南方典型菜地土壤速效养分时空变异特征研究——以岳阳市君山区广兴洲镇为例

摘要

本文针对南方菜地普遍存在氮磷流失、土壤可持续生产能力下降、农业非点源污染危害产地环境的现状,在我国南方典型蔬菜产区湖南省岳阳市君山区广兴洲镇选取典型田块,研究蔬菜地速效养分的时空变异规律,监测大田原位土壤与地下水养分动态演变趋势,以期阐明南方蔬菜地养分流失的机理和途径,探求提高菜田养分利用效率、减少氮磷污染的技术措施。 研究中采取农户调查、田间采集土样分析与小区试验相结合的方法,主要安排三方面的田间试验：1) 于春季和秋季开展农户调查,包括肥料品种、施肥时期、施肥量、施肥方式等,总结施肥规律。2) 在春季和秋季作物生长后期均运用GPS网格导航功能在15hm2的试验区内采集144个耕层土样,运用经典统计学及地统计学分析方法研究区域养分时空变异规律。3) 按当地常见种植模式选取代表性作物甘蓝和白菜,以当地习惯施肥量和推荐施肥量部置养分含量动态监测试验,以10天为间隔在各观测点采集大田原位不同层次鲜土样,如果地下水埋藏深度小于120cm,同时采集地下水样。 通过分析以上获取的数据,得到以下四个方面研究结果： 农户施肥特征：1) 第一季主要种植南瓜,面积占总蔬菜面积的87.9％,主栽品种占南瓜种植面积的50.4％；第二季主要种植甘蓝,种植面积占蔬菜面积88.8％,主栽品种占甘蓝种植面积的86.8％。2) 常施用的肥料品种为15％N-1.5％P-15％K复合肥、过磷酸钙和碳酸氢铵,多为结合整地一次性基施。白菜、辣椒和甘蓝氮肥盈余81.75％、71.02％、29.27％、120.19％,白菜、南瓜、辣椒和甘蓝磷肥盈余120.96％、152.8％、567.86％、186.88％,钾肥白菜、南瓜、辣椒和甘蓝钾素亏缺率分别为39.33％、60.39％、57.05％、49.44％。 土壤速效养分时空变异：3) 8月和12月土壤碱解氮磷钾均呈现正态分布,碱解氮略呈现为右偏型分布,而其他养分含量略呈左偏型分布,三种养分含量的平均值、标准差在两个月份之间差别不大,三种养分含量变异程度均为中等。4) 同季不同速效养分含量之间呈极显著正相关,研究区速效养分之间存在显著的空间协同关系,而且不论在夏季或秋季,碱解氮与有效磷间的协同关系最强。5) 同种养分在不同季节间相关系数分别是：速效钾0.561、有效磷0.422、碱解氮0.265;三种养分的季节变化量基本上呈现为对称分布,NPK变化量的平均值分别为：0.7mg/kg,1.1mg/kg,1.9mg/kg。养分含量季节变化值之间存在比较好的相关性。6) 不同季节间土壤速效养分之间的比例差异不大,在8月份NPK平均比值为1:0.24:0.75,在12月份为1:0.24:0.78。7) 12月份速效钾最优拟合模型为球形模型,其他速效养分最优拟合模型为指数形模型；不同季节碱解氮的最大相关距变化不大,保持在450米左右,而有效磷、速效钾的最大相关距离在夏季和冬季有着明显的不同,分别从8月份的413米、497米减少至12月份的141米、157米；除8月份有效磷含量空间相关性弱外,其他速效养分含量空间相关性程度为中度,不同季节间碱解氮养分含量的空间相关性稳定,有效磷、速效钾养分含量8月份空间相关性小于12月份。8) 不同月份的氮磷钾空间分布趋势有着明显的不同；12月份与8月份相比,碱解氮磷钾含量变化的面积加权平均值为0.47mg/kg、0.62mg/kg和1.96 mg/kg,含量增加区域占整个研究区面积的比例为：46.7％、51.5％和61.2％,增加平均值为：5.7mg/kg、4.8mg/kg和10.3mg/kg;减少区域比例为：53.3％、48.5％和38.9％,减少平均值为：-4.1mg/kg、-3.8mg/kg和-11.2mg/kg。 土壤水分和速效养分动态：9) 秋季地下水位总体呈不断下降的趋势。土壤水分含量随深度增加而增加,随时间延长而减少。10) 表层土硝态氮含量远大于其他土层；表层土硝态氮的总体变化趋势是开始增加,然后减少,最后达到稳定。表层土中硝态氮含量在施肥后二十天左右达到最高值,其后在整个作物生长时期不断下降,作物生长后期相对稳定。11) 土壤中铵态氮的含量不高,各层次间差别不大,在整个生长期均相对稳定。作物品种、施肥量对土壤铵态氮含量没有明显影响,四个处理各层次含量基本维持在1mg/kg的含量水平,但作物生长后期明显增加。12) 有效磷主要集中在表层,其他层次含量相对较低且相差不大；表层有效磷含量逐渐降低,而其他层次含量变化不大,基本稳定在5mg/kg。作物吸收的磷素几乎全部来自于表层,整个生长季节磷向下迁移的现象不明显。13) 表层土速效钾含量较高,变化幅度较大,而表层土含量变化明显地影响20-40cm土层乃至40-60cm土层。同种作物的不同施肥处理的钾变化规律基本类似,但不同种植作物间有明显差别。 地下水可溶性养分动态：14) 地下水埋藏深度达到40cm时可溶性养分含量明显高于其他深度时含量,可溶性养分含量分别为：硝态氮249 mg/kg、铵态氮0.96 mg/kg可溶性磷0.75 mg/kg、可溶性钾10.1mg/kg。 总结前述结果可以得到如下结论： 农户施肥特征：广兴洲镇蔬菜种植模式相对单一,蔬菜的施肥品种和施肥量在农户之间差异很小,施肥品种比较单一,蔬菜地养分非均衡化严重,氮磷养分盈余,钾肥用量严重不足。 土壤速效养分时空变异规律：8月和12月土壤碱解氮、有效磷、速效钾均呈现正态分布,三种养分含量的平均值、标准差在两个月份之间差别不大,三种养分含量变异程度均为中等。同季不同速效养分含量之间、同种养分在不同季节间、养分含量季节变化值之间呈极显著正相关。不同季节间土壤速效养分之间的比例差异不大。速效养分最优拟合模型多为指数形模型,空间相关性程度多为中度,不同季节碱解氮的最大相关距变化不大,而有效磷、速效钾的最大相关距离在夏季和冬季有着明显的不同,夏季的块金比例要明显大于冬季。不同月份的氮磷钾空间分布趋势有着明显的不同。 土壤水分和速效养分动态规律：水分和速效养分在作物整个生长季节的变化趋势大体相同,一般表层含量高,垂直方向上由表层至深层不断降低,随时间推移不断减少。氮素的在土体内的主要存在形态为硝态,其含量远远大于铵态氮含量,试验区管理模式下施肥后二十天左右表层中含量达到最高。磷素是表聚现象最明显,整个生长季节更深层次土壤中可溶性磷的含量变化不大。表层含量对更深土层的影响强弱次序为钾>氮>磷。 地下水可溶性养分动态规律：地下水养分含量与其达到的土体中的养分含量密切相关。氮素相对比较容易流失。 养分流失的机理：不合理的施肥方式和当地特定的水文条件是造成养分流失的主要原因。

