松嫩平原中南部黑土氮流失程度及分布特征研究

楊賀平

黑龍江省自然資源調(diào)查院，黑龍江 哈爾濱 150036

0 引言

在長期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類活動(dòng)中，土壤作為可再生的資源，在維護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡中具有重要意義［1-2］.氮是土壤肥力的主要營養(yǎng)元素，也是植物生長必需的大量元素之一，對(duì)植物生命活動(dòng)以及作物產(chǎn)量和品質(zhì)均有極其重要的作用［3-7］.土壤中氮含量的變化對(duì)土地資源農(nóng)業(yè)產(chǎn)能的影響巨大［8-12］.松嫩平原黑土區(qū)是東北黑土地的重要組成部分，是國家糧食安全保障的重要基地，然而由于連續(xù)耕作已經(jīng)造成大面積黑土營養(yǎng)成分的大量流失［13-19］①黑龍江省土壤普查辦公室.黑龍江第二次土壤普查數(shù)據(jù)冊（上冊、下冊）.1990..本研究以20世紀(jì)80年代第二次土壤普查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)［20］，對(duì)比研究松嫩平原黑土區(qū)40年來土壤氮含量的變化特征，為黑土地土壤氮流失防治提供基礎(chǔ)信息.

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于松嫩平原中南部，地理坐標(biāo)為北緯44°40′—48°00′、東經(jīng)122°15′—128°10′，海拔高度135～300 m，屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候；年平均氣溫0～4℃，年均降水量370～670 mm.研究區(qū)地貌呈現(xiàn)出東北高、西南低的趨勢，即東北部為高平原，而西南部和中部為低平原區(qū).高平原區(qū)主要為農(nóng)耕區(qū)，局部地區(qū)有林地分布；低平原區(qū)為草原，在草原區(qū)內(nèi)局部有沼澤濕地.松花江和嫩江是區(qū)內(nèi)兩條主要水系.

2 試驗(yàn)方法

2.1 樣品采集與分析

土壤樣品的采集按照《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1∶250 000）》（DZ/T0258—2014）規(guī)定執(zhí)行.土壤樣品的基本采樣密度為1個(gè)點(diǎn)/km2，采樣深度為0～20 cm，在采樣點(diǎn)附近100 m范圍內(nèi)多點(diǎn)采集以增強(qiáng)土壤樣品的代表性.采集后的土壤樣品質(zhì)量大于1 000 g，樣品自然干燥后過20目（＜0.84 mm）尼龍篩.對(duì)過篩后的土壤樣品按1件/4 km2進(jìn)行樣品組合，將組合樣品送到具有承擔(dān)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)樣品分析測試資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行包括氮在內(nèi)的54項(xiàng)指標(biāo)的分析測試.樣品分析質(zhì)量采用了外部質(zhì)量監(jiān)控和內(nèi)部質(zhì)量監(jiān)控相結(jié)合的方法保證測試分析質(zhì)量的可靠性，樣品分析元素的檢出限、報(bào)出率以及分析的準(zhǔn)確度和精密度均滿足規(guī)范要求，不同分析批次以及相鄰圖幅之間各元素?zé)o明顯的系統(tǒng)偏倚.

2.2 資料收集與分析統(tǒng)計(jì)

以第二次土壤普查松嫩平原各剖面土壤樣品中氮含量為基準(zhǔn)，本次多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查土壤樣品中的氮含量為統(tǒng)計(jì)研究對(duì)象，充分利用MapGIS空間疊加分析技術(shù)，研究不同土壤氮含量級(jí)別、不同土地利用方式以及各市縣土壤中氮增減變化特征，為黑土地土壤氮流失程度評(píng)價(jià)以及黑土流失防治提供依據(jù).

3 結(jié)果與分析

3.1 不同級(jí)別土壤氮含量變化特征

松嫩平原中南部黑土研究區(qū)20世紀(jì)80年代第二次土壤普查土壤中氮平均含量為1 937.4×10－6，目前土壤氮平均含量為1 840.2×10－6.40多年來，松嫩平原中南部黑土區(qū)土壤氮平均減少97.21×10－6，平均失率達(dá)到5.02%.

