青海省民和县新民—李二堡地区土壤养分地球化学特征分析

2018-10-31丁玉进张新远李社宏

现代地质 2018年5期

付嵩,丁玉进，张新远，王伟,李社宏

(1.桂林理工大学地球科学学院, 广西桂林 541006；2.青海省地质调查院,青海西宁 810012)

0 引言

土地是农业、林业和牧业最基本的生成资料，也是人们生产和生活的基本场所。对土地中土壤养分进行分析和评估，是我国农业地质研究的重要内容[1-3]。青海省民和县是青海重要的农业和牧业基地，但长期以来对土壤的研究程度极低，缺乏对土壤养分的分析。在当前脱贫发展特色农业的时机之下，对该区开展了新民乡和李二堡镇地区1∶5万农业地质调查工作。本文根据最新调查成果，分析该区土壤养分地球化学特征，划分其等级，评价土壤养分现状。

1 研究区概况

青海省新民乡和李二堡镇属于青海省民和县管辖，位于县境西北部，距县府驻地25 km。属高原大陆性干旱气候，年平均气温5～8 ℃,年降水量350 mm，降水集中在7—9月份，无霜期198 d。常住人口2.6万，当地以回族和汉族为主，还有藏族、土族等，农牧业人口占总人口的79.6%。研究区总面积约为161 km2，平均海拔2 200 m，地形整体为南高北低。共有耕地总面积66.57 km2，其中水浇地约为4.18 km2，峡门水库及松树沟河是农业灌溉、人畜饮水的主要水源[4-5]。土壤类型以栗土、黑钙土、灰钙土为主，农业以小麦、马铃薯、豌(蚕)豆种植为主，近年来玉米、油料作物(向日葵、油菜)和蔬菜种植比例不断扩大[6]。

2 采样分析

影响高寒土壤养分指标有很多[7-10]，其中有机质、氮(N)、磷(P)、钾(K)、硫(S)、水溶性钙(Ca)和镁(Mg)等是重要指标。本次针对以上指标，结合pH、硝态氮、铵态氮、有效磷、有效钾等分析，对青海省新民—李二堡地区进行土壤养分分析。为方便对全区土地质量进行评估，以0.25 km2为评估单元按取平均值的方式对研究区进行划分，按照1件/0.25 km2，采样深度0～20 cm，每个网格取样品1个，共计取样574个，采样位置见图1。

图1 采样位置图[3]Fig.1 Diagram of sampling positions1.主要水系；2.工作区；3.乡镇；4.村寨；5.采样点

样品中金属元素部分采用X射线荧光光谱法测定，有效态K、N、P等在国土资源部合肥矿产资源监督检测中心采用等离子体光谱仪进行测量，测量数据统计见表1。

3 土壤地球化学

土壤中pH值反映了土壤酸碱度条件，不同土壤类型和成土母质、不同气候条件和耕作方式及人为因素对土壤中酸碱度均有影响，土壤酸碱度制约着不同元素在土壤中的迁移转化[11]。研究区土壤pH值范围为6.77～9.12，平均为8.226，从样品出现频率正态曲线可见(图2(a))pH值主要集中在7.6～8.8之间。按“土地质量地球化学评价规范”(DD2014-10)土壤pH分级标准，区内强碱性占6.88%(>8.5)，碱性占92.23%(7.5～8.5)，其余0.9%为中性(6.5～7.5)，整体呈现出碱性—强碱性特征。

有机质是土壤养分的主要来源，主要由氮素、磷素等组成，源于高等植物、土壤中的动物、微生物残体以及施用的有机肥。研究区土壤中有机质含量的变化范围比较大，为2.40～49.01 g/kg，平均值为14.85 g/kg，在土壤样品频率正态分布图中，主要集中在2～34 g/kg(图2(b))。按中国环境保护部颁发的“中华人民共和国国家标准土壤环境质量标准”(GB15618—1995)，测区缺乏有机质区域占25.41%(≤10 g/kg)，稍微缺乏区占54.86%(10～20 g/kg)，适中区占18.39%(20～30 g/kg)，有机质丰富区占1.05%(30～40 g/kg)，非常丰富区仅占0.30%(﹥40 g/kg)，样品出现频率正态曲线见图2(b)。

表1 研究区养分指标分级统计

图2 土壤养分指标值分布频率图Fig.2 Distribution frequency diagrams of soil nutrient index values (a)pH值分布频率图；(b)有机质分布频率图；(c)N值分布频率图；(d)P值分布频率图；(e)K值分布频率图；(f)S、水溶性Ca和Mg分布频率图

氮是植物体内多种重要有机化合物的组分，是限制植物生长和产量的重要因素,也是遗传物质的基础。我国耕地土壤的氮含量不高，一般为1～2 mg/kg[12-13]。

本区氮含量较低，含量介于0.295 2～2 811.2 mg/kg之间，平均值为927.2 mg/kg，在土壤样品频率正态分布图中，氮含量主要集中在0.4～1.9 g/kg之间(图2(c))。其中硝态氮介于1.23～113.02 mg/kg之间，平均12.31 mg/kg，在95%的地区主要集中在1.23～28.79 mg/kg之间。其中铵态氮介于3.19～43.38 mg/kg之间，平均为8.1 mg/kg，95%地区主要集中在3.19～15.31 mg/kg之间。按照GB15618—1995土壤养分等级标准，缺乏氮区域占32.88%(≤0.75 g/kg)，稍微缺乏区占30.04%(0.75～1.00 g/kg)，适中区占29.9%(1.00～1.50 g/kg)，丰富区占6.43%(1.5～2.0 g/kg)，非常丰富区仅占0.75%(>2.0 g/kg)。

