王磊 蒙春玲 覃建勛

摘 要：以鳳山縣為例，研究桂西北地區(qū)表層土壤中氮、磷、鉀元素含量及有機(jī)質(zhì)含量、pH值的分布情況與地球化學(xué)特征，計(jì)算單元素養(yǎng)分等級(jí)及養(yǎng)分綜合等級(jí)，綜合討論地質(zhì)背景、土壤類型、土地利用類型對(duì)土壤養(yǎng)分的影響。結(jié)果表明研究區(qū)土壤樣品pH值以強(qiáng)酸性—酸性為主;土壤氮元素比較豐富，有機(jī)質(zhì)相對(duì)豐富，磷元素比較缺乏，鉀元素相對(duì)缺乏;土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)絕大部分為3等（中等），面積占評(píng)價(jià)總面積的72.08%。不同地質(zhì)背景、土壤類型及土地利用類型中，土壤養(yǎng)分呈現(xiàn)明顯的差異性：氮元素含量與有機(jī)碳含量表現(xiàn)為三疊系>二疊系>石炭系、紅壤>其他土壤>水稻土、林地>其他地類>水田>旱地;磷元素含量與pH值各統(tǒng)計(jì)值表現(xiàn)為石炭系>二疊系>三疊系、其他土壤>水稻土>紅壤;鉀元素中石炭系的各統(tǒng)計(jì)值普遍高于二疊系、三疊系，其他土壤>紅壤>水稻土、林地>旱地>水田。

關(guān)鍵詞：土壤;氮磷鉀;有機(jī)質(zhì);養(yǎng)分等級(jí);鳳山縣

中圖分類號(hào)：S-3? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

前言

土壤養(yǎng)分是指作物生長(zhǎng)過(guò)程中從土壤中攝取的所必須的營(yíng)養(yǎng)元素[1，2]，土壤養(yǎng)分的高低關(guān)乎土壤生態(tài)系統(tǒng)的平衡[3，4]，氮磷鉀及有機(jī)質(zhì)含量是土壤養(yǎng)分水平的重要內(nèi)容。

鳳山縣地處廣西西北部，是“中國(guó)長(zhǎng)壽之鄉(xiāng)”、國(guó)家貧困縣、左右江革命老區(qū)，是桂西北八山一水一分田典型石山縣的代表[5-7]。鳳山縣于20世紀(jì)80年代開展了第2次土壤普查工作，距今接近30a，耕地的質(zhì)量和數(shù)量都發(fā)生了很大的變化。各部門及廣大科研工作者也陸續(xù)開展過(guò)土壤相關(guān)的研究工作，但側(cè)重點(diǎn)不同，如農(nóng)業(yè)部門注重土壤類型、土壤肥力，國(guó)土部門注重土地利用及土地規(guī)劃，環(huán)保部門則關(guān)注土壤環(huán)境質(zhì)量，普遍缺乏將地學(xué)、農(nóng)學(xué)、環(huán)境學(xué)等學(xué)科有機(jī)融合，尤其是從影響土壤元素含量及性質(zhì)的地質(zhì)背景因素及地球化學(xué)角度對(duì)土壤進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)。

本文以鳳山縣土壤樣為研究對(duì)象，通過(guò)研究土壤中氮、磷、鉀元素含量及有機(jī)質(zhì)含量、pH值的分布情況與地球化學(xué)特征，計(jì)算單元素養(yǎng)分等級(jí)及養(yǎng)分綜合等級(jí)，對(duì)鳳山縣土壤養(yǎng)分豐缺狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，并綜合討論了不同地質(zhì)背景、土壤類型、土地利用類型對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，為鳳山縣土壤研究、土地利用及土壤精準(zhǔn)施肥等工作提供依據(jù)。

