內(nèi)蒙古河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤特征與發(fā)展分析

賴?yán)杳?美麗 楊旸

摘要：河套灌區(qū)位于寒旱區(qū)的內(nèi)蒙古河套平原，具有獨特的農(nóng)業(yè)土壤。盡管有關(guān)河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤性質(zhì)的研究已有報道，但是缺乏對其整體特征的研究。通過文獻(xiàn)綜述與調(diào)查，探索河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤的整體特征與發(fā)展規(guī)律及其原因，旨在為增效土壤利用及制定土壤可持續(xù)發(fā)展策略提供一定的理論支持。結(jié)果表明，河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤起源于黃河改道產(chǎn)生的沉積層及其人工熟化，具有周期性的次生鹽漬化特征，其pH值呈增加趨勢，土壤有機質(zhì)含量較低但變化趨勢穩(wěn)定，氮磷含量較低、鉀硫含量較高，養(yǎng)分分布不均衡，生產(chǎn)性能多樣性，生態(tài)性能較弱但趨勢穩(wěn)定，土壤質(zhì)量具有異質(zhì)性但變化趨勢穩(wěn)定。這些發(fā)現(xiàn)預(yù)示著耐不同鹽堿的、需不同養(yǎng)分的、多樣化的作物能夠在此土壤中生產(chǎn);此農(nóng)業(yè)土壤具有可持續(xù)性，但也面臨一定程度的堿化增加、養(yǎng)分流失、污染等問題。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)土壤;次生鹽漬化;有機質(zhì);土壤養(yǎng)分;異質(zhì)性;生態(tài)性;河套灌區(qū)

中圖分類號： S159? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）02-0213-06

收稿日期：2021-04-11

基金項目：內(nèi)蒙古自治區(qū)科技廳項目-河套學(xué)院巴彥淖爾生態(tài)治理與綠色發(fā)展院士專家工作站建設(shè)項目;河套學(xué)院人才引進(jìn)啟動項目（編號：HYRC2019006）;河套學(xué)院科學(xué)技術(shù)研究項目（編號：HYZX201952）。

作者簡介：賴?yán)杳鳎?965—），男，河南汝南人，博士，教授，主要從事土壤學(xué)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動對土壤與環(huán)境的影響研究。E-mail：liming.lai@qq.com。

通信作者：楊 旸，碩士，講師，主要從事土壤肥力方面的研究。E-mail：380121735@qq.com。

河套灌區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部，屬于巴彥淖爾市，地處黃河內(nèi)蒙古段中上游區(qū)域（106°10′～109°30′E、40°12′～41°20′N），海拔1 007～1 015 m，南臨黃河，北抵陰山，西與烏蘭布和沙漠相接，東至包頭市，地形平坦[1-2]，總土地面積約1.12萬km2 [3]。自全新世（約11 700年前）以來，河套灌區(qū)就屬于典型的寒旱地區(qū)，平均年降水量159.8 mm，平均日氣溫 7.56 ℃，年蒸發(fā)量約2 200 mm[4]。該區(qū)一直是沒有灌溉就沒有農(nóng)業(yè)，黃河是該區(qū)主要的灌溉水源，平均過境水量達(dá)280億m3，是全國灌溉面積最大的灌區(qū)，同時也是亞洲最大的一首制自流灌區(qū)。該區(qū)引黃灌溉的農(nóng)業(yè)始于公元前2年，已有2 000年的歷史，目前灌溉面積約68萬hm2[5-6]。

河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤屬灌淤土類型的亞類潮化灌淤土土屬[7]。河套灌區(qū)土壤的灌淤層為30～70 cm，少數(shù)厚達(dá)1 m以上。土壤剖面為A11-Ab-c型，上下較均質(zhì)，底部常見文化遺物，石灰反應(yīng)為中等[7]。目前，雖然有很多關(guān)于河套灌區(qū)土壤的調(diào)查與研究[8-9]，但均是分散的或者是基于土壤某種性質(zhì)的研究，例如有關(guān)土壤養(yǎng)分[10-12]、土壤鹽漬化[13-16]、水鹽運移規(guī)律[17-20]、土壤污染情況[21-22]等的研究，缺乏對河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤整體特征的分析?；诖?，本研究把河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤作為一個整體，從農(nóng)業(yè)與生態(tài)的角度，探索河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤的整體特征與發(fā)展規(guī)律及其原因，為制定農(nóng)業(yè)土壤可持續(xù)發(fā)展策略及增效土壤利用提供一定的理論支持。

