广西滨海农田土壤养分特征及其与我国主要沿海区域土壤养分的比较

张建兵 蔡芸霜 冯春梅

摘要 [目的]了解廣西滨海农田土壤养分现状、时间变化特征，以及与我国主要滨海地区土壤养分性质的差异，服务广西滨海农田土壤养分综合评价与地力提升，丰富我国海岸带土壤地理学研究。[方法]选取广西滨海主要农田类型甘蔗、木薯、菜园、水稻田和抛荒水稻田为研究对象，分析其土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾养分现状特征，并将其与该区第二次土壤普查、我国主要滨海地区（环渤海、黄海、东海）农区土壤养分性质对比分析，探讨该区土壤养分性质30余年的变化和在我国滨海农田土壤养分特征中的地位。[结果]广西滨海农田土壤养分含量整体较低、变异程度高，除有效磷含量为土壤养分等级中的丰富水平外，有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮和速效钾含量均为缺乏及以下级别，并整体表现农田系统高于旱地系统。与第二次土壤普查结果相比，该区旱地、水田系统及其各土壤养分指标变化各异，旱地系统中全磷含量显著增加，增比为126.73%，但全钾和速效钾含量降比分别达58.29%、3848%；水田系统的土壤全磷含量有微小增加，但其余养分指标均明显降低，且其降比均达20%以上，呈现出退化趋势。我国沿海地区土壤肥力整体偏低，各地区各养分指标存在较大差异，且各指标在各区的分布也具有较强的变异性（变异系数为15.30%～197.37%），4个比较区中，广西滨海农田土壤有最高的有机质含量（22.21 g/kg）、碱解氮含量（58.77 mg/kg）和有效磷含量（74.78 mg/kg），浙东海积平原区全氮含量（1.33 g/kg）最高，环渤海区速效钾含量（202 mg/kg）最高。[结论]我国滨海地区土壤养分状况较差，人类耕作活动和成土母质是导致现阶段广西滨海农田及其与我国主要滨海地区土壤养分状况差异的主要原因，应加强我国滨海区土壤地理学、土壤养分形成与演变机理以及高效培肥模式研究，以充分发挥滨海土地后备耕地资源效益，同时防止海岸带区面源污染。

关键词 土壤养分；时间变化；区域差异；农田；滨海地区

中图分类号 S158 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）09-0055-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.09.017

Abstract [Objective]The research aimed to investigate the soil nutrient status， temporal change of the coastal farmland of Guangxi， compare it with soil nutrient properties in the coastal area of the Bohai Sea， Yellow Sea and East Sea. It is benefit for the soil quality increase and soil geography research of the coastal area. [Method] The content of soil organic matter， total nitrogen， total phosphorus， total potassium， available nitrogen， available phosphorus and available potassium of sugarcane field， cassava field， vegetable field， paddy field and abandoned paddy field were tested. Soil nutrient properties in 1980s of the study area and the Bohai Sea， Yellow Sea， East China Sea were collected from the literature. Based on the statistical methods， the soil nutrient status， temporal change of the coastal farmland of Guangxi， and the difference among the coastal area of the Bohai Sea， Yellow Sea and East China Sea were analyzed. [Result] The soil nutrient were characterized by low contents and high heterogeneity. Most of the contents of soil nutrient were lack even below lack class， including soil organic matter， total nitrogen， total phosphorus， total potassium， available nitrogen and available potassium， only the available phosphorus is rich class. Soil nutrient of paddy field system was higher than that of the dry land system. Compare to soil nutrient of the second nationwide soil survey， soil nutrient degraded in the past 30 years. In the dry land system， the total phosphorus content increased significantly with a ratio of 126.73%， however， total potassium and available potassium decreased by 58.29%， 38.48% respectively. In the dry land system， all the soil nutrient properties decreased more than 20%， except the total phosphorus content increased slightly. Generally， soil fertility in coastal areas of China was low and different among Beibu Gulf， Bohai Sea， Yellow Sea and East China Sea （coefficient of variation was between 15.3% and 197.37%）. The coastal farmland of Guangxi had the highest soil organic matter content （22.21 g/kg）， available nitrogen content （58.77 mg/kg） and available phosphorus content （74.78 mg/kg）. The coastal soil of East China Sea had the highest nitrogen content （1.33 g/kg）. And the soil available potassium content （202 mg/kg） of the Bohai Sea coastal area was the highest. [Conclusion] It has a poor soil nutrient in coastal areas of China. Human farming activities and soil parent materials play a main role in affecting the modern soil nutrient properties and the difference among different coastal areas. It is important to study on the soil geography， soil nutrient formation and evolution mechanism， and high efficiency fertilization patterns in coastal areas for high utilization efficiency of coastal soil， which is an important reserved land resource. Also， it is benefit for the nonpoint source pollution control in coastal areas.

