山西吕梁黄土丘陵沟壑区坝地土壤养分分布特征研究

牛越先

(山西省水土保持生态环境建设中心,山西 太原 030002)

黄土高原地区几十年淤地坝建设的实践充分证明,坝系建设具有显著的生态、社会和经济效益,在治理水土流失、减少入黄泥沙、发展区域经济、提高群众生活水平、改善生态环境等方面具有不可替代的作用[1]。坝地作为水土保持综合治理与生态环境修复工程的结合点,是巩固黄土高原地区退耕还林还草成果的重要配套措施,也是该地区逐步实现“沟壑川台化”的重要保证。坝地作为黄土高原地区群众的“命根子”,坝地土壤肥力的高低很大程度上直接影响着黄土高原地区群众粮食自给问题,继而影响整个区域经济的可持续发展,因此成为水土保持的研究热点之一。坝地与两面沟坡的土壤水分和作物产量状况等经济效益方面的研究取得了重要进展[2～5],淤地坝泥沙沉积后土壤养分的变化特征也作了一些研究[6～10],但是对山西坝地土壤养分状况研究较少,对坝地的生产潜力到底有多大也不十分清楚。本文以山西黄土高原丘陵沟壑区吕梁地区4个县市的6座骨干坝为对象,分析研究坝地的土壤养分的分布状况,为吕梁坝地高产农业提供理论依据。

1 研究区概况

吕梁地区位于山西省中部西侧,总面积21 095 km2,属半干旱大陆性季风气候,四季分明,多年平均降水量524 mm,年平均气温8～9℃左右,全区平均最低气温-7.2℃,最高气温为22.8℃,全年≥10℃的有效积温2 534.7～3 870℃,无霜期一般为133～178 d,属黄土丘陵沟壑区,地貌形态主要为梁峁状丘陵,地形破碎,沟道多呈“V”字形,沟壑密度3.4～7.6 km◦km-2,年土壤侵蚀模数15 000 t◦km-2左右,高者可达20 000 t◦km-2以上,是黄土高原水土流失最为严重的区域,主要种植玉米、高粱、向日葵等。具体采样点情况见表1。

表1 采样点基本情况Table 1 Basic situation of soil sampling points

2 研究方法

2.1 土壤样品的采集

2007年10月29日～10月31日采用GPS定位,在山西吕梁地区的方山、临县、离石和中阳4县市的6座骨干坝地的坝尾、坝中、坝前3个部位采集0～20 cm、20～40 cm土壤样品。

2.2 分析项目及方法

土壤养分测定项目均采用常规土壤农化分析法[11]:土壤有机质(OM):重铬酸钾-外加热法;土壤全氮(TN):半微量开氏定氮法;土壤全磷(TP):NaOH熔融,钼锑抗比色法;土壤全钾(TK):NaOH 熔融,火焰光度计法;土壤碱解氮(AN):碱解扩散法;土壤速效磷(AP):0.5M NaHCO3浸提,钼锑抗比色法;土壤速效钾(AK):1M NH4Ac浸提,火焰光度计法。

3 结果与分析

3.1 吕梁四县坝地土壤养分分布状况

土地养分分级标准见表2。吕梁四县不同流域坝地的土壤养分状况见表3。

表2 土壤养分分级标准[12]Table 2 The classification standard of soil nutrient

表3 吕梁四县不同流域坝地土壤养分状况Table 3 Soil nutrients of dam fields in different watershed in four counties of lvliang

由表3可以看出,坝地土壤各养分坝前、坝中、坝尾变化表现出一定的波动性,其原因是由于种植年限较长,各农户的施肥水平不同而导致土壤养分在坝地水平方向上分布不均匀。根据表1土壤养分分级标准,0～20 cm土壤有机质含量方山县杨家塔坝、离石市大局坝分别为 6.84 g◦kg-1和6.64 g◦kg-1属V级水平外,其余坝地表层和底层土壤有机质含量都＜0.6 g◦kg-1属VI级水平,土壤全氮都＜0.5 g◦kg-1属VI级水平,土壤全磷为0.46 g◦kg-1属IV水平,0～20 cm土壤全钾为19.98 g◦kg-1,20～40 cm 为20.08 g◦kg-1属III级水平,临县的算沟坝、方山县杨家塔、离石市大局坝、中阳县洪水沟坝土壤碱解氮有些部位属V级水平外,其余坝地属VI级水平,坝地土壤速效磷除中阳县洪水沟坝＜3 mg◦kg-1属 VI水平外,其他坝地都IV、V级水平,坝地土壤速效钾方山县杨家塔坝、离石市大局坝分别为131.06 mg◦kg-1和136.05 mg◦kg-1属III级水平外,其余坝地属IV级水平。除钾素较丰富外,坝地土壤养分整体水平较低。