1 材料及方法

1.1 樣品采集

于2017年2—4月在廣西鳳山縣境內(nèi)采集表層土壤樣共計(jì)774件。主要采集0～20cm耕作層的連續(xù)土壤，避開污染及無(wú)代表性地區(qū)。樣品經(jīng)懸掛自然風(fēng)干后進(jìn)行加工，去除植物根莖、碎石等非土物質(zhì)，使壓碎的土樣全部通過(guò)2mm（-10目）孔徑篩，混勻、分裝待測(cè)。

1.2 樣品分析

本研究土壤樣品分析測(cè)試土壤氮、磷、鉀、有機(jī)碳、pH值共5項(xiàng)指標(biāo)。驗(yàn)收合格的樣品經(jīng)混勻，取粗樣（≥30g）用酸度計(jì)測(cè)定pH值;分取土壤試樣80g左右樣品用無(wú)污染行星球磨機(jī)粉碎至-200目，測(cè)定其他項(xiàng)目。其中，酸堿度采用pH計(jì)電極法（ISE），氮元素采用酸堿滴定容量法（VOL），磷、鉀元素采用X射線熒光光譜法（XRF），有機(jī)碳采用紅外碳硫法，分析測(cè)試方法及檢出限均滿足相關(guān)要求[8]。

分析測(cè)試由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局化探樣品質(zhì)量檢查組進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控及質(zhì)量驗(yàn)收，分析結(jié)果采用spss19.0、excel2010及地球化學(xué)勘查一體化系統(tǒng)（GeoChem Studio）軟件進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、制圖。

2 結(jié)果與討論

通過(guò)計(jì)算，各元素特征值如表1。

對(duì)數(shù)據(jù)頻率分布形態(tài)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)，其中鉀元素及pH值數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，用算數(shù)平均值代表背景值;氮元素、磷元素符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，用幾何平均值代表背景值;有機(jī)碳元素按照算術(shù)平均值加減3倍標(biāo)準(zhǔn)離差進(jìn)行剔除，經(jīng)反復(fù)剔除后仍不服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布，用眾值代表土壤背景值[11]。

可以看出，各元素（指標(biāo)）的變異系數(shù)相差不大，pH值變異系數(shù)為0.09，為均勻分布特征;氮、磷、鉀與有機(jī)碳變異系數(shù)均在0.23～0.41之間，屬于相對(duì)弱變異，較均勻分布。富集系數(shù)0.80～3.60，其中磷元素、鉀元素與全國(guó)土壤A層背景值接近，氮元素、有機(jī)碳則顯著大于全國(guó)土壤A層背景值。

2.1 土壤pH值地球化學(xué)特征

土壤酸堿度是土壤的重要化學(xué)性質(zhì)，直接影響作物的生長(zhǎng)和微生物的活動(dòng)以及土壤的其他性質(zhì)與肥力狀況等[1]。

表層土壤pH值算數(shù)平均值5.80，明顯低于全國(guó)土壤A層背景值（6.7）?？缍茸兓秶?.64～7.34，其中pH值<5.0（強(qiáng)酸性）的樣點(diǎn)數(shù)64件，占總樣品數(shù)的8.40%，絕大多數(shù)pH值在5.0～6.5（酸性）范圍內(nèi)，共637件樣品，占采樣總數(shù)的82.30%，pH值在6.5～7.5（中性）范圍的樣點(diǎn)73件，沒(méi)有>7.5（堿性—強(qiáng)堿性）的樣點(diǎn)。可以看出，研究區(qū)表層土壤酸化較嚴(yán)重。

2.2 土壤氮磷鉀地球化學(xué)特征

表層土壤氮元素含量平均值1756mg/kg，跨度范圍668～7853mg/kg，最低值仍明顯高于全國(guó)土壤A層背景值（640mg/kg），背景值1685mg/kg，富集系數(shù)達(dá)到2.63，說(shuō)明研究區(qū)土壤氮元素含量相對(duì)較豐富。從空間分布上來(lái)看，土壤氮元素以中—低值分布為主，高值區(qū)僅零星分布在鳳城鎮(zhèn)西部、喬音鄉(xiāng)北部、長(zhǎng)洲鄉(xiāng)北部—中部—東南部地區(qū);低值區(qū)主要分布在砦牙鄉(xiāng)大部分范圍、喬音鄉(xiāng)的中部、鳳城鎮(zhèn)周邊、長(zhǎng)洲鄉(xiāng)零星分布。

