桂西北地區(qū)土壤氮磷鉀有機質(zhì)分布特征及養(yǎng)分等級評價

王磊 蒙春玲 覃建勛

摘 要：以鳳山縣為例，研究桂西北地區(qū)表層土壤中氮、磷、鉀元素含量及有機質(zhì)含量、pH值的分布情況與地球化學(xué)特征，計算單元素養(yǎng)分等級及養(yǎng)分綜合等級，綜合討論地質(zhì)背景、土壤類型、土地利用類型對土壤養(yǎng)分的影響。結(jié)果表明研究區(qū)土壤樣品pH值以強酸性—酸性為主;土壤氮元素比較豐富，有機質(zhì)相對豐富，磷元素比較缺乏，鉀元素相對缺乏;土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級絕大部分為3等（中等），面積占評價總面積的72.08%。不同地質(zhì)背景、土壤類型及土地利用類型中，土壤養(yǎng)分呈現(xiàn)明顯的差異性：氮元素含量與有機碳含量表現(xiàn)為三疊系>二疊系>石炭系、紅壤>其他土壤>水稻土、林地>其他地類>水田>旱地;磷元素含量與pH值各統(tǒng)計值表現(xiàn)為石炭系>二疊系>三疊系、其他土壤>水稻土>紅壤;鉀元素中石炭系的各統(tǒng)計值普遍高于二疊系、三疊系，其他土壤>紅壤>水稻土、林地>旱地>水田。

關(guān)鍵詞：土壤;氮磷鉀;有機質(zhì);養(yǎng)分等級;鳳山縣

中圖分類號：S-3? ? ? ?文獻標識碼：A

前言

土壤養(yǎng)分是指作物生長過程中從土壤中攝取的所必須的營養(yǎng)元素[1，2]，土壤養(yǎng)分的高低關(guān)乎土壤生態(tài)系統(tǒng)的平衡[3，4]，氮磷鉀及有機質(zhì)含量是土壤養(yǎng)分水平的重要內(nèi)容。

鳳山縣地處廣西西北部，是“中國長壽之鄉(xiāng)”、國家貧困縣、左右江革命老區(qū)，是桂西北八山一水一分田典型石山縣的代表[5-7]。鳳山縣于20世紀80年代開展了第2次土壤普查工作，距今接近30a，耕地的質(zhì)量和數(shù)量都發(fā)生了很大的變化。各部門及廣大科研工作者也陸續(xù)開展過土壤相關(guān)的研究工作，但側(cè)重點不同，如農(nóng)業(yè)部門注重土壤類型、土壤肥力，國土部門注重土地利用及土地規(guī)劃，環(huán)保部門則關(guān)注土壤環(huán)境質(zhì)量，普遍缺乏將地學(xué)、農(nóng)學(xué)、環(huán)境學(xué)等學(xué)科有機融合，尤其是從影響土壤元素含量及性質(zhì)的地質(zhì)背景因素及地球化學(xué)角度對土壤進行綜合分析評價。

本文以鳳山縣土壤樣為研究對象，通過研究土壤中氮、磷、鉀元素含量及有機質(zhì)含量、pH值的分布情況與地球化學(xué)特征，計算單元素養(yǎng)分等級及養(yǎng)分綜合等級，對鳳山縣土壤養(yǎng)分豐缺狀況進行評價，并綜合討論了不同地質(zhì)背景、土壤類型、土地利用類型對土壤養(yǎng)分的影響，為鳳山縣土壤研究、土地利用及土壤精準施肥等工作提供依據(jù)。

1 材料及方法

1.1 樣品采集

于2017年2—4月在廣西鳳山縣境內(nèi)采集表層土壤樣共計774件。主要采集0～20cm耕作層的連續(xù)土壤，避開污染及無代表性地區(qū)。樣品經(jīng)懸掛自然風(fēng)干后進行加工，去除植物根莖、碎石等非土物質(zhì)，使壓碎的土樣全部通過2mm（-10目）孔徑篩，混勻、分裝待測。

1.2 樣品分析

本研究土壤樣品分析測試土壤氮、磷、鉀、有機碳、pH值共5項指標。驗收合格的樣品經(jīng)混勻，取粗樣（≥30g）用酸度計測定pH值;分取土壤試樣80g左右樣品用無污染行星球磨機粉碎至-200目，測定其他項目。其中，酸堿度采用pH計電極法（ISE），氮元素采用酸堿滴定容量法（VOL），磷、鉀元素采用X射線熒光光譜法（XRF），有機碳采用紅外碳硫法，分析測試方法及檢出限均滿足相關(guān)要求[8]。

