平縣土壤養(yǎng)分動態(tài)變化及其驅動因素

平縣土壤養(yǎng)分動態(tài)變化及其驅動因素

1對我國土地養(yǎng)分狀況的現狀及動態(tài)變化情況的探討,是開展農業(yè)生產的總土壤是農業(yè)的主要生產手段，也是歷史的自然主體。在自然和人為的綜合作用下，它處于不斷變化和更新的過程中。土壤養(yǎng)分是土壤肥力的物質基礎,是土壤的基本屬性和本質特征。土地利用,作為人類利用土地各種活動的綜合反映,和土壤中各種養(yǎng)分的變化情況有著密切的聯系。不同土地利用方式、管理措施和耕作方式影響著土壤變化的方向和程度。了解土壤養(yǎng)分的現狀及動態(tài)變化,對于指導農業(yè)生產、充分利用土地資源、評價和管理土地資源、合理的施用肥料及保護農業(yè)生態(tài)環(huán)境和促進農業(yè)持續(xù)發(fā)展具有重要意義。1979年我國開展的第二次土壤普查,查明了土壤的類型、數量和分布情況,為農業(yè)的綜合開發(fā)和農業(yè)結構的調整提供了科學依據。近20a來,土地的各種活動,如土地利用、種植制度、耕作措施、施肥水平等都發(fā)生了較大的變化,促使土壤的養(yǎng)分狀況發(fā)生了較大的變化。郭旭東、王建國、魯如坤等人曾分別對河北平原區(qū)、黑龍江、浙江紅壤區(qū)的土壤養(yǎng)分變化情況做了研究,證明我國的土壤養(yǎng)分狀況發(fā)生了很大變化,土壤肥力總體呈升高的趨勢。黃泛平原是我國重要的糧食生產基地,近年來由于對耕地的大量投入使該區(qū)土壤養(yǎng)分變化較快,及時了解該區(qū)土壤養(yǎng)分的動態(tài)變化情況,分析其原因,對于提高該區(qū)的土地生產能力具有重要的意義。因此,本文選擇茌平縣為研究對象,在1985年土壤普查和2003年耕地地力評價所獲取大量基礎信息的基礎上,對該區(qū)土壤養(yǎng)分的動態(tài)變化及其驅動因素進行系統(tǒng)研究。2平縣農業(yè)耕地資源現狀茌平縣屬山東省聊城市,位于魯西黃河沖積平原,地理坐標為東經115°54′～116°24′,北緯36°22′～36°45′;總面積111691.1hm2,其中耕地面積70963.1hm2,占總面積的63.3%,全縣農民人均占有土地0.14hm2,糧食用地復種指數1.746。境內地形南高北低,西高東低,主要類型有河灘高地、決口扇形地、高坡地、平坡地、洼坡地、淺平洼地、碟形洼地、沙丘河槽地。該縣地處暖溫帶半干旱季風氣候區(qū),具有明顯的季節(jié)變化和季風氣候特征,氣候適宜,光照充足,無霜期長,淡水資源充足,水利條件便利,適于農作物的生長。茌平縣主要耕地類型有水澆地、旱地、菜地和灌溉水田。土壤類型主要有潮土類和風砂土類2個大類,脫潮土、潮土、鹽化潮土、濕潮土、固定風沙土5個亞類,土層深厚,全縣土壤養(yǎng)分含量東部較高。該縣是全國重要的糧食、蔬菜和林果深加工出口基地,對土地的投入相對較大,土壤養(yǎng)分含量變化速度較快,了解土壤養(yǎng)分動態(tài)變化情況,不斷提高該區(qū)土壤肥力,對促進土地可持續(xù)利用有重要意義。3數據來源與研究方法3.1耕地地力調查數據分析該研究所用數據為茌平縣1985年土壤普查數據和2003年耕地地力調查數據,包括土壤有機質、全氮、堿解氮、速效鉀、速效磷等養(yǎng)分調查分析數據和1∶50000比例尺的土壤養(yǎng)分含量分布圖件,以及該區(qū)相關的社會、經濟、人口等統(tǒng)計資料。3.2土壤養(yǎng)分專題柵格圖層的生成運用VFP、EXCEL軟件進行養(yǎng)分數據統(tǒng)計分析,以GIS技術進行養(yǎng)分分布圖件的處理及其空間分析。首先將研究區(qū)2003年各土壤養(yǎng)分含量數據在ArcView空間分析模塊下進行插值處理,編輯生成各土壤養(yǎng)分專題柵格圖層。然后轉換到MapGis格式,利用MapGis的空間疊加分析模型,將1985年及2003年的土壤養(yǎng)分含量圖疊加,計算土壤養(yǎng)分變化轉移矩陣,分析其空間動態(tài)變化。