青海省民和縣新民—李二堡地區(qū)土壤養(yǎng)分地球化學(xué)特征分析

付 嵩,丁玉進(jìn)，張新遠(yuǎn)，王 偉,李社宏

(1.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 廣西 桂林 541006；2.青海省地質(zhì)調(diào)查院,青海 西寧 810012)

0 引 言

土地是農(nóng)業(yè)、林業(yè)和牧業(yè)最基本的生成資料，也是人們生產(chǎn)和生活的基本場(chǎng)所。對(duì)土地中土壤養(yǎng)分進(jìn)行分析和評(píng)估，是我國(guó)農(nóng)業(yè)地質(zhì)研究的重要內(nèi)容[1-3]。青海省民和縣是青海重要的農(nóng)業(yè)和牧業(yè)基地，但長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)土壤的研究程度極低，缺乏對(duì)土壤養(yǎng)分的分析。在當(dāng)前脫貧發(fā)展特色農(nóng)業(yè)的時(shí)機(jī)之下，對(duì)該區(qū)開展了新民鄉(xiāng)和李二堡鎮(zhèn)地區(qū)1∶5萬(wàn)農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查工作。本文根據(jù)最新調(diào)查成果，分析該區(qū)土壤養(yǎng)分地球化學(xué)特征，劃分其等級(jí)，評(píng)價(jià)土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀。

1 研究區(qū)概況

青海省新民鄉(xiāng)和李二堡鎮(zhèn)屬于青海省民和縣管轄，位于縣境西北部，距縣府駐地25 km。屬高原大陸性干旱氣候，年平均氣溫5～8 ℃,年降水量350 mm，降水集中在7—9月份，無(wú)霜期198 d。常住人口2.6萬(wàn)，當(dāng)?shù)匾曰刈搴蜐h族為主，還有藏族、土族等，農(nóng)牧業(yè)人口占總?cè)丝诘?9.6%。研究區(qū)總面積約為161 km2，平均海拔2 200 m，地形整體為南高北低。共有耕地總面積66.57 km2，其中水澆地約為4.18 km2，峽門水庫(kù)及松樹溝河是農(nóng)業(yè)灌溉、人畜飲水的主要水源[4-5]。土壤類型以栗土、黑鈣土、灰鈣土為主，農(nóng)業(yè)以小麥、馬鈴薯、豌(蠶)豆種植為主，近年來(lái)玉米、油料作物(向日葵、油菜)和蔬菜種植比例不斷擴(kuò)大[6]。

2 采樣分析

影響高寒土壤養(yǎng)分指標(biāo)有很多[7-10]，其中有機(jī)質(zhì)、氮(N)、磷(P)、鉀(K)、硫(S)、水溶性鈣(Ca)和鎂(Mg)等是重要指標(biāo)。本次針對(duì)以上指標(biāo)，結(jié)合pH、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷、有效鉀等分析，對(duì)青海省新民—李二堡地區(qū)進(jìn)行土壤養(yǎng)分分析。為方便對(duì)全區(qū)土地質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，以0.25 km2為評(píng)估單元按取平均值的方式對(duì)研究區(qū)進(jìn)行劃分，按照1件/0.25 km2，采樣深度0～20 cm，每個(gè)網(wǎng)格取樣品1個(gè)，共計(jì)取樣574個(gè)，采樣位置見圖1。

圖1 采樣位置圖[3]Fig.1 Diagram of sampling positions1.主要水系；2.工作區(qū)；3.鄉(xiāng)鎮(zhèn)；4.村寨；5.采樣點(diǎn)

樣品中金屬元素部分采用X射線熒光光譜法測(cè)定，有效態(tài)K、N、P等在國(guó)土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心采用等離子體光譜儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。

3 土壤地球化學(xué)

土壤中pH值反映了土壤酸堿度條件，不同土壤類型和成土母質(zhì)、不同氣候條件和耕作方式及人為因素對(duì)土壤中酸堿度均有影響，土壤酸堿度制約著不同元素在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化[11]。研究區(qū)土壤pH值范圍為6.77～9.12，平均為8.226，從樣品出現(xiàn)頻率正態(tài)曲線可見(圖2(a))pH值主要集中在7.6～8.8之間。按“土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范”(DD2014-10)土壤pH分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)內(nèi)強(qiáng)堿性占6.88%(>8.5)，堿性占92.23%(7.5～8.5)，其余0.9%為中性(6.5～7.5)，整體呈現(xiàn)出堿性—強(qiáng)堿性特征。

