宁夏不同生态类型区土壤养分状况比较分析

2024-06-06李百云许泽华郭鑫年周涛

甘肃农业科技 2024年5期

李百云许泽华郭鑫年周涛

摘要：為了解宁夏土壤地力养分状况，对宁夏三个生态区主要土壤类型进行典型区域采样，测定了0～40 cm土层土壤pH、有机碳（组分）、全氮、全磷、全钾、速效磷、阳离子交换量（CEC）以及交换性钾、钠、钙、镁和颗粒组成、矿物组成等理化性状。结果表明，中部干旱带土壤养分含量最低，其次为宁南山区，引黄灌区营养状况总体最好。pH和盐基饱和度均是引黄灌区（银北）最高，宁南山区最低，矿质离子含量中部干旱带最低。土壤颗粒组成中，宁南山区土壤组成最好，中间粗细颗粒占主要成分。宁南山区黑垆土和灰褐土的土壤氮含量较高，分别是0.83 g/kg和1.51 g/kg，其余土壤均低于0.60 g/kg，土壤氮素匮乏。引黄灌区盐碱土和灌淤土速效磷含量分别为19.62 mg/kg和18.28 mg/kg，是该生态区灰漠土和灰钙土的速效磷3～4倍。中部干旱带黄绵土速效磷含量为15.82 mg/kg，而宁南山区黄绵土速效磷含量仅为3.13 mg/kg，不足1/5。引黄灌区（银北）的灰漠土和宁南山区灰褐土有机碳含量分别为19.09 g/kg和17.43 g/kg，明显高于其他生态区土壤，其他土壤均低于10.00 g/kg，在全国土壤养分分级中处于第四级及以下，表明宁夏土壤总体有机质含量偏低。引黄灌区和中部干旱带有机质中的胡敏素含量较高，而宁南山区黑垆土和灰褐土中腐殖酸含量较高。

关键词：土壤养分；生态类型区；土壤类型；比较；宁夏

中图分类号：S158.3；S151.9 文献标志码：A 文章编号：2097-2172（2024）05-0434-07

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.05.009

Comparative Analysis of Soil Nutrient Status across Different

Ecological Zones in Ningxia

LI Baiyun 1， XU Zehua 1， GUO Xinnian 2， ZHOU Tao 2

（1. Horticulture Research Institute， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Yinchuan Ningxia 750002， China;

2. Institute of Agricultural Resources and Environment， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences，

Yinchuan Ningxia 750002， China）

Abstract： To understand the soil fertility and nutrient status in Ningxia， soil samples from major soil types across three ecological zones were collected and analyzed for pH， organic carbon， total nitrogen， total phosphorus， total potassium， available phosphorus， cation exchange capacity， and exchangeable potassium， sodium， calcium， and magnesium as well as particle and mineral compositions within the 0 to 40 cm soil layer. The results indicated that the central arid zone had the lowest soil nutrient content， followed by the southern mountain area， with the best overall nutrient status found in the Yinhuang irrigation district. The pH and salt base saturation were highest in the Yinhuang irrigation district（north of Yinchuan） and lowest in the southern mountain area， with the lowest mineral ion content in the central arid zone. The southern mountain area had the best soil particle composition， predominantly consisting of medium coarse particles. The soils of the southern mountain area black loessial soil and grey-brown soil had relatively high nitrogen content， at 0.83 g/kg and 1.51 g/kg respectively， with other soils all below 0.60 g/kg， indicating a deficiency in soil nitrogen. The saline and irrigated soils in the Yinhuang irrigation area had available phosphorus contents of 19.62 mg/kg and 18.28 mg/kg， respectively， three to four times than that of the the grey desert soil and grey calcium soil in the same ecological zone. The available phosphorus content of the loess soil in the central arid zone was 15.82 mg/kg， while it was only 3.13 mg/kg in the loess soil of the southern mountain area， less than one fifth. The gray desert soil in the Yinhuang irrigation area （north of Yinchuan） and the gray and brown soil in the southern mountain area had organic carbon contents of 19.09 g/kg and 17.43 g/kg respectively， significantly higher than other ecological areas where soil organic carbon content was generally below 10.00 g/kg， placing them in the fourth tier or lower in the national soil nutrient classification， indicating that overall soil organic matter content in Ningxia is low. Humic substances were higher in the organic matter of the Yinhuang irrigation area and central arid zone， while fulvic acids were more prevalent in the black loessial soil and grey-brown soil of the southern mountain area.

