壤普查、我國主要濱海地區(qū)（環(huán)渤海、黃海、東海）農區(qū)土壤養(yǎng)分性質對比分析，探討該區(qū)土壤養(yǎng)分性質30余年的變化和在我國濱海農田土壤養(yǎng)分特征中的地位。[結果]廣西濱海農田土壤養(yǎng)分含量整體較低、變異程度高，除有效磷含量為土壤養(yǎng)分等級中的豐富水平外，有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮和速效鉀含量均為缺乏及以下級別，并整體表現(xiàn)農田系統(tǒng)高于旱地系統(tǒng)。與第二次土壤普查結果相比，該區(qū)旱地、水田系統(tǒng)及其各土壤養(yǎng)分指標變化各異，旱地系統(tǒng)中全磷含量顯著增加，增比為126.73%，但全鉀和速效鉀含量降比分別達58.29%、3848%；水田系統(tǒng)的土壤全磷含量有微小增加，但其余養(yǎng)分指標均明顯降低，且其降比均達20%以上，呈現(xiàn)出退化趨勢。我國沿海地區(qū)土壤肥力整體偏低，各地區(qū)各養(yǎng)分指標存在較大差異，且各指標在各區(qū)的分布也具有較強的變異性（變異系數(shù)為15.30%～197.37%），4個比較區(qū)中，廣西濱海農田土壤有最高的有機質含量（22.21 g/kg）、堿解氮含量（58.77 mg/kg）和有效磷含量（74.78 mg/kg），浙東海積平原區(qū)全氮含量（1.33 g/kg）最高，環(huán)渤海區(qū)速效鉀含量（202 mg/kg）最高。[結論]我國濱海地區(qū)土壤養(yǎng)分狀況較差，人類耕作活動和成土母質是導致現(xiàn)階段廣西濱海農田及其與我國主要濱海地區(qū)土壤養(yǎng)分狀況差異的主要原因，應加強我國濱海區(qū)土壤地理學、土壤養(yǎng)分形成與演變機理以及高效培肥模式研究，以充分發(fā)揮濱海土地后備耕地資源效益，同時防止海岸帶區(qū)面源污染。

關鍵詞 土壤養(yǎng)分；時間變化；區(qū)域差異；農田；濱海地區(qū)

中圖分類號 S158 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）09-0055-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.09.017

Abstract [Objective]The research aimed to investigate the soil nutrient status， temporal change of the coastal farmland of Guangxi， compare it with soil nutrient properties in the coastal area of the Bohai Sea， Yellow Sea and East Sea. It is benefit for the soil quality increase and soil geography research of the coastal area. [Method] The content of soil organic matter， total nitrogen， total phosphorus， total potassium， available nitrogen， available phosphorus and available potassium of sugarcane field， cassava field， vegetable field， paddy field and abandoned paddy field were tested. Soil nutrient properties in 1980s of the study area and the Bohai Sea， Yellow Sea， East China Sea were collected from the literature. Based on the statistical methods， the soil nutrient status， temporal change of the coastal farmland of Guangxi， and the difference among the coastal area of the Bohai Sea， Yellow Sea and East China Sea were analyzed. [Result] The soil nutrient were characterized by low contents and high heterogeneity. Most of the contents of soil nutrient were lack even below lack class， including soil organic matter， total nitrogen， total phosphorus， total potassium， available nitrogen and available potassium， only the available phosphorus is rich class. Soil nutrient of paddy field system was higher than that of the dry land system. Compare to soil nutrient of the second nationwide soil survey， soil nutrient degraded in the past 30 years. In the dry land system， the total phosphorus content increased significantly with a ratio of 126.73%， however， total potassium and available potassium decreased by 58.29%， 38.48% respectively. In the dry land system， all the soil nutrient properties decreased more than 20%， except the total phosphorus content increased slightly. Generally， soil fertility in coastal areas of China was low and different among Beibu Gulf， Bohai Sea， Yellow Sea and East China Sea （coefficient of variation was between 15.3% and 197.37%）. The coastal farmland of Guangxi had the highest soil organic matter content （22.21 g/kg）， available nitrogen content （58.77 mg/kg） and available phosphorus content （74.78 mg/kg）. The coastal soil of East China Sea had the highest nitrogen content （1.33 g/kg）. And the soil available potassium content （202 mg/kg） of the Bohai Sea coastal area was the highest. [Conclusion] It has a poor soil nutrient in coastal areas of China. Human farming activities and soil parent materials play a main role in affecting the modern soil nutrient properties and the difference among different coastal areas. It is important to study on the soil geography， soil nutrient formation and evolution mechanism， and high efficiency fertilization patterns in coastal areas for high utilization efficiency of coastal soil， which is an important reserved land resource. Also， it is benefit for the nonpoint source pollution control in coastal areas.