表層土壤磷元素含量平均值481mg/kg，跨度范圍200～1883mg/kg，算數(shù)平均值、幾何平均值（460mg/kg）均略低于全國(guó)土壤A層背景值（520mg/kg），富集系數(shù)0.88，說(shuō)明研究區(qū)土壤磷元素含量略顯缺乏。低值區(qū)主要集中分布在砦牙鄉(xiāng)大范圍、喬音鄉(xiāng)的中部、長(zhǎng)洲鄉(xiāng)中部—西南部地區(qū);高值區(qū)主要分布鳳城鎮(zhèn)周邊、鳳城鎮(zhèn)西部以及長(zhǎng)洲鄉(xiāng)北部和東南部。

表層土壤鉀元素含量平均值1.87%，跨度范圍0.43%～3.00%，算數(shù)平均值、幾何平均值（1.79%）均低于全國(guó)土壤A層背景值（2.3%），富集系數(shù)0.80，說(shuō)明研究區(qū)土壤鉀元素含量較缺乏。空間上分布較為均衡，除了砦牙鄉(xiāng)，高值區(qū)在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布，鳳城鎮(zhèn)分布相對(duì)較廣泛，喬音鄉(xiāng)東部—南部，長(zhǎng)洲鄉(xiāng)西部、東南部地區(qū)也有分布。低值區(qū)主要集中在砦牙鄉(xiāng)—長(zhǎng)洲鄉(xiāng)中部一帶。

2.3 土壤有機(jī)碳地球化學(xué)特征

表層土壤有機(jī)碳含量平均值1.43%，跨度范圍0.46%～8.65%，算數(shù)平均值、幾何平均值（1.34%）、眾值1.26%，明顯高于全國(guó)土壤A層背景值（0.35%），富集系數(shù)達(dá)到3.60，說(shuō)明研究區(qū)土壤有機(jī)碳含量相對(duì)較豐富。空間分布特征與土壤氮元素接近，高值區(qū)主要分布在喬音鄉(xiāng)北部、長(zhǎng)洲鄉(xiāng)的西北部—中部—東南部一線;低值區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布，砦牙鄉(xiāng)較為集中。

2.4 土壤養(yǎng)分影響因素分析

地質(zhì)背景、土壤類型、土地利用類型是影響土壤元素地球化學(xué)性質(zhì)的3個(gè)重要因素。

2.4.1 地質(zhì)背景

地質(zhì)背景影響著土壤的物質(zhì)組成、風(fēng)化及淋溶等，從而影響土壤養(yǎng)分元素的積累和淋失[12]。不同地質(zhì)背景土壤樣養(yǎng)分元素含量特征見表2，研究區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)樣品分布于三疊系地層中，石炭系、二疊系地層分布的樣品相對(duì)較少。

三疊系主要以中三疊統(tǒng)蘭木組（T2l）和百逢組（T2bf）為主，其中蘭木組為青灰色厚層含長(zhǎng)石鈣質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖互層;百逢組為一套厚層塊狀雜砂巖為主，砂泥巖互層的巖石組合，按巖性組合和沉積旋回可分2段：下段T2bf1和上段T2bf2，其中下段以厚層塊狀雜砂巖為主，上段以薄層泥巖、泥質(zhì)砂巖互層為主。

石炭系主要以上二疊統(tǒng)馬平組（C2Pm）為主，為灰白色厚層狀微晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、生物碎屑泥晶灰?guī)r，局部夾白云質(zhì)灰?guī)r。

二疊系以茅口組（P2m）為主，為淺色厚層塊狀亮晶灰?guī)r、生物屑泥晶灰?guī)r、粉泥晶生物屑團(tuán)?；?guī)r，夾白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，含礈?zhǔn)瘓F(tuán)塊和硅質(zhì)條帶。

