內蒙古河套灌區農業土壤特征與發展分析

賴黎明 美麗 楊旸

摘要：河套灌區位于寒旱區的內蒙古河套平原，具有獨特的農業土壤。盡管有關河套灌區農業土壤性質的研究已有報道，但是缺乏對其整體特征的研究。通過文獻綜述與調查，探索河套灌區農業土壤的整體特征與發展規律及其原因，旨在為增效土壤利用及制定土壤可持續發展策略提供一定的理論支持。結果表明，河套灌區農業土壤起源于黃河改道產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，土壤有機質含量較低但變化趨勢穩定，氮磷含量較低、鉀硫含量較高，養分分布不均衡，生產性能多樣性，生態性能較弱但趨勢穩定，土壤質量具有異質性但變化趨勢穩定。這些發現預示著耐不同鹽堿的、需不同養分的、多樣化的作物能夠在此土壤中生產;此農業土壤具有可持續性，但也面臨一定程度的堿化增加、養分流失、污染等問題。

關鍵詞：農業土壤;次生鹽漬化;有機質;土壤養分;異質性;生態性;河套灌區

中圖分類號： S159? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）02-0213-06

收稿日期：2021-04-11

基金項目：內蒙古自治區科技廳項目-河套學院巴彥淖爾生態治理與綠色發展院士專家工作站建設項目;河套學院人才引進啟動項目（編號：HYRC2019006）;河套學院科學技術研究項目（編號：HYZX201952）。

作者簡介：賴黎明（1965—），男，河南汝南人，博士，教授，主要從事土壤學、農業生產活動對土壤與環境的影響研究。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。

河套灌區位于內蒙古自治區西部，屬于巴彥淖爾市，地處黃河內蒙古段中上游區域（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，河套灌區就屬于典型的寒旱地區，平均年降水量159.8 mm，平均日氣溫 7.56 ℃，年蒸發量約2 200 mm[4]。該區一直是沒有灌溉就沒有農業，黃河是該區主要的灌溉水源，平均過境水量達280億m3，是全國灌溉面積最大的灌區，同時也是亞洲最大的一首制自流灌區。該區引黃灌溉的農業始于公元前2年，已有2 000年的歷史，目前灌溉面積約68萬hm2[5-6]。

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

1 河套灌區農業土壤起源

河套灌區農業土壤起源于黃河多次改道形成的沉積層。在地質構造上，河套平原是長期下沉的斷陷盆地，在漫長的地質時期，河套灌區一直為湖水所占據，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被陰山阻擋（圖1），導致其多次改道，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和引黃灌溉大量淡水補給作用下，湖積層咸水區上覆蓋了淡水層，形成了河套平原復雜多變的咸淡水層[23]，成為河套灌區的成土母質。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，使此灌淤土發展為農業土壤（厚度約50 cm）（圖2）。該區的黃河水灌溉將泥沙引入農田，使土層加厚，改變了原本較沙的土壤質地。較高的地下水位導致剖面中下部氧化還原交替發生，影響農業土壤形成過程中物質的轉化、遷移、土壤剖面的發育，控制著土壤元素的形態與有效性[24-25]。種植者的生產活動產物（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，農家肥的施用、灌溉淤泥以及農作物的根茬和凋落物等提高了土壤中有機質以及氮、磷、鉀等養分含量[24]。耕翻、耙耱、中耕等農業措施將淤積物、肥料、根茬與耕作層均勻混合，打破淤積層次，創造了良好的耕層構造[24]。

2 次生鹽漬化特征與發展分析

次生鹽漬化是河套灌區農業土壤最突出的特征。在河套灌區，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管作用上升至地表蒸發而將鹽分積聚于土壤表層，形成次生鹽化。伴隨土壤積鹽，Na+與膠體復合體的Ca2+、Mg2+等離子進行交換反應，致使土壤次生堿化（在一些局部洼地，因地下水位高，土體內含有機質和硫酸鈉，經生物作用轉化為碳酸鈉，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16個點位（圖1）的測試數據表明，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，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]。

河套灌區的土壤次生鹽漬化隨時間變化發展有3個趨勢：（1）河套灌區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約1/3的鹽堿地產生了與好地相當的經濟效益（圖3）。（2）河套灌區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，總體繼續呈現縮減趨勢[32]。原因除了灌排系統的改進排出了部分鹽分之外，河套灌區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 不均衡的養分分布與偏低的有機質含量及發展分析

