楊曉東，毛偉，孫萍，高輝，胡濤，劉燕

(1.揚州市邗江區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，江蘇 揚州 225009；2.揚州市耕地質(zhì)量保護站，江蘇 揚州 225101)

土壤有機質(zhì)是土壤的重要組成部分，其對土壤的物理、化學和生物學特性有著重要的影響[1-3]，是評價土壤質(zhì)量的重要指標[4-6]，且土壤中有機質(zhì)的含量和組成對土壤重金屬的化學行為、生物有效性和環(huán)境效應會產(chǎn)生重要影響[7-12]，其是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要源與匯，是土壤學與環(huán)境學研究的熱點[13-16]。目前，對于土壤有機質(zhì)的研究較多的是空間變化，而對其時間變化的研究較少。趙明松等[17-19]研究表明，地形、成土母質(zhì)、土壤質(zhì)地等對土壤中有機質(zhì)含量的空間變化影響較大。趙業(yè)婷等[20]運用GIS技術結(jié)合統(tǒng)計學等方法分析了地貌類型、土壤類型、質(zhì)地以及種植模式和人為環(huán)境對土壤有機質(zhì)的空間影響。季淑楓等[21]研究表明，土壤有機質(zhì)的空間變化受地貌類型以及耕地利用方式的影響，呂小娜[22]等采用地統(tǒng)計學和GIS技術研究了運城市鹽湖區(qū)耕地土壤有機質(zhì)時空特征與變化，表明土壤類型、地形地貌、氣候和人為因素如耕作、施肥等是造成土壤有機質(zhì)含量變異的主要因素。本文將揚州市邗江區(qū)2019年采集的792個耕地土壤樣品以及1984年第二次土壤普查樣品(527個)進行比較，分析近35 a揚州市邗江區(qū)土壤有機質(zhì)的變化趨勢，為邗江區(qū)耕地質(zhì)量與有機質(zhì)提升提供相關依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 邗江區(qū)基本概況

揚州市地處江蘇省中部，西接南京，南臨長江，北接淮水，京杭大運河橫穿其全境。邗江處于揚州市區(qū)西南部，其西北部屬于寧鎮(zhèn)揚丘陵地區(qū)，東南部屬于長江沖積平原。成土母質(zhì)可分為長江沖積物、湖相沉積物和下蜀黃土。土壤類型主要有黃棕壤、潮土、水稻土和沼澤土4個土類，有黏盤黃棕壤、灰潮土、水耕灰潮土、滲育型水稻土、側(cè)滲型水稻土、潴育型水稻土、潛育型水稻土、脫潛型水稻土、泥炭沼澤土等9個亞類，20個土屬，37個土種。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

以1984年第二次土壤普查采樣點位為基礎，邗江區(qū)2019年采用網(wǎng)格布點法對采樣網(wǎng)點進行布設，采樣時盡可能與第二次土壤普查采樣點相近或一致，采樣深度統(tǒng)一為0～20 cm。本研究以1984年第二次土壤普查的農(nóng)化樣點(527個)化驗數(shù)據(jù)為基礎，2019年土壤養(yǎng)分調(diào)查點792個，采集了各取樣點位的地貌類型、成土母質(zhì)、土壤類型、施肥狀況等屬性信息。

為了增加數(shù)據(jù)的可比性、可靠性，每次的土壤化驗的方法相同，均采用中國土壤學會編寫的《土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法》[23]。數(shù)據(jù)分析采用ArcGIS 10.1等統(tǒng)計分析軟件和克里格法空間插值法。參照《中國土壤》[24]在對我國土壤有機質(zhì)含量分級基礎上將揚州市耕地土壤有機質(zhì)含量分為5級，分別為Ⅰ級(≥40 g·kg-1)、Ⅱ級(<40～30 g·kg-1)、Ⅲ級(<30～20 g·kg-1)、Ⅳ級(<20～10 g·kg-1)、Ⅴ級(<10 g·kg-1)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年份土壤有機質(zhì)描述

表1 表示的邗江區(qū)不同年份土壤耕作層有機質(zhì)含量情況，從表1中可以看出，1984年邗江區(qū)的土壤有機質(zhì)含量在10.6～26.6 g·kg-1，均值為21.52 g·kg-1；2019年邗江區(qū)土壤有機質(zhì)含量在18.8～48.3 g·kg-1，均值為28.60 g·kg-1，比1984年增加了7.08 g·kg-1，增加了32.89%，這表明35 a邗江區(qū)土壤有機質(zhì)呈現(xiàn)增加的趨勢。

表1 邗江區(qū)不同年份土壤耕作層有機質(zhì)含量情況表

2.2 不同年份不同成土母質(zhì)的時空變化

成土母質(zhì)是土壤的原始狀態(tài)，是土壤形成的基礎和植物養(yǎng)分元素的最初來源，在氣候和生物的長期作用下，成土母質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭缮L植物的土壤，由此可見土壤有機質(zhì)和成土母質(zhì)的關系非常密切。成土母質(zhì)能直接影響土壤礦物組成和土壤顆粒組成，并在很大程度上能決定土壤物理、化學性質(zhì)以及土壤生產(chǎn)力[25]。表2表示的是不同年份不同成土母質(zhì)土壤有機質(zhì)平均值，從表中可以看出，邗江區(qū)4種主要成土母質(zhì)的有機質(zhì)含量總體呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。從成土母質(zhì)來看，不同年份間黃土母質(zhì)的有機質(zhì)含量相對沖(沉)積物的有機質(zhì)含量低。各成土母質(zhì)的有機質(zhì)含量隨著時間的推移都有所增加，其中增加最大的是長江沖積物母質(zhì)，35 a增加了10.98 g·kg-1，增加最少的是黃土母質(zhì)，增加7.27 g·kg-1，這之間的差異可能與耕地的利用方式以及種植方式有關。