為使不同時(shí)期土壤氮含量變化特征具有可比性，本研究將第二次土壤普查土壤氮與目前土壤氮元素含量采用相同的方法編制氮元素等級(jí)分布圖，分別按大于2 000×10－6、1 500×10－6～2 000×10－6、1 000×10－6～1 500×10－6、750×10－6～1 000×10－6和小于750×10－6五個(gè)含量等級(jí)劃分為一等（豐富）、二等（較豐富）、三等（中等）、四等（較缺乏）和五等（缺乏），不同時(shí)期松嫩平原中南部黑土區(qū)土壤氮含量分布特征分別見圖1、圖2.

圖1 20世紀(jì)80年代松嫩平原中南部黑土區(qū)土壤氮含量分級(jí)圖Fig.1 Grading map of soil nitrogen content in the black soil area of south-central Songnen Plain in 1980s

圖2 松嫩平原中南部黑土區(qū)土壤氮含量分級(jí)現(xiàn)狀圖Fig.2 Current grading map of soil nitrogen content in the black soil area of south-central Songnen Plain

通過土壤氮含量分級(jí)圖對(duì)比可見，土壤氮含量等級(jí)分布特征總體相似，土壤氮含量達(dá)到一等、二等的土地主要呈半環(huán)形分布在研究區(qū)地勢相對(duì)較高的高平原區(qū)，而土壤氮含量為四、五等土地主要分布在研究區(qū)地勢相對(duì)較低的低平原區(qū).相對(duì)20世紀(jì)80年代，土壤氮含量達(dá)到一等、二等的土地面積明顯減少，而土壤氮含量為四等、五等的土地面積呈現(xiàn)集中連片大面積增加.

從研究區(qū)土壤氮含量等級(jí)變化特征統(tǒng)計(jì)（表1）可以看出，目前研究區(qū)土壤中氮含量豐富（一等）、較豐富（二等）的土壤面積較20世紀(jì)80年代分別減少了7.12%和10.42%，而土壤中氮中等、較缺乏和缺乏土壤面積分別增加了10.96%、4.49%和281.19%.即松嫩平原中南部黑土氮含量較豐富區(qū)的土壤在大面積減少，而中低含量的土壤在大面積增加.

表1 研究區(qū)土壤氮含量等級(jí)變化特征統(tǒng)計(jì)表Table 1 Variation characteristics of soil nitrogen content grades in the study area

3.2 土地利用方式與氮變化特征

20世紀(jì)80年代至今40年來，松嫩平原中南部黑土區(qū)不同土地利用方式變化較小，各種土地利用方式面積變化均在1%左右.因此在不同土地利用方式土壤氮含量等級(jí)變化統(tǒng)計(jì)（表2）中，視作兩個(gè)時(shí)期土地利用方式面積無變化.從表2可見，相對(duì)20世紀(jì)80年代，人類活動(dòng)影響較強(qiáng)的水田、旱田、建筑用地等土地利用方式土壤氮含量豐富區(qū)面積占比呈現(xiàn)出大幅度減少.水田、旱田是研究區(qū)所占面積比例較大的土利用方式，水田、旱田土壤氮含量豐富的土地面積分別由占該土地利用方式的49.3%和34.6%減少到28.4%和28.5%，分別減少了20.9和6.1個(gè)百分點(diǎn).水田和旱田兩種土地利用方式土壤氮含量較豐富和中等的土地面積相對(duì)增加了，土壤氮含量較缺乏和缺乏的土地面積相對(duì)減少.水田和旱田土壤氮含量在豐富區(qū)和缺乏區(qū)土地面積減少，而在土壤氮含量中等區(qū)的土地面積增大，這種變化特征與水田和旱田在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中肥料（主要為氮肥）投入的數(shù)量有關(guān)，即土壤肥沃的土地施肥相對(duì)較少而土壤相對(duì)較貧的土地施肥較多.

表2 研究區(qū)不同土地利用方式土壤氮含量等級(jí)變化特征統(tǒng)計(jì)表Table 2 Variation characteristics of soil nitrogen content grades by land use types in the study area

研究區(qū)沼澤濕地、草地和林地土壤氮含量變化特征與水田、旱田土地利用方式土壤氮含量變化特征基本相似，即土壤氮含量豐富區(qū)和缺乏區(qū)的土地面積增加，而土壤氮含量中等區(qū)的土地面積大量減少.相對(duì)20世紀(jì)80年代，研究區(qū)沼澤濕地、草地和林地土壤氮含量豐富區(qū)的土壤面積占比分別增加6.7、3.7和4.6個(gè)百分點(diǎn)，土壤氮含量缺乏區(qū)的面積占比則分別增加5.4、11.8和2.0個(gè)百分點(diǎn).未利用土地和建筑用地土壤中氮含量由豐富到缺乏所占的面積比例逐漸增大.

