平县土壤养分动态变化及其驱动因素

平县土壤养分动态变化及其驱动因素

1对我国土地养分状况的现状及动态变化情况的探讨,是开展农业生产的总土壤是农业的主要生产手段，也是历史的自然主体。在自然和人为的综合作用下，它处于不断变化和更新的过程中。土壤养分是土壤肥力的物质基础,是土壤的基本属性和本质特征。土地利用,作为人类利用土地各种活动的综合反映,和土壤中各种养分的变化情况有着密切的联系。不同土地利用方式、管理措施和耕作方式影响着土壤变化的方向和程度。了解土壤养分的现状及动态变化,对于指导农业生产、充分利用土地资源、评价和管理土地资源、合理的施用肥料及保护农业生态环境和促进农业持续发展具有重要意义。1979年我国开展的第二次土壤普查,查明了土壤的类型、数量和分布情况,为农业的综合开发和农业结构的调整提供了科学依据。近20a来,土地的各种活动,如土地利用、种植制度、耕作措施、施肥水平等都发生了较大的变化,促使土壤的养分状况发生了较大的变化。郭旭东、王建国、鲁如坤等人曾分别对河北平原区、黑龙江、浙江红壤区的土壤养分变化情况做了研究,证明我国的土壤养分状况发生了很大变化,土壤肥力总体呈升高的趋势。黄泛平原是我国重要的粮食生产基地,近年来由于对耕地的大量投入使该区土壤养分变化较快,及时了解该区土壤养分的动态变化情况,分析其原因,对于提高该区的土地生产能力具有重要的意义。因此,本文选择茌平县为研究对象,在1985年土壤普查和2003年耕地地力评价所获取大量基础信息的基础上,对该区土壤养分的动态变化及其驱动因素进行系统研究。2平县农业耕地资源现状茌平县属山东省聊城市,位于鲁西黄河冲积平原,地理坐标为东经115°54′～116°24′,北纬36°22′～36°45′;总面积111691.1hm2,其中耕地面积70963.1hm2,占总面积的63.3%,全县农民人均占有土地0.14hm2,粮食用地复种指数1.746。境内地形南高北低,西高东低,主要类型有河滩高地、决口扇形地、高坡地、平坡地、洼坡地、浅平洼地、碟形洼地、沙丘河槽地。该县地处暖温带半干旱季风气候区,具有明显的季节变化和季风气候特征,气候适宜,光照充足,无霜期长,淡水资源充足,水利条件便利,适于农作物的生长。茌平县主要耕地类型有水浇地、旱地、菜地和灌溉水田。土壤类型主要有潮土类和风砂土类2个大类,脱潮土、潮土、盐化潮土、湿潮土、固定风沙土5个亚类,土层深厚,全县土壤养分含量东部较高。该县是全国重要的粮食、蔬菜和林果深加工出口基地,对土地的投入相对较大,土壤养分含量变化速度较快,了解土壤养分动态变化情况,不断提高该区土壤肥力,对促进土地可持续利用有重要意义。3数据来源与研究方法3.1耕地地力调查数据分析该研究所用数据为茌平县1985年土壤普查数据和2003年耕地地力调查数据,包括土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾、速效磷等养分调查分析数据和1∶50000比例尺的土壤养分含量分布图件,以及该区相关的社会、经济、人口等统计资料。3.2土壤养分专题栅格图层的生成运用VFP、EXCEL软件进行养分数据统计分析,以GIS技术进行养分分布图件的处理及其空间分析。首先将研究区2003年各土壤养分含量数据在ArcView空间分析模块下进行插值处理,编辑生成各土壤养分专题栅格图层。然后转换到MapGis格式,利用MapGis的空间叠加分析模型,将1985年及2003年的土壤养分含量图叠加,计算土壤养分变化转移矩阵,分析其空间动态变化。3.3土壤养分分级为了更加直观地对比二年份的土壤养分总体变化,构建了养分综合指数F:F=∑i=1naibiF=∑i=1naibi式中:F为某土壤养分在某一年的综合指数,ai为该土壤养分级别,bi为该级别土壤养分所占比例(i=1,2…n)。利用该指数可分别计算1985年和2003年各土壤养分的综合指数,若某一土壤养分F2003<F1985,则表明该土壤养分含量提高,从而评估其总体的变化情况。4结果分析4.1平县土壤有机质含量现状由表1可以看出,土壤有机质综合指数F2003=143.4,F1985=254.9,F2003<F1985,表明研究期间土壤有机质含量明显提高。其中含量为>10g/kg的土地面积增加了6.33×104hm2,所占比例提高了56.7%;中等含量的面积减少,最明显的是含量为6～8g/kg的土地面积,减少了3.4×104hm2,其次是4～6g/kg,面积由1.4×104hm2减少到0.18×104hm2,所占比重减少了10.9个百分点;低含量(<4g/kg)面积的变化也比较明显,研究期间减少了0.10×104hm2。表2为研究期间茌平县土壤有机质含量转移矩阵,从中看出,大面积的中等有机质含量转变成高有机质含量,含量为8～10g/kg的有机质77%转化成>10g/kg,含量为6～8g/kg的有机质70%转化成>10g/kg;低含量有机质则转化为中含量有机质,含量为<4g/kg的有机质分别有53.1%、37%转化成6～8g/kg、8～10g/kg。从二年份土壤有机质分布图(图1)看出,1985年高含量有机质主要分布在研究区东部,中低含量有机质分布在中西部,而2005年高含量有机质主要分布在中部和东部,低含量有机质主要集中分布在西部,由此得出研究期间该县中部地区有机质含量变化比较大,土壤有机质含量东部高于西部。4.2全氮和碱解氮。在不同根据养分综合指数公式得出全氮F2003<F1985,碱解氮,F2003<F1985,由此表明研究期间土壤全氮、碱解氮含量均有提高。