伊金霍洛旗不同土地利用方式下的土壤养分特征

姚喜军， 徐进才†， 刘静， 吴全， 徐艳红， 李有芳

(1.内蒙古自治区土地调查规划院，010010；2.内蒙古农业大学沙漠治理学院，010019：呼和浩特)

伊金霍洛旗不同土地利用方式下的土壤养分特征

姚喜军1， 徐进才1†， 刘静2， 吴全1， 徐艳红1， 李有芳2

(1.内蒙古自治区土地调查规划院，010010；2.内蒙古农业大学沙漠治理学院，010019：呼和浩特)

为分析内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗在4类土地利用方式(灌木林地、采矿用地、天然牧草地和农地)下，土壤养分质量分数的差异性，运用野外采样和室内化验、分析相结合的方法，测定4种土地类型在0～30 cm土层的土壤有机质和全量氮磷钾质量分数及pH值。结果表明：1)4类土地在0～30 cm土层的土壤有机质和全氮质量分数存在显著差异，土壤全磷量和全钾量差异不显著(P<0.05)，土壤有机质质量分数依次为农地>天然牧草地>灌木林地>采矿用地，土壤全量氮磷钾最大值分别为天然牧草地、天然牧草地和灌木林地，最小值分别为采矿用地、灌木林地和天然牧草地；2)在垂直剖面上，采矿用地和天然牧草地的有机质质量分数随着土层深度的增加逐渐减小，农地和灌木林地的有机质质量分数最大值出现在20～30 cm深度的土层，4类土地的土壤全氮量和全磷量均有随土层深度的增加而下降的趋势，全钾量随土层深度的变化不明显。4类土地的土壤全氮和全钾质量分数整体而言较为理想，全磷和有机质质量分数欠缺。农地全磷质量分数基本能满足主要作物的生长需求，有机质和全氮质量分数不能满足主要作物的生长需求。本研究可为内蒙古中部工矿开采区土地合理利用以及退化的生态环境恢复等提供科学依据。

土壤养分； 土地利用方式； 伊金霍洛旗

近几年，随着社会的快速发展，逐渐加剧的人类活动对土壤理化性质的影响越来越大[1-3]。合理、科学的土地利用方式，有利于土壤结构、水文状况的改善，否则会降低土壤养分，导致土地生产力下降，生态系统退化[4-6]。目前，不少国内外学者研究土地利用方式和变化对土壤理化性质的影响，结果表明，土地利用方式对土壤性质具有重要的影响。这些研究的区域类型主要集中于泥石流多发区[7]、盐碱地[8]、水稻种植地[9]、黄土高原区[10-11]和华北平原区[12-13]；但由于各个区域自然环境条件和人为扰动不同，使得土地利用方式对土壤特性的影响，在不同地区表现不同。矿产开采区的采矿塌陷，打破地应力的平衡状态，改变了矿区环境地质及水文地质条件，使塌陷区植被的水分和养分吸收受到影响，矿区生态环境遭到严重破坏[14-17]；而现阶段有关矿产开采区不同土地利用类型下，土壤养分特征的报道较为少见：因此，研究不同土地利用方式下土壤的养分特征，对土壤的改良及土地合理配置都具有重要意义。

选取内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗的纳林陶亥镇和乌兰木伦镇为研究区，以灌木林地、采矿用地、天然牧草地和农地为主要土地利用类型， 分析2013年的土壤养分特征，以期为内蒙古中部工矿开采区的土地合理利用，以及退化的生态环境恢复等提供科学依据。

1 研究区概况

伊金霍洛旗(E 109°45′～110°40′，N 38°50′～39°50′)地处鄂尔多斯高原东南部，毛乌素沙地东北缘，东西长120 km，南北宽61 km，总面积5 958 km2。该旗属温带大陆性气候，土壤以粗骨土、风沙土和栗钙土为主。粗骨土疏松多孔，风沙土通体细沙，两者养分不易储存，较为缺乏，栗钙土表层松软，腐殖质质量分数较多，是比较肥沃的土壤。旗内土壤总体抗逆性差，容易受到侵蚀危害。沙生植被和草甸植被为本区植被的主体，常见植物种有沙柳(SalixpsammophilaC.Wanget Ch.Y.Yang.)、羊柴(HedysarumleaveMaxim.)、油蒿(ArtemisiaordosicaKrasch.)和沙竹(Psammochloavillosa)等。