Key words： Soil nutrient; Ecological zone; Soil type; Comparison; Ningxia

宁夏回族自治区土地面积较小，仅为494.9万hm2，但土壤类型丰富，主要有灰钙士、黄绵土、风沙士、新积土、黑垆土、灌淤土、灰褐土、粗骨土、潮土、盐土和石质土等11种类型［1 ］。对于耕地而言，土壤氮磷钾养分和土壤质地状况是影响作物生长发育和产量水平最为重要的因素之一，因此，研究不同生态区土壤养分及理化性质，对于土壤养分资源的科学管理和合理利用，有针对性地采取合理施肥技术，提高肥料养分资源的利用率和作物产量，保持和提高土壤肥力，促进区域农业可持续发展等均具有十分重要的理论和实践意义。何文寿［2 ］对宁夏灌区和山区土壤30 ａ（1970 — 2000年）氮磷钾养分含量的时空变化特征的研究表明，土壤全氮、全磷和全钾含量没有发生显著变化，而碱解氮和有效磷含量呈较显著或显著增长态势，土壤速效钾含量在山区没有明显增减，而在灌区近 15 a呈明显下降态势。马琨等［3 ］的研究表明，宁夏南部山区阳洼流域不同土地类型下土壤养分分布特征表现为草地＞农地＞梯田＞林地＞沟道。海云瑞等［4 ］以宁夏县域耕地地力评价数据为基础分析的结果表明，宁夏南部山区土壤有机质和碱解氮处于较低水平，有效磷处于中等水平，速效钾则处于较丰富水平。郭鑫年等［5 ］利用2008 — 2012年同心县测土配方施肥项目土壤数据与第二次土壤普查结果相比，土壤有机质下降12.2%，全氮下降10.5%，碱解氮含量基本持平，有效磷提高121.4%，速效钾下降4.8%。王幼奇等［6 ］通过对宁夏引黄灌区农田土壤的研究认为，土壤 TN、TP和 pH 随着空间尺度的变化表现出不同的空间结构性，较小尺度下的结构不能在较大尺度下表现出来。前人研究主要集中在同一类型生态区土壤养分状况，整个宁夏三个生态区土壤类型比较研究较少。本研究将第二次全国土壤普查形成的宁夏地区的土壤图、地形地貌图、土地利用图及地质图等在ArcGIS9.3校正后进行叠加［7 ］，确定土壤协同变化的环境因子，通過模糊聚类和数据标准化处理的方法，确定典型样点，根据典型土壤图斑的分布区域，补充代表性样点，以期为研究区农业可持续发展、精准农业的研究和实施提供基础资料。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

1.1.1 引黄灌区位于黄河上游下河沿和石嘴山两水文站之间，沿黄河两岸地形呈“J”形带状分布。灌区涉及青铜峡市、永宁县、银川市、贺兰县、平罗县，石嘴山市大武口、惠农区及中卫市沙坡头区、中宁县、吴忠市、灵武市等县（市）的引黄灌溉部分，计11个县（市）和20多个国营农、林、牧场。以银川为界，银川以南称银南，以北称银北。银北灌区主要是平罗县、石嘴山市，土壤类型主要为灰漠土、盐碱土和灌淤土；银南灌区主要是吴忠市、中宁县、中卫市、同心县等地，主要土壤类型灌淤土、灰钙土。取样地点见表1。