3.3土壤養(yǎng)分分級為了更加直觀地對比二年份的土壤養(yǎng)分總體變化,構建了養(yǎng)分綜合指數F:F=∑i=1naibiF=∑i=1naibi式中:F為某土壤養(yǎng)分在某一年的綜合指數,ai為該土壤養(yǎng)分級別,bi為該級別土壤養(yǎng)分所占比例(i=1,2…n)。利用該指數可分別計算1985年和2003年各土壤養(yǎng)分的綜合指數,若某一土壤養(yǎng)分F2003<F1985,則表明該土壤養(yǎng)分含量提高,從而評估其總體的變化情況。4結果分析4.1平縣土壤有機質含量現狀由表1可以看出,土壤有機質綜合指數F2003=143.4,F1985=254.9,F2003<F1985,表明研究期間土壤有機質含量明顯提高。其中含量為>10g/kg的土地面積增加了6.33×104hm2,所占比例提高了56.7%;中等含量的面積減少,最明顯的是含量為6～8g/kg的土地面積,減少了3.4×104hm2,其次是4～6g/kg,面積由1.4×104hm2減少到0.18×104hm2,所占比重減少了10.9個百分點;低含量(<4g/kg)面積的變化也比較明顯,研究期間減少了0.10×104hm2。表2為研究期間茌平縣土壤有機質含量轉移矩陣,從中看出,大面積的中等有機質含量轉變成高有機質含量,含量為8～10g/kg的有機質77%轉化成>10g/kg,含量為6～8g/kg的有機質70%轉化成>10g/kg;低含量有機質則轉化為中含量有機質,含量為<4g/kg的有機質分別有53.1%、37%轉化成6～8g/kg、8～10g/kg。從二年份土壤有機質分布圖(圖1)看出,1985年高含量有機質主要分布在研究區(qū)東部,中低含量有機質分布在中西部,而2005年高含量有機質主要分布在中部和東部,低含量有機質主要集中分布在西部,由此得出研究期間該縣中部地區(qū)有機質含量變化比較大,土壤有機質含量東部高于西部。4.2全氮和堿解氮。在不同根據養(yǎng)分綜合指數公式得出全氮F2003<F1985,堿解氮,F2003<F1985,由此表明研究期間土壤全氮、堿解氮含量均有提高。表3、5分別為研究區(qū)1985年和2003年土壤全氮、堿解氮含量的對比,可以看出,研究區(qū)土壤全氮、堿解氮的含量的變化情況:土壤全氮含量大幅度提高,其中含量為1.0～1.5g/kg的變化最明顯,研究期間面積增加了4.12×104hm2,所占比重最大;其次是0.75～1.0g/kg,面積增加了2.3×104hm2,并且新增高含量(>1.5g/kg)全氮的面積0.14×104hm2;研究期間低含量(<0.75g/kg)全氮的變化也比較明顯,面積減少59.3%。中等含量(60～90mg/kg)的堿解氮面積變化最明顯,研究期間增加4.9×104hm2,所占比重達到51%;高含量(>90mg/kg)全氮面積增加0.39×104hm2;含量較低(30～60mg/kg)的堿解氮面積減少4.65×104hm2,所占比重由86.3%下降到44.6%,變化比較明顯。表4、6分別為1985～2003年研究區(qū)全氮和堿解氮含量轉移百分率矩陣,從中看出全氮和堿解氮含量的空間變化情況:高含量全氮面積的增加主要來源于含量為0.75～1.0g/kg的轉化,44.1%的土壤全氮含量由0.5～0.75g/kg提高到1.0～1.5g/kg,33.4%的全氮含量由0.5～0.75g/kg提高到0.75～1.0g/kg。圖2為二年份全氮的空間分布圖,由此看出,1985年茌平縣中等含量全氮的面積比較大并均勻分布在研究區(qū)內,2003年高含量全氮主要分布在東部,中等含量全氮集中分布在中部,低含量全氮主要分布在西部,由此得出研究區(qū)東部和西部地區(qū)的全氮含量變化比較明顯。中低含量的堿解氮變化比較明顯,含量為30～60mg/kg有25.1%提高到>90mg/kg,24.1%提高到60～90mg/kg,52.5%含量<30mg/kg提高到60～90mg/kg。由空間分布圖3看出,研究期間堿解氮含量的提高主要體現在研究區(qū)的中部和東部地區(qū),韓屯鎮(zhèn)、胡屯鄉(xiāng)、博平鎮(zhèn)、溫陳鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)90%以上的堿解氮含量由原來的30～60mg/kg提高到了60～90mg/kg,土壤堿解氮含量縣城周圍高于邊緣。