分析測試由中國地質(zhì)調(diào)查局化探樣品質(zhì)量檢查組進行質(zhì)量監(jiān)控及質(zhì)量驗收，分析結(jié)果采用spss19.0、excel2010及地球化學(xué)勘查一體化系統(tǒng)（GeoChem Studio）軟件進行相關(guān)統(tǒng)計、計算、制圖。

2 結(jié)果與討論

通過計算，各元素特征值如表1。

對數(shù)據(jù)頻率分布形態(tài)進行正態(tài)檢驗，其中鉀元素及pH值數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，用算數(shù)平均值代表背景值;氮元素、磷元素符合對數(shù)正態(tài)分布，用幾何平均值代表背景值;有機碳元素按照算術(shù)平均值加減3倍標準離差進行剔除，經(jīng)反復(fù)剔除后仍不服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布，用眾值代表土壤背景值[11]。

可以看出，各元素（指標）的變異系數(shù)相差不大，pH值變異系數(shù)為0.09，為均勻分布特征;氮、磷、鉀與有機碳變異系數(shù)均在0.23～0.41之間，屬于相對弱變異，較均勻分布。富集系數(shù)0.80～3.60，其中磷元素、鉀元素與全國土壤A層背景值接近，氮元素、有機碳則顯著大于全國土壤A層背景值。

2.1 土壤pH值地球化學(xué)特征

土壤酸堿度是土壤的重要化學(xué)性質(zhì)，直接影響作物的生長和微生物的活動以及土壤的其他性質(zhì)與肥力狀況等[1]。

表層土壤pH值算數(shù)平均值5.80，明顯低于全國土壤A層背景值（6.7）?？缍茸兓秶?.64～7.34，其中pH值<5.0（強酸性）的樣點數(shù)64件，占總樣品數(shù)的8.40%，絕大多數(shù)pH值在5.0～6.5（酸性）范圍內(nèi)，共637件樣品，占采樣總數(shù)的82.30%，pH值在6.5～7.5（中性）范圍的樣點73件，沒有>7.5（堿性—強堿性）的樣點?？梢钥闯觯芯繀^(qū)表層土壤酸化較嚴重。

2.2 土壤氮磷鉀地球化學(xué)特征

表層土壤氮元素含量平均值1756mg/kg，跨度范圍668～7853mg/kg，最低值仍明顯高于全國土壤A層背景值（640mg/kg），背景值1685mg/kg，富集系數(shù)達到2.63，說明研究區(qū)土壤氮元素含量相對較豐富。從空間分布上來看，土壤氮元素以中—低值分布為主，高值區(qū)僅零星分布在鳳城鎮(zhèn)西部、喬音鄉(xiāng)北部、長洲鄉(xiāng)北部—中部—東南部地區(qū);低值區(qū)主要分布在砦牙鄉(xiāng)大部分范圍、喬音鄉(xiāng)的中部、鳳城鎮(zhèn)周邊、長洲鄉(xiāng)零星分布。

表層土壤磷元素含量平均值481mg/kg，跨度范圍200～1883mg/kg，算數(shù)平均值、幾何平均值（460mg/kg）均略低于全國土壤A層背景值（520mg/kg），富集系數(shù)0.88，說明研究區(qū)土壤磷元素含量略顯缺乏。低值區(qū)主要集中分布在砦牙鄉(xiāng)大范圍、喬音鄉(xiāng)的中部、長洲鄉(xiāng)中部—西南部地區(qū);高值區(qū)主要分布鳳城鎮(zhèn)周邊、鳳城鎮(zhèn)西部以及長洲鄉(xiāng)北部和東南部。

表層土壤鉀元素含量平均值1.87%，跨度范圍0.43%～3.00%，算數(shù)平均值、幾何平均值（1.79%）均低于全國土壤A層背景值（2.3%），富集系數(shù)0.80，說明研究區(qū)土壤鉀元素含量較缺乏。空間上分布較為均衡，除了砦牙鄉(xiāng)，高值區(qū)在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布，鳳城鎮(zhèn)分布相對較廣泛，喬音鄉(xiāng)東部—南部，長洲鄉(xiāng)西部、東南部地區(qū)也有分布。低值區(qū)主要集中在砦牙鄉(xiāng)—長洲鄉(xiāng)中部一帶。

2.3 土壤有機碳地球化學(xué)特征

表層土壤有機碳含量平均值1.43%，跨度范圍0.46%～8.65%，算數(shù)平均值、幾何平均值（1.34%）、眾值1.26%，明顯高于全國土壤A層背景值（0.35%），富集系數(shù)達到3.60，說明研究區(qū)土壤有機碳含量相對較豐富。空間分布特征與土壤氮元素接近，高值區(qū)主要分布在喬音鄉(xiāng)北部、長洲鄉(xiāng)的西北部—中部—東南部一線;低值區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布，砦牙鄉(xiāng)較為集中。