磷是植物生长发育不可缺少的营养元素之一，对植物高产及保持品质的优良特性有明显作用。土壤中磷对作物具有有效性[14-16]。研究区磷的含量范围为0.35～2.05 g/kg，平均值为0.84 g/kg，在土壤样品频率正态分布图中，主要集中在0.2～1.5 g/kg之间(图2(d))。有效磷含量介于1.62～46.3 mg/kg之间，平均11.23 mg/kg(中等10～20 mg/kg)，小于30 mg/kg以内样品分布比较均匀。按照GB15618—1995土壤养分等级标准，全区缺乏磷区域仅占0.15%(≤0.40 g/kg)，稍微缺乏区占5.23%(0.4～0.6 g/kg)，适中区占48.28%(0.6～0.8 g/kg)，有机质丰富区占30.19%(0.8～1.0 g/kg)，非常丰富区占16.14%(﹥1 g/kg)。

钾不仅是植物生长发育所必需的营养元素，而且是肥力三要素之一。大部分植物对钾的需求很大，植物的吸钾量一般超过吸磷量，与吸氮量相近，而喜钾作物需钾量高于需氮量[17]。研究区钾的含量范围为13.1～34.4 g/kg，平均值为24.34 g/kg，在土壤样品频率正态分布图中，主要集中在20～32 g/kg之间(图2(e))。有效K在80.4～780 mg/kg之间，平均218.4 mg/kg。按照GB15618—1995土壤环境质量标准，研究区非常丰富和丰富的区域占98.06%(>20 g/kg)，缺乏和稍微缺乏的区域仅占0.15%(≤10 g/kg)。

硫是组成植物的基础物质，即蛋白质、核酸不可缺少的元素，被认为是植物的第四大元素。植物种类、品种、器官和生育期都直接关系到对硫的需求量[18]。工作区全硫的含量范围为99.4～9 601.4 mg/kg，平均值为366.6 mg/kg。按照GB15618—1995土壤养分等级标准，S含量适中的区域占47.23%(219～270 mg/kg)，非常丰富(>343 mg/kg)和缺乏区域(<172 mg/kg)仅占7.62%和4.04%。同时，有17个样品的含量超过了2 000 mg/kg，占总量的2.54%，这些零星分布的小区块容易对农作物生长以及土壤环境造成危害(图2(f))。

水溶性Ca和Mg是作物生长发育不可缺少的营养元素[19]。研究区土壤水溶性钙的含量范围为20.94～2 610.65 mg/kg，平均值为159.6 mg/kg；水溶性Mg的含量范围为4.77～3 171.90 mg/kg，平均值为37.67 mg/kg。水溶性Ca和Mg在样品中频率分布中缺乏比例为20.33%和14.05%(图2(f))。

4 土壤养分地球化学综合等级

本文根据采样数据，依照“土地质量地球化学评价规范”，对有机质、氮(N)、磷(P)、钾(K)、硫(S)、水溶性钙(Ca)和镁(Mg)等养分指标进行了单元素养分指标分级分析(表1)。根据土壤养分地球化学综合等级要求，按照“土地质量地球化学评价规范”，对氮(N)、磷(P)和钾(K)3个养分指标进行土壤养分地球化学综合等级分析，土壤养分地球化学综合得分f养综由N、P、K单项地球化学指标为基础，通过以下公式得出：

(1)

式中：f养综为土壤N、P、K评价总得分，1≤f养综≤ 5；Ki为N、P、K权重系数，分别为0.4、0.4和0.2；fi分别为土壤N、P、K的单元素等级得分。五级、四级、三级、二级、一级所对应的fi得分分别为1、2、3、4、5分。

表2土壤f养综养分地球化学等级划分

Table2Geochemistrygradedivisionforf养综ofsoilnutrients

等级一级二级三级四级五级f养综范围≥4.54.5～3.53.5～2.52.5～1.5<1.5样品个数181962931611比例/% 2.6929.3043.8024.070.15

图3 土壤养分质量分级图Fig.3 Classification diagram of soil nutrient quality1.一级土壤；2.二级土壤；3.三级土壤；4.四级土壤；5.五级土壤；6.乡村；7.主要水系

通过公式(1)和土壤养分地球化学综合评价等级划分(表2)，将评估区土壤养分地球化学等级划分为5级。绘制研究区土壤养分质量分级(图3)。在评估区内，土壤养分较为缺乏四级和五级土壤总面积占24.22%，主要分布于评估区西北部，该区相对缺水，五级土壤主要在后湾，仅有1个样品，主要是超标严重；土壤养分丰富的一级和较丰富的二级土壤面积占31.99%，主要分布于评估区南部李二堡乡的河谷地带，地表水系较发育；其余为养分中等的三级土壤，分布零散。