我国冬油菜典型种植区域土壤养分现状分析

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任涛, 郭丽璇, 张丽梅, 杨旭坤, 廖世鹏, 张洋洋, 李小坤, 丛日环, 鲁剑巍^,华中农业大学微量元素研究中心/农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室,武汉 430070

Soil Nutrient Status of Oilseed Rape Cultivated Soil in Typical Winter Oilseed Rape Production Regions in China

REN Tao, GUO LiXuan, ZHANG LiMei, YANG XuKun, LIAO ShiPeng, ZHANG YangYang, LI XiaoKun, CONG RiHuan, LU JianWei^,Microelement Research Center, Huazhong Agricultural University/Key Laboratory of Arable Land Conservation (Middle and Lower Reaches of Yangtze River), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430070

通讯作者: 鲁剑巍,E-mail: lunm@mail.hzau.edu.cn

责任编辑: 李云霞
收稿日期:2019-06-26接受日期:2019-08-21网络出版日期:2020-04-16

基金资助:

国家重点研发计划.2018YFD0200900
油菜产业技术体系建设专项.CARS-12

湖北省农业科技创新行动项目“丘陵山区油菜生产肥料综合管理技术创新”

Received:2019-06-26Accepted:2019-08-21Online:2020-04-16
作者简介 About authors
任涛,E-mail: rentao@mail.hzau.edu.cn。

摘要
【目的】明确当前生产条件下我国长江流域冬油菜典型种植区域土壤肥力现状,尤其是土壤中微量元素养分含量,以期为冬油菜合理施肥提供参考。【方法】于2018年4—5月在我国长江流域14个省（市）冬油菜典型种植区域采集油菜收获后耕层土壤样品430个,测定土壤基础理化性质（土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾和pH）以及中微量元素（有效钙、镁、硫、铁、锰、铜、锌和硼）含量,参考第二次全国土壤普查以及油菜种植土壤速效磷、速效钾和有效硼的分级指标,明确我国长江流域冬油菜主产区油菜种植土壤养分现状,并分析了不同区域（长江上游、中游和下游）、种植制度（水旱轮作油菜和旱地油菜）和产量水平（<2 000 kg·hm ^-2、2 000—3 000 kg·hm ^-2和>3 000 kg·hm ^-2）下油菜种植土壤的养分分布特征。【结果】长江流域冬油菜典型种植区域耕层土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾、pH、有效钙、有效镁、有效硫、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌和有效硼平均含量分别为25.9 g·kg ^-1、1.47 g·kg ^-1、27.5 mg·kg ^-1、131.1 mg·kg ^-1、6.04、2 436.1 mg·kg ^-1、225.7 mg·kg ^-1、22.6 mg·kg ^-1、212.3 mg·kg ^-1、89.7 mg·kg ^-1、3.84 mg·kg ^-1、4.03 mg·kg ^-1和0.45 mg·kg ^-1。超过2/3田块土壤有机质和全氮含量处于中等及以上;土壤速效磷处于丰富、适宜和缺乏的比例各占1/3;而有63.8%田块土壤速效钾处于缺乏状态。对于土壤中微量元素,土壤有效铁、有效锰和有效铜含量均处于中等及以上,有效钙和有效锌有8.4%和12.2%处于缺乏状态,而土壤有效镁、有效硫和有效硼处于缺乏的比例则分别为24.2%、36.0%和83.5%。长江流域上、中和下游冬油菜典型种植区域土壤养分状况不同,但各区域各养分的分布趋势相同。水旱轮作和旱地油菜种植土壤养分状况存在明显差异,水旱轮作油菜种植土壤有机质、全氮、有效硫、有效铁、有效铜和有效锌含量明显高于旱地油菜。不同产量水平下油菜种植土壤养分特征略有不同,高产（>3 000 kg·hm ^-2）油菜种植田的土壤速效钾、有效钙、有效镁和有效硼含量明显高于低产（<2 000 kg·hm ^-2）油菜田。【结论】整体而言,我国长江流域冬油菜典型种植区域土壤养分含量呈上升的趋势,但土壤速效钾和有效硼缺乏的比例仍较大,有效镁和有效硫成为潜在的限制因子,因此在当前我国长江流域冬油菜生产中,应重视化肥的合理施用,做到稳施氮肥,增施钾肥和硼肥,局部区域如云南西部、广西北部和湖南南部应适当减少磷肥的投入,而在广西北部、湖南南部和江西北部同时应关注硫肥和镁肥的施用。
关键词： 冬油菜;土壤养分;养分现状;养分含量分级;中微量元素