2 材料与方法

2.1 样点布设

于2013年7月，对灌木林地、采矿用地、天然牧草地和农地4类主要土地利用类型，以研究区典型矿区为中心向外辐射，阶梯状布点，并按照随机化原则进行布设。每类土地的样点数量，参照该类土地占总土地面积的比例确定。在灌木林地、采矿用地、天然牧草地和农地布设的样点数分别为3，4，5，6。其中，2个采矿用地取样点属于采矿后恢复地，该塌陷区是于2010年采矿后形成的，现处于塌陷非稳定阶段，地表仍有裂缝，土壤结构尚未稳定。一个采矿用地样点位于露天开采场的复垦区；另一个采矿用地样点属于采矿中用地，位于开采区。农地、灌木林地和天然牧草地的大多数样点均处于采矿后塌陷区，且均为1996—2000年间采矿形成的塌陷区，至2013年塌陷过程已趋于稳定，地表已无裂缝，土壤结构基本处于稳定状态。

2.2 样品采集

在每个样点分别随机挖取3个土壤剖面，每个剖面为0～10、10～20和20～30 cm 3层，用铁铲对每个剖面的每层取3个土样，分别将3个土壤剖面的同层土样用四分法混合，取出3个混合土样。1个混合土样质量为1 kg左右，将混合土样装入统一样品袋，并做好标记。伊金霍洛旗共取162个混合土样(共有19个样点，每个样点挖取3个土壤剖面,1个剖面分3层取样，每层取3个土样)。将土壤样品带回，对其有机质质量分数、全氮磷钾质量分数及pH值进行室内测定。

2.3 土壤养分特征测定

土壤有机质和全氮磷钾质量分数，均按0～10、10～20和20～30 cm 3层进行测定。有机质质量分数测定采用稀释热法；全氮质量分数测定采用湿烧法；全磷质量分数测定采用NaOH熔融-钼锑抗比色法；全钾质量分数测定采用NaOH熔融-火焰光度法。以上方法的具体步骤，均按《土壤农化分析》[18]进行。土壤pH值采用电极法，按0～10和20～30 cm 2层测定，实验步骤按《土壤农化分析》进行。

2.4 数据处理

采用Excel 2007进行数据分析，借助SAS 9.0软件进行SPSS单因素方差分析(ANOVA)。

3 结果与分析

3.1 不同土地利用方式下土壤养分质量分数特征

3.1.1 土壤有机质质量分数特征 考虑在小区域范围内，可以忽略土壤密度和质地(粒径>2 mm)质量分数之间的差异，且实际测定取样点重复间不同土壤密度、质地(粒径>2 mm)差异较小，故采用0～10、10～20和20～30 cm 3个土层的有机质质量分数平均值，作为0～30 cm土层的有机质质量分数。由图1可知：在0～10 cm土层，天然牧草地有机质质量分数最高，为7.73 g/kg，灌木林地有机质质量分数最低，为4.08 g/kg；在10～20 cm土层，农地有机质质量分数最高，为6.73 g/kg，灌木林地有机质质量分数最低，为2.49 g/kg；在20～30 cm土层，农地有机质质量分数最高，为7.63 g/kg，采矿用地有机质质量分数最低，为4.11 g/kg。在0～30 cm土层范围内，4种土地类型的土壤有机质质量分数依次为农地(7.63 g/kg)>天然牧草地(4.91 g/kg)>灌木林地(4.11 g/kg)>采矿用地(3.29 g/kg)。天然牧草地、灌木林地和采矿用地有机质质量分数相比农地，分别降低36%、46%和57%。4类土地的土壤有机质质量分数存在显著差异(P<0.05)。由此说明，土地利用方式对土壤有机质质量分数有显著影响。

不同字母表示在0.05水平下差异显著。The different letters indicate significant differences at 0.05 level.图1 不同土地利用方式下的土壤有机质分层质量分数Fig.1 Content of organic matter under different land use types in different soil layers

在垂直空间上，采矿用地和天然牧草地的有机质质量分数，随着土层深度的增加逐渐减小，灌木林地和农地的有机质质量分数均在10～20 cm土层达到最小，20～30 cm土层达到最大。

3.1.2 土壤全量氮磷钾及pH值特征 不同土地利用方式下，土壤全量氮磷钾及pH值变化见表1，采用0～10、10～20和20～30 cm 3个土层全氮磷钾质量分数平均值，作为0～30 cm土层全氮磷钾质量分数。