Key words Soil nutrient；Temporal variation；Regional difference；Farmland；Coastal area

滨海土壤作为重要的后备耕地资源，其开发利用正日益受到关注，有关其质量提升、生态系统服务方面的研究屡见报道。由于所处海陆过渡带独特区位，滨海土壤性质受到了陆地和海洋的双重影响，可溶性盐含量高、养分元素整体较低、结构性较差、生产力低等障碍特征明显。因此，有关滨海农作区土壤的研究主要集中在其障碍因子消减、土壤质量提升方面[1-4]，近年来随着土壤环境污染加剧和全球变化科学的发展，滨海土壤在重金属研究、有机污染、土壤碳库等方面的研究逐渐成为热点[5-6]。但我国这一系列研究工作主要集中在环渤海、黄海、珠江三角洲区域，有关广西滨海土壤的研究鲜见报道。

培育农田土壤肥力是保证区域粮食安全的基础。土壤有机质和大量养分元素的含量是土壤肥力的核心，而通过合理施肥调节农田养分的循环和平衡是提高农田土壤肥力的主要手段[7-8]。同时，在不同的空间和时间尺度内分析农田生态系统养分的平衡状况及其对土壤质量和环境的影响，可以帮助提出合理的农田养分管理和面源污染控制对策[9]。因此，土壤养分演变研究一直是农业和环境领域研究热点，关于土壤养分含量变化影响因素研究方面的报道也较为丰富，并认为地表覆被情况、土地利用方式、耕作制度、轮作模式、国家政策、农业投入等在一定程度上均对土壤养分有重要作用[10-15]。

我国是世界上海岸线最漫长的国家之一，由南向北跨越了30个纬度以及热带、亚热带和温带3大气候带，海岸带土地利用和土壤类型多样[16]，对比分析我国滨海地区土壤养分状况，解析其现代主要影响因素，有利于滨海农田土壤质量提升模式的相互借鉴，丰富海岸带土壤地理学研究内容。因此，笔者立足广西滨海农区土壤养分总体特征分析，探讨其时间变化和对不同耕作模式的响应，为该区土壤养分状况的调控提供基础；同时，将其与我国主要滨海地区（环渤海、黄海、东海）土壤养分进行对比分析，以综合了解和探讨我国海岸带土壤养分情况与土壤肥力的可持续提升。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

广西海岸线东起与两广交界的洗米河口，西至中越边界的北仑河口，全长1 595 km。地处南亚热带、北热带季风气候区，年均温22 ℃左右，历年平均降雨量1 600 mm以上。广西滨海地貌类型多样，台地、丘陵、山地、三角洲、海积平原等均有分布；土壤类型丰富，砖红壤、赤红壤、水稻土、酸性硫酸盐土、滨海盐土、紫色土、火山灰土等间杂分布；土地利用/覆被多样性高，水田、旱地、次生林、人工林、虾塘、红树林、草滩等均有大量分布，其中农田（水田、旱地）用地比例最高。

1.2 样品采集与指标测定

在滨海农田主要分布区，采用土钻法（内径3 cm）采集典型农田类型（甘蔗GZ、木薯MS、菜园CY、水稻SD）样地0～10、10～20、20～40 cm土层样品，其中甘蔗地样点12个、木薯地样点12个、菜园地样地18个、水稻田样点13个，在每个样点处，采用S布点法采集5点混合样品作为该样点的最终样。采集过程中发现研究区有大面积抛荒水稻田存在，为对比种植管理对土壤养分的影响，故按农田样地采样标准采集了抛荒水稻田（PH）7个样点的土壤样品。

采集土样带回实验室后，置于通风处自然风干，研磨、过筛备土壤养分测定用。土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化-容量法测定，全氮含量为半微量凯氏定氮法测定，全磷含量采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法测定，全钾含量采用氢氧化钠熔融-火焰光度法测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-分光光度法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定[17]。

1.3 数据处理与分析

土壤养分数据的整理与统计分析采用Excel 2010和SPSS 22.0完成，采用方差分析法分析各农田类型土壤养分之间的差异性。

2 结果与分析

2.1 广西滨海农田土壤养分特征分析

广西滨海农田土壤有机质特征整体表现为数量偏低，水田系统（水稻田、抛荒水稻田）高于旱地系统（木薯地、甘蔗地和菜园地），变异程度较高，水田系统有自上而下逐渐减小的剖面分布趋势，旱地系统各土层间差异不明显（图1）。旱地系统0～40 cm土体有机质含量为12.66～19.07 g/kg，属全国第二次土壤普查养分分级标准中的缺乏等级（表1），水田系统0～40 cm土体有机质均值为26.25 g/kg，属于中等；各农田类型变异系数为0.35～1.49，一般认为变异系数CV≤0.1时为弱变异性，0.1