Abstract

【Objective】 The objective of the study was to investigate the current soil nutrient status of oilseed rape-cultivated soil in typical winter oilseed rape production region in China, especially for soil micronutrients status. It would provide critical reference for optimizing fertilizer strategy of winter oilseed rape. 【Method】 430 soil samples distributed in the typical winter oilseed rape production regions in 14 provinces around the Yangtze River Basin were sampled from April to May, 2018. Soil chemical properties, including soil organic matter, total nitrogen (N), soil available phosphorus (P) and potassium (K), pH, soil available calcium (Ca), magnesium (Mg), sulfur (S), iron (Fe), manganese (Mn), copper (Cu), zinc (Zn) and boron (B), were determined. Referring to the second national soil survey and the classification index of soil available P, K and B in rapeseed-cultivated soil, soil nutrient status of rapeseed-cultivated soil was clarified, and the soil nutrient characteristics under different regions (upper, middle and lower Yangtze River Basin), planting systems (paddy-oilseed rape and upland-oilseed rape rotation) and seed yield levels (<2 000 kg·hm ^-2, 2 000-3 000 kg·hm ^-2 and >3 000 kg·hm ^-2) were also analyzed. 【Result】 Results showed that the average soil organic matter, total N, soil available P and K, pH, soil available Ca, Mg, S, Fe, Mn, Cu, Zn and B content in the typical winter oilseed rape production region around the Yangtze River Basin were 25.9 g·kg ^-1, 1.47 g·kg ^-1, 27.5 mg·kg ^-1, 131.1 mg·kg ^-1, 6.04, 2 436.1 mg·kg ^-1, 225.7 mg·kg ^-1, 22.6 mg·kg ^-1, 212.3 mg·kg ^-1, 89.7 mg·kg ^-1, 3.84 mg·kg ^-1, 4.03 mg·kg ^-1and 0.45 mg·kg ^-1, respectively. More than two-thirds of soil organic matter and total N content belonged to the medium class or above. For soil available P content, the proportion of the rich, medium and deficient class accounted for one-third, respectively. While 63.8% of soil available K content was deficient. For soil available Fe, Mn and Cu, all soils belonged to the medium class or above. Only about 8.4% and 12.2% of soils were soil deficient Ca and Zn soil, respectively. The proportions of deficient Mg, S and B soils accounted for 24.2%, 36.0% and 83.5%, respectively. Soil nutrient contents in the upper, middle and lower Yangtze River Basin were different, however, the distributions of soil nutrient status in different regions were similar. There were significant differences on soil nutrient content between paddy and upland soils. The rapeseed-planting soils in paddy-oilseed rape rotation showed significant higher soil organic matter, total N, soil available S, Fe and Zn content. Soil nutrient characteristics under different seed yield levels were slight different. Soils with high rapeseed yield (>3 000 kg·hm ^-2) revealed higher soil available K, Ca, Mg and B content compared with the soils with low rapeseed yield (<2 000 kg·hm ^-2). 【Conclusion】 Soil nutrients content in the typical winter oilseed rape planting area around the Yangtze River Basin was increasing, nevertheless, the percentages of deficient K and B soils were still huge, and soil available Mg and S were gradually becoming the potential limiting factors of winter oilseed rape. Therefore, in the current production of winter oilseed rape in the Yangtze River Basin, we should pay more attention to the rational application of chemical fertilizers, applying N fertilizer continuously and reasonably, increasing K and B fertilize application, reducing P fertilization rate in western Yunnan, northern Guangxi and southern Hunan depending on soil available P content, and focusing on the application of S and Mg fertilizer in northern Guangxi, southern Hunan, and northern Jiangxi.

Keywords：winter oilseed rape;soil nutrients;soil nutrients status;soil nutrients classification;soil medium-micro nutrients

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任涛, 郭丽璇, 张丽梅, 杨旭坤, 廖世鹏, 张洋洋, 李小坤, 丛日环, 鲁剑巍. 我国冬油菜典型种植区域土壤养分现状分析[J]. 中国农业科学, 2020, 53(8): 1606-1616 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.08.010
REN Tao, GUO LiXuan, ZHANG LiMei, YANG XuKun, LIAO ShiPeng, ZHANG YangYang, LI XiaoKun, CONG RiHuan, LU JianWei. Soil Nutrient Status of Oilseed Rape Cultivated Soil in Typical Winter Oilseed Rape Production Regions in China[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2020, 53(8): 1606-1616 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.08.010