由表1可知：在0～10 cm土层，土壤全氮和全磷质量分数最高的土地类型均为天然牧草地，土壤全钾质量分数最高为灌木林地；在10～20和20～30 cm土层，土壤全氮、磷和钾质量分数最高，分别为天然牧草地、农地和灌木林地。4类土地利用方式在0～30 cm土层的土壤全氮磷钾质量分数，分别在0.13(采矿用地)～0.39 g/kg(天然牧草地)、0.34(灌木林地)～0.42 g/kg(天然牧草地)、21.59(天然牧草地)～26.23 g/kg(灌木林地)之间变化。

表1不同土地利用方式下土壤全量氮磷钾及pH值变化

Tab.1Soil total nitrogen, phosphorus, potassium and pH values under different land use types

土地类型Typeofland土层Soillayers/cm全氮量TotalN/(g·kg-1)全磷量TotalP/(g·kg-1)全钾量TotalK/(g·kg-1)pH值pHValue0～10cm0.21±0.04aA0.36±0.05aA25.83±2.23aA8.65±0.21aA灌木林地10～20cm0.18±0.09bA0.35±0.03aA26.70±2.29aA-Shrubforestland20～30cm0.15±0.11bA0.31±0.01bA26.17±3.35aA8.57±0.38aA0～30cm平均值Mean0.18±0.03A0.34±0.03A26.23±0.44A8.61±0.06A0～10cm0.17±0.09aB0.45±0.07aA24.43±1.34aA9.04±0.46bA采矿用地10～20cm0.15±0.04aB0.36±0.04abA24.23±3.51aA-Landuseformining20～30cm0.08±0.01bA0.29±0.11bA22.38±3.22bB7.00±0.32bA0～30cm平均值Mean0.13±0.05B0.36±0.08A23.68±1.13A8.02±1.44A0～10cm0.52±0.03aC0.60±0.05aB21.78±2.86aB7.11±0.19cB天然牧草地10～20cm0.31±0.02bBC0.38±0.03bA21.73±2.54aB-Naturegrassland20～30cm0.34±0.02bB0.28±0.10cA21.27±2.05aB7.16±0.21cB0～30cm平均值Mean0.39±0.11C0.42±0.16AA21.59±0.28A7.14±0.04B0～10cm0.27±0.04aD0.44±0.03aAB25.25±3.38aAB7.45±0.35cB农地10～20cm0.22±0.05bD0.41±0.04abA25.92±2.59aA-Farmland20～30cm0.19±0.07cC0.36±0±.04bB25.72±2.52aA7.49±0.25cB0～30cm平均值Mean0.22±0.04D0.40±0.04A25.63±0.34A7.47±0.02B

注:同列数据不同小写字母表示土层间差异显著(P<0.05),不同大写字母间表示样地间差异显著(P<0.05)。Note: Data with different small letters in the same column are significantly different at the 0.05 level under different soil layers; data with different capital letters in the same column are significantly different at the 0.05 level under different land-use types. The same below.

对于土壤全氮质量分数，采矿用地比天然牧草地下降67%；对于全磷质量分数，灌木林地比天然牧草地下降19%；对于全钾质量分数，天然牧草地比灌木林地下降18%。a=0.05时，伊金霍洛旗不同土地利用方式之间，土壤全氮质量分数差异显著(P=0.026)，土壤全磷质量分数差异不显著(P=0.066)，土壤全钾质量分数差异不显著(P=0.895)。说明伊金霍洛旗不同土地利用方式，对土壤全氮质量分数有显著影响，对土壤全磷和全钾质量分数则影响不显著。

在垂直空间上，4类土地利用方式的土壤全氮量和全磷量，均有随土层深度的增加而下降的趋势，4类土地利用方式的土壤全钾量随土层深度的变化不明显。

4类土地利用方式的pH值在0～10 cm土层，采矿用地最大，为9.04，呈强碱性，天然牧草地最小,为7.11，呈中性；在20～30 cm土层，灌木林地最大，为8.57，呈强碱性，采矿用地最小，为7.00，呈中性。

