马略卡岛土壤养分时空演变：11年间农业土壤氮磷钾动态与可持续管理启示

本综述深入探讨地中海农业区土壤养分管理的核心挑战与创新策略。文章系统分析马略卡岛11年间（2006-2017）农业土壤氮（N）、磷（P）、钾（K）的时空变化规律，揭示人为活动与自然因素对土壤养分库的复合影响。通过对比108个采样点数据，发现N储量增长10%与有机质积累相关，而P储量下降40%凸显侵蚀与施肥管理问题。研究创新性整合地统计学与传统统计方法，为地中海地区精准农业和土壤保育提供关键科学依据（DOI: 10.1111/sum.70124）。

　　

1 引言

土壤作为陆地生态系统的核心组成部分，承载着维持植物群落稳定性和演替的关键生态功能。氮（N）、磷（P）、钾（K）等养分元素不仅调控土壤微生物动态和有机质分解过程，更是衡量土壤肥力的核心指标。地中海地区土壤普遍存在养分匮乏现象，其中N和P往往是限制性营养元素。尽管农业施肥活动可补充土壤养分，但过度施用会导致硝酸盐淋溶、地下水污染及温室气体排放等环境问题。欧盟《从农场到餐桌战略》（F2F Strategy）明确要求减少20%的化肥使用，凸显了土壤养分精准管理的紧迫性。本研究以西班牙马略卡岛为典型地中海农业区，通过11年期的时空对比分析，旨在揭示农业管理措施、土地利用变化及气候波动对土壤养分库的影响机制。

2 材料与方法

2.1 研究区域

马略卡岛作为巴利阿里群岛的最大岛屿，总面积3640 km2，是地中海第七大岛。该地区传统农业以雨养模式为主，主要种植杏仁树（Prunus dulcis L.）、角豆树（Ceratonia siliqua L.）与冬小麦（Triticum aestivum L.）等作物。随着旅游业发展，传统农业逐步被集约化灌溉农业或住宅用地取代，这种土地利用转型为研究人类活动对土壤养分的影响提供了理想场景。

2.2 土壤采样与实验室分析

研究采用标准化采样协议，于2017年在全岛设置108个网格化采样点（图1），每个点采集21个0-25 cm深度的子样本混合成3 kg复合样品，同时采集3个333 cm3容重环刀用于测定土壤容重（BD）。与2006年历史采样数据（30个哨点样本）保持相同分析方法：凯氏定氮法（Kjeldahl method）测定全N，奥尔森法（Olsen method）测定有效P，醋酸铵提取法测定交换性K。土壤有机碳（SOC）采用重铬酸钾氧化法（Walkley-Black method）测定，阳离子交换量（CEC）通过pH 7.0醋酸铵提取法获得。养分储量计算公式为：

养分储量 = BD × D × (100 - S)/100 × 养分浓度

其中D为土层厚度（30 cm），S为>2 mm石砾体积百分比。

2.3 统计与地统计分析

采用广义线性模型（GLM）分析土地利用类型和采样年份对养分含量的影响，通过半变异函数刻画土壤养分的空间连续性。预测精度通过交叉验证评估，以均方根误差（RMSE）作为空间插值准确性的核心指标。所有分析依托XLSTAT、ISATIS V10.0和ArcGIS 9.3地统计模块完成。

3 结果与讨论

3.1 土壤养分含量与土地利用的关系

土壤参数相关性分析表明（图2），N与SOC、CEC呈现高度正相关（R2=0.70-0.83），而N与P、K的相关性较弱（R2<0.12）。按土地利用类型分层后，相关性显著增强，证实土地利用方式主导养分空间分异格局。全岛土壤养分总体处于匮乏状态：平均N含量0.23%（范围0.09%-0.69%），有效P均值14.9 mg kg?1（范围1.6-171.3 mg kg?1），交换性K均值412 mg kg?1（范围38-1414 mg kg?1）。林地表现出最高N储量（6.45 Mg ha?1），而农用地因历史过量施肥导致P储量显著偏高（26.82 kg ha?1）。全岛养分预算计算显示（表2），农用地贡献了总N储量的53.7%（944,661 Mg）、总P储量的78.3%（5,475 Mg）和总K储量的68.1%（2,043,717 Mg）。

3.2 农业土壤养分时序变化

2006-2017年间土壤基础参数（颗粒组成、石砾含量、SOC等）保持稳定，但养分含量呈现显著变化（表3）。双因素方差分析表明（表4），仅N含量在采样年份间存在统计学差异（p=0.017）。N含量中位数从0.143%升至0.168%，而P含量中位数从15 mg kg?1降至11.7 mg kg?1。这种变化趋势与西班牙农业部报告的肥料销售数据吻合（图3）：同期岛内P肥施用量下降约30%，但田间实测P储量降幅达41.7%，表明土壤侵蚀与肥料利用效率低下共同导致P库衰减。K储量减少16.7%则与土壤质地变化和管理措施相关。

3.3 马略卡岛土壤养分空间变异性

地统计分析显示（图4），土壤养分空间依赖性较弱，预测误差概率在某些区域高达70%。这种格局主要源于作物类型差异、农业管理措施异质性及人类干预的随机性。可用性养分（如有效P、交换性K）因受施肥活动强烈影响，表现出高流动性和低稳定性，导致空间自相关性弱。研究表明，基于土地利用类型的传统统计方法比空间插值更适合该区域养分储量预测。

4 结论

马略卡岛农业土壤养分在11年间呈现显著时序变化：N储量增长10%源于有机质积累和精准管理措施，P储量降低40%主要归因于土壤侵蚀和施肥管理缺陷，K储量相对稳定但受土壤质地调控。养分空间分布受人类活动主导，表现为弱空间依赖性。研究强调地中海农业系统需推行可持续施肥策略，通过优化有机质管理、减少侵蚀风险和提高肥料利用率，实现土壤健康与农业生产的协同发展。