0 引言

【研究意义】油菜是我国重要的油料作物,在保证我国食用油安全方面起到了关键作用。近年来随着油菜多功能的开发利用,油菜在我国显示了广泛的种植潜力^[1]。伴随着新品种的培育、耕作栽培技术的提高、科学施肥技术、轻简化机械化装备的研制等^[2,3],我国油菜的单产已由20世纪60年代的360 kg·hm^-2增加到2017年的1 995 kg·hm^-2[4]。油菜单产水平的不断提高,势必从土壤中带走大量养分,而实际生产中往往重视氮磷钾肥的施用,忽视中微量元素肥料的施用^[5]。并且随着高浓度复合（混）肥的使用,肥料中微量元素添加的空间非常有限,据统计截止2010年全国登记的33 892个复合肥中仅有347个标明添加中微量元素^[6,7],土壤中微量元素缺乏的现状将日益加重,中微量元素极有可能成为油菜产量新的限制因子。因此摸清我国油菜主要种植区域土壤养分现状,尤其是中微量元素含量,找到油菜产量的潜在限制因子,对于指导油菜合理施肥提高油菜产量具有重要的意义。【前人研究进展】我国于20世纪50年代末至60年代初和20世纪80年代开展了两次全国土壤普查,基本摸清了过去几十年我国主要农田土壤养分含量和分布状况^[8]。2005年在全国范围内开展的测土配方施肥行动,经过10年的工作,全国农技推广服务中心于2015年发布了全国2005—2014年各省、市和县尺度上的农田土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾和pH的数据集^[9],对全国近10年的农田土壤养分状况有了更全面的了解。尽管对土壤中微量元素变化的调研相对较少,但对于全国土壤中微量元素的状况也有初步认识。刘崇群等^[10]研究指出我国南方土壤有效硫平均含量为22.0 mg·kg^-1,其中小于16 mg·kg^-1比例达61.2%,主要分布在我国东南部丘陵和山区。对全国31个省（市、自治区）土壤有效镁的分析发现^[11],我国土壤有效镁平均含量为320.6 mg·L^-1,有效镁含量低的区域主要集中在长江以南地区,有54%的土壤需要不同程度的补充镁肥。刘铮等^[12]绘制了我国缺硼、钼、铜、锌土壤的分布图,指出了我国存在相当面积的土壤缺乏微量元素。张智等^[13]对长江中游农田土壤微量元素的最新调查发现,区域内土壤有效铁、锰和铜含量缺乏的比例明显降低,而有效锌和有效硼缺乏的比例为30.8%和17.7%。由于作物种植制度的不同、施肥方式的改变以及作物养分吸收的差异等显著影响着土壤养分状况^[14,15],因此在摸清全国土壤养分状况的基础上,具体分析各典型作物的土壤养分供应状况及影响因素,对于指导作物科学施肥具有重要意义。在油菜种植土壤肥力研究上,邹娟等^[16]对比了1961—1965年、1981—1985年和2004—2006年3个时期我国冬油菜种植区的土壤肥力状况,发现我国冬油菜种植区土壤养分肥力稳中有升,但速效养分相对缺乏面积扩大。在长江中游不同冬油菜种植区土壤养分状况的调研发现^[17],土壤有机质、全氮和有效磷均处于适宜/丰富的含量水平,但在区域内有相当比例需要提高土壤有效硼含量和改良土壤酸性。【本研究切入点】长江流域作为我国冬油菜的主要种植区域,其种植面积和产量的变化将显著影响我国油菜生产。在过去10多年时间内,我国长江流域冬油菜的种植方式、品种、产量水平等均发生了巨大变化,且长江流域冬油菜不同生产区域土壤存在明显差异,因此摸清我国长江流域冬油菜主要种植土壤养分现状,尤其是中微量元素的含量,对于优化油菜科学施肥具有重要意义。【拟解决的关键问题】本研究通过在长江流域冬油菜典型种植区域采集油菜收获后耕层土壤样品,明确当前生产条件下油菜种植土壤的养分现状,分析不同区域、种植制度和产量水平下土壤养分特征,探索当前冬油菜生产中土壤养分的潜在限制因子。

1 材料与方法

1.1 样品的采集

本研究土壤样品的采集以国家油菜产业技术体系各综合试验站重点联系的主产县（市、区）为主,选择各区域冬油菜常年种植面积超过0.33万公顷的县（市、区）作为典型的采样单元,在每个县（市、区）的油菜核心种植乡镇,选择连续种植油菜3年以上的田块进行取样,共采集土壤样品430个,涵盖了长江流域的14个油菜种植省（市）。具体的样本分布包括了长江上游130个样品,分别为云南21个、贵州25个、四川45个、重庆27个和广西12个;长江中游224个样品,分别为湖北74个、湖南84个、江西39个、河南（信阳）18个、陕西（汉中）9个;长江下游76个样品,分别为安徽39个、江苏21个、浙江11个和上海5个。在土壤样品采集的同时对该田块本年度的油菜种植情况进行调查,调查内容包括：田块的经纬度,当季油菜品种、产量、种植方式,前茬作物,肥料种类和肥料用量等信息。

土壤样品的采集时间为2018年4月下旬至5月上中旬油菜收获后一个星期,采样时要求在每个田块采用“S”型取样的方式随机采集12—15点0—20 cm土层样品,混合后组成一个土壤样品。充分混匀后采用四分法方式保留2 kg左右的土壤样品,装入样品袋,做好标签,带回实验室。将带回实验室的土壤样品立即风干、过筛（分别过1 mm和0.149 mm筛）、贮存、备用,用以测定土壤养分含量。

1.2 样品的测试

土壤样品的测定指标包括有机质、全氮、速效磷、速效钾、pH、有效钙、有效镁、有效硫、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌和有效硼含量。具体方法参考鲍士旦^[18],其中有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法测定,全氮采用开氏法消煮-连续流动分析仪测定（AA3,德国Seal公司）,中性和石灰性土壤速效磷采用0.5 mol·L^-1 碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定,酸性土壤则采用0.03 mol·L^-1氟化铵-0.025 mol·L^-1 盐酸浸提-钼锑抗比色法测定;速效钾、有效钙和有效镁采用1 mol·L^-1 乙酸铵浸提-ICP-OES（5110,美国安捷伦公司）测定;中性和石灰性土壤有效硫采用0.01 mol·L^-1 氯化钙浸提-ICP-OES测定,酸性土壤则采用0.01 mol·L^-1磷酸二氢钙浸提-ICP-OES测定;酸性土壤有效铁、有效锰、有效铜和有效锌采用0.1 mol·L^-1 盐酸浸提-原子吸收分光光度计（200 Series AA,美国安捷伦公司）测定,中性和碱性土壤则采用 0.005 mol·L^-1 DTPA浸提-原子吸收分光光度计测定;有效硼采用土水比1﹕1沸水浸提-ICP-OES测定。