3.3 區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與土壤氮變化特征

為了準(zhǔn)確掌握松嫩平原中南部黑土區(qū)土壤氮含量空間變化特征，以目前土壤氮含量與20世紀(jì)80年代土壤氮含量的差值（增減）繪制了研究區(qū)40年來土壤氮增減程度變化圖（圖3）.

由圖3可見，松嫩平原中南部黑土區(qū)的東部、北部局部地帶土壤中氮有所增加，而絕大部分地區(qū)土壤中氮處于平衡或減少狀態(tài)，但減少程度有較大差異.

圖3 40年來松嫩平原中南部黑土區(qū)土壤氮含量變化圖Fig.3 Color scale map of soil nitrogen content change in the black soil area of south-central Songnen Plain over the past 40 years

以研究區(qū)內(nèi)市縣（區(qū)）為評(píng)價(jià)單元，以土壤中氮變化率小于－8%為重度，－8%～－5%為中度，－5%～－1%為輕度、－1%～0為輕微分別評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)黑土地土壤氮流失程度.分別統(tǒng)計(jì)了研究區(qū)34個(gè)市縣（區(qū)）40年來土壤氮含量變化情況，結(jié)果見表3.

表3 不同行政區(qū)土壤氮含量變化特征及流失程度評(píng)價(jià)表Table 3 Evaluation of variation and loss degree of soil nitrogen content by administrative regions

松嫩平原中南部黑土區(qū)土壤氮流失程度達(dá)到重度的市縣（區(qū)）有6個(gè)，分別為大慶市、肇源縣、杜爾伯特自治區(qū)、泰來縣、哈爾濱市、巴彥縣；土壤氮流失程度達(dá)到中度的市縣有8個(gè)，分別為訥河縣、望奎縣、賓縣、齊齊哈爾市、木蘭縣、五常市、綏化市、呼蘭區(qū)；土壤氮流失程度達(dá)到輕度的市縣（區(qū)）有4個(gè)，分別為肇東市、安達(dá)市、龍江縣、富?？h；存在輕微土壤氮流失的市縣（區(qū)）有6個(gè)，分別為甘南縣、尚志縣、延壽縣、慶安縣、鐵力市、海倫市.

松嫩平原中南部黑土區(qū)土壤氮含量增加的市縣（區(qū)）有10個(gè)，分別為雙城區(qū)、明水縣、綏棱縣、依安縣、蘭西縣、阿城區(qū)、青崗縣、拜泉縣、林甸縣、肇州縣，其中肇州縣土壤中氮含量較20世紀(jì)80年代增加了5.06%，也是研究區(qū)土壤氮增加幅度最高的市/縣.

4 結(jié)論與討論

（1）松嫩平原南部黑土地土壤中氮含量相對(duì)20世紀(jì)80年代平均減少了5.02%，土壤氮流失較嚴(yán)重.其中，土壤氮含量豐富和較豐富地區(qū)是土壤氮流失嚴(yán)重的地區(qū).

（2）水田、旱田是松嫩平原南部黑土地兩種主要土地利用方式，是研究區(qū)土壤氮流失最為嚴(yán)重的土地利用方式.水田、旱田土壤氮豐富區(qū)的土地面積占比分別較20世紀(jì)80年代減少了20.9和6.1個(gè)百分點(diǎn).

（3）土壤氮流失程度達(dá)到重度的6個(gè)市縣（區(qū)）建議作為黑土區(qū)土壤氮流失治理的重點(diǎn)地區(qū)；黑土地土壤氮流失程度達(dá)到中度的8個(gè)市縣（區(qū)）應(yīng)列為防與治兼顧的重點(diǎn)地區(qū)；黑土區(qū)土壤氮流失程度為輕度的4個(gè)市縣（區(qū)）和有輕微的土壤氮流失的6個(gè)市縣（區(qū)）均進(jìn)行應(yīng)長期觀測，防止土壤氮等營養(yǎng)成分流失程度進(jìn)一步惡化.