松嫩平原中南部黑土氮流失程度及分布特征研究

2021-11-08杨贺平

地质与资源 2021年5期

杨贺平

黑龙江省自然资源调查院，黑龙江哈尔滨 150036

0 引言

在长期的农业生产和人类活动中，土壤作为可再生的资源，在维护农业生态平衡中具有重要意义［1-2］.氮是土壤肥力的主要营养元素，也是植物生长必需的大量元素之一，对植物生命活动以及作物产量和品质均有极其重要的作用［3-7］.土壤中氮含量的变化对土地资源农业产能的影响巨大［8-12］.松嫩平原黑土区是东北黑土地的重要组成部分，是国家粮食安全保障的重要基地，然而由于连续耕作已经造成大面积黑土营养成分的大量流失［13-19］①黑龙江省土壤普查办公室.黑龙江第二次土壤普查数据册（上册、下册）.1990..本研究以20世纪80年代第二次土壤普查数据为基础［20］，对比研究松嫩平原黑土区40年来土壤氮含量的变化特征，为黑土地土壤氮流失防治提供基础信息.

1 研究区概况

研究区位于松嫩平原中南部，地理坐标为北纬44°40′—48°00′、东经122°15′—128°10′，海拔高度135～300 m，属寒温带大陆性季风气候；年平均气温0～4℃，年均降水量370～670 mm.研究区地貌呈现出东北高、西南低的趋势，即东北部为高平原，而西南部和中部为低平原区.高平原区主要为农耕区，局部地区有林地分布；低平原区为草原，在草原区内局部有沼泽湿地.松花江和嫩江是区内两条主要水系.

2 试验方法

2.1 样品采集与分析

土壤样品的采集按照《多目标区域地球化学调查规范（1∶250 000）》（DZ/T0258—2014）规定执行.土壤样品的基本采样密度为1个点/km2，采样深度为0～20 cm，在采样点附近100 m范围内多点采集以增强土壤样品的代表性.采集后的土壤样品质量大于1 000 g，样品自然干燥后过20目（＜0.84 mm）尼龙筛.对过筛后的土壤样品按1件/4 km2进行样品组合，将组合样品送到具有承担多目标区域地球化学样品分析测试资质的实验室进行包括氮在内的54项指标的分析测试.样品分析质量采用了外部质量监控和内部质量监控相结合的方法保证测试分析质量的可靠性，样品分析元素的检出限、报出率以及分析的准确度和精密度均满足规范要求，不同分析批次以及相邻图幅之间各元素无明显的系统偏倚.

2.2 资料收集与分析统计

以第二次土壤普查松嫩平原各剖面土壤样品中氮含量为基准，本次多目标区域地球化学调查土壤样品中的氮含量为统计研究对象，充分利用MapGIS空间叠加分析技术，研究不同土壤氮含量级别、不同土地利用方式以及各市县土壤中氮增减变化特征，为黑土地土壤氮流失程度评价以及黑土流失防治提供依据.

3 结果与分析

3.1 不同级别土壤氮含量变化特征

松嫩平原中南部黑土研究区20世纪80年代第二次土壤普查土壤中氮平均含量为1 937.4×10－6，目前土壤氮平均含量为1 840.2×10－6.40多年来，松嫩平原中南部黑土区土壤氮平均减少97.21×10－6，平均失率达到5.02%.

为使不同时期土壤氮含量变化特征具有可比性，本研究将第二次土壤普查土壤氮与目前土壤氮元素含量采用相同的方法编制氮元素等级分布图，分别按大于2 000×10－6、1 500×10－6～2 000×10－6、1 000×10－6～1 500×10－6、750×10－6～1 000×10－6和小于750×10－6五个含量等级划分为一等（丰富）、二等（较丰富）、三等（中等）、四等（较缺乏）和五等（缺乏），不同时期松嫩平原中南部黑土区土壤氮含量分布特征分别见图1、图2.

图1 20世纪80年代松嫩平原中南部黑土区土壤氮含量分级图Fig.1 Grading map of soil nitrogen content in the black soil area of south-central Songnen Plain in 1980s

图2 松嫩平原中南部黑土区土壤氮含量分级现状图Fig.2 Current grading map of soil nitrogen content in the black soil area of south-central Songnen Plain

通过土壤氮含量分级图对比可见，土壤氮含量等级分布特征总体相似，土壤氮含量达到一等、二等的土地主要呈半环形分布在研究区地势相对较高的高平原区，而土壤氮含量为四、五等土地主要分布在研究区地势相对较低的低平原区.相对20世纪80年代，土壤氮含量达到一等、二等的土地面积明显减少，而土壤氮含量为四等、五等的土地面积呈现集中连片大面积增加.