1.1.2 中部干旱带主要包括吴忠市红寺堡区、同心县、盐池县、海原县全部，以及中卫市、中宁县、灵武市、青铜峡市、吴忠市利通区的山区部分，总面积35 115 km2，总人口131.34万区人口的50%。中部干旱带自南向北由中温带半干旱区向干旱区过渡，有明显的大陆性气候特征：冬寒长、春暖迟、夏热短、秋凉早，干旱少雨，降水集中，蒸发强烈，风大沙多，日照充足。多年平均降水量自南向北由400 mm递减到不足200 mm，且时空分布不均，降水多集中在7 — 9月，约占全年总降水量的60%～70%，并多以暴雨、冰雹等灾害形式出现。年平均水面蒸发量为1 210～ 1 600 mm。干旱带年平均气温6.3 ℃，最高气温出现在7月，极端最高气温41.4 ℃，极端最低气温-29.6 ℃，年辐射热平均为596.4 kJ/cm2，日照时数为2 750～3 000 h。主要土壤类型为风沙土、黄绵土和灰钙土。取样地点见表1。

1.1.3 宁南山区地处黄土高原，森林覆盖率低降水季节分布不均，加上土地利用不合理造成了严重的水土流失，年侵蚀模数可达0. 5万～1.5万t/km2。近5 a来，由于山区退耕还林、还草幅度比较大，水土流失有所好转。宁夏南部山区包括固原市的西吉县、彭阳县、隆德县、泾源县、原州区和中卫市的海原县、同心县。主要土壤类型为黑垆土、黄绵土、灰褐土。取样地点见表1 。

1.2 研究方法

将第二次全国土壤普查形成的宁夏地区的土壤图、地形地貌图、土地利用图及地质图等［7 ］，经ArcGIS9.3校正后进行叠加。确定土壤协同变化的环境因子，通过模糊聚类和数据标准化处理的方法，确定典型样点。根据典型土壤图斑的分布区域，补充代表性样点，最终确定60个预计采样点。每个位点采用网格多点取样，土样混合后，用四分法取大约1 kg的土壤样品带回实验室进行养分分析。

1.3 土壤养分分析方法

土壤基本理化指标包括pH、有机碳（组分）、全氮、全磷、全钾、速效磷、阳离子交换量（CEC）；交换性钾、钠、钙、镁盐基离子含量；颗粒组成、矿物组成等。土壤的颗粒组成测定采用吸管法，有机质测定采用重铬酸钾外加热法，土壤腐殖质总碳量的测定采用重铬酸钾容量-外加热法，土壤腐殖质组成采用焦磷酸钠-氢氧化钠提取法测定，交换性钾、钠、钙、镁等盐基离子含量的测定采用氯化铵-乙醇交换，火焰光度计法/原子吸收分光光度法；阳离子交换量的测定采用氯化铵-乙醇交换法；pH采用pH计（水土比2.5∶1）测定。土壤矿物质及其他具体方法参照《土壤调查实验室分析方法》和《土壤农化分析》［8 - 12 ］。

1.4 数据统计分析

采用Excel 2013进行数据统计，通过IBM SPSS Statistics 23对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同生态区土壤养分

