青海省民和縣新民—李二堡地區土壤養分地球化學特征分析

付 嵩,丁玉進，張新遠，王 偉,李社宏

(1.桂林理工大學 地球科學學院, 廣西 桂林 541006；2.青海省地質調查院,青海 西寧 810012)

0 引 言

土地是農業、林業和牧業最基本的生成資料，也是人們生產和生活的基本場所。對土地中土壤養分進行分析和評估，是我國農業地質研究的重要內容[1-3]。青海省民和縣是青海重要的農業和牧業基地，但長期以來對土壤的研究程度極低，缺乏對土壤養分的分析。在當前脫貧發展特色農業的時機之下，對該區開展了新民鄉和李二堡鎮地區1∶5萬農業地質調查工作。本文根據最新調查成果，分析該區土壤養分地球化學特征，劃分其等級，評價土壤養分現狀。

1 研究區概況

青海省新民鄉和李二堡鎮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，無霜期198 d。常住人口2.6萬，當地以回族和漢族為主，還有藏族、土族等，農牧業人口占總人口的79.6%。研究區總面積約為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，峽門水庫及松樹溝河是農業灌溉、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，農業以小麥、馬鈴薯、豌(蠶)豆種植為主，近年來玉米、油料作物(向日葵、油菜)和蔬菜種植比例不斷擴大[6]。

2 采樣分析

影響高寒土壤養分指標有很多[7-10]，其中有機質、氮(N)、磷(P)、鉀(K)、硫(S)、水溶性鈣(Ca)和鎂(Mg)等是重要指標。本次針對以上指標，結合pH、硝態氮、銨態氮、有效磷、有效鉀等分析，對青海省新民—李二堡地區進行土壤養分分析。為方便對全區土地質量進行評估，以0.25 km2為評估單元按取平均值的方式對研究區進行劃分，按照1件/0.25 km2，采樣深度0～20 cm，每個網格取樣品1個，共計取樣574個，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；3.鄉鎮；4.村寨；5.采樣點

樣品中金屬元素部分采用X射線熒光光譜法測定，有效態K、N、P等在國土資源部合肥礦產資源監督檢測中心采用等離子體光譜儀進行測量，測量數據統計見表1。

3 土壤地球化學

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、不同氣候條件和耕作方式及人為因素對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化[11]。研究區土壤pH值范圍為6.77～9.12，平均為8.226，從樣品出現頻率正態曲線可見(圖2(a))pH值主要集中在7.6～8.8之間。按“土地質量地球化學評價規范”(DD2014-10)土壤pH分級標準，區內強堿性占6.88%(>8.5)，堿性占92.23%(7.5～8.5)，其余0.9%為中性(6.5～7.5)，整體呈現出堿性—強堿性特征。

有機質是土壤養分的主要來源，主要由氮素、磷素等組成，源于高等植物、土壤中的動物、微生物殘體以及施用的有機肥。研究區土壤中有機質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分布圖中，主要集中在2～34 g/kg(圖2(b))。按中國環境保護部頒發的“中華人民共和國國家標準土壤環境質量標準”(GB15618—1995)，測區缺乏有機質區域占25.41%(≤10 g/kg)，稍微缺乏區占54.86%(10～20 g/kg)，適中區占18.39%(20～30 g/kg)，有機質豐富區占1.05%(30～40 g/kg)，非常豐富區僅占0.30%(﹥40 g/kg)，樣品出現頻率正態曲線見圖2(b)。

表1 研究區養分指標分級統計

圖2 土壤養分指標值分布頻率圖Fig.2 Distribution frequency diagrams of soil nutrient index values (a)pH值分布頻率圖；(b)有機質分布頻率圖；(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

氮是植物體內多種重要有機化合物的組分，是限制植物生長和產量的重要因素,也是遺傳物質的基礎。我國耕地土壤的氮含量不高，一般為1～2 mg/kg[12-13]。

本區氮含量較低，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))。其中硝態氮介于1.23～113.02 mg/kg之間，平均12.31 mg/kg，在95%的地區主要集中在1.23～28.79 mg/kg之間。其中銨態氮介于3.19～43.38 mg/kg之間，平均為8.1 mg/kg，95%地區主要集中在3.19～15.31 mg/kg之間。按照GB15618—1995土壤養分等級標準，缺乏氮區域占32.88%(≤0.75 g/kg)，稍微缺乏區占30.04%(0.75～1.00 g/kg)，適中區占29.9%(1.00～1.50 g/kg)，豐富區占6.43%(1.5～2.0 g/kg)，非常豐富區僅占0.75%(>2.0 g/kg)。