从研究区土壤氮含量等级变化特征统计（表1）可以看出，目前研究区土壤中氮含量丰富（一等）、较丰富（二等）的土壤面积较20世纪80年代分别减少了7.12%和10.42%，而土壤中氮中等、较缺乏和缺乏土壤面积分别增加了10.96%、4.49%和281.19%.即松嫩平原中南部黑土氮含量较丰富区的土壤在大面积减少，而中低含量的土壤在大面积增加.

表1 研究区土壤氮含量等级变化特征统计表Table 1 Variation characteristics of soil nitrogen content grades in the study area

3.2 土地利用方式与氮变化特征

20世纪80年代至今40年来，松嫩平原中南部黑土区不同土地利用方式变化较小，各种土地利用方式面积变化均在1%左右.因此在不同土地利用方式土壤氮含量等级变化统计（表2）中，视作两个时期土地利用方式面积无变化.从表2可见，相对20世纪80年代，人类活动影响较强的水田、旱田、建筑用地等土地利用方式土壤氮含量丰富区面积占比呈现出大幅度减少.水田、旱田是研究区所占面积比例较大的土利用方式，水田、旱田土壤氮含量丰富的土地面积分别由占该土地利用方式的49.3%和34.6%减少到28.4%和28.5%，分别减少了20.9和6.1个百分点.水田和旱田两种土地利用方式土壤氮含量较丰富和中等的土地面积相对增加了，土壤氮含量较缺乏和缺乏的土地面积相对减少.水田和旱田土壤氮含量在丰富区和缺乏区土地面积减少，而在土壤氮含量中等区的土地面积增大，这种变化特征与水田和旱田在农业生产过程中肥料（主要为氮肥）投入的数量有关，即土壤肥沃的土地施肥相对较少而土壤相对较贫的土地施肥较多.

表2 研究区不同土地利用方式土壤氮含量等级变化特征统计表Table 2 Variation characteristics of soil nitrogen content grades by land use types in the study area

研究区沼泽湿地、草地和林地土壤氮含量变化特征与水田、旱田土地利用方式土壤氮含量变化特征基本相似，即土壤氮含量丰富区和缺乏区的土地面积增加，而土壤氮含量中等区的土地面积大量减少.相对20世纪80年代，研究区沼泽湿地、草地和林地土壤氮含量丰富区的土壤面积占比分别增加6.7、3.7和4.6个百分点，土壤氮含量缺乏区的面积占比则分别增加5.4、11.8和2.0个百分点.未利用土地和建筑用地土壤中氮含量由丰富到缺乏所占的面积比例逐渐增大.

3.3 区域经济社会发展与土壤氮变化特征

为了准确掌握松嫩平原中南部黑土区土壤氮含量空间变化特征，以目前土壤氮含量与20世纪80年代土壤氮含量的差值（增减）绘制了研究区40年来土壤氮增减程度变化图（图3）.

由图3可见，松嫩平原中南部黑土区的东部、北部局部地带土壤中氮有所增加，而绝大部分地区土壤中氮处于平衡或减少状态，但减少程度有较大差异.

图3 40年来松嫩平原中南部黑土区土壤氮含量变化图Fig.3 Color scale map of soil nitrogen content change in the black soil area of south-central Songnen Plain over the past 40 years

以研究区内市县（区）为评价单元，以土壤中氮变化率小于－8%为重度，－8%～－5%为中度，－5%～－1%为轻度、－1%～0为轻微分别评价区内黑土地土壤氮流失程度.分别统计了研究区34个市县（区）40年来土壤氮含量变化情况，结果见表3.

表3 不同行政区土壤氮含量变化特征及流失程度评价表Table 3 Evaluation of variation and loss degree of soil nitrogen content by administrative regions

松嫩平原中南部黑土区土壤氮流失程度达到重度的市县（区）有6个，分别为大庆市、肇源县、杜尔伯特自治区、泰来县、哈尔滨市、巴彦县；土壤氮流失程度达到中度的市县有8个，分别为讷河县、望奎县、宾县、齐齐哈尔市、木兰县、五常市、绥化市、呼兰区；土壤氮流失程度达到轻度的市县（区）有4个，分别为肇东市、安达市、龙江县、富裕县；存在轻微土壤氮流失的市县（区）有6个，分别为甘南县、尚志县、延寿县、庆安县、铁力市、海伦市.

松嫩平原中南部黑土区土壤氮含量增加的市县（区）有10个，分别为双城区、明水县、绥棱县、依安县、兰西县、阿城区、青岗县、拜泉县、林甸县、肇州县，其中肇州县土壤中氮含量较20世纪80年代增加了5.06%，也是研究区土壤氮增加幅度最高的市/县.