醴陵市耕地土壤氮素养分研究

醴陵市耕地土壤氮素养分研究李江林黄永泉胡慈云邓舒匡任天（湖南省醴陵市农业局，湖南醴陵412205）摘要：本文采用野外调查采样、室内分析、GIS技术等研究方法，探讨和分析了醴陵市耕地土壤氮素养分的现状和空间变异特征。结果表明，醴陵市耕地土壤全氮和碱解氮含量较高，处于极高和高级水平的均在耕地总面积的50%以上，空间分布上有从南北向中间的带块状递减趋势。关键词：氮；特征；评价；分级氮是植物生长发育必需的三大营养元素之一，是从土壤中吸收量最大的营养元素[1]。而且是生态系统中极其重要的生态因子，因而一直备受生态学、土壤学等多个学科的关注[2]。氮是作物生长发育所必需的营养元素，是限制农业生态系统生产的重要因素[3,4]。土壤含氮量是评价土壤肥力和土壤质量的重要指标之一，是全球氮循环的重要源，目前已成为土壤科学、环境科学研究热点之一[5]。土壤中的氮来源于施肥（包括有机氮肥，无机氮肥）、灌溉、干湿沉降、生物固氮、作物残茬分解等，其中施肥是土壤中氮素的主要来源[6]。土壤氮含量与其它土壤特性一样，具有高度的空间变异性[7]，充分了解土壤含氮量的空间分布特征，掌握其变异规律，对于实现土壤可持续利用和区域可持续发展具有重要意义[8]。一些学者对不同尺度上不同土地利用方式[9,10]、土壤类型[11]、植被类型[12,13]下土壤氮素的空间变异性进行了大量的研究，并采用不同的方法和理论来描述其空间变异状况。本文以醴陵市为例研究了耕地氮素养分的现状及其分布特征，并对其丰缺程度进行了评价，以期为醴陵市耕地土壤氮素肥力管理和合理施用氮肥提供依据。1.材料与方法1.1研究区概况醴陵市位于湖南省东部(E113°9′49″-114°5′43″，N27°22′15″-27°58′9″)，地处罗霄山脉西部边缘，东邻江西省萍乡市，南接本省攸县，西连株洲，北与浏阳接界。土地总面积215665.2hm2，其中耕地(耕地和园地)面积为64226.7hm2，占土地总面积的29.78%。年均气温17.6℃，年均降雨量14291mm，属亚热带东南季风湿润气候。地貌类型以山地、丘陵、岗地为主，地势自东向西平缓下降，东西低、南北高，呈四级阶梯式倾斜分布。主要有水稻土、红壤、紫色土、黄壤、潮土、石灰土6个土类，自然土壤以红壤和紫色土为主，占总面积的7l%；土壤母岩以板页岩为主，占总面积的47.8%。1.2土壤样品采集与分析测定方法对照第二次土壤普查的采样点资料，在室内根据全县的土种类型进行合理的采样布局，确定野外采样路线，于2006年至2008年晚稻收获后(10-11月)进行土壤采样。对照土壤图上所标注的采样点，用GPS进行定位，采集耕地表层(按自然发生层次)土壤样品6253个，样品经风干，磨碎，过10目和60目筛，备用。土壤全氮(TN)采用半微量开氏法，碱解氮(AN)采用碱解扩散法[16]。碱解氮共测定样品6253个，全氮样品595个。1.3数据处理所有分析数据经EXCEL2003进行处理和统计分析；土壤氮的空间变异特征和分等定级用MAPGIS6.7进行。土壤全氮和有效氮分级根据全国第二次土壤普查土壤氮含量和各养分分级标准进行。具体标准见表1。表1土壤氮素养分分级表级别碱解氮(mg/kg)ⅠⅡⅢⅣⅤ范围240180-240110-18060-11060丰缺程度极高高中较低低全氮(g/kg)范围2.01.0-2.00.5-1.00.5丰缺程度高中低极低2结果与分析2.1耕地土壤全氮和碱解氮的含量特征图1和2显示了醴陵市耕地土壤全氮和碱解氮含量的分布特征，从图可以看出，其含量分布总体呈正态分布。0200400600800100012001400125150175200225250275300300碱解氮含量样本数（个）0510152025频率样本数(个)频率0501001502002500.511.522.533.53.5全氮含量样本数（个）051015202530354045频率样本数（个）频率图1耕地土壤碱解氮含量分布图2耕地土壤全氮含量分布结合图1和表1可以看出，醴陵市耕地土壤中碱解氮含量较高，平均达到208.5mg/kg，属于高水平。