磷是植物生長發育不可缺少的營養元素之一，對植物高產及保持品質的優良特性有明顯作用。土壤中磷對作物具有有效性[14-16]。研究區磷的含量范圍為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以內樣品分布比較均勻。按照GB15618—1995土壤養分等級標準，全區缺乏磷區域僅占0.15%(≤0.40 g/kg)，稍微缺乏區占5.23%(0.4～0.6 g/kg)，適中區占48.28%(0.6～0.8 g/kg)，有機質豐富區占30.19%(0.8～1.0 g/kg)，非常豐富區占16.14%(﹥1 g/kg)。

鉀不僅是植物生長發育所必需的營養元素，而且是肥力三要素之一。大部分植物對鉀的需求很大，植物的吸鉀量一般超過吸磷量，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土壤環境質量標準，研究區非常豐富和豐富的區域占98.06%(>20 g/kg)，缺乏和稍微缺乏的區域僅占0.15%(≤10 g/kg)。

硫是組成植物的基礎物質，即蛋白質、核酸不可缺少的元素，被認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系到對硫的需求量[18]。工作區全硫的含量范圍為99.4～9 601.4 mg/kg，平均值為366.6 mg/kg。按照GB15618—1995土壤養分等級標準，S含量適中的區域占47.23%(219～270 mg/kg)，非常豐富(>343 mg/kg)和缺乏區域(<172 mg/kg)僅占7.62%和4.04%。同時，有17個樣品的含量超過了2 000 mg/kg，占總量的2.54%，這些零星分布的小區塊容易對農作物生長以及土壤環境造成危害(圖2(f))。

水溶性Ca和Mg是作物生長發育不可缺少的營養元素[19]。研究區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 土壤養分地球化學綜合等級

本文根據采樣數據，依照“土地質量地球化學評價規范”，對有機質、氮(N)、磷(P)、鉀(K)、硫(S)、水溶性鈣(Ca)和鎂(Mg)等養分指標進行了單元素養分指標分級分析(表1)。根據土壤養分地球化學綜合等級要求，按照“土地質量地球化學評價規范”，對氮(N)、磷(P)和鉀(K)3個養分指標進行土壤養分地球化學綜合等級分析，土壤養分地球化學綜合得分f養綜由N、P、K單項地球化學指標為基礎，通過以下公式得出：

(1)

式中：f養綜為土壤N、P、K評價總得分，1≤f養綜≤ 5；Ki為N、P、K權重系數，分別為0.4、0.4和0.2；fi分別為土壤N、P、K的單元素等級得分。五級、四級、三級、二級、一級所對應的fi得分分別為1、2、3、4、5分。

表2土壤f養綜養分地球化學等級劃分

Table2Geochemistrygradedivisionforf養綜ofsoilnutrients

等級一級二級三級四級五級f養綜范圍≥4.54.5～3.53.5～2.52.5～1.5<1.5樣品個數181962931611比例/% 2.6929.3043.8024.070.15

圖3 土壤養分質量分級圖Fig.3 Classification diagram of soil nutrient quality1.一級土壤；2.二級土壤；3.三級土壤；4.四級土壤；5.五級土壤；6.鄉村；7.主要水系

通過公式(1)和土壤養分地球化學綜合評價等級劃分(表2)，將評估區土壤養分地球化學等級劃分為5級。繪制研究區土壤養分質量分級(圖3)。在評估區內，土壤養分較為缺乏四級和五級土壤總面積占24.22%，主要分布于評估區西北部，該區相對缺水，五級土壤主要在后灣，僅有1個樣品，主要是超標嚴重；土壤養分豐富的一級和較豐富的二級土壤面積占31.99%，主要分布于評估區南部李二堡鄉的河谷地帶，地表水系較發育；其余為養分中等的三級土壤，分布零散。

5 結 論

(1)對青海省民和縣新民—李二堡地區土壤pH、有機質、氮(N)、磷(P)、鉀(K)、硫(S)、水溶性鈣(Ca)、鎂(Mg)調查，發現該區主要屬于堿性—強堿性土質，K富集，P中等偏富,N較貧乏，個別地區S超標。

(2)綜合評價研究區，土壤養分豐富的一級和較豐富的二級土壤面積占31.99%，中等級別占43.8%，較貧乏占24.07%，貧乏地區占0.15%。