牛越先

(山西省水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)中心,山西 太原 030002)

黃土高原地區(qū)幾十年淤地壩建設(shè)的實踐充分證明,壩系建設(shè)具有顯著的生態(tài)、社會和經(jīng)濟效益,在治理水土流失、減少入黃泥沙、發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟、提高群眾生活水平、改善生態(tài)環(huán)境等方面具有不可替代的作用[1]。壩地作為水土保持綜合治理與生態(tài)環(huán)境修復(fù)工程的結(jié)合點,是鞏固黃土高原地區(qū)退耕還林還草成果的重要配套措施,也是該地區(qū)逐步實現(xiàn)“溝壑川臺化”的重要保證。壩地作為黃土高原地區(qū)群眾的“命根子”,壩地土壤肥力的高低很大程度上直接影響著黃土高原地區(qū)群眾糧食自給問題,繼而影響整個區(qū)域經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,因此成為水土保持的研究熱點之一。壩地與兩面溝坡的土壤水分和作物產(chǎn)量狀況等經(jīng)濟效益方面的研究取得了重要進(jìn)展[2～5],淤地壩泥沙沉積后土壤養(yǎng)分的變化特征也作了一些研究[6～10],但是對山西壩地土壤養(yǎng)分狀況研究較少,對壩地的生產(chǎn)潛力到底有多大也不十分清楚。本文以山西黃土高原丘陵溝壑區(qū)呂梁地區(qū)4個縣市的6座骨干壩為對象,分析研究壩地的土壤養(yǎng)分的分布狀況,為呂梁壩地高產(chǎn)農(nóng)業(yè)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

呂梁地區(qū)位于山西省中部西側(cè),總面積21 095 km2,屬半干旱大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,多年平均降水量524 mm,年平均氣溫8～9℃左右,全區(qū)平均最低氣溫-7.2℃,最高氣溫為22.8℃,全年≥10℃的有效積溫2 534.7～3 870℃,無霜期一般為133～178 d,屬黃土丘陵溝壑區(qū),地貌形態(tài)主要為梁峁?fàn)钋鹆?地形破碎,溝道多呈“V”字形,溝壑密度3.4～7.6 km?km-2,年土壤侵蝕模數(shù)15 000 t?km-2左右,高者可達(dá)20 000 t?km-2以上,是黃土高原水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域,主要種植玉米、高粱、向日葵等。具體采樣點情況見表1。

表1 采樣點基本情況Table 1 Basic situation of soil sampling points

2 研究方法

2.1 土壤樣品的采集

2007年10月29日～10月31日采用GPS定位,在山西呂梁地區(qū)的方山、臨縣、離石和中陽4縣市的6座骨干壩地的壩尾、壩中、壩前3個部位采集0～20 cm、20～40 cm土壤樣品。

2.2 分析項目及方法

土壤養(yǎng)分測定項目均采用常規(guī)土壤農(nóng)化分析法[11]:土壤有機質(zhì)(OM):重鉻酸鉀-外加熱法;土壤全氮(TN):半微量開氏定氮法;土壤全磷(TP):NaOH熔融,鉬銻抗比色法;土壤全鉀(TK):NaOH 熔融,火焰光度計法;土壤堿解氮(AN):堿解擴散法;土壤速效磷(AP):0.5M NaHCO3浸提,鉬銻抗比色法;土壤速效鉀(AK):1M NH4Ac浸提,火焰光度計法。

3 結(jié)果與分析

3.1 呂梁四縣壩地土壤養(yǎng)分分布狀況

土地養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。呂梁四縣不同流域壩地的土壤養(yǎng)分狀況見表3。

表2 土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)[12]Table 2 The classification standard of soil nutrient

表3 呂梁四縣不同流域壩地土壤養(yǎng)分狀況Table 3 Soil nutrients of dam fields in different watershed in four counties of lvliang

由表3可以看出,壩地土壤各養(yǎng)分壩前、壩中、壩尾變化表現(xiàn)出一定的波動性,其原因是由于種植年限較長,各農(nóng)戶的施肥水平不同而導(dǎo)致土壤養(yǎng)分在壩地水平方向上分布不均勻。根據(jù)表1土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn),0～20 cm土壤有機質(zhì)含量方山縣楊家塔壩、離石市大局壩分別為 6.84 g?kg-1和6.64 g?kg-1屬V級水平外,其余壩地表層和底層土壤有機質(zhì)含量都＜0.6 g?kg-1屬VI級水平,土壤全氮都＜0.5 g?kg-1屬VI級水平,土壤全磷為0.46 g?kg-1屬IV水平,0～20 cm土壤全鉀為19.98 g?kg-1,20～40 cm 為20.08 g?kg-1屬III級水平,臨縣的算溝壩、方山縣楊家塔、離石市大局壩、中陽縣洪水溝壩土壤堿解氮有些部位屬V級水平外,其余壩地屬VI級水平,壩地土壤速效磷除中陽縣洪水溝壩＜3 mg?kg-1屬 VI水平外,其他壩地都IV、V級水平,壩地土壤速效鉀方山縣楊家塔壩、離石市大局壩分別為131.06 mg?kg-1和136.05 mg?kg-1屬III級水平外,其余壩地屬IV級水平。除鉀素較豐富外,壩地土壤養(yǎng)分整體水平較低。