低于110mg/kg的仅占1.95%，高于240mg/kg的占25.67%。含量最高达到588.9mg/kg，最小仅为5.0mg/kg。参照表1的标准，醴陵市耕地土壤碱解氮含量属于高水平以上的达74.08%，处于中等水平的占23.97%，较低以下的仅占1.95%，显见，醴陵市耕地土壤氮素养分的供应能力是较高，这可能广大农民喜施化学氮肥的习惯有关。从图2可以看出，醴陵市耕地土壤全氮含量处于高水平，平均达到2.16mg/kg。低于1.0mg/kg的仅占2.34%，高于2.0mg/kg的达到了64.15%，最高达到3.91mg/kg，最小仅为0.26mg/kg。参照表1的标准，土壤全氮含量属于中高以上水平，占97.65%，低以下的仅占2.35%，可见醴陵市耕地土壤全氮同样属于中等较高的水平。2.2不同耕作条件下土壤碱解氮含量从图3可以看出，醴陵市稻田土壤碱解氮含量分布总体呈正态分布规律，处于偏高水平，低于110mg/kg的仅占1.1%，高于240mg/kg的占38.64%，主要集中在150-275mg/kg之间，处在中高以上水平。参照表1的标准，能明显发现水稻土壤碱解氮含量在中高以上水平的占整个样本数的3/4以上，属于低和较低水平的分别占23.67%和1.05%，可见，醴陵市水稻田土壤氮素的供应能力总体高于耕地平均水平。0200400600800100012001400125150175200225250275300=300碱解氮含量样本数（个）0510152025频率样本数(个)频率0510152025303540105090130170210250290290碱解氮含量样本数(个）0510152025频率(%)样本数(个)频率图3水稻土碱解氮含量分布图4旱土碱解氮含量分布从图4看出，醴陵市旱地土壤碱解氮含量总体呈状态分布，含量较低，平均为143.2mg/kg，处于中等水平，其中低于110mg/kg的占33.1%，高于240mg/kg仅占10.9%，波动性较大，最高达到300.8mg/kg，最低仅9.0mg/kg。同时，结合图3和图4可以看出，旱地土壤碱解氮含量明显的要低于水田土壤的，这可能与当地农民注重水田经营管理，而对旱地比较轻视有关。2.3母质对稻田土壤碱解氮含量的影响根据农业部测土配方资料对成土母质的分类，醴陵市耕地土壤的成土母质主要有冲积物、洪积物、泥岩类残积物、中性砾质洪积物、酸性结晶岩类残积物、砾质洪积物等六大类。从表2可以看出，不同母质发育的稻田土壤碱解氮平均含量相差不大，最高值与最低值只相差29.2mg/kg，且所有母质发育的稻田土壤碱解氮平均含量均高于180mg/kg，处于高水平级别，但从最大值来看，相差就较大了，最高值与最低值相差281.9mg/kg；考虑最大值与最小值，则同种母质发育的稻田土壤碱解氮含量相差较大，在16－105倍之间，因此，针对这种情况，在施肥过程中应注意在供肥能力较差的土壤上加大化肥的施用量，而在供肥能力较强的土壤上可适当降低施用量，以避免流失导致水体污染。表2不同母质发育的耕地土壤氮含量特征母质样本数最小值最大值均值标准差泥岩类残积物24979.0352.1222.644.38洪积物121520.0427.0200.644.78冲击物7495.6588.9208.446.22中性砾质洪积物108722.0396.0194.845.67酸性结晶岩类残积物6345.0318.0193.454.11砾质洪积物7119.0307.0196.945.272.4耕地土壤氮素养分的空间分布规律图5和6分别显示了醴陵市耕地土壤全氮和碱解氮含量运用MapGIS6.7软件的Kriging插值方法，得到耕地土壤全氮和碱解氮含量的空间分布图。图5土壤碱解氮含量的空间分布图图6土壤全氮含量的空间分布图从图5和图6可以看出，碱解氮和全氮的空间分布特征基本相似。