1.3 数据分析

土壤养分分级指标参考第二次全国土壤普查制定的养分分级指标^[8],油菜种植土壤速效磷、速效钾和有效硼分级指标参考邹娟的研究结果^[19],其中土壤速效磷“丰富”“中等”“潜在缺乏”“缺乏”和“极缺乏”的临界值分别为>30 mg·kg^-1、25—30 mg·kg^-1、12—25 mg·kg^-1、6—12 mg·kg^-1和<6 mg·kg^-1;土壤速效钾“丰富”“中等”“潜在缺乏”和“缺乏”的临界值分别为>180 mg·kg^-1、135—180 mg·kg^-1、60—135 mg·kg^-1和<60 mg·kg^-1;土壤有效硼“丰富”“中等”“潜在缺乏”和“缺乏”的临界值分别为>1.0 mg·kg^-1、0.6—1.0 mg·kg^-1、0.2—0.6 mg·kg^-1和<0.2 mg·kg^-1。具体的分级指标见表1。

Table 1
表1
表1土样养分分级指标
Table 1Soil nutrient grading index

养分 Nutrient	1级 Grade 1 很丰富 Very rich	2级 Grade 2 丰富 Rich	3级 Grade 3 中等 Medium	4级 Grade 4 潜在缺乏 Potential deficiency	5级 Grade 5 缺乏 Deficiency	6级 Grade 6 极缺乏 Extreme deficiency
有机质 Organic matter	>40	30-40	20-30	10-20	6-10	<6
全氮Total N	>2	1.5-2.0	1.0-1.5	0.75-1.0	0.5-0.75	<0.5
速效磷 Available P	-	>30	25-30	12-25	6-12	<6
速效钾 Available K	-	>180	135-180	60-135	<60	-
有效钙Available Ca	-	>1000	700-100	500-700	300-500	<300
有效镁Available Mg	-	>300	200-300	100-200	50-100	<50
有效硫Available S	-	>35	25-35	15-25	10-15	<10
有效铁Available Fe	>20	10-20	4.5-10	2.5-4.5	<2.5	-
有效锰Available Mn	>30	15-30	5-15	1-5	<1	-
有效铜Available Cu	>1.8	1-1.8	0.2-1	0.1-0.2	<0.1	-
有效锌Available Zn	>3	1-3	0.5-1	0.3-0.5	<0.3	-
有效硼Available B	-	>1.0	0.6-1.0	0.2-0.6	<0.2	-

土壤有机质和全氮的单位为g·kg^-1,其他土壤养分的单位均为mg·kg^-1
The unit of soil organic matter and total N are g·kg^-1, the others are mg·kg^-1

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所有数据采用Excel进行处理和分析,采用SPSS 18.0对不同区域、种植制度和产量水平下土壤养分含量进行显著性检验（P<0.05）,采用OriginPro 8.0进行图表的绘制。

2 结果

2.1 冬油菜典型种植区域土壤养分含量及分级

表2显示,长江流域冬油菜典型种植区域耕层土壤有机质的平均含量为25.9 g·kg^-1,变幅为3.3—71.7 g·kg^-1。不同区域土壤有机质含量略有差异,其中以长江上游土壤有机质含量最高,平均为28.8 g·kg^-1,明显高于中游和下游区域。与土壤有机质的变化相同,上游区域土壤全氮含量和pH值明显高于中游区域,平均分别为1.59 g·kg^-1和6.26。长江流域冬油菜典型种植区域土壤速效磷和速效钾的平均含量为27.5 mg·kg^-1和131.1 mg·kg^-1,不同区域土壤速效磷和速效钾平均含量的差异不大,但土壤速效磷变异系数明显高于土壤其他理化性状指标。

Table 2
表2
表2我国长江流域冬油菜典型种植区域土壤养分含量
Table 2Distribution of soil nutrients content in typical winter oilseed rape production regions in the Yangtze River Basin

区域 Region	指标 Parameters	有机质 Organic matter (g·kg^-1)	全氮 Total N (g·kg^-1)	速效磷 Available-P (mg·kg^-1)	速效钾 Available-K (mg·kg^-1)	pH
长江上游 Upper Yangtze River Basin(UYRB)	范围 Range	4.1-71.7	0.31-3.54	2.4-181.3	16.0-504.0	4.31-8.19
	均值 Mean	28.8a	1.59a	30.5a	140.1a	6.26a
	变异系数 CV (%)	50.9	44.9	112.4	67.7	18.8
长江中游 Middle Yangtze River Basin (MYRB)	范围 Range	3.3-57.1	0.16-3.25	1.2-158.1	36.0-562.0	4.26-8.13
	均值 Mean	25.0b	1.41b	25.3a	127.7a	5.90b
	变异系数 CV (%)	40.7	43.5	98.9	57.6	19.3
长江下游 Lower Yangtze River Basin(LYRB)	范围 Range	7.3-49.2	0.49-3.51	1.8-108.9	42.0-373.5	4.38-8.26
	均值 Mean	23.9b	1.45ab	28.4a	129.1a	6.09ab
	变异系数 CV (%)	44.7	47.3	99.8	54.6	19.8
区域整体 Yangtze River Basin (YRB)	范围 Range	3.3-71.7	0.16-3.54	1.2-181.3	16.0-504.0	4.26-8.26
	均值 Mean	25.9	1.47	27.5	131.1	6.04
	变异系数 CV (%)	45.9	45.2	104.4	59.1	19.3