由图1可以看出，宁夏主要生态区土壤类型全氮含量排序为宁南山区 > 引黄灌区 > 中部干旱区，其中宁南山区的灰褐土全氮含量较高，为1.51 g/kg，属于全国土壤分类中的二级；除宁南山区的黑垆土全氮含量为0.83 g/kg外，其余生态区土壤的全氮含量均低于0.60 g/kg，土壤氮素匮乏。灰钙土引黄灌区和中部干旱带的全氮差异不大，中部干旱带的黄绵土和宁南山区的黄绵土全氮差异不大。宁夏主要生态区土壤类型全钾含量排序为引黄灌区 > 宁南山区 > 中部干旱带，引黄灌区的灰钙土全钾含量均高于中部干旱带的风沙土、黄绵土、灰钙土，中部干旱带的黄绵土全钾含量低于宁南山区的黄绵土。宁夏主要生态区土壤类型全磷含量为宁南山区和引黄灌区大体相当，但均高于中部干旱带。宁夏主要生态类型区不同土壤类型的速效磷含量为引黄灌区的灌淤土和盐碱土以及中部干旱带的黄绵土明显高于其他生态区内土壤类型，引黄灌区的盐碱土和灌淤土速效磷含量分别为19.62、18.28 mg/kg，是该生态区灰漠土和灰钙土的速效磷含量的3～4倍；中部干旱带黄绵土的速效磷为15.82 mg/kg，而宁南山区黄绵土的速效磷仅为3.13 mg/kg，不足前者的1/5。宁南山区各类型土壤的全磷含量均较高，但速效磷明显低于其他生态类型土壤。整体来看，宁夏不同生态类型区的土壤养分均处于中低水平，养分总体水平为引黄灌区 > 宁南山区 > 中部干旱带。

2.2 不同生态区的土壤有机碳含量及有机质组分含量

由图2可以看出，宁夏不同生态区土壤类型的有机碳含量以引黄灌区（银北）的灰漠土最高，为19.09 g/kg；宁南山区灰褐土次之，为17.43 g/kg；但二者均明顯高于其他生态区的不同土壤。其他生态区不同土壤的有机碳含量均低于10.00 g/kg，在全国土壤养分分级中处于第四级及以下，表明宁夏土壤总体有机质含量偏低。在不同土壤类型中，风沙土和灰钙土有机质含量很低。在3个生态区中，中部干旱带的土壤有机质含量最低。这主要是因为3个生态区中，宁南山区降水较高；引黄灌区虽然降水少，但黄河水灌溉便利；而中部干旱带主要靠自然降水，并且降水量较少，从而造成有机质积累较少。

由图3可以看出，引黄灌区（银北）灰漠土和宁南山区灰褐土的有机质含量均较高，均达20.00 g/kg以上，但有机质组分明显不同，灰漠土中胡敏素含量占主要部分，而灰褐土中腐殖酸含量最高。引黄灌区和中部干旱带土壤有机质中的胡敏素含量较高，宁南山区黑垆土和灰褐土壤有机质中的腐殖酸含量较高。引黄灌区和中部干旱带各土壤类型的土壤有机质组分含量由大到小依次胡敏素 > 腐殖酸 > 富啡酸 > 胡敏酸。

2.3 不同生态区土壤电导率、盐基交换离子含量及pH

由图4可以看出，土壤电导率由高到低依次为引黄灌区、中部干旱区、宁南山区，其中以引黄灌区盐碱土的电导率最高，为1.14 ms/cm；中部干旱带风沙土的电导率次之，为1.19 ms/cm；引黄灌区灌淤土的电导率居第3位，为0.50 ms/cm；中部干旱带灰钙土电导率居第4位，为0.25 ms/cm；其他不同生态区不同土壤的电导率均低于0.25 ms/cm，特别是宁南山区的黑垆土、黄绵土、灰褐土的土壤电导率较低，为0.11～0.12 ms/cm；中部干旱带黄绵土的电导率最低，仅为0.09 ms/cm。不同生态区相同土壤类型电导率大体保持一致。

宁夏各生态区的土壤阳离子含量以钙离子含量最高，其次是镁离子，钠离子和钾离子含量较低。引黄灌区盐碱土中阳离子含量以钙离子为主，其次是镁离子和钠离子，仅有少量钾离子；灰漠土中阳离子含量以钙离子为主，镁离子、钠离子、钾离子含量大致相当；灌淤土、灰钙土中阳离子含量也以钙离子为主，其次是镁离子，钠离子含量较少，钾离子最少。宁南山区绝大部分为钙离子，少量镁离子。总体来说，中部干旱带阳离子含量较低，土壤交换阳离子主要是钙镁离子为主。