北部和西南有大片山林，且地势高耕地少，土壤全氮和碱解氮含量较低，在Ⅳ级及以下水平。东部与西部的江河和溪谷平原地区则属于主要农耕区，耕地土壤全氮和碱解氮含量基本处于Ⅱ级以上的水平。结合图5、6并参照表1的分级标准，统计出各等级分布的主要乡镇、面积及百分比如表3和表4所示。表3碱解氮含量级别、比率及乡镇分布表级别丰缺程度面积(hm2)比例(%)分布乡镇Ⅰ极高3335351.93富里镇、白兔潭镇、浦口镇、王坊镇、贺家桥镇Ⅱ高2615540.72东西平原各乡镇Ⅲ中45767.12东富镇、孙家湾乡，泗汾镇、清水江乡、船湾镇Ⅳ低1270.20零星较均匀分布在东西各乡镇Ⅴ极低160.02零星分布在各乡镇表4全氮含量级别、比率及乡镇分布表级别丰缺程度面积(hm2)比例(%)分布乡镇Ⅰ高3883060.46富里镇、白兔潭镇、浦口镇、王坊镇、神福巷镇、均楚镇、贺家桥镇Ⅱ中2526639.34东部各乡镇分布较广，西边零星分布Ⅲ低1270.20零星分布Ⅳ极低4接近0仅贺家桥镇、清水江乡有零星分布从表3和表4可以看出，醴陵市耕地土壤全氮和碱解氮含量处于Ⅰ级水平的均占耕地总面积的一半以上，而处于低和极低水平两级的都不足1.0%。可见醴陵市耕地土壤的氮素肥力水平总体处在较高水平。3结论3.1醴陵市耕地土壤全氮和碱解氮的含量总体上较高，土壤全氮处于高水平级(I)的占耕地总面积的60.46%，而处于低(III)和极低(IV)水平级的还不足0.5%，土壤碱解氮处于极高(I)和高(II)水平级的占了耕地总面积的92.65%，处于低(IV)和极低(V)水平级的还不足0.5%，但这并不能说明醴陵市耕地土壤氮素肥力水平已经达到一定水平，今后可以减少或不施氮素化肥，而是要采取平衡施肥或配方施肥技术，在保证耕地高产优质的基础上，维持耕地氮素肥力水平不降低。3.2醴陵市耕地土壤全氮和碱解氮的空间分布呈现出平原地区高、丘陵区较高、而山区低的带块状分布，且有从南北向中间部位逐渐降低的趋势。参考文献[1]朱霞，韩晓增.不同土地利用方式下黑土氮素含量变化特征[J].江苏农业学报，2008，24(6):843-847.[2]程先富，史学正，于东升，等.基于GIS的土壤全氮空间分布估算[M].地理研究，2007，26(1):1-5.[3]MohwmadNA,JagathJK.Implicationsofon-gz~undnitrogenloadingandsoiltransformationsonS~oundwamrquitymanasement[J].J.Am.WaterResourc.Assec:2004,40(1):165-187.[4]周卫军，王凯荣，张光远.有机无机结合施肥对红壤稻田土壤氯索供应和水稻生产的影响[J].生态学报，2003，23(5):917-912..[5]郭玉永.关帝山植物群落物种多样性初步研究[J].山西林业科技，2004(4):23-26.[6]高克异，周勤华，陈建，等.水田氮素平衡研究进展[J].上海农业科技，2008:2-3.[7]郭晋平，马大华.森林经理学原理[M].北京:北京大学出版社，2000，23-25.[8]王伯荪，余世孝，彭少鳞.植物群落学实验手册[M].广州:广东高等教育出版社，1996，10-26.[9]李兆富，杨桂山，李恒鹏.西苕溪流域土地利用对氮素输出影响研究[J].环境科学，2006，27(3):498-502.[10]盛建东，肖华，武红旗，等.不同取样尺度农田土壤速效养分空间变异特征初步研究[J].干旱地区农业研究，2005，23(2):1-4.[11]陈效民，吴华山，孙静红.太湖地区农田土壤中铵态氮和硝态氮的时空变异[J].环境科学，2006，27(6):1217-1222.[12]初玉，杨慧玲，朱选伟，等.浑善达克沙地小叶锦鸡儿灌丛的空间异质性[J].生态学报，2005，25(12):3294-3300.[13]KopáˇcekJ,Stuch