河套灌區土壤養分空間分布不均衡。在2005—2008年期間，對河套灌區土壤養分的監測調查表明，土壤有機質含量的平均值為13.9 g/kg，變異系數為21.58%。全氮含量的平均值為0.83 g/kg，變異系數為20.48%，與有機質相當，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，變異系數為26.53%，高于全氮的變異系數，低于有效磷的變異系數[12]。本研究2020年在河套灌區16個點位的監測結果表明，0～20 cm土壤有效硫含量均值為159.92 mg/kg，變異系數為112.5%，變異系數高于有機質、全氮、有效磷、速效鉀，即具有更大的不均衡性。其主要原因是灌區土壤母質為黃河沖積物，在成土過程中土壤母質的沉積環境不同，形成沙黏互層的土體構型，土體千變萬化[23]。根據全國第二次土壤普查養分分級標準，總的來說，河套灌區農業土壤有機質偏低，氮磷較缺乏，鉀硫比較豐富。

在過去35年中（1986—2019年），河套灌區農業土壤0～20 cm土層平均有機質含量隨時間變化穩定且略有增加趨勢（10.9～13.9 g/kg）（表3）。河套灌區農業土壤有機質損失的原因包括作物生長季土壤微生物的活動促進了有機質分解[37]，灌水洗鹽可能導致部分有機質淋失[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]，農家肥的施用（冬季，河套灌區種植者普遍在農田里放羊，殘留羊糞），農作物大量的殘落物及根茬、秸稈還田（河套灌區秸稈還田已經是普遍現象）等均能增加土壤中的有機質。這個穩中有升的趨勢為保持農業土壤可持續性提供了堅實的基礎[41]。

4 土壤質量的異質性與發展分析

土壤質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系統的持續能力[43]。評估土壤質量對生物圈不僅在糧食和纖維生產方面，而且在維護地方、區域和全球生態系統功能方面發揮的作用[44-45]。

河套灌區農業土壤屬于灌淤土，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，具有多樣的生產能力，說明土壤質量具有多樣性，本研究稱之為土壤異質性。河套灌區土壤異質性決定了作物的多樣性。據調查，30余種作物在河套灌區種植，其中玉米、向日葵、春小麥是灌區的三大主要作物，其他為特色作物（表4）[15，23，46-47]。比如，華萊士蜜瓜于20世紀40年代由美國引種到甘肅試種[48]，卻成為河套灌區的磴口縣的特產[49]。其根本原因是磴口的土壤與氣候最適宜該瓜的生長[50]。

河套灌區農業土壤質量隨時間變化發展具有穩定性趨勢。河套灌區農業土壤已經有2 000年的歷史（因戰爭曾經導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上。當代河套灌區農業灌溉全部是“格（畦）田淹灌”，避免了水土流失現象。地膜覆蓋避免了該區農業土壤因風蝕而導致流失的現象。土壤有機質的穩定增加趨勢（表3）維持了土壤肥力的穩定性。鹽堿地面積的遞減趨勢[31-32]保證了該區土壤鹽堿化程度的穩定性。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定性[52]。過量施肥、不適當施用農藥、地膜殘留對于土壤質量與環境的負面影響已經引起普遍關注[53-54]，目前正在實施“控水、控肥、控藥、控膜”措施，已經把這些負面影響控制在一定的范圍之內。但是，對于土壤pH值逐漸增加可能導致的后果目前還沒有引起關注。

5 土壤生態性與發展分析

土壤質量的另一個主要功能是在維護地方、區域和全球生態系統功能方面發揮的作用[44-45，55]，本研究稱之為農業土壤的生態性。河套灌區的農業土壤具有生態性，其隨時間的發展變化具有穩定性。土壤生產性能、緩沖性能、凈化性能是保持土壤生態性的穩定性的關鍵。受自然因素與人為活動的影響，這3種性能呈動態變化特征。具體來說，農業生產中的灌溉、施化肥、農藥、覆蓋地膜、農業機械等活動影響了土壤生產性。灌水洗鹽過程導致部分養分、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、數量及活性，另一方面取決于土壤結構、有機質含量、溫濕度、通氣狀況等理化性質[42]，過量施用化肥與農藥以及地膜殘留會引起不同程度的土壤污染，導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土壤的生態性。這是因為：（1）每年約66.7萬hm2的農田正常生產，在多樣性的作物生長季節（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污染等生態服務功能。農業有助于保護和可持續利用生物多樣性，保持極其重要的生態系統服務[58]。（2）河套灌區的植樹造林是穩定土壤生態性能的另一個重要因素。面積約579.85 km2的農田防護林沿斗、農、毛渠布設，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 結論

綜上所述，河套灌區農業土壤屬于潮灌淤土，起源于黃河多次改道導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，土壤有機質含量較低但變化趨勢穩定，氮磷含量較低，鉀硫含量較高，養分分布不均衡，生產性能多樣性，生態性能較弱但趨勢穩定、土壤質量具有異質性但變化趨勢穩定?？傮w來看，河套灌區農業土壤是可持續的，但同時也面臨一些問題需要進一步研究，如土壤緩沖能力偏低、堿化程度增加、凈化能力偏低、生態系統的穩定性能較弱、土壤養分流失、土壤板結、化肥農藥地膜殘留的污染等。

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