4.3%是德國內最符合測試要求的地區(qū),符合由表7看出,速效磷綜合指數F2003<F1985,研究期間速效磷含量大幅度提高,中高含量的速效磷面積變化最為明顯,新增含量>20g/kg的土地面積9.15×104hm2,所占比例達到82%;含量為10～20g/kg的面積增加了1.35×104hm2,所占比例增加了12.2%;低含量(<3g/kg)的速效磷面積減少6.45×104hm2,所占比重由57.8%下降到0.03%。由土壤速效磷含量轉移矩陣以及圖4看出,高含量(>20g/kg)速效磷面積的增加主要來源于低含量(<3g/kg)速效磷的轉化。1985年高含量速效磷分布在東部地區(qū),中低含量速效磷主要集中在中部和西部,2003年高含量速效磷所占面積較大且均勻分布在研究區(qū)內,中低含量的速效磷則零星分布在研究區(qū)中,因此速效磷的空間變化主要體現在中部和西部地區(qū)。4.4各級別代謝鉀含量情況根據養(yǎng)分綜合指數公式和表9得出,研究區(qū)土壤速效鉀的含量在研究期間有較大提高,變化最明顯的是高含量(>150mg/kg),面積大幅度增加,所占比重由10.5%上升到39.2%,其次是100～150mg/kg級別,面積增加了0.53×104hm2,含量較低(50～100mg/kg、30～50mg/kg)的面積研究期間減少了3.73×104hm2。由表10速效鉀含量轉移矩陣看出速效鉀含量為100～150mg/kg主要轉變成>150mg/kg,50～100mg/kg主要轉化為100～150mg/kg,30～50mg/kg主要轉化為100～150mg/kg和50～100mg/kg。從茌平縣速效鉀的分布圖(圖5)得出,1985年速效鉀分布比較集中,高含量速效鉀主要分布在研究區(qū)東部,中低含量速效鉀主要分布在中部和西部,2003年中高含量速效鉀均勻分布在研究區(qū)內,但低含量速效鉀零星分布在研究區(qū)內,中部地區(qū)速效鉀含量變化比較明顯。5土壤養(yǎng)分變化的原因分析5.1農業(yè)方式改變土地的利用方式和管理水平是影響土壤質量的變化的直接因素。研究發(fā)現,茌平縣1985-2003年土地的利用方式發(fā)生了較大的變化,尤其是耕地的利用方式變化較大,大面積的旱地、棗糧間作、林地、未用地轉變成水澆地,菜地增加0.6×104hm2,新增灌溉水田0.05×104hm2。土地利用方式的變化促使了對土地投入水平的增加,使土壤養(yǎng)分含量提高。因此,茌平縣土地利用方式的變化是促使其耕地土壤養(yǎng)分含量提高的重要原因之一。5.2耕作方式發(fā)展方式對土壤養(yǎng)分含量的影響土地的耕作方式對于土壤養(yǎng)分的含量的變化也有很大的影響。20世紀80年代初期茌平縣土地耕作方式都比較粗放,施肥不足,因此土壤養(yǎng)分含量較低,而研究期間茌平縣大力推廣集約化耕作方式,推行高留茬和秸稈還田等耕作措施,有機物還田量逐年增加,促進了有機質等養(yǎng)分的積累;同時,不斷的調整種植制度,采用輪、間、套種方式,農民用地養(yǎng)地的意識不斷提高,地力培肥得到充分的重視,這些變化促使了土壤中養(yǎng)分的含量尤其是有機質、氮、磷、鉀大量元素含量的大幅度提高,從而提高了耕地土壤質量。5.3有機肥的用量及用量研究期間茌平縣不斷增加對土地的投入,加強農田基本建設。近二十年來,該縣大力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè),增施有機肥,無論是總用量還是單位用量都有了較大幅度的提高,1985年有機肥平均用量為9000kg/hm2,2003年有機肥用量達到22800kg/hm2,施用有機無機復合肥等使土壤有機質逐漸增加,減少了土壤養(yǎng)分的流失,改善了土壤理化性狀;興修水利、廣辟肥源,土壤肥力得以提高。6土壤養(yǎng)分含量6.1近20年來,茌平縣土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均呈上升趨勢