同一列相同字母表示不同区域同一土壤养分指标差异不显著（P<0.05）
The same letter in the same column means no significant differences between different regions by LSR test (P<0.05)

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冬油菜各种植区域耕层土壤分级状况基本相似（表3）。从土壤有机质和全氮分级来看,整个长江流域耕层土壤有机质含量超过20 g·kg^-1和全氮含量超过1.0 g·kg^-1的比例分别为61.4%和74.3%,说明区域油菜种植土壤的整体肥力较高。整个长江流域仍有约1/3土壤有机质含量偏低,全氮含量偏低的比例占25.7%,有机质和全氮含量偏低的区域主要集中在河南信阳、湖北东部丘陵山区以及江西北部。从土壤速效磷分级来看,长江流域油菜种植土壤速效磷缺乏和过量的现象并存,以12—25 mg·kg^-1为油菜种植土壤适宜土壤速效磷分级指标,土壤速效磷缺乏和丰富的比例分别占到了34.0%和34.7%。土壤速效磷缺乏的区域主要集中在四川东部、湖北南部以及江苏南部,而土壤速效磷含量高的区域则主要集中在云南西部、广西北部和湖南南部等区域。对于土壤速效钾而言,整个长江流域油菜种植土壤速效钾含量低于135 mg·kg^-1的比例高达63.8%,整体区域土壤呈现潜在的钾素缺乏。整个长江流域冬油菜种植土壤呈现弱酸性,土壤pH低于6.5的比例为66.1%,尤其是在中下游区域土壤pH低于5.5的比例超过了40%。

Table 3
表3
表3我国冬油菜典型种植区域土壤养分丰缺状况
Table 3Soil nutrients deficiency status in typical winter oilseed rape production regions in the Yangtze River Basin

参数 Parameters	分级 Grading		分布频率 Frequency (%)
参数 Parameters	分级 Grading		长江上游 Upper YRB	长江中游 Middle YRB	长江下游 Lower YRB	区域 YRB
有机质 Organic matter (g·kg^-1)	>40	1级 Grade 1	23.1	9.0	13.2	14.0
	30-40	2级 Grade 2	13.1	24.8	11.8	18.9
	20-30	3级 Grade 3	30.8	26.1	31.6	28.5
	10-20	4级 Grade 4	31.5	36.5	38.2	35.3
	6-10	5级 Grade 5	0.8	2.7	5.3	2.6
	<6	6级 Grade 6	0.8	0.9	0.0	0.7
全氮 Total N (g·kg^-1)	>2.0	1级 Grade 1	23.1	18.0	14.5	18.9
	1.5-2.0	2级 Grade 2	21.5	21.6	25.0	22.2
	1.0-1.5	3级 Grade 3	34.6	32.0	34.2	33.2
	0.75-1.0	4级 Grade 4	16.2	15.3	19.7	16.4
	0.5-0.75	5级 Grade 5	2.3	7.7	5.3	5.6
	<0.5	6级 Grade 6	2.3	5.4	1.3	3.7
速效磷 Available-P (mg·kg^-1)	>30	1级 Grade 1	30.8	28.1	32.9	29.8
	25-30	2级 Grade 2	4.6	4.0	7.9	4.9
	12-25	3级 Grade 3	34.6	34.8	15.8	31.4
	6-12	4级 Grade 4	20.8	17.4	25.0	19.8
	<6	5级 Grade 5	9.2	15.6	18.4	14.2
速效钾 Available-K (mg·kg^-1)	>180	1级 Grade 1	26.2	20.5	19.7	22.1
	135-180	2级 Grade 2	15.4	11.2	21.1	14.2
	60-135	3级 Grade 3	43.8	57.1	46.1	51.2
	<60	4级 Grade 4	14.6	11.2	13.2	12.6
pH	>7.5	1级 Grade 1	24.6	17.0	22.4	20.2
	6.5-7.5	2级 Grade 2	16.2	13.4	10.5	13.7
	5.5-6.5	3级 Grade 3	24.6	21.9	26.3	23.5
	<5.5	4级 Grade 4	34.6	47.8	40.8	42.6

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2.2 冬油菜典型种植区域土壤中微量元素含量及分级

长江流域冬油菜典型种植区域耕层土壤有效钙、有效镁和有效硫的平均含量分别为2 436.1、225.7和22.6 mg·kg^-1,3种中量元素含量的变异系数分别为72.4%、68.2%和74.0%（表4）。不同区域油菜种植土壤有效钙、有效镁和有效硫含量变化略有不同,长江上游土壤有效钙含量明显高于中游,而长江下游土壤有效镁含量则明显高于上游和中游,3个区域土壤有效硫含量差异不明显。对于微量元素,土壤有效铁、有效锰、有效铜、有效锌和有效硼的平均含量分别为212.3、89.7、3.84、4.03和0.45 mg·kg^-1,有效铁和有效锰的变异系数要明显高于其他微量元素的变异。在长江上游油菜典型种植区域,土壤有效铁、有效锰、有效铜和有效锌含量明显低于中游和下游区域,长江中下游区域油菜种植土壤呈现出高的有效铁、锰、铜和锌含量。土壤有效硼的变化略有不同,上游土壤有效硼含量最高,中游土壤有效硼含量最低。