2.4 土壤養(yǎng)分影響因素分析

地質(zhì)背景、土壤類型、土地利用類型是影響土壤元素地球化學(xué)性質(zhì)的3個重要因素。

2.4.1 地質(zhì)背景

地質(zhì)背景影響著土壤的物質(zhì)組成、風(fēng)化及淋溶等，從而影響土壤養(yǎng)分元素的積累和淋失[12]。不同地質(zhì)背景土壤樣養(yǎng)分元素含量特征見表2，研究區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)樣品分布于三疊系地層中，石炭系、二疊系地層分布的樣品相對較少。

三疊系主要以中三疊統(tǒng)蘭木組（T2l）和百逢組（T2bf）為主，其中蘭木組為青灰色厚層含長石鈣質(zhì)細砂巖、粉砂巖、泥巖互層;百逢組為一套厚層塊狀雜砂巖為主，砂泥巖互層的巖石組合，按巖性組合和沉積旋回可分2段：下段T2bf1和上段T2bf2，其中下段以厚層塊狀雜砂巖為主，上段以薄層泥巖、泥質(zhì)砂巖互層為主。

石炭系主要以上二疊統(tǒng)馬平組（C2Pm）為主，為灰白色厚層狀微晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、生物碎屑泥晶灰?guī)r，局部夾白云質(zhì)灰?guī)r。

二疊系以茅口組（P2m）為主，為淺色厚層塊狀亮晶灰?guī)r、生物屑泥晶灰?guī)r、粉泥晶生物屑團?；?guī)r，夾白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，含礈石團塊和硅質(zhì)條帶。

氮元素與有機碳特征近似，各統(tǒng)計值基本表現(xiàn)為三疊系>二疊系>石炭系;磷元素與pH值特征近似，所有統(tǒng)計值均表現(xiàn)為石炭系>二疊系>三疊系;鉀元素中石炭系的各統(tǒng)計值普遍高于二疊系、三疊系，二疊系、三疊系各樣品的鉀元素含量水平比較接近。

可以看出，氮元素及有機碳在以碎屑巖為主的三疊系地層發(fā)育的土壤高于以碳酸鹽巖為主的二疊系、石炭系發(fā)育的土壤，原因為黏土礦物可以有效地吸附氮素及有機質(zhì)，造成細質(zhì)地母質(zhì)上發(fā)育的土壤比粗質(zhì)地母質(zhì)上形成的土壤有機質(zhì)、單元素含量高[13-16]。磷元素、鉀元素化學(xué)性質(zhì)較活潑，在成土過程中易從碳酸鹽巖母巖中流失而殘留在土壤中形成次生富集。

2.4.2 土壤類型

土壤類型不同，土壤的成土過程和發(fā)育類型差異較大，同樣影響土壤養(yǎng)分元素的積累和淋失。不同土壤類型土壤樣養(yǎng)分元素含量特征見表3，大部分樣品土壤類型為紅壤、水稻土，剩余少量樣品土壤類型為沖積土、黃壤和石灰（巖）土，因樣本量較少，合并在其他類型中。其中氮元素與有機碳特征近似，各統(tǒng)計值均表現(xiàn)為紅壤>其他>水稻土;磷元素與pH值特征近似，各統(tǒng)計值大體表現(xiàn)為其他>水稻土>紅壤;鉀元素各統(tǒng)計值中除幾何均值外，其他均表現(xiàn)為其他>紅壤>水稻土，幾何均值表現(xiàn)為紅壤>其他>水稻土。

可以看出，水稻土中氮磷鉀及有機質(zhì)含量總體都處于相對較低的水平，主要原因是由于人為活動的影響，淹水環(huán)境以及水稻的攝取造成土壤中的養(yǎng)分元素的流失。紅壤是南方的主要土壤類型，因其利用形式多樣，造成各養(yǎng)分含量水平規(guī)律性并不明顯。

2.4.3 土地利用類型

土地利用類型主要反映出人類活動對于土壤元素含量的影響，不同的作物種類以及耕作管理措施同樣對土壤元素的積累和淋失產(chǎn)生較大影響。不同土地利用類型土壤樣養(yǎng)分元素含量特征見表4，50%以上的樣品分布于水田，其次為林地、旱地，少量樣品土地利用類型為草地、園地及其他利用形式，全部合并在其他類型中。其中氮元素與有機碳特征近似，各統(tǒng)計值大體表現(xiàn)為林地>其他>水田>旱地;磷元素、鉀元素特征近似，各統(tǒng)計值大體表現(xiàn)為林地>旱地>水田，其他地類中鉀元素含量與水田鉀元素含量水平相當(dāng)，但磷元素則波動較大，無明顯規(guī)律;pH值各統(tǒng)計值中大體表現(xiàn)為水田>旱地>林地，其他地類中25%百分位數(shù)、幾何平均值、算術(shù)平均值、中值與林地對應(yīng)統(tǒng)計值接近，75%百分位數(shù)則變化較大，與旱地接近。