有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分的主要來(lái)源，主要由氮素、磷素等組成，源于高等植物、土壤中的動(dòng)物、微生物殘?bào)w以及施用的有機(jī)肥。研究區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)含量的變化范圍比較大，為2.40～49.01 g/kg，平均值為14.85 g/kg，在土壤樣品頻率正態(tài)分布圖中，主要集中在2～34 g/kg(圖2(b))。按中國(guó)環(huán)境保護(hù)部頒發(fā)的“中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”(GB15618—1995)，測(cè)區(qū)缺乏有機(jī)質(zhì)區(qū)域占25.41%(≤10 g/kg)，稍微缺乏區(qū)占54.86%(10～20 g/kg)，適中區(qū)占18.39%(20～30 g/kg)，有機(jī)質(zhì)豐富區(qū)占1.05%(30～40 g/kg)，非常豐富區(qū)僅占0.30%(﹥40 g/kg)，樣品出現(xiàn)頻率正態(tài)曲線見圖2(b)。

表1 研究區(qū)養(yǎng)分指標(biāo)分級(jí)統(tǒng)計(jì)

圖2 土壤養(yǎng)分指標(biāo)值分布頻率圖Fig.2 Distribution frequency diagrams of soil nutrient index values (a)pH值分布頻率圖；(b)有機(jī)質(zhì)分布頻率圖；(c)N值分布頻率圖；(d)P值分布頻率圖；(e)K值分布頻率圖；(f)S、水溶性Ca和Mg分布頻率圖

氮是植物體內(nèi)多種重要有機(jī)化合物的組分，是限制植物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的重要因素,也是遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)。我國(guó)耕地土壤的氮含量不高，一般為1～2 mg/kg[12-13]。

本區(qū)氮含量較低，含量介于0.295 2～2 811.2 mg/kg之間，平均值為927.2 mg/kg，在土壤樣品頻率正態(tài)分布圖中，氮含量主要集中在0.4～1.9 g/kg之間(圖2(c))。其中硝態(tài)氮介于1.23～113.02 mg/kg之間，平均12.31 mg/kg，在95%的地區(qū)主要集中在1.23～28.79 mg/kg之間。其中銨態(tài)氮介于3.19～43.38 mg/kg之間，平均為8.1 mg/kg，95%地區(qū)主要集中在3.19～15.31 mg/kg之間。按照GB15618—1995土壤養(yǎng)分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏氮區(qū)域占32.88%(≤0.75 g/kg)，稍微缺乏區(qū)占30.04%(0.75～1.00 g/kg)，適中區(qū)占29.9%(1.00～1.50 g/kg)，豐富區(qū)占6.43%(1.5～2.0 g/kg)，非常豐富區(qū)僅占0.75%(>2.0 g/kg)。

磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素之一，對(duì)植物高產(chǎn)及保持品質(zhì)的優(yōu)良特性有明顯作用。土壤中磷對(duì)作物具有有效性[14-16]。研究區(qū)磷的含量范圍為0.35～2.05 g/kg，平均值為0.84 g/kg，在土壤樣品頻率正態(tài)分布圖中，主要集中在0.2～1.5 g/kg之間(圖2(d))。有效磷含量介于1.62～46.3 mg/kg之間，平均11.23 mg/kg(中等10～20 mg/kg)，小于30 mg/kg以內(nèi)樣品分布比較均勻。按照GB15618—1995土壤養(yǎng)分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，全區(qū)缺乏磷區(qū)域僅占0.15%(≤0.40 g/kg)，稍微缺乏區(qū)占5.23%(0.4～0.6 g/kg)，適中區(qū)占48.28%(0.6～0.8 g/kg)，有機(jī)質(zhì)豐富區(qū)占30.19%(0.8～1.0 g/kg)，非常豐富區(qū)占16.14%(﹥1 g/kg)。

鉀不僅是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，而且是肥力三要素之一。大部分植物對(duì)鉀的需求很大，植物的吸鉀量一般超過(guò)吸磷量，與吸氮量相近，而喜鉀作物需鉀量高于需氮量[17]。研究區(qū)鉀的含量范圍為13.1～34.4 g/kg，平均值為24.34 g/kg，在土壤樣品頻率正態(tài)分布圖中，主要集中在20～32 g/kg之間(圖2(e))。有效K在80.4～780 mg/kg之間，平均218.4 mg/kg。按照GB15618—1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)非常豐富和豐富的區(qū)域占98.06%(>20 g/kg)，缺乏和稍微缺乏的區(qū)域僅占0.15%(≤10 g/kg)。