Key words Soil nutrient；Temporal variation；Regional difference；Farmland；Coastal area

濱海土壤作為重要的后備耕地資源，其開發(fā)利用正日益受到關注，有關其質量提升、生態(tài)系統(tǒng)服務方面的研究屢見報道。由于所處海陸過渡帶獨特區(qū)位，濱海土壤性質受到了陸地和海洋的雙重影響，可溶性鹽含量高、養(yǎng)分元素整體較低、結構性較差、生產(chǎn)力低等障礙特征明顯。因此，有關濱海農作區(qū)土壤的研究主要集中在其障礙因子消減、土壤質量提升方面[1-4]，近年來隨著土壤環(huán)境污染加劇和全球變化科學的發(fā)展，濱海土壤在重金屬研究、有機污染、土壤碳庫等方面的研究逐漸成為熱點[5-6]。但我國這一系列研究工作主要集中在環(huán)渤海、黃海、珠江三角洲區(qū)域，有關廣西濱海土壤的研究鮮見報道。

培育農田土壤肥力是保證區(qū)域糧食安全的基礎。土壤有機質和大量養(yǎng)分元素的含量是土壤肥力的核心，而通過合理施肥調節(jié)農田養(yǎng)分的循環(huán)和平衡是提高農田土壤肥力的主要手段[7-8]。同時，在不同的空間和時間尺度內分析農田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的平衡狀況及其對土壤質量和環(huán)境的影響，可以幫助提出合理的農田養(yǎng)分管理和面源污染控制對策[9]。因此，土壤養(yǎng)分演變研究一直是農業(yè)和環(huán)境領域研究熱點，關于土壤養(yǎng)分含量變化影響因素研究方面的報道也較為豐富，并認為地表覆被情況、土地利用方式、耕作制度、輪作模式、國家政策、農業(yè)投入等在一定程度上均對土壤養(yǎng)分有重要作用[10-15]。

我國是世界上海岸線最漫長的國家之一，由南向北跨越了30個緯度以及熱帶、亞熱帶和溫帶3大氣候帶，海岸帶土地利用和土壤類型多樣[16]，對比分析我國濱海地區(qū)土壤養(yǎng)分狀況，解析其現(xiàn)代主要影響因素，有利于濱海農田土壤質量提升模式的相互借鑒，豐富海岸帶土壤地理學研究內容。因此，筆者立足廣西濱海農區(qū)土壤養(yǎng)分總體特征分析，探討其時間變化和對不同耕作模式的響應，為該區(qū)土壤養(yǎng)分狀況的調控提供基礎；同時，將其與我國主要濱海地區(qū)（環(huán)渤海、黃海、東海）土壤養(yǎng)分進行對比分析，以綜合了解和探討我國海岸帶土壤養(yǎng)分情況與土壤肥力的可持續(xù)提升。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

廣西海岸線東起與兩廣交界的洗米河口，西至中越邊界的北侖河口，全長1 595 km。地處南亞熱帶、北熱帶季風氣候區(qū)，年均溫22 ℃左右，歷年平均降雨量1 600 mm以上。廣西濱海地貌類型多樣，臺地、丘陵、山地、三角洲、海積平原等均有分布；土壤類型豐富，磚紅壤、赤紅壤、水稻土、酸性硫酸鹽土、濱海鹽土、紫色土、火山灰土等間雜分布；土地利用/覆被多樣性高，水田、旱地、次生林、人工林、蝦塘、紅樹林、草灘等均有大量分布，其中農田（水田、旱地）用地比例最高。