3.2 呂梁四縣壩地土壤養(yǎng)分的變異性

本研究選用變異系數(shù)(Cv)作為其定量描述指標(biāo),土壤學(xué)中根據(jù)Cv值對土壤性質(zhì)的變異程度進(jìn)行分類,Cv 0～15%為弱變異性,Cv 15%～35%時為中等變異性,Cv＞35%時為高度變異性[14]。

表4 呂梁四縣壩地土壤養(yǎng)分分布統(tǒng)計特征值Table 4 Statistical characteristics of spatial distribution soil nutrients on dam fields in four counties of lvliang

從表4可以看出,呂梁四縣壩地土壤養(yǎng)分分布不均勻,0～20 cm壩地土壤除全鉀Cv 1.04%和速效磷1.85為弱變異性外,其他各養(yǎng)分都屬于中等變異性,有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、速效鉀的變異系數(shù)分別為 22.39%、20.11%、20.77%、25.12、和 17.13%,20 ～40 cm壩地土壤除全氮Cv 16.52%和速效磷Cv 16.05%為中等變異性外,其余養(yǎng)分都為弱變異性,有機質(zhì)、全磷、全鉀、堿解氮、速效鉀的變異系數(shù)Cv分別為 8.21%、9.09%、2.97%、12.51%、1.92%,土壤養(yǎng)分除全磷、全鉀表層略低于底層外都表現(xiàn)為表層含量高于底層,表層土壤養(yǎng)分的變異性除全鉀、速效磷外其余各養(yǎng)分的變異性也都大于底層。

由表5可以看出,方山、臨縣、離石和中陽4個縣市壩地土壤養(yǎng)分存在很大的差異,0～20 cm土壤除全鉀Cv 9.55%為弱變異性外,其他各養(yǎng)分都屬于中等變異性,有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、速效磷、速效鉀的變異系數(shù) Cv分別為3.56%、26.25%、19.87%、17.24%、24.99%和 19.09%。20～40 cm土壤除全磷 Cv 8.66%和全鉀Cv 3.03%為弱變異性外,其余養(yǎng)分都為中等變異性,有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀的變異系數(shù)Cv分別為 22.72%、32.00%、25.02%、31.11%、24.23%,呂梁四縣的土壤養(yǎng)分除全鉀略低于表層外,其余各養(yǎng)分都表現(xiàn)為表層含量高于底層,表層的變異性也大于底層,各養(yǎng)分除鉀素較豐富外,其余各養(yǎng)分都屬于低水平。

表5 呂梁四縣不同流域壩地土壤養(yǎng)分的變異性Table 5 Spatial variability of dam fields soil nutrients in different watersheds in four counties of lvliang

采樣部位Sampling location采樣深度/cm Soil layer有機質(zhì)/g?kg-1 Organic matter全氮/g?kg-1 Total nitrogen全磷/g?kg-1 Total phosphorus全鉀/g?kg-1 Total potassium堿解氮/mg?kg-1 Available nitrogen速效磷/mg?kg-1 Available phosphorus速效鉀/mg?kg-1 Available potassium標(biāo)準(zhǔn)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 結(jié)論與討論

(1)呂梁四縣壩地土壤養(yǎng)分分布不平衡,其養(yǎng)分高于底層,除表層土壤有效鉀可滿足作物生長外,其它養(yǎng)分含量較低,特別是土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷。因此,通過施用有機肥和氮、磷肥,壩地增產(chǎn)的潛力還很大。同時在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)農(nóng)民很少施肥,特別是有機肥,必須轉(zhuǎn)變認(rèn)為壩地是上好農(nóng)地而不用或很少施肥的錯誤經(jīng)營理念,應(yīng)特別注重有機肥、氮肥和磷肥的投入,以免竭澤而漁。

(2)呂梁四縣壩地土壤養(yǎng)分在水平方向上表現(xiàn)出一定的波動性。0～20 cm壩地土壤全鉀和速效磷為弱變異性,其他各養(yǎng)分都屬于中等變異性,20～40 cm壩地土壤全氮和速效磷為中等變異性,其余養(yǎng)分都為弱變異性。不同流域間0～20 cm土壤全鉀為弱變異性,其他各養(yǎng)分都屬于中等變異性。20～40 cm土壤全磷和全鉀為弱變異性,其余養(yǎng)分都為中等變異性,各流域壩地土壤養(yǎng)分的變異性明顯大于壩地內(nèi)不同水平方向的變異性。

(3)丘陵溝壑區(qū)夏季高溫多雨,冬季寒冷少雪,一年中干濕季節(jié)交替明顯,有機質(zhì)礦化速度快,積累少,再加地多人少,有機肥施量少,作物長期消耗,土壤養(yǎng)分長期耗竭而趨于貧乏,再就是壩地土壤含水量高,通氣狀況較差,土溫相對低,影響微生物的分解活動,從而阻滯土壤養(yǎng)分的礦化過程。人為的管理施肥水平、施肥方式等,致使流域間土壤養(yǎng)分差異較大。因此,根據(jù)壩地土壤養(yǎng)分調(diào)查結(jié)果,通過秸稈還田,增施有機肥,合理施用化肥,以提高壩地土壤的肥力水平在用地的同時一定要養(yǎng)地,科學(xué)施肥、平衡施肥,以挖掘壩地的增產(chǎn)潛力。

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