3.2不同土地利用方式下土壤养分质量分数丰缺状况及耕区主要作物的养分丰缺等级评价

以全国第2次土壤普查拟定的土壤肥力[19]为标准，结合不同土地类型在0～30 cm土层范围内的养分质量分数(表1)，判断2013年伊金霍洛旗4类土地利用方式下土壤养分的丰缺状况。在0～30 cm土层范围，灌木林地土壤有机质极缺，全氮稍丰，全磷缺，全钾丰；采矿用地土壤有机质极缺，全氮中等，全磷缺，全钾稍丰；天然牧草地土壤有机质极缺，土壤全氮丰，全磷稍缺，全钾稍丰；农地土壤有机质缺，全氮丰，全磷缺，全钾丰。4类土地利用方式下，土壤全氮、全钾处于丰或稍丰水平，比较理想，全磷质量分数处于缺或稍缺水平，有机质处于极缺或缺水平。

不同种类的作物对土壤养分的需求量不同。内蒙古鄂尔多斯市农地主要作物有春玉米(ZeamaysL.)、食葵(HelianthusannuusLinn.)、荞麦(FagopyrumesculentumMoench.)等。根据研究区春玉米、食葵和荞麦3种作物养分丰缺指标及丰缺等级[20]得出：春玉米和荞麦对土壤有机质质量分数的需求量相近，食葵对土壤有机质的需求量大于春玉米和荞麦。伊金霍洛旗农地在0～30 cm土层的土壤有机质质量分数为7.63 g/kg，该量对于食葵处于极低水平，对于春玉米和荞麦处于低水平；因此，伊金霍洛旗农地的有机质需补充，以进一步提高耕区作物的适宜性，从而提高产量。在0～30 cm土层的全氮量为0.22 g/kg，该量对于春玉米、食葵和荞麦而言，均处于极低水平，急需补充农地氮养分；在0～30 cm土层的全磷量为0.40 g/kg，对于农耕区3种主要作物而言，该量处于极高水平，满足3种作物的生长需要，因此，农地的全磷量无须补充。对伊金霍洛旗农地的管理中，应注意养分的平衡施用，适当降低磷肥的施加强度，加大有机肥和氮肥的增施力度，还可以通过秸秆还田等措施，增强微生物的作用，改善土壤性状，重组土壤水、肥、气和热状况，改善农业小生态环境。

4 讨论

伊金霍洛旗农地有机质质量分数远远高于其他用地，天然牧草地次之，采矿用地最低。究其原因，种植业是最重要的生产资源，农地以水浇地为主，农民在有限的耕地上精耕细作，作物密度大，使秸秆、根系残渣等可供形成腐殖质的质量分数高，耕垦效应，改变了土壤温度条件和通气状况，微生物活性增强，促进土壤有机质的形成。天然牧草地植被覆盖度大，植物的枯枝凋落物残体，可向土壤表层输入大量的碳，在寒冷气候下，大量土壤有机残体难以分解和转化，而进一步累积，使得天然牧草地土壤具有较高的有机质质量分数，这与赵锦梅等[21]研究结果一致。采矿用地位于非稳定塌陷区及复垦区，表层质地变粗，土壤裂缝增强了土壤的通气性，加快有机质的分解。采矿用地持水保水能力较差，需要选择耐瘠薄性较强的植物种类，进行植被恢复。

农地的土壤有机质质量分数最大值不在最表层，而出现在20～30 cm的土层，这与史利江等[22]研究发现农田有机碳质量分数最高值不出现在最表层，而是出现在10～15 cm的结果相吻合。这主要与农地的耕作扰动有关。耕作扰动破坏土壤浅表层结构，加快有机质分解，同时改变了土壤的孔隙度，利于有机质的向下输送，导致有机质主要集中在20～30 cm土层。天然牧草地土壤缺少耕作扰动，土壤透气性差，有机质向下运输较难，这也是天然牧草地土壤有机质随土层深度增加，而逐渐下降的原因。农地和天然牧草地土壤的有机质质量分数较高，有利于其他养分质量分数的提高，使得这2类土地的土壤全氮磷钾质量分数高于灌木林地和采矿用地；农地的施肥、耕作和秸秆还田等措施，对土壤pH值有很大影响，且农地和天然牧草地大量的凋落物在微生物的分解作用下，会向表层土壤释放各种有机酸，从而降低这2类土地的土壤pH值。