1.2 樣品采集與指標測定

在濱海農田主要分布區(qū)，采用土鉆法（內徑3 cm）采集典型農田類型（甘蔗GZ、木薯MS、菜園CY、水稻SD）樣地0～10、10～20、20～40 cm土層樣品，其中甘蔗地樣點12個、木薯地樣點12個、菜園地樣地18個、水稻田樣點13個，在每個樣點處，采用S布點法采集5點混合樣品作為該樣點的最終樣。采集過程中發(fā)現(xiàn)研究區(qū)有大面積拋荒水稻田存在，為對比種植管理對土壤養(yǎng)分的影響，故按農田樣地采樣標準采集了拋荒水稻田（PH）7個樣點的土壤樣品。

采集土樣帶回實驗室后，置于通風處自然風干，研磨、過篩備土壤養(yǎng)分測定用。土壤有機質含量采用重鉻酸鉀氧化-容量法測定，全氮含量為半微量凱氏定氮法測定，全磷含量采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法測定，全鉀含量采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法測定，堿解氮含量采用堿解擴散法測定，有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-分光光度法測定，速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定[17]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)的整理與統(tǒng)計分析采用Excel 2010和SPSS 22.0完成，采用方差分析法分析各農田類型土壤養(yǎng)分之間的差異性。

2 結果與分析

2.1 廣西濱海農田土壤養(yǎng)分特征分析

廣西濱海農田土壤有機質特征整體表現(xiàn)為數(shù)量偏低，水田系統(tǒng)（水稻田、拋荒水稻田）高于旱地系統(tǒng)（木薯地、甘蔗地和菜園地），變異程度較高，水田系統(tǒng)有自上而下逐漸減小的剖面分布趨勢，旱地系統(tǒng)各土層間差異不明顯（圖1）。旱地系統(tǒng)0～40 cm土體有機質含量為12.66～19.07 g/kg，屬全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準中的缺乏等級（表1），水田系統(tǒng)0～40 cm土體有機質均值為26.25 g/kg，屬于中等；各農田類型變異系數(shù)為0.35～1.49，一般認為變異系數(shù)CV≤0.1時為弱變異性，0.1

研究區(qū)農田土壤氮素為中等變異水平，但含量較低，旱地系統(tǒng)尤為明顯，其0～40 cm土層全氮和堿解氮含量均值分別為0.72 g/kg、41.67 mg/kg，均為很缺乏級別，且在0～10、10～20、20～40 cm 3個土層間差別不大；兩氮素指標在水田系統(tǒng)0～40 cm土體的均值分別為0.95 g/kg、59.51 mg/kg，分別屬缺乏、很缺乏級別，同時在剖面上有明顯差異，有效性較低；全氮均值從表層的1.36 g/kg（豐富）依次降至20～40 cm的0.58 g/kg（很缺乏），堿解氮均值由表層的85.86 mg/kg（缺乏）依次降至20～40 cm的33.99 mg/kg（很缺乏）。

土壤磷素（全磷、有效磷）在廣西濱海農田土壤中表現(xiàn)為總量較?。ㄈ缀烤?.56 g/kg，缺乏），但有效性高（有效磷含量均值53.12 mg/kg，很豐富）；具有明顯地隨著土壤深度增加而含量降低的趨勢，全磷和有效磷含量均值在0～10 cm分別為0.67 g/kg、85.59 mg/kg，在20～40 cm分別降至0.42 g/kg、10.61 mg/kg；旱地系統(tǒng)大于水田系統(tǒng)，前者0～40 cm土體全磷和有效磷含量均值分別為0.68 g/kg、78.51 mg/kg，而后者分別為0.38 g/kg、15.02 mg/kg；變異性較強，在水田系統(tǒng)中的分布達強變異性。

在所分析的養(yǎng)分特征中，鉀素（全鉀、速效鉀）是廣西濱海農田最為缺乏的營養(yǎng)元素，其全量均值（5.71 g/kg）和速效鉀含量均值（41.93 mg/kg）均處于很缺乏級別，其中旱地系統(tǒng)全鉀含量（4.05 g/kg）達極缺乏級別。在農田類型分布中，全鉀含量表現(xiàn)為水田系統(tǒng)（8.20 g/kg）顯著高于旱地系統(tǒng)（4.05 g/kg），但速效鉀含量相反，水田與旱地系統(tǒng)的均值分別為40.84、42.66 mg/kg。在剖面分布上，隨土層深度增加，全鉀含量增加，速效鉀含量反之。