目录

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摘要

1引言

1.1农业非点源污染

1.2农田养分动态循环和平衡

1.3氮素在农田中的化学行为及氮素管理

1.4磷素在农田中的化学行为及磷素管理

1.5土壤特性空间变异规律研究

1.5.1土壤特性空间变异规律主要研究方法

1.5.2地统计学基本原理

1.5.3地统计学在空间变异分析巾的应用

1.5.4土壤特性空间变异性研究进展

1.6技术路线

2材料与方法

2.1研究区自然条件及主要农业生产情况

2.2菜农施肥特征研究

2.3试验区菜田速效养分时空变异性研究

2.4菜田养分动态规律研究

2.5化验方法

2.6数据处理方法与软件

3结果与分析

3.1菜农施肥特征

3.1.1研究区菜农施肥特征

3.1.2试验区菜农施肥特征

3.2菜田速效养分时空变异规律研究

3.2.1养分含量基本统计分析

3.2.2养分含量间的关系

3.2.3养分含量季节问变化

3.2.4养分组分的变化

3.2.5速效养分的空间变异模型

3.2.6速效养分空间变异趋势

3.3菜田土养分动态规律研究

3.3.1土壤含水量动态趋势

3.3.2土壤硝态氮动态趋势

3.3.3土壤铵态氮动态趋势

3.3.4土壤有效磷动态趋势

3.3.5土壤速效钾动态趋势

3.4地下水可溶性养分动态趋势

4讨论

4.1施肥中存在的问题

4.2种植模式对养分相关关系的影响

4.3养分测试数据的实效性

4.4养分流失途径

4.5网格点定位误差问题

5结论

5.1菜农施肥特征

5.2土壤速效养分时空变异规律

5.3土壤速效养分动态规律

5.4地下水可溶性养分动态趋势

5.5养分流失的机理

参考文献

附录 试验区农户农药使用情况调查表

致谢

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