3.2 吕梁四县坝地土壤养分的变异性

本研究选用变异系数(Cv)作为其定量描述指标,土壤学中根据Cv值对土壤性质的变异程度进行分类,Cv 0～15%为弱变异性,Cv 15%～35%时为中等变异性,Cv＞35%时为高度变异性[14]。

表4 吕梁四县坝地土壤养分分布统计特征值Table 4 Statistical characteristics of spatial distribution soil nutrients on dam fields in four counties of lvliang

从表4可以看出,吕梁四县坝地土壤养分分布不均匀,0～20 cm坝地土壤除全钾Cv 1.04%和速效磷1.85为弱变异性外,其他各养分都属于中等变异性,有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效钾的变异系数分别为 22.39%、20.11%、20.77%、25.12、和 17.13%,20 ～40 cm坝地土壤除全氮Cv 16.52%和速效磷Cv 16.05%为中等变异性外,其余养分都为弱变异性,有机质、全磷、全钾、碱解氮、速效钾的变异系数Cv分别为 8.21%、9.09%、2.97%、12.51%、1.92%,土壤养分除全磷、全钾表层略低于底层外都表现为表层含量高于底层,表层土壤养分的变异性除全钾、速效磷外其余各养分的变异性也都大于底层。

由表5可以看出,方山、临县、离石和中阳4个县市坝地土壤养分存在很大的差异,0～20 cm土壤除全钾Cv 9.55%为弱变异性外,其他各养分都属于中等变异性,有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾的变异系数 Cv分别为3.56%、26.25%、19.87%、17.24%、24.99%和 19.09%。20～40 cm土壤除全磷 Cv 8.66%和全钾Cv 3.03%为弱变异性外,其余养分都为中等变异性,有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾的变异系数Cv分别为 22.72%、32.00%、25.02%、31.11%、24.23%,吕梁四县的土壤养分除全钾略低于表层外,其余各养分都表现为表层含量高于底层,表层的变异性也大于底层,各养分除钾素较丰富外,其余各养分都属于低水平。

表5 吕梁四县不同流域坝地土壤养分的变异性Table 5 Spatial variability of dam fields soil nutrients in different watersheds in four counties of lvliang

采样部位Sampling location采样深度/cm Soil layer有机质/g◦kg-1 Organic matter全氮/g◦kg-1 Total nitrogen全磷/g◦kg-1 Total phosphorus全钾/g◦kg-1 Total potassium碱解氮/mg◦kg-1 Available nitrogen速效磷/mg◦kg-1 Available phosphorus速效钾/mg◦kg-1 Available potassium标准差 0～20 1.24 0.08 0.09 1.90 5.12 1.25 22.77 20～40 0.97 0.08 0.04 0.61 7.46 1.40 22.92 Cv/% 0～20 23.56 26.25 19.87 9.55 17.24 24.99 19.09 20～40 22.72 32.00 8.66 3.03 25.02 33.11 24.23

4 结论与讨论

(1)吕梁四县坝地土壤养分分布不平衡,其养分高于底层,除表层土壤有效钾可满足作物生长外,其它养分含量较低,特别是土壤有机质、碱解氮、速效磷。因此,通过施用有机肥和氮、磷肥,坝地增产的潜力还很大。同时在调查中发现农民很少施肥,特别是有机肥,必须转变认为坝地是上好农地而不用或很少施肥的错误经营理念,应特别注重有机肥、氮肥和磷肥的投入,以免竭泽而渔。

(2)吕梁四县坝地土壤养分在水平方向上表现出一定的波动性。0～20 cm坝地土壤全钾和速效磷为弱变异性,其他各养分都属于中等变异性,20～40 cm坝地土壤全氮和速效磷为中等变异性,其余养分都为弱变异性。不同流域间0～20 cm土壤全钾为弱变异性,其他各养分都属于中等变异性。20～40 cm土壤全磷和全钾为弱变异性,其余养分都为中等变异性,各流域坝地土壤养分的变异性明显大于坝地内不同水平方向的变异性。

(3)丘陵沟壑区夏季高温多雨,冬季寒冷少雪,一年中干湿季节交替明显,有机质矿化速度快,积累少,再加地多人少,有机肥施量少,作物长期消耗,土壤养分长期耗竭而趋于贫乏,再就是坝地土壤含水量高,通气状况较差,土温相对低,影响微生物的分解活动,从而阻滞土壤养分的矿化过程。人为的管理施肥水平、施肥方式等,致使流域间土壤养分差异较大。因此,根据坝地土壤养分调查结果,通过秸秆还田,增施有机肥,合理施用化肥,以提高坝地土壤的肥力水平在用地的同时一定要养地,科学施肥、平衡施肥,以挖掘坝地的增产潜力。

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