Table 4
表4
表4我国长江流域冬油菜典型种植区域土壤中微量元素含量
Table 4Distribution of soil micro-nutrient content in typical winter oilseed rape production regions in the Yangtze River Basin

区域 Region	指标 Parameter	有效钙 Available-Ca (mg·kg^-1)	有效镁 Available-Mg (mg·kg^-1)	有效硫 Available-S (mg·kg^-1)	有效铁 Available-Fe (mg·kg^-1)	有效锰 Available-Mn (mg·kg^-1)	有效铜 Available-Cu (mg·kg^-1)	有效锌 Available-Zn (mg·kg^-1)	有效硼 Available-B (mg·kg^-1)
长江上游 Upper YRB	范围 Range	91.6-7032.0	13.9-636.0	3.2-115.3	5.0-832.6	7.1-324.2	0.45-9.68	0.36-13.35	0.09-3.39
	均值 Mean	2871.4a	217.0b	23.5a	156.2c	69.7b	3.16b	3.63b	0.50a
	变异系数 CV (%)	67.9	62.6	75.2	110.6	87.1	60.6	70.5	89.5
长江中游 Middle YRB	范围 Range	145.4-6410.4	25.9-822.0	4.5-86.3	9.3-812.7	10.1-424.7	0.21-8.62	0.17-13.30	0.05-2.52
	均值 Mean	2160.5b	208.2b	22.5a	222.9b	98.1a	4.00a	4.08ab	0.41b
	变异系数 CV (%)	77.9	74.2	66.8	78.1	82.7	45.4	59.9	54.9
长江下游 Lower YRB	范围 Range	224.9-6360.0	26.1-759.0	4.7-145.2	16.1-880.7	11.2-281.0	0.31-12.57	0.12-12.53	0.14-1.43
	均值 Mean	2508.4ab	295.5a	21.3a	270.3a	98.3a	4.36a	4.54a	0.48ab
	变异系数 CV (%)	60.1	55.2	92.1	76.9	78.3	49.7	62.4	58.5
区域整体 YRB	范围 Range	91.6-7032.0	13.9-822.0	3.2-145.2	5.0-880.7	7.1-424.7	0.21-12.57	0.12-13.35	0.05-3.39
	均值 Mean	2436.1	225.7	22.6	212.3	89.7	3.84	4.03	0.45
	变异系数 CV (%)	72.4	68.2	74.0	87.0	84.4	51.5	63.7	71.3

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各区域土壤中微量元素含量分级基本相似,图1仅呈现了我国长江流域冬油菜典型种植区域土壤中微量元素的分级状况。整个区域土壤有效铁、有效锰和有效铜含量均处于丰富状况;对于土壤有效钙和有效锌含量,处于4级和5级潜在缺乏和缺乏的比例为8.4%和12.2%。对于土壤有效镁、有效硫和有效硼含量,处于潜在缺乏和缺乏的比例进一步增加,分别为24.2%、36.0%和83.5%,有效镁缺乏的区域主要集中在湖南南部、江西和广西北部区域,有效硫缺乏的区域则主要集中在河南南部、湖北东北部以及安徽东南部;除云南及其与贵州、广西交界区域外,整个长江流域超过80%油菜种植土壤均呈现土壤有效硼缺乏的状况。

图1

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图1我国冬油菜典型种植区域土壤中微量元素含量的分级

Fig. 1Grading of soil middle-micro nutrient content in typical winter oilseed rape production regions in the Yangtze River Basin

2.3 不同种植制度和产量水平下油菜土壤养分分布特征

进一步根据调查问卷区分了不同种植制度和产量水平下油菜种植土壤的养分特征（表5）。种植制度显著影响着土壤养分含量,水田油菜种植土壤的有机质、全氮、有效硫、有效铁、有效铜和有效锌含量明显高于旱地油菜种植土壤,旱地油菜种植土壤则表现出高的速效磷、速效钾、pH和有效钙含量。不同产量水平下油菜种植土壤的土壤养分含量也存在明显差异,高产田块（>3 000 kg·hm^-2）的土壤速效钾、pH、有效钙、有效镁和有效硼的含量明显高于低产田块土壤（<2 000 kg·hm^-2）。

Table 5
表5
表5不同产量水平和种植制度下油菜土壤养分含量
Table 5Soil nutrient content under different seed yields and cultivations in typical winter oilseed rape production regions in the Yangtze River Basin