表2 不同年份不同成土母質(zhì)

2.3 不同年份耕層各級土壤所占比例

表3表示的不同年份耕層各級土壤所占比例情況。從表中可以看出，揚州市邗江區(qū)35 a耕層各級土壤所占比例變化較大，總體表現(xiàn)出升高的趨勢。由表中可見，1984年邗江區(qū)的耕地耕層中各級土壤所占比例分別為2.48%、12.66%、20.41%、63.68%和0.77%，其中Ⅲ級地和Ⅳ級地占比為84.09%；2019年邗江區(qū)的耕地耕層中各級土壤所占比例分別為8.79%、15.86%、73.66%、1.69%和0，其中Ⅱ級和Ⅲ級地占比為89.52%，35 a邗江區(qū)的耕地中Ⅰ級地所占比例增加了約4倍，同時Ⅳ級地和Ⅴ級地的占比在減少。一增一減反映出邗江區(qū)耕地質(zhì)量與等級的提升。

表3 不同年份各級土壤有機質(zhì)含量比例

2.4 不同年份不同區(qū)域有機質(zhì)演變情況

表4表示的是邗江區(qū)主要涉農(nóng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同年份土壤有機質(zhì)平均值，從表中可以看出邗江區(qū)的主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤有機質(zhì)基本表現(xiàn)出升高的趨勢。從表4中也可以看出沿江區(qū)域的土壤有機質(zhì)平均含量在1984年和2019年分別為16.54和29.41 g·kg-1，基本都是高于丘陵區(qū)域，這可能與沿江區(qū)域的成土母質(zhì)相關，邗江南部沿江區(qū)域的成土母質(zhì)基本為長江沖積母質(zhì)。

2.5 施肥以及秸稈還田對土壤有機質(zhì)的影響

王改蘭等[26]研究表明，長期施肥有利于土壤有機質(zhì)的積累，并隨著施肥量的增加而增加，圖1表示的是邗江區(qū)1984—2019年這35 a邗江區(qū)每年化肥施用量，從圖中可以看出邗江區(qū)的化肥施用量呈現(xiàn)增加的趨勢，35 a化肥施用量可以分為兩個階段，第一階段為1984—2003年，這階段的化肥施用量呈現(xiàn)出一個快速增長的趨勢；第二階段為2004—2019年，這個階段的化肥施用量相較于第一階段相對平穩(wěn)，但無論是第一還是第二階段，土壤耕層中的有機質(zhì)含量均表現(xiàn)出增加的趨勢。

表4 邗江區(qū)主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同年份土壤有機質(zhì)平均值

圖1 揚州市邗江區(qū)1984—2019年化肥施用量

農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，它富含氮、磷、鉀、鈣、鎂和有機質(zhì)，是一種可再生多用途的生物資源，其還田能增加土壤有機質(zhì)，改良土壤結(jié)構，使土壤疏松，孔隙度增加，容量減輕，促進微生物活力和作物根系的發(fā)育。圖2表示的是邗江區(qū)1989—2019年秸稈還田量，從圖中可以看出這30 a邗江區(qū)的秸稈還田量總體呈現(xiàn)增加的趨勢，秸稈還田量從1989年的5.5萬t增加到2019年的13.6萬t，同時從表1 中可知35 a土壤有機質(zhì)增加了7.08 g·kg-1，增幅為32.89%。秸稈還田能顯著增加土壤中的有機質(zhì)，促進有機質(zhì)的積累并提高其穩(wěn)定性[27]。

圖2 邗江區(qū)1989—2019年秸稈還田量

3 小結(jié)與討論

土壤有機質(zhì)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中至關重要[28-29]，主要包括未分解、半分解的動植物殘體及其分解產(chǎn)物、微生物軀體，以及它的代謝產(chǎn)物和再合成產(chǎn)物，有機質(zhì)是土壤肥力的主要物質(zhì)基礎，它既是土壤養(yǎng)分的有機來源，又參與土壤結(jié)構的形成和耕性改善，主要受成土母質(zhì)、土壤質(zhì)地等相關因素的影響。本研究是基于邗江區(qū)第二次土壤普查至2019年這35 a的數(shù)據(jù)，本研究結(jié)果表明，邗江區(qū)35 a的土壤中有機質(zhì)含量呈現(xiàn)升高的趨勢，35 a內(nèi)邗江區(qū)土壤有機質(zhì)平均值增加了32.89%，這與毛偉等[30]關于揚州市土壤有機質(zhì)的研究趨勢基本一致。在邗江全境，邗江南部沿江區(qū)域的土壤有機質(zhì)含量要明顯的高于北區(qū)丘陵地區(qū)，這是由于沿江區(qū)域的成土母質(zhì)主要為長江沖積物母質(zhì)。從第二次土壤普查至2019年邗江區(qū)的化肥施用量增加的同時土壤有機質(zhì)的含量也表現(xiàn)為增加的趨勢，說明化肥施用量的增加和秸稈的大量還田是土壤有機質(zhì)提升的主要影響因素。