研究区农田土壤氮素为中等变异水平，但含量较低，旱地系统尤为明显，其0～40 cm土层全氮和碱解氮含量均值分别为0.72 g/kg、41.67 mg/kg，均为很缺乏级别，且在0～10、10～20、20～40 cm 3个土层间差别不大；两氮素指标在水田系统0～40 cm土体的均值分别为0.95 g/kg、59.51 mg/kg，分别属缺乏、很缺乏级别，同时在剖面上有明显差异，有效性较低；全氮均值从表层的1.36 g/kg（丰富）依次降至20～40 cm的0.58 g/kg（很缺乏），碱解氮均值由表层的85.86 mg/kg（缺乏）依次降至20～40 cm的33.99 mg/kg（很缺乏）。

土壤磷素（全磷、有效磷）在广西滨海农田土壤中表现为总量较小（全磷含量均值0.56 g/kg，缺乏），但有效性高（有效磷含量均值53.12 mg/kg，很丰富）；具有明显地随着土壤深度增加而含量降低的趋势，全磷和有效磷含量均值在0～10 cm分别为0.67 g/kg、85.59 mg/kg，在20～40 cm分别降至0.42 g/kg、10.61 mg/kg；旱地系统大于水田系统，前者0～40 cm土体全磷和有效磷含量均值分别为0.68 g/kg、78.51 mg/kg，而后者分別为0.38 g/kg、15.02 mg/kg；变异性较强，在水田系统中的分布达强变异性。

在所分析的养分特征中，钾素（全钾、速效钾）是广西滨海农田最为缺乏的营养元素，其全量均值（5.71 g/kg）和速效钾含量均值（41.93 mg/kg）均处于很缺乏级别，其中旱地系统全钾含量（4.05 g/kg）达极缺乏级别。在农田类型分布中，全钾含量表现为水田系统（8.20 g/kg）显著高于旱地系统（4.05 g/kg），但速效钾含量相反，水田与旱地系统的均值分别为40.84、42.66 mg/kg。在剖面分布上，随土层深度增加，全钾含量增加，速效钾含量反之。

2.2 广西滨海农田土壤养分的变化特征

根据土壤类型、土地利用方式相同和样点相近的原则，在全国第二次土壤普查成果之一的《广西土壤》[19]中分别收集到旱地样地（杂沙砖红壤、海积砖红壤）和水稻田样地（壤质咸酸土、浅杂酸田水稻土、咸酸水稻土）土壤养分数据，以分析30余年来广西滨海农田土壤养分的变化特征。由于表层划分标准不同，分析中取0～40 cm平均值做比较。

從表2可看出，与1985年相比，2017年广西滨海农田整体呈下降趋势，尤以水稻田土壤为明显。旱地系统中，土壤有机质、全钾和速效钾含量明显下降，后两者的降比分别达58.29%、38.48%，全氮含量差异不大，但全磷含量有明显增加，增比为126.73%。在水田系统中，除土壤全磷含量有微小增加外，其余养分指标均明显降低，降比均达20%以上。2个年份土壤养分含量的明显差别体现了该区土壤质量有退化趋势，反映了该区农田现行的耕作和培肥模式不具有可持续性。

2.3 广西与我国主要滨海农田土壤养分特征的比较分析

以地域典型性、土地利用类型相似性、样品广泛性和土层相似性为原则选取我国东海[20]、黄海[21]、渤海[22]沿海地区土壤养分文献，提取其养分数据，对比分析广西滨海与我国主要滨海农区土壤养分特征。结果表明（表3），我国沿海地区土壤肥力整体偏低，但各养分指标及其在各地区的分布情况均存在较大差异，且各指标在各区的分布也具有较强的变异性（变异系数为15.30%～197.37%）。广西滨海农田区和浙东海积平原区土壤有机质、全氮明显高于江苏如东沿海区、环渤海海岸带区，最低值位于如东沿海区；全磷含量在广西滨海农田区和江苏如东沿海区相近，但后者的全钾含量显著高于前者，差比达2.76倍；同时，广西滨海农田区拥有最高含量的有效磷，但其速效钾含量最低。