土壤养分 Soil nutrient	种植制度 Cultivation		P值 P value	产量水平 Seed yield (kg·hm^-2)			P值 P value
土壤养分 Soil nutrient	水旱油菜 Paddy-Oilseed rape	旱地油菜 Upland-Oilseed rape	P值 P value	<2000	2000-3000	>3000	P值 P value
有机质SOM (g·kg^-1)	28.9±0.8	22.1±0.8	<0.001***	28.6±1.2	25.9±0.9	25.4±2.0	0.159^ns
全氮TN (g·kg^-1)	1.63±0.04	1.27±0.04	<0.001***	1.62±0.06a	1.43±0.05b	1.56±0.10ab	0.035*
速效磷Available P (mg·kg^-1)	24.7±1.8	30.8±2.2	0.030*	30.7±3.0	29.0±2.8	28.5±5.6	0.919^ns
速效钾Available K (mg·kg^-1)	116.7±4.0	164.6±9.7	<0.001***	126.3±7.3 b	138.4±7.0b	182.7±24.6a	0.015*
pH	5.91±0.07	6.23±0.09	0.005**	5.73±0.10c	6.13±0.08b	6.62±0.21a	<0.001***
有效钙Available Ca (mg·kg^-1)	2187.6±104.0	2761.9±138.7	0.001**	2022.3±158.9b	2628.7±115.2a	3177.6±308.9a	<0.001***
有效镁Available Mg (mg·kg^-1)	222.1±10.1	232.3±10.9	0.497ns	192.0±15.0b	241.9±9.8a	247.7±22.9a	0.011*
有效硫Available S (mg·kg^-1)	25.2±1.1	19.0±1.1	<0.001***	23.8±1.6	20.8±1.1	25.0±2.8	0.172^ns
有效铁Available Fe (mg·kg^-1)	273.3±12.5	128.3±9.5	<0.001***	204.3±15.7	221.7±12.6	147.5±28.4	0.067^ns
有效锰Available Mn (mg·kg^-1)	91.5±5.1	86.1±5.2	0.467ns	91.3±7.2	83.7±4.4	68.2±11.0	0.205^ns
有效铜Available Cu (mg·kg^-1)	4.46±0.12	2.92±0.11	<0.001***	3.67±0.16ab	3.99±0.14a	3.10±0.24b	0.021*
有效锌Available Zn (mg·kg^-1)	4.25±0.16	3.74±0.19	0.043^*	4.10±0.23	4.19±0.17	3.20±0.43	0.082^ns
有效硼Available B (mg·kg^-1)	0.46±0.02	0.43±0.03	0.613^ns	0.41±0.03b	0.45±0.02b	0.62±0.07a	0.002**

同一行相同字母表示不同产量水平下油菜土壤养分指标差异不明显（P<0.05）;不同种植制度的比较采用独立样本的t检验。ns表示无显著性差异,***、**和*分别表示P<0.001、P<0.01和P<0.05
The same letter in the same row means no significant differences on soil nutrient between different yield level by LSD test (P<0.05); the comparisons between different cultivations were conducted by t test of independent samples; ns represents no significant difference, ***, **, and * represent significant difference at P<0.001, P<0.01, and P<0.05, respectively

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3 讨论

摸清主要作物种植土壤的肥力现状,对于合理施肥提高作物产量具有重要作用^[20,21]。在本研究中,2017—2018年我国长江流域冬油菜典型种植区域土壤有机质和全氮平均含量分别为25.9和1.47 g·kg^-1,这与2004—2006年的调查结果基本持平^[16],但土壤速效磷、速效钾和有效硼含量呈上升的趋势,平均增加了11.3、30.1和0.08 mg·kg^-1,土壤速效磷、速效钾和有效硼缺乏比例分别减少了23.3%、14.7%和3.8%,说明经过这10多年的耕作,我国冬油菜典型种植区域土壤基础肥力在不断提高,这与重视化学肥料施用,尤其是磷钾肥和硼肥的施用,鼓励秸秆还田等农艺措施是密不可分的。从本次调查来看,长江流域冬油菜典型种植区域土壤速效磷含量处于缺乏和极丰富的比例分别为34.0%和29.8%。针对不同区域土壤速效磷含量,磷肥的施用策略也应略有不同。在土壤有效磷含量低的长江流域北部大部分区域应适当增施磷肥,在提高油菜产量的同时进一步培肥土壤;而在云南西部、广西北部和湖南南部等土壤有效磷含量极丰富的区域,油菜种植中应适当减少化学磷肥的投入,以降低土壤速效磷的积累,避免土壤速效磷含量过高造成的土壤磷素环境风险^[22]。与第二次土壤普查及邹娟等2004—2006年调查结果相比^[16],尽管整个区域土壤速效钾含量均有不同程度的增加,但整个长江流域冬油菜典型种植区域土壤钾素缺乏的比例仍高达63.8%。在鼓励秸秆还田,培肥土壤钾素肥力的同时仍应注重化学钾肥的施用,尤其是在油菜产量不断提高、气候多变、病虫害频发的情况下,合理施用化学钾肥对于提高作物产量和品质具有重要作用^[23,24]。硼肥施用已成为当前油菜生产中重要管理措施,合理施用硼肥能显著提高油菜产量^[25],但随着油菜产量水平和种植制度的变化,油菜对硼需求明显提高,并且由于硼在土壤中极易随水流动,因此继续推广和应用硼肥对于保证油菜的高产和稳产具有重要作用。结合土壤基础肥力状况,在当前长江流域冬油菜生产中,我们应重视氮、磷、钾和硼肥的合理施用,稳施氮肥,在局部区域调整磷肥的施用,同时继续增施钾肥和硼肥,因地制宜的进行秸秆还田,同时为了防止土壤酸化也应适当配施石灰或者土壤酸化调理剂。