硫是組成植物的基礎(chǔ)物質(zhì)，即蛋白質(zhì)、核酸不可缺少的元素，被認(rèn)為是植物的第四大元素。植物種類、品種、器官和生育期都直接關(guān)系到對(duì)硫的需求量[18]。工作區(qū)全硫的含量范圍為99.4～9 601.4 mg/kg，平均值為366.6 mg/kg。按照GB15618—1995土壤養(yǎng)分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，S含量適中的區(qū)域占47.23%(219～270 mg/kg)，非常豐富(>343 mg/kg)和缺乏區(qū)域(<172 mg/kg)僅占7.62%和4.04%。同時(shí)，有17個(gè)樣品的含量超過(guò)了2 000 mg/kg，占總量的2.54%，這些零星分布的小區(qū)塊容易對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)以及土壤環(huán)境造成危害(圖2(f))。

水溶性Ca和Mg是作物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素[19]。研究區(qū)土壤水溶性鈣的含量范圍為20.94～2 610.65 mg/kg，平均值為159.6 mg/kg；水溶性Mg的含量范圍為4.77～3 171.90 mg/kg，平均值為37.67 mg/kg。水溶性Ca和Mg在樣品中頻率分布中缺乏比例為20.33%和14.05%(圖2(f))。

4 土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)

本文根據(jù)采樣數(shù)據(jù)，依照“土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范”，對(duì)有機(jī)質(zhì)、氮(N)、磷(P)、鉀(K)、硫(S)、水溶性鈣(Ca)和鎂(Mg)等養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行了單元素養(yǎng)分指標(biāo)分級(jí)分析(表1)。根據(jù)土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)要求，按照“土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范”，對(duì)氮(N)、磷(P)和鉀(K)3個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)分析，土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合得分f養(yǎng)綜由N、P、K單項(xiàng)地球化學(xué)指標(biāo)為基礎(chǔ)，通過(guò)以下公式得出：

(1)

式中：f養(yǎng)綜為土壤N、P、K評(píng)價(jià)總得分，1≤f養(yǎng)綜≤ 5；Ki為N、P、K權(quán)重系數(shù)，分別為0.4、0.4和0.2；fi分別為土壤N、P、K的單元素等級(jí)得分。五級(jí)、四級(jí)、三級(jí)、二級(jí)、一級(jí)所對(duì)應(yīng)的fi得分分別為1、2、3、4、5分。

表2土壤f養(yǎng)綜養(yǎng)分地球化學(xué)等級(jí)劃分

Table2Geochemistrygradedivisionforf養(yǎng)綜ofsoilnutrients

等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)五級(jí)f養(yǎng)綜范圍≥4.54.5～3.53.5～2.52.5～1.5<1.5樣品個(gè)數(shù)181962931611比例/% 2.6929.3043.8024.070.15

圖3 土壤養(yǎng)分質(zhì)量分級(jí)圖Fig.3 Classification diagram of soil nutrient quality1.一級(jí)土壤；2.二級(jí)土壤；3.三級(jí)土壤；4.四級(jí)土壤；5.五級(jí)土壤；6.鄉(xiāng)村；7.主要水系

通過(guò)公式(1)和土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合評(píng)價(jià)等級(jí)劃分(表2)，將評(píng)估區(qū)土壤養(yǎng)分地球化學(xué)等級(jí)劃分為5級(jí)。繪制研究區(qū)土壤養(yǎng)分質(zhì)量分級(jí)(圖3)。在評(píng)估區(qū)內(nèi)，土壤養(yǎng)分較為缺乏四級(jí)和五級(jí)土壤總面積占24.22%，主要分布于評(píng)估區(qū)西北部，該區(qū)相對(duì)缺水，五級(jí)土壤主要在后灣，僅有1個(gè)樣品，主要是超標(biāo)嚴(yán)重；土壤養(yǎng)分豐富的一級(jí)和較豐富的二級(jí)土壤面積占31.99%，主要分布于評(píng)估區(qū)南部李二堡鄉(xiāng)的河谷地帶，地表水系較發(fā)育；其余為養(yǎng)分中等的三級(jí)土壤，分布零散。

5 結(jié) 論

(1)對(duì)青海省民和縣新民—李二堡地區(qū)土壤pH、有機(jī)質(zhì)、氮(N)、磷(P)、鉀(K)、硫(S)、水溶性鈣(Ca)、鎂(Mg)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該區(qū)主要屬于堿性—強(qiáng)堿性土質(zhì)，K富集，P中等偏富,N較貧乏，個(gè)別地區(qū)S超標(biāo)。

(2)綜合評(píng)價(jià)研究區(qū)，土壤養(yǎng)分豐富的一級(jí)和較豐富的二級(jí)土壤面積占31.99%，中等級(jí)別占43.8%，較貧乏占24.07%，貧乏地區(qū)占0.15%。