2.2 廣西濱海農田土壤養(yǎng)分的變化特征

根據(jù)土壤類型、土地利用方式相同和樣點相近的原則，在全國第二次土壤普查成果之一的《廣西土壤》[19]中分別收集到旱地樣地（雜沙磚紅壤、海積磚紅壤）和水稻田樣地（壤質咸酸土、淺雜酸田水稻土、咸酸水稻土）土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)，以分析30余年來廣西濱海農田土壤養(yǎng)分的變化特征。由于表層劃分標準不同，分析中取0～40 cm平均值做比較。

從表2可看出，與1985年相比，2017年廣西濱海農田整體呈下降趨勢，尤以水稻田土壤為明顯。旱地系統(tǒng)中，土壤有機質、全鉀和速效鉀含量明顯下降，后兩者的降比分別達58.29%、38.48%，全氮含量差異不大，但全磷含量有明顯增加，增比為126.73%。在水田系統(tǒng)中，除土壤全磷含量有微小增加外，其余養(yǎng)分指標均明顯降低，降比均達20%以上。2個年份土壤養(yǎng)分含量的明顯差別體現(xiàn)了該區(qū)土壤質量有退化趨勢，反映了該區(qū)農田現(xiàn)行的耕作和培肥模式不具有可持續(xù)性。

2.3 廣西與我國主要濱海農田土壤養(yǎng)分特征的比較分析

以地域典型性、土地利用類型相似性、樣品廣泛性和土層相似性為原則選取我國東海[20]、黃海[21]、渤海[22]沿海地區(qū)土壤養(yǎng)分文獻，提取其養(yǎng)分數(shù)據(jù)，對比分析廣西濱海與我國主要濱海農區(qū)土壤養(yǎng)分特征。結果表明（表3），我國沿海地區(qū)土壤肥力整體偏低，但各養(yǎng)分指標及其在各地區(qū)的分布情況均存在較大差異，且各指標在各區(qū)的分布也具有較強的變異性（變異系數(shù)為15.30%～197.37%）。廣西濱海農田區(qū)和浙東海積平原區(qū)土壤有機質、全氮明顯高于江蘇如東沿海區(qū)、環(huán)渤海海岸帶區(qū)，最低值位于如東沿海區(qū)；全磷含量在廣西濱海農田區(qū)和江蘇如東沿海區(qū)相近，但后者的全鉀含量顯著高于前者，差比達2.76倍；同時，廣西濱海農田區(qū)擁有最高含量的有效磷，但其速效鉀含量最低。

3 討論

廣西濱海農田土壤養(yǎng)分在不同農田類型間差異明顯，水田系統(tǒng)土壤有機質、全氮、堿解氮和全鉀含量高于旱地系統(tǒng)，前三者差異性在表層達顯著，全鉀在0～40 cm土層均呈顯著性差異；土壤磷素（全磷、有效磷）和速效鉀在農田系統(tǒng)中的分布趨勢相反，整體呈旱地系統(tǒng)高、水田系統(tǒng)低，尤以磷素最為明顯。農田土壤養(yǎng)分是在自然成土過程和農業(yè)管理過程的綜合作用下形成的，前者決定了土壤的基礎地力情況，后者可通過改變成土過程和物質調控快速改變土壤養(yǎng)分數(shù)量、元素組成及比例[23]。研究區(qū)水田與拋荒水田土壤類型主要為壤質咸酸土、淺雜酸田水稻土、咸酸水稻土，成土母質為海積物，中雜有紅樹林殘體及其分解物，缺磷、鉀元素，圍墾后的成土過程主要為水耕熟化過程，利于有機物質的蓄積，加之豐富的水稻根系還田，所以其擁有較高含量的土壤有機質、全氮等養(yǎng)分，但磷、鉀養(yǎng)分缺乏。旱地土壤類型主要為雜沙磚紅壤，成土母質主要花崗巖風化物和海積物，位于濱海臺地或低丘，淋溶強烈，導致養(yǎng)分含量較低[19]。人類管理活動也對養(yǎng)分狀況發(fā)生明顯影響，體現(xiàn)在有人類養(yǎng)分投入的水稻田土壤養(yǎng)分總體高于拋荒水稻田，高頻率和強度投入的菜園地表層土壤養(yǎng)分總體高于木薯地和甘蔗地，而深耕深翻活動（木薯根葛生長于地下，平均直徑可達5 cm，平均長度可達50 cm，所以種植和收獲時需深挖和深翻）利于木薯地土壤養(yǎng)分下移，使其表層以下土壤養(yǎng)分占優(yōu)勢。