形成100 kg籽粒油菜从土壤中带走6.3 kg CaO、1.7 kg MgO、1.9 kg S、39.4 g Fe、7.8 g Mn、0.95g Cu、7.1g Zn和4.9 g B^[19]。随着油菜产量水平的不断提高,势必从土壤中带走大量的中微量元素。从本次调查来看,整个长江流域冬油菜典型种植区域土壤有效铁、有效锰和有效铜均处于丰富状况,土壤有效钙和有效锌处于缺乏的比例也仅占8.4%和12.2%。WANG等^[26]研究指出在长江流域冬油菜生产中,土壤有效锌含量在0.34—1.46 mg·kg^-1时,施用锌肥能显著提高油菜的产量。而目前长江流域冬油菜种植土壤有效锌的平均含量为4.03 mg·kg^-1,土壤有效锌缺乏的比例较低,说明在当前生产条件下,锌并不是长江流域冬油菜产量的主要限制因子。与2004—2006年的结果相比^[16],土壤有效镁和有效硫缺乏的比例较过去增加了2倍。土壤有效硫含量降低,一方面是由于近年来环境质量的改善,酸雨的比例明显降低,另一方面由于长江流域属于亚热带气候,高温多雨,土壤硫极易分解流失^[10],再加上近年来随着高浓度复合肥的施用,通过化肥带入硫的比例明显降低,而油菜本身对硫需求量较高,形成百公斤籽粒硫的需求量为1.4—2.0 kg^[27,28],因此随着油菜单产水平的不断提高,土壤有效硫呈降低的趋势。同样镁对于油菜的高产和稳产起到重要作用,镁肥施用能明显提高油菜的产量^[29]。土壤养分的结果也证实了,硫、镁已逐渐成为长江流域冬油菜生产的潜在限制因子,因此在重视氮磷钾硼肥施用的同时,同样要关注硫镁肥施用,尤其是广西、湖南和江西等土壤有效镁和有效硫比较低的区域。

种植制度显著影响土壤肥力特征^[15,30],在本次调查中,水旱轮作油菜种植土壤的有机质和全氮含量明显高于旱地油菜,这与众多的关于水旱轮作和旱地轮作土壤肥力差异的研究结果相同^[30,31]。此外,水轮作种植油菜的土壤表现出高的土壤有效硫、有效铁、有效铜和有效锌含量,这也是水旱轮作土壤的典型特征。旱地油菜种植土壤则表现出高的速效磷、速效钾、pH和有效钙含量,说明旱地土壤有利于速效磷和速效钾的积累,pH则和土壤有效钙含量密切相关。作物的产量是品种、气候、土壤、栽培等多因素综合作用的结果,而土壤是作物获得高产的重要基础。与低产田块相比（<2 000 kg·hm^-2）,中高产油菜（>2 000 kg·hm^-2）种植田块表现出高有效钙、有效硼、速效钾和有效镁含量（图2）。尽管并非作物产量差异影响了土壤养分含量,但这个结果也与目前的研究结果相符合,除了氮磷外,钾、硼和镁是当前油菜生产的重要限制因子,适度培肥土壤,尤其是提高土壤有效硼、速效钾和有效镁含量有助于油菜的高产。

图2

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图2不同产量水平下油菜种植土壤养分特征

以低产（<2 000 kg·hm^-2）田块土壤的各项养分平均含量为参比,分别计算中产（2 000-3 000 kg·hm^-2）和高产（>3 000 kg·hm^-2）田块各养分含量的比值后作图
Fig. 2Soil nutrient characteristics of oilseed rape-cultivation under different yield levels

Based on the average soil nutrient content of low yield (<2 000 kg·hm^-2), the values of the middle-class (2 000-3 000 kg·hm^-2) and high yield (>3 000 kg·hm^-2) were calculated, and then mapped

4 结论

在过去10多年时间内,我国冬油菜的种植方式发生了巨大变化,随着科学施肥、秸秆还田理念和技术推广,我国长江流域冬油菜典型种植区域土壤养分状况稳步提升,绝大部分区域土壤有机质和全氮含量均处于丰富及以上水平。但也要注意到,土壤速效钾、有效硼缺乏的比例仍高达63.8%和83.5%,钾和硼是当前长江流域冬油菜生产的重要限制因子。土壤有效硫和有效镁缺乏的比例不断扩大,达到了36.0%和24.2%,硫和镁已成为冬油菜产量的潜在限制因子。因此在我国长江流域冬油菜生产中,应重视化学肥料的合理施用,在做好氮磷肥施用的同时,重视钾肥和硼肥科学施用,同时在广西、湖南和江西等土壤有效镁和有效硫比较低的区域应关注硫肥和镁肥的施用。

致谢

国家油菜产业技术体系综合试验站的专家杨立勇、张永泰、朱建方、汤顺章、刘道敏、叶川、谢国强、吴平、程辉、常海滨、白桂萍、王友海、陈洪洲、范连益、杨鸿、黄益国、张宗急、徐洪志、邓武明、汤天泽、饶勇、杜才富、李根泽、贾战通和岗位科学家张洁夫、侯树敏、华水金,以及国家重点研发计划“油菜化肥农药减施技术集成研究与示范”项目骨干专家宋海星、刘定辉、鲁艳红和李楠楠等协助土壤样品的采集,在此致以诚挚的感谢！

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