5 结论

1) 伊金霍洛旗4类土地类型在0～30 cm土层，有机质质量分数为农地>天然牧草地>灌木林地>采矿用地；土壤全氮、全磷和全钾质量分数分别在0.13～0.39、0.34～0.42和21.59～26.23 g/kg之间；灌木林地呈强碱性，天然牧草地呈中性，采矿用地呈碱性，农地呈中性。在垂直空间上，采矿用地和天然牧草地的有机质质量分数，随着土层深度的增加逐渐减小，农地和灌木林地的有机质质量分数最大值出现在20～30 cm深度的土层，天然牧草地有机质质量分数最大值出现在0～10 cm。4类土地类型的土壤全氮量和全磷量，均有随土层深度的增加而下降的趋势，全钾量随土层深度的变化不明显。

2) 伊金霍洛旗的农地、灌木林地、采矿用地和天然牧草地4类土地的土壤全氮和全钾质量分数，整体而言较为理想，全磷量和有机质质量分数欠缺。农地全磷量基本能满足主要作物的生长需求，有机质和全氮不能满足主要作物的生长需求，需要进一步补充，以进一步提高耕区作物的适宜性。

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CharacteristicsofsoilnutrientunderdifferentlandusetypesinYijinhuoluoCounty

YAO Xijun1, XU Jincai1, LIU Jing2, WU Quan1, XU Yanhong1, LI Youfang2

(1.Inner Mongolia Land Surveying and Planning Institute, 010010, Hohhot, China;2.Desert Science and Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, 010019, Hohhot, China)

BackgroundHuman activities, such as mining, cause the changes nearby environment, especially soil nutrients. The research is to investigate the difference of soil nutrient content among 4 land use types: shrub land, mining land, nature grassland and farmland in Yijinhuoluo County of Ordos, Inner Mongolia.MethodsYijinhuoluo County of Ordos is located in E 109°45′-110°40′，N 38°50′-39°50′, in which there are 3 major types of soil: skeletal soil, aeolian sandy soil and chestnut soil. The sampling sites were determined based on the studied mining area, centered outward in ladder shape, and the proportion of the land use in total area. The soil samples were collected from 3 random soil profiles, each profile was divided into 0-10, 10-20 and 20-30 cm layers, three soil samples were collected and mixed from each same layer, the mixed soil sample was divided into four shares equally, and the soil sample shares were packed to the lab. The soil organic matter was analyzed with dilution heat method, and the soil total nitrogen, phosphorus, potassium were analyzed respectively with wet combustion method, Mo-Sb colorimetry and flame photometry. The data was processed by ANOVA.Results1) The organic matter content and total N content were significantly different under 4 land use types in the Yijinhuoluo region, while there was no significant difference on total P content and total K content at depth from 0 to 30 cm (P<0.05). In the case of organic matter content, 4 land use types can be organized from high to low as following，farmland (7.63 g/kg) > nature grassland (4.91 g/kg) > shrub forest land (4.11 g/kg) > land use for mining (3.29 g/kg).The highest content of total N, P, and K were 0.39 g/kg (nature grassland),0.42 g/kg (nature grassland) and 26.23 g/kg (shrub forest land).The lowest content of total N, P, and K were 0.13 g/kg (land use for mining), 0.34 g/kg (shrub forest land) and 21.59 g/kg(nature grassland) respectively. 2) In soil vertical section, the organic matter gradually decreased with the increase of soil depth on mining land and nature grassland. The maximum organic matter content appeared in the depth of 20 - 30 cm both in farmland and shrub forest land. The total N and total P content of the all land use types had a decrease tendency with the increase of soil depth. There was no obvious change about total K content within different soil layer.ConclusionsSoil total N and total P content of the 4 land use types are comparatively ideal, and the total N content and organic matter content are deficient. The total P content of farmland can meet the growth needs of main crops; however organic matter and total N content cannot meet the growth needs of major crops.

soil nutrient; land use type; Yijinhuoluo County

S153.6

A

2096-2673(2017)05-0111-06

10.16843/j.sswc.2017.05.014

2016-12-29

2017-04-05

项目名称： 2015年内蒙古产业创新人才团队“内蒙古鄂尔多斯能源开发区土地资源数量、质量、生态监测与持续利用野外科研基地建设”(201211050)

姚喜军(1983—)，男，博士研究生。主要研究方向：土地资源数量，质量和生态监测。E-mail: 307284218@qq.com

†

徐进才(1963—)，男，硕士，高级工程师。主要研究方向：土地资源管理。E-mail: 273295572@qq.com