宁夏各生态区土壤pH均高于8.00，属于碱性土壤，不同生态区pH由高到低排序为引黄灌区、中部干旱带、宁南山区。其中引黄灌区盐碱土和中部干旱带风沙土的pH较高，分别达到9.16和8.91。引黄灌区（银北）盐碱土和宁南山区灰褐土的CEC分别为10.73、15.01 cmol/kg，土壤保肥能力较强；其他生态区土壤CEC值为4.25～9.29 cmol/kg，保肥能力较弱，特别是中部干旱带土壤保水保肥能力最弱。

盐基饱和度（Base Saturation，BS）是土壤胶体上的交换性盐基离子占全部交换性阳离子（总量）的百分比，酸基离子为H+、Al3+，盐基离子为K+、Na+、Ca2+、Mg2+等。宁夏土壤属于碱性土壤，主要以Ca2+、Mg2+、Na+离子为主。BS能真正反映土壤有效（速效）养分含量的大小，是改良土壤的重要依据之一。宁夏各生态区土壤胶体所吸附的阳离子基本上属于盐基离子，呈碱性、强碱性反应。盐基饱和度的大小，可用作施用石灰或磷灰石改良土壤的依据［13 ］。从图5可以看出，引黄灌区的土壤养分含量较好，属于人为长期进行耕作区，引黄灌区（银北）盐碱土盐基饱和度超过95.00%，且pH高达9.16，宜采用磷石灰进行改良；宁南山区灰褐土盐基饱和度最低，为66.20%，pH为7.56，宜采用秸秆还田及增施有机肥进行改良。其他生态区土壤盐基饱和度介于77.39%～87.18%，pH介于7.88～8.91，也可采用秸秆还田及增施有机肥进行改良。

2.4 宁夏不同生态区土壤颗粒组成

由图6可以看出，宁夏不同生态土壤主要类型土壤颗粒直径为0.050～2.000 mm和0.002～0.050 mm的占比超过70%，引黄灌区中粘粒（0.002 mm以下）占比中只有盐碱土和灌淤土分别为27.50%和15.87%，相对其他土壤类型较粘重，质地粘重，结构致密，保水保肥能力强，但孔隙小，通气透水性能差，湿时粘、干时硬。中部干旱带土壤中砂砾（0.050～2.000 mm）占比超过50%，土壤类型主要为风沙土和灰钙土，保肥保水能力相对较弱，土壤粘性小、孔隙多，通气透水性强，蓄水和保肥性能差，易干旱。宁南山区土壤中颗粒以0.050～0.002 mm为主，土壤质地较好。不同生态区同类型土壤的结构基本一致，如引黄灌区和中部干旱带灰钙土，中部干旱带和宁南山区的黄绵土结构基本一致，既不松又不粘，通气透水性能好，并具一定的保水保肥能力，是比较理想的农作土壤。

由表2可以看出，宁夏不同生态区土壤矿物主要以SiO2为主，其次为Al2O3，但灰钙土中CaO含量超过了Al2O3，且SiO2含量比其他生態区土壤类型少，LOI（烧失量）明显高于其他土壤类型。不同生态区黄绵土矿物质含量基本一致。