3 讨论

广西滨海农田土壤养分在不同农田类型间差异明显，水田系统土壤有机质、全氮、碱解氮和全钾含量高于旱地系统，前三者差异性在表层达显著，全钾在0～40 cm土层均呈显著性差异；土壤磷素（全磷、有效磷）和速效钾在农田系统中的分布趋势相反，整体呈旱地系统高、水田系统低，尤以磷素最为明显。农田土壤养分是在自然成土过程和农业管理过程的综合作用下形成的，前者决定了土壤的基础地力情况，后者可通过改变成土过程和物质调控快速改变土壤养分数量、元素组成及比例[23]。研究区水田与抛荒水田土壤类型主要为壤质咸酸土、浅杂酸田水稻土、咸酸水稻土，成土母质为海积物，中杂有红树林残体及其分解物，缺磷、钾元素，围垦后的成土过程主要为水耕熟化过程，利于有机物质的蓄积，加之丰富的水稻根系还田，所以其拥有较高含量的土壤有机质、全氮等养分，但磷、钾养分缺乏。旱地土壤类型主要为杂沙砖红壤，成土母质主要花岗岩风化物和海积物，位于滨海台地或低丘，淋溶强烈，导致养分含量较低[19]。人类管理活动也对养分状况发生明显影响，体现在有人类养分投入的水稻田土壤养分总体高于抛荒水稻田，高频率和强度投入的菜园地表层土壤养分总体高于木薯地和甘蔗地，而深耕深翻活动（木薯根葛生长于地下，平均直径可达5 cm，平均长度可达50 cm，所以种植和收获时需深挖和深翻）利于木薯地土壤养分下移，使其表层以下土壤养分占优势。

广西滨海属南亚热带季风气候区，降水量大，土壤淋溶作用强烈，加之土壤颗粒砂质含量较高，结构较为松散，加剧了淋溶过程，不利于土壤养分的存储，同时，高强度的种植活动（翻耕，常年种植无休耕期）、过度依赖化肥的培肥模式使得农田土壤养分消耗量大，归还量和储存量低，整体出现了退化趋势。但土壤全磷含量却有所增加，这与土壤磷素的主要来源为人为施肥导致的累积有关[24]。

现代土壤发生学认为土壤是母质、气候、生物、地形、时间等自然因子与人类活动共同作用的结果。自然地理要素从根本上决定着土壤本身的质地、生化反应、肥力状况等理化性质和生物学特征。但是土地利用及方式的变化通常引起耕作制度、灌溉、施肥等土壤管理措施的改变及许多与土壤相联系的生态过程的变化，并不可避免地影响着土壤肥力等质量特征[25]。研究当代大尺度土壤养分的差异，如不同区域农田系统土壤养分的差异，不仅需考量耕作管理和施肥活动的影响，气候、母质等也将通过影响土壤养分的转化、吸收、固定和迁移过程从而影响农田土壤养分的平衡，最终导致不同区域土壤中养分差异[8，26]。四大沿海区土壤养分差异的影响因子也可分为人类活动与自然成土因素2个方面，前者导致包含有未利用地（光滩地）和围垦时间短样点的如东沿海区和环渤海海岸地区的土壤养分整体低于其他2个地区（均为农田样点），而母质主要为河流冲积物的东海、黄海和渤海滨海土壤钾素远高于母质主要为海积物的北部湾地区[20-22]。

4 结论

（1）广西滨海农田土壤养分状况较差，土壤有机质、全氮、全钾、碱解氮和速效钾含量均处于土壤养分等级中的缺乏及以下级别，仅有效磷含量为丰富水平。人类的耕作管理和施肥活动导致土壤养分变异性较大，使得水田系统养分特征整体优于旱地系统，耕作水田好于抛荒水田；旱地系统中，投入较大的菜园地表层土壤养分含量高于木薯地和甘蔗地，但有深耕深翻活动的木薯地在次表层土壤养分含量较高。研究区土壤质地较粗，结构松散，降雨量大，淋溶作用强烈，与第二次土壤普查养分状况相比，该区土壤养分整体有退化之势，建议培肥重点在于多施用有机肥，实行休耕制（种植绿肥）或保护性耕作模式，改善土壤结构，提升土壤保肥效果。

（2）我国滨海地区土壤养分含量均较低，成土母质和人类管理活动是滨海各地区土壤养分差异的主要原因，河流冲积物母质导致东海、黄海和渤海滨海土壤钾素高于为海积物母质的北部湾地区土壤，而人类管理活动是全部样地来源于耕地的广西滨海农田区和浙东海积平原区土壤养分整体高于含有未利用地和围垦时间短样地的江苏如东沿海区和环渤海海岸带区。滨海地区土地是我国耕地的主要后备资源，同时也是防治近海环境污染的缓冲关键带，应加强海岸带区土壤地理学、高效培肥模式的研究，理清土壤养分特征形成与演变机理，提升耕地生产力，防止面源污染。

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