表3、5分别为研究区1985年和2003年土壤全氮、碱解氮含量的对比,可以看出,研究区土壤全氮、碱解氮的含量的变化情况:土壤全氮含量大幅度提高,其中含量为1.0～1.5g/kg的变化最明显,研究期间面积增加了4.12×104hm2,所占比重最大;其次是0.75～1.0g/kg,面积增加了2.3×104hm2,并且新增高含量(>1.5g/kg)全氮的面积0.14×104hm2;研究期间低含量(<0.75g/kg)全氮的变化也比较明显,面积减少59.3%。中等含量(60～90mg/kg)的碱解氮面积变化最明显,研究期间增加4.9×104hm2,所占比重达到51%;高含量(>90mg/kg)全氮面积增加0.39×104hm2;含量较低(30～60mg/kg)的碱解氮面积减少4.65×104hm2,所占比重由86.3%下降到44.6%,变化比较明显。表4、6分别为1985～2003年研究区全氮和碱解氮含量转移百分率矩阵,从中看出全氮和碱解氮含量的空间变化情况:高含量全氮面积的增加主要来源于含量为0.75～1.0g/kg的转化,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。图2为二年份全氮的空间分布图,由此看出,1985年茌平县中等含量全氮的面积比较大并均匀分布在研究区内,2003年高含量全氮主要分布在东部,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,由此得出研究区东部和西部地区的全氮含量变化比较明显。中低含量的碱解氮变化比较明显,含量为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。由空间分布图3看出,研究期间碱解氮含量的提高主要体现在研究区的中部和东部地区,韩屯镇、胡屯乡、博平镇、温陈乡等乡镇90%以上的碱解氮含量由原来的30～60mg/kg提高到了60～90mg/kg,土壤碱解氮含量县城周围高于边缘。4.3%是德国内最符合测试要求的地区,符合由表7看出,速效磷综合指数F2003<F1985,研究期间速效磷含量大幅度提高,中高含量的速效磷面积变化最为明显,新增含量>20g/kg的土地面积9.15×104hm2,所占比例达到82%;含量为10～20g/kg的面积增加了1.35×104hm2,所占比例增加了12.2%;低含量(<3g/kg)的速效磷面积减少6.45×104hm2,所占比重由57.8%下降到0.03%。由土壤速效磷含量转移矩阵以及图4看出,高含量(>20g/kg)速效磷面积的增加主要来源于低含量(<3g/kg)速效磷的转化。1985年高含量速效磷分布在东部地区,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积较大且均匀分布在研究区内,中低含量的速效磷则零星分布在研究区中,因此速效磷的空间变化主要体现在中部和西部地区。4.4各级别代谢钾含量情况根据养分综合指数公式和表9得出,研究区土壤速效钾的含量在研究期间有较大提高,变化最明显的是高含量(>150mg/kg),面积大幅度增加,所占比重由10.5%上升到39.2%,其次是100～150mg/kg级别,面积增加了0.53×104hm2,含量较低(50～100mg/kg、30～50mg/kg)的面积研究期间减少了3.73×104hm2。由表10速效钾含量转移矩阵看出速效钾含量为100～150mg/kg主要转变成>150mg/kg,50～100mg/kg主要转化为100～150mg/kg,30～50mg/kg主要转化为100～150mg/kg和50～100mg/kg。从茌平县速效钾的分布图(图5)得出,1985年速效钾分布比较集中,高含量速效钾主要分布在研究区东部,中低含量速效钾主要分布在中部和西部,2003年中高含量速效钾均匀分布在研究区内,但低含量速效钾零星分布在研究区内,中部地区速效钾含量变化比较明显。5土壤养分变化的原因分析5.1农业方式改变土地的利用方式和管理水平是影响土壤质量的变化的直接因素。研究发现,茌平县1985-2003年土地的利用方式发生了较大的变化,尤其是耕地的利用方式变化较大,大面积的旱地、枣粮间作、林地、未用地转变成水浇地,菜地增加0.6×104hm2,新增灌溉水田0.05×104hm2。土地利用方式的变化促使了对土地投入水平的增加,使土壤养分含量提高。因此,茌平县土地利用方式的变化是促使其耕地土壤养分含量提高的重要原因之一。5.2耕作方式发展方式对土壤养分含量的影响土地的耕作方式对于土壤养分的含量的变化也有很大的影响。20世纪80年代初期茌平县土地耕作方式都比较粗放,施肥不足,因此土壤养分含量较低,而研究期间茌平县大力推广集约化耕作方式,推行高留茬和秸秆还田等耕作措施,有机物还田量逐年增加,促进了有机质等养分的积累;同时,不断的调整种植制度,采用轮、间、套种方式,农民用地养地的意识不断提高,地力培肥得到充分的重视,这些变化促使了土壤中养分的含量尤其是有机质、氮、磷、钾大量元素含量的大幅度提高,从而提高了耕地土壤质量。5.3有机肥的用量及用量研究期间茌平县不断增加对土地的投入,加强农田基本建设。近二十年来,该县大力发展养殖业,增施有机肥,无论是总用量还是单位用量都有了较大幅度的提高,1985年有机肥平均用量为9000kg/hm2,2003年有机肥用量达到22800kg/hm2,施用有机无机复合肥等使土壤有机质逐渐增加,减少了土壤养分的流失,改善了土壤理化性状;兴修水利、广辟肥源,土壤肥力得以提高。6土壤养分含量6.1近20年来,茌平县土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量均呈上升趋势