1 河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤起源

河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤起源于黃河多次改道形成的沉積層。在地質(zhì)構(gòu)造上，河套平原是長期下沉的斷陷盆地，在漫長的地質(zhì)時期，河套灌區(qū)一直為湖水所占據(jù)，后來形成以湖相為主、富含鹽分的沉積層。黃河形成至河套灌區(qū)被陰山阻擋（圖1），導(dǎo)致其多次改道，在湖相沉積層上覆蓋了黃河沖積層。在黃河古河道的波及區(qū)和引黃灌溉大量淡水補給作用下，湖積層咸水區(qū)上覆蓋了淡水層，形成了河套平原復(fù)雜多變的咸淡水層[23]，成為河套灌區(qū)的成土母質(zhì)。此土壤是以地方因素為主形成的，以灌淤土為主[12]。

由于長期灌溉將含有泥沙的黃河水引入土層，加之人為施肥、耕種等旱耕熟化措施，使此灌淤土發(fā)展為農(nóng)業(yè)土壤（厚度約50 cm）（圖2）。該區(qū)的黃河水灌溉將泥沙引入農(nóng)田，使土層加厚，改變了原本較沙的土壤質(zhì)地。較高的地下水位導(dǎo)致剖面中下部氧化還原交替發(fā)生，影響農(nóng)業(yè)土壤形成過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、遷移、土壤剖面的發(fā)育，控制著土壤元素的形態(tài)與有效性[24-25]。種植者的生產(chǎn)活動產(chǎn)物（牲畜糞便，炭屑、煤渣、磚瓦和陶瓷碎片）可以使土壤耕層加厚。另外，農(nóng)家肥的施用、灌溉淤泥以及農(nóng)作物的根茬和凋落物等提高了土壤中有機質(zhì)以及氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量[24]。耕翻、耙耱、中耕等農(nóng)業(yè)措施將淤積物、肥料、根茬與耕作層均勻混合，打破淤積層次，創(chuàng)造了良好的耕層構(gòu)造[24]。

2 次生鹽漬化特征與發(fā)展分析

次生鹽漬化是河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤最突出的特征。在河套灌區(qū)，因渠系滲漏與大水漫灌致使地下水位升高，在干旱條件下，含鹽的地下水通過毛細(xì)管作用上升至地表蒸發(fā)而將鹽分積聚于土壤表層，形成次生鹽化。伴隨土壤積鹽，Na+與膠體復(fù)合體的Ca2+、Mg2+等離子進(jìn)行交換反應(yīng)，致使土壤次生堿化（在一些局部洼地，因地下水位高，土體內(nèi)含有機質(zhì)和硫酸鈉，經(jīng)生物作用轉(zhuǎn)化為碳酸鈉，也使土壤堿化）[16]。土壤次生鹽漬化又稱土壤次生鹽堿化[26]。每年的土壤含鹽量具有波動性[27]。本研究在2019、2020年秋收后對全灌區(qū)16個點位（圖1）的測試數(shù)據(jù)表明，0～20 cm的平均土壤全鹽含量分別是1.49、2.18 g/kg。但是，總體來說，河套灌區(qū)土壤耕層全鹽含量低于10 g/kg[28]，向下顯著減少，在0～100 cm土層平均含鹽量為2～3 g/kg[29]。其原因與每年氣候和灌溉量相關(guān)，隨氣溫的上升而增加[28]，隨降水量與灌溉量的增加而減小[29]。

河套灌區(qū)的土壤次生鹽漬化隨時間變化發(fā)展有3個趨勢：（1）河套灌區(qū)土壤次生鹽漬化具有年際周期性的特點，具有不可消除性趨勢。每年4月鹽分含量最高，6月次之，7月最?。ū?）[30]。該特點決定了利用鹽漬化土壤的重要性。比如，向日葵的種植使河套灌區(qū)約1/3的鹽堿地產(chǎn)生了與好地相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益（圖3）。（2）河套灌區(qū)的土壤次生鹽漬化面積有減少的趨勢。1991—2005年，鹽堿地總面積由1 019 km2減少到814 km2，年平均減少14.6 km2，重鹽堿地、中度鹽堿地和輕度鹽堿地分別減少了55、34、116 km2 [31]。2006—2014，總體繼續(xù)呈現(xiàn)縮減趨勢[32]。原因除了灌排系統(tǒng)的改進(jìn)排出了部分鹽分之外，河套灌區(qū)的平均地下水位的下降[32-34]也有利于減少鹽漬化的面積。（3）河套灌區(qū)土壤pH值呈緩慢增加趨勢（表2）。究其原因，一方面是土壤次生堿化增加，另一方面是忽略了土壤堿化的防治。