可以看出，水田、旱地等農(nóng)用地雖然有人為施肥，但氮磷鉀及有機質(zhì)含量均相對較低，林地則表現(xiàn)為各養(yǎng)分含量較高，原因為耕種活動加速了土壤礦化過程，同時農(nóng)作物在生長過程中也會吸收養(yǎng)分，秸稈等禁止焚燒又阻斷了有機質(zhì)、礦質(zhì)元素返回土壤的途徑;林地則人為活動相對較少，枯枝落葉等腐敗后，有機質(zhì)及其他養(yǎng)分元素得以遷移至土壤中[17-21]。

2.5 土壤養(yǎng)分等級評價

2.5.1 土壤養(yǎng)分等級評價方法

研究區(qū)各地類面積合計308.01km2，其中參與評價的地類總面積為304.41km2（扣除道路、溝渠、水面等共計3.60km2）。

通過計算，研究區(qū)土壤氮元素比較豐富，各等級面積為2等>1等>3等>4等>5等，其中1等、2等合計面積占參與評價總面積的88.46%;磷元素比較缺乏，各等級面積為4等>5等>3等>2等>1等，其中4等、5等合計面積占參與評價總面積的89.91%;鉀元素相對缺乏，各等級面積為3等>4等>2等>5等>1等，其中3等、4等合計面積占參與評價總面積的91.55%;有機質(zhì)相對豐富，各等級面積為3等>2等>4等>1等>5等，2等、3等合計面積占參與評價總面積的84.32%。

土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級結(jié)果見圖1，其中占比較大為2等（較豐富）—4等（較缺乏），面積304.29km2，占評價總面積的99.96%。

各鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)不同土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級面積百分比大小不一，且同一鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)的不同土地利用類型其土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級面積百分比亦不一，說明各鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)土壤養(yǎng)分綜合分布極不均衡。

結(jié)合地質(zhì)背景上來看，研究區(qū)東北部—中東部地區(qū)廣泛分布的養(yǎng)分綜合等級中4等（較缺乏）與中三疊統(tǒng)百逢組下段地層分布具有較高的吻合度，原因主要為百逢組下段地層巖性為厚層雜砂巖，形成的土壤以二氧化硅等石英砂礫為主，對于氮素、有機質(zhì)等養(yǎng)分吸附程度比泥巖、砂泥巖等形成的土壤弱，造成土壤養(yǎng)分易流失。

因研究區(qū)內(nèi)絕大部分為灌木林地、有林地，因此土壤養(yǎng)分綜合等級中也以灌木林地、有林地占絕大比例面積，各土地利用類型中土壤養(yǎng)分綜合3等（中等）仍占大部分比例，其次為4等（較缺乏）。所有地類中僅水田土壤養(yǎng)分綜合等級5個等級均有所分布，其他地類缺少1等（豐富）或5等（缺乏）等級，水田中1等（豐富）面積僅0.034km2。

3 結(jié)論

氮元素、有機碳背景值高于全國土壤A層背景值，富集系數(shù)分別為2.63、3.60;磷元素、鉀元素背景值低于全國土壤A層背景值，富集系數(shù)分別為0.88、0.80。

研究區(qū)表層土壤酸化較嚴重，樣品pH值以強酸性—酸性為主。

氮元素含量與有機碳含量特征近似，各統(tǒng)計值基本表現(xiàn)為三疊系>二疊系>石炭系、紅壤>其他>水稻土、林地>其他>水田>旱地，磷元素含量與pH值特征近似，各統(tǒng)計值表現(xiàn)為石炭系>二疊系>三疊系、其他土壤類型>水稻土>紅壤。鉀元素中石炭系的各統(tǒng)計值普遍高于二疊系、三疊系，除幾何均值外，各統(tǒng)計值表現(xiàn)為其他土壤類型>紅壤>水稻土。從不同土地利用類型來看，磷元素與鉀元素特征近似，各統(tǒng)計值大體表現(xiàn)為林地>旱地>水田，其他地類中鉀元素含量與水田鉀元素含量水平相當(dāng)。

從土壤養(yǎng)分單元素地球化學(xué)等級來看，研究區(qū)土壤氮元素比較豐富，有機質(zhì)相對豐富，磷元素比較缺乏，鉀元素相對缺乏。

研究區(qū)土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級大部分為3等（中等），面積占評價總面積的72.08%;2等（較豐富）、3等（較缺乏）等級其次，分別占評價總面積的13.73%、14.14%，1等（豐富）及5等（缺乏）均為極少數(shù)，合計占評價總面積的0.04%。

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