廣西濱海屬南亞熱帶季風氣候區(qū)，降水量大，土壤淋溶作用強烈，加之土壤顆粒砂質含量較高，結構較為松散，加劇了淋溶過程，不利于土壤養(yǎng)分的存儲，同時，高強度的種植活動（翻耕，常年種植無休耕期）、過度依賴化肥的培肥模式使得農田土壤養(yǎng)分消耗量大，歸還量和儲存量低，整體出現(xiàn)了退化趨勢。但土壤全磷含量卻有所增加，這與土壤磷素的主要來源為人為施肥導致的累積有關[24]。

現(xiàn)代土壤發(fā)生學認為土壤是母質、氣候、生物、地形、時間等自然因子與人類活動共同作用的結果。自然地理要素從根本上決定著土壤本身的質地、生化反應、肥力狀況等理化性質和生物學特征。但是土地利用及方式的變化通常引起耕作制度、灌溉、施肥等土壤管理措施的改變及許多與土壤相聯(lián)系的生態(tài)過程的變化，并不可避免地影響著土壤肥力等質量特征[25]。研究當代大尺度土壤養(yǎng)分的差異，如不同區(qū)域農田系統(tǒng)土壤養(yǎng)分的差異，不僅需考量耕作管理和施肥活動的影響，氣候、母質等也將通過影響土壤養(yǎng)分的轉化、吸收、固定和遷移過程從而影響農田土壤養(yǎng)分的平衡，最終導致不同區(qū)域土壤中養(yǎng)分差異[8，26]。四大沿海區(qū)土壤養(yǎng)分差異的影響因子也可分為人類活動與自然成土因素2個方面，前者導致包含有未利用地（光灘地）和圍墾時間短樣點的如東沿海區(qū)和環(huán)渤海海岸地區(qū)的土壤養(yǎng)分整體低于其他2個地區(qū)（均為農田樣點），而母質主要為河流沖積物的東海、黃海和渤海濱海土壤鉀素遠高于母質主要為海積物的北部灣地區(qū)[20-22]。

4 結論

（1）廣西濱海農田土壤養(yǎng)分狀況較差，土壤有機質、全氮、全鉀、堿解氮和速效鉀含量均處于土壤養(yǎng)分等級中的缺乏及以下級別，僅有效磷含量為豐富水平。人類的耕作管理和施肥活動導致土壤養(yǎng)分變異性較大，使得水田系統(tǒng)養(yǎng)分特征整體優(yōu)于旱地系統(tǒng)，耕作水田好于拋荒水田；旱地系統(tǒng)中，投入較大的菜園地表層土壤養(yǎng)分含量高于木薯地和甘蔗地，但有深耕深翻活動的木薯地在次表層土壤養(yǎng)分含量較高。研究區(qū)土壤質地較粗，結構松散，降雨量大，淋溶作用強烈，與第二次土壤普查養(yǎng)分狀況相比，該區(qū)土壤養(yǎng)分整體有退化之勢，建議培肥重點在于多施用有機肥，實行休耕制（種植綠肥）或保護性耕作模式，改善土壤結構，提升土壤保肥效果。

（2）我國濱海地區(qū)土壤養(yǎng)分含量均較低，成土母質和人類管理活動是濱海各地區(qū)土壤養(yǎng)分差異的主要原因，河流沖積物母質導致東海、黃海和渤海濱海土壤鉀素高于為海積物母質的北部灣地區(qū)土壤，而人類管理活動是全部樣地來源于耕地的廣西濱海農田區(qū)和浙東海積平原區(qū)土壤養(yǎng)分整體高于含有未利用地和圍墾時間短樣地的江蘇如東沿海區(qū)和環(huán)渤海海岸帶區(qū)。濱海地區(qū)土地是我國耕地的主要后備資源，同時也是防治近海環(huán)境污染的緩沖關鍵帶，應加強海岸帶區(qū)土壤地理學、高效培肥模式的研究，理清土壤養(yǎng)分特征形成與演變機理，提升耕地生產(chǎn)力，防止面源污染。

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