3 不均衡的養(yǎng)分分布與偏低的有機質(zhì)含量及發(fā)展分析

河套灌區(qū)土壤養(yǎng)分空間分布不均衡。在2005—2008年期間，對河套灌區(qū)土壤養(yǎng)分的監(jiān)測調(diào)查表明，土壤有機質(zhì)含量的平均值為13.9 g/kg，變異系數(shù)為21.58%。全氮含量的平均值為0.83 g/kg，變異系數(shù)為20.48%，與有機質(zhì)相當(dāng)，具有較大的不均衡性。有效磷含量的平均值為12.7 mg/kg，變異系數(shù)為50.55%，比全氮具有更大的不均衡性。速效鉀含量的平均值為185 mg/kg，變異系數(shù)為26.53%，高于全氮的變異系數(shù)，低于有效磷的變異系數(shù)[12]。本研究2020年在河套灌區(qū)16個點位的監(jiān)測結(jié)果表明，0～20 cm土壤有效硫含量均值為159.92 mg/kg，變異系數(shù)為112.5%，變異系數(shù)高于有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀，即具有更大的不均衡性。其主要原因是灌區(qū)土壤母質(zhì)為黃河沖積物，在成土過程中土壤母質(zhì)的沉積環(huán)境不同，形成沙黏互層的土體構(gòu)型，土體千變?nèi)f化[23]。根據(jù)全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，總的來說，河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤有機質(zhì)偏低，氮磷較缺乏，鉀硫比較豐富。

在過去35年中（1986—2019年），河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤0～20 cm土層平均有機質(zhì)含量隨時間變化穩(wěn)定且略有增加趨勢（10.9～13.9 g/kg）（表3）。河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤有機質(zhì)損失的原因包括作物生長季土壤微生物的活動促進(jìn)了有機質(zhì)分解[37]，灌水洗鹽可能導(dǎo)致部分有機質(zhì)淋失[38]，種植者傾向于施用化肥而少施有機肥[39]。但是，黃河灌溉水引入的淤泥和沉積物[40]，農(nóng)家肥的施用（冬季，河套灌區(qū)種植者普遍在農(nóng)田里放羊，殘留羊糞），農(nóng)作物大量的殘落物及根茬、秸稈還田（河套灌區(qū)秸稈還田已經(jīng)是普遍現(xiàn)象）等均能增加土壤中的有機質(zhì)。這個穩(wěn)中有升的趨勢為保持農(nóng)業(yè)土壤可持續(xù)性提供了堅實的基礎(chǔ)[41]。

4 土壤質(zhì)量的異質(zhì)性與發(fā)展分析

土壤質(zhì)量是一個綜合的概念，指土壤作為維持植物、動物和人類的重要生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)能力[43]。評估土壤質(zhì)量對生物圈不僅在糧食和纖維生產(chǎn)方面，而且在維護(hù)地方、區(qū)域和全球生態(tài)系統(tǒng)功能方面發(fā)揮的作用[44-45]。

河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤屬于灌淤土，其耕層的黏重程度差異較大，大致分為紅泥土、兩黃土、沫土、沙土、下黏上沙的沙蓋土、上黏下沙的蓋壚沙或漏沙土，具有多樣的生產(chǎn)能力，說明土壤質(zhì)量具有多樣性，本研究稱之為土壤異質(zhì)性。河套灌區(qū)土壤異質(zhì)性決定了作物的多樣性。據(jù)調(diào)查，30余種作物在河套灌區(qū)種植，其中玉米、向日葵、春小麥?zhǔn)枪鄥^(qū)的三大主要作物，其他為特色作物（表4）[15，23，46-47]。比如，華萊士蜜瓜于20世紀(jì)40年代由美國引種到甘肅試種[48]，卻成為河套灌區(qū)的磴口縣的特產(chǎn)[49]。其根本原因是磴口的土壤與氣候最適宜該瓜的生長[50]。