3 讨论与结论

宁夏回族自治区是我国土地面积最小的省区之一。但是宁夏地区土壤类型较多。地处西北地区，土壤相对较贫瘠［14 ］。宁南山区灰褐土全氮含量为1.51 g/kg，属于全国土壤分类中的二级，除宁南山区的黑垆土为0.83 g/kg，其余均低于0.60 g/kg，土壤氮素匮乏。宁夏主要生态类型土壤类型速效磷含量表明，引黄灌区的灌淤土和盐碱土以及中部干旱带的黄绵土明显高于其他生态区内土壤类型，引黄灌区中盐碱土和灌淤土速效磷含量为19.62 mg/kg和18.28 mg/kg，是该生态区灰漠土和灰钙土的速效磷3～4倍；中部干旱带中的黄绵土速效磷为15.82 mg/kg，而宁南山区黄绵土速效磷仅为3.13 mg/kg，不足1/5。宁南山区的全磷含量较高，但速效磷明显低于其他生态类型土壤。段英华等［15 ］认为，长期施肥灌淤土旱地土壤全氮含量呈增加趋势，有效磷和有效钾含量基本平稳。冒辛平等［16 ］的研究认为，外源性鸡粪、秸秆生物炭和磷肥添加均显著提高了灌淤土全磷、有效磷含量。

土壤有机质是评价土壤质量的一个重要指标，它既是植物矿质和有机营养的源泉，同时也是形成土壤结构的重要因素。有机质不仅能增加土壤的保肥和供肥能力，提高土壤养分的有效性，而且可促进团粒结构的形成，改善土壤的透水性，蓄水能力，增加土壤缓冲性。引黄灌区（银北）的灰漠土和宁南山区灰褐土有机碳为19.09 g/kg和17.43 g/kg，明显高于其他生态区土壤，其他均低于10.00 g/kg，在全国土壤养分分级中处于第四级及以下，表明宁夏土壤总体有机质含量偏低。引黄灌区和中部干旱带有机质中的胡敏素含碳量含量较高，而宁南山区黑垆土和灰褐土中腐殖酸含量较高。吕开源［17 ］认为，还田促进了土壤理化性质的改善以及土壤养分的积累，有利于土壤酶活性的提升与土壤微生物群落生长繁殖。

中部干旱带通常把土粒分为4级，即分别为粗砂（直径0.200～2.000 mm）、细砂（0.020～0.200 mm）、粉砂（0.002～0.020 mm）和粘粒（0.002 mm以下）。具有团粒结构的土壤是结构良好的土壤，它能协调土壤中水分、空气和营养物质之间的关系，协调保肥和供肥的矛盾，有利于根系活动及吸取水分和养分，为植物的生长发育提供良好的条件。宁夏不同生态土壤主要类型中直径为0.050～2.000 mm和0.002～0.050 mm的土壤颗粒占比超过70%，在引黄灌区中粘粒（0.002 mm以下）占比中只有盐碱土和灌淤土分别为27.50%和15.87%，相对其他土壤类型较粘重，质地粘重，结构致密，保水保肥能力强，但孔隙小，通气透水性能差，湿时粘、干时硬。中部干旱带土壤中砂砾（0.050～2.000 mm）占比的超过50%为风沙土和灰钙土，保肥保水能力相对较弱，土壤粘性小、孔隙多，通气透水性强，蓄水和保肥性能差，易干旱。宁南山区土壤以直径为0.002～0.050 mm的颗粒为主，故宁南山区土壤质地较好。不同生态区土壤类型一致的土壤结构基本一致，如引黄灌区和中部干旱带灰钙土，中部干旱带和宁南山区的黄绵土结构基本一致，既不松又不粘，通气透水性能好，并具一定的保水保肥能力，是比较理想的农作土壤。高洪军等［18 ］认为，秸秆还田可以有效提高土壤中大体积团聚体（>250 um）的占比。

综上所述，引黄灌区土壤营养状况总体最好，其次宁南山区，中部干旱带土壤养分最低。引黄灌区pH和盐基饱和度均最高，宁南山区最低，矿质离子含量中部干旱带最低。土壤颗粒组成中，宁南山区土壤组成最好，中间粗细颗粒占主要成分。建议今后的生产中要注重秸秆还田，既可改善灌淤土颗粒组成，增加其土壤有机质；也可改善风沙土土壤结构和提高其保水保肥能力。

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