河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量隨時間變化發(fā)展具有穩(wěn)定性趨勢。河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤已經(jīng)有2 000年的歷史（因戰(zhàn)爭曾經(jīng)導(dǎo)致有幾次耕種的中斷）[51]，其根本原因是土壤建立在黃河灌溉的基礎(chǔ)上。當(dāng)代河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉全部是“格（畦）田淹灌”，避免了水土流失現(xiàn)象。地膜覆蓋避免了該區(qū)農(nóng)業(yè)土壤因風(fēng)蝕而導(dǎo)致流失的現(xiàn)象。土壤有機質(zhì)的穩(wěn)定增加趨勢（表3）維持了土壤肥力的穩(wěn)定性。鹽堿地面積的遞減趨勢[31-32]保證了該區(qū)土壤鹽堿化程度的穩(wěn)定性。每年的“灌水洗鹽”（秋澆與春灌的灌溉制度）保證了次生鹽漬化程度的穩(wěn)定性[52]。過量施肥、不適當(dāng)施用農(nóng)藥、地膜殘留對于土壤質(zhì)量與環(huán)境的負(fù)面影響已經(jīng)引起普遍關(guān)注[53-54]，目前正在實施“控水、控肥、控藥、控膜”措施，已經(jīng)把這些負(fù)面影響控制在一定的范圍之內(nèi)。但是，對于土壤pH值逐漸增加可能導(dǎo)致的后果目前還沒有引起關(guān)注。

5 土壤生態(tài)性與發(fā)展分析

土壤質(zhì)量的另一個主要功能是在維護(hù)地方、區(qū)域和全球生態(tài)系統(tǒng)功能方面發(fā)揮的作用[44-45，55]，本研究稱之為農(nóng)業(yè)土壤的生態(tài)性。河套灌區(qū)的農(nóng)業(yè)土壤具有生態(tài)性，其隨時間的發(fā)展變化具有穩(wěn)定性。土壤生產(chǎn)性能、緩沖性能、凈化性能是保持土壤生態(tài)性的穩(wěn)定性的關(guān)鍵。受自然因素與人為活動的影響，這3種性能呈動態(tài)變化特征。具體來說，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的灌溉、施化肥、農(nóng)藥、覆蓋地膜、農(nóng)業(yè)機械等活動影響了土壤生產(chǎn)性。灌水洗鹽過程導(dǎo)致部分養(yǎng)分、離子隨之淋失，微生物量減少[52，56-57]，從而影響了土壤緩沖性。土壤凈化性一方面取決于土壤中微生物種類、數(shù)量及活性，另一方面取決于土壤結(jié)構(gòu)、有機質(zhì)含量、溫濕度、通氣狀況等理化性質(zhì)[42]，過量施用化肥與農(nóng)藥以及地膜殘留會引起不同程度的土壤污染，導(dǎo)致土壤凈化能力的降低。但是這些影響還不足以破壞河套灌區(qū)土壤的生態(tài)性。這是因為：（1）每年約66.7萬hm2的農(nóng)田正常生產(chǎn)，在多樣性的作物生長季節(jié)（每年的5—10月）能夠起到吸收空氣中的二氧化碳、釋放氧氣、抵擋沙塵暴、阻隔沙漠、凈化土壤減緩地下水質(zhì)污染等生態(tài)服務(wù)功能。農(nóng)業(yè)有助于保護(hù)和可持續(xù)利用生物多樣性，保持極其重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[58]。（2）河套灌區(qū)的植樹造林是穩(wěn)定土壤生態(tài)性能的另一個重要因素。面積約579.85 km2的農(nóng)田防護(hù)林沿斗、農(nóng)、毛渠布設(shè)，主林帶間距為100 m，副林帶間距為 1 000 m [59-60]（圖4），主要樹種有楊、柳、沙棗和榆樹等。

5 結(jié)論

綜上所述，河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤屬于潮灌淤土，起源于黃河多次改道導(dǎo)致的沉積層及其人工熟化，具有年際周期性的次生鹽漬化特點，其重鹽漬化面積呈降低趨勢，pH值呈增加趨勢，土壤有機質(zhì)含量較低但變化趨勢穩(wěn)定，氮磷含量較低，鉀硫含量較高，養(yǎng)分分布不均衡，生產(chǎn)性能多樣性，生態(tài)性能較弱但趨勢穩(wěn)定、土壤質(zhì)量具有異質(zhì)性但變化趨勢穩(wěn)定。總體來看，河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)土壤是可持續(xù)的，但同時也面臨一些問題需要進(jìn)一步研究，如土壤緩沖能力偏低、堿化程度增加、凈化能力偏低、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能較弱、土壤養(yǎng)分流失、土壤板結(jié)、化肥農(nóng)藥地膜殘留的污染等。

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