氮元素與有機(jī)碳特征近似，各統(tǒng)計(jì)值基本表現(xiàn)為三疊系>二疊系>石炭系;磷元素與pH值特征近似，所有統(tǒng)計(jì)值均表現(xiàn)為石炭系>二疊系>三疊系;鉀元素中石炭系的各統(tǒng)計(jì)值普遍高于二疊系、三疊系，二疊系、三疊系各樣品的鉀元素含量水平比較接近。

可以看出，氮元素及有機(jī)碳在以碎屑巖為主的三疊系地層發(fā)育的土壤高于以碳酸鹽巖為主的二疊系、石炭系發(fā)育的土壤，原因?yàn)轲ね恋V物可以有效地吸附氮素及有機(jī)質(zhì)，造成細(xì)質(zhì)地母質(zhì)上發(fā)育的土壤比粗質(zhì)地母質(zhì)上形成的土壤有機(jī)質(zhì)、單元素含量高[13-16]。磷元素、鉀元素化學(xué)性質(zhì)較活潑，在成土過(guò)程中易從碳酸鹽巖母巖中流失而殘留在土壤中形成次生富集。

2.4.2 土壤類型

土壤類型不同，土壤的成土過(guò)程和發(fā)育類型差異較大，同樣影響土壤養(yǎng)分元素的積累和淋失。不同土壤類型土壤樣養(yǎng)分元素含量特征見表3，大部分樣品土壤類型為紅壤、水稻土，剩余少量樣品土壤類型為沖積土、黃壤和石灰（巖）土，因樣本量較少，合并在其他類型中。其中氮元素與有機(jī)碳特征近似，各統(tǒng)計(jì)值均表現(xiàn)為紅壤>其他>水稻土;磷元素與pH值特征近似，各統(tǒng)計(jì)值大體表現(xiàn)為其他>水稻土>紅壤;鉀元素各統(tǒng)計(jì)值中除幾何均值外，其他均表現(xiàn)為其他>紅壤>水稻土，幾何均值表現(xiàn)為紅壤>其他>水稻土。

可以看出，水稻土中氮磷鉀及有機(jī)質(zhì)含量總體都處于相對(duì)較低的水平，主要原因是由于人為活動(dòng)的影響，淹水環(huán)境以及水稻的攝取造成土壤中的養(yǎng)分元素的流失。紅壤是南方的主要土壤類型，因其利用形式多樣，造成各養(yǎng)分含量水平規(guī)律性并不明顯。

2.4.3 土地利用類型

土地利用類型主要反映出人類活動(dòng)對(duì)于土壤元素含量的影響，不同的作物種類以及耕作管理措施同樣對(duì)土壤元素的積累和淋失產(chǎn)生較大影響。不同土地利用類型土壤樣養(yǎng)分元素含量特征見表4，50%以上的樣品分布于水田，其次為林地、旱地，少量樣品土地利用類型為草地、園地及其他利用形式，全部合并在其他類型中。其中氮元素與有機(jī)碳特征近似，各統(tǒng)計(jì)值大體表現(xiàn)為林地>其他>水田>旱地;磷元素、鉀元素特征近似，各統(tǒng)計(jì)值大體表現(xiàn)為林地>旱地>水田，其他地類中鉀元素含量與水田鉀元素含量水平相當(dāng)，但磷元素則波動(dòng)較大，無(wú)明顯規(guī)律;pH值各統(tǒng)計(jì)值中大體表現(xiàn)為水田>旱地>林地，其他地類中25%百分位數(shù)、幾何平均值、算術(shù)平均值、中值與林地對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)值接近，75%百分位數(shù)則變化較大，與旱地接近。

可以看出，水田、旱地等農(nóng)用地雖然有人為施肥，但氮磷鉀及有機(jī)質(zhì)含量均相對(duì)較低，林地則表現(xiàn)為各養(yǎng)分含量較高，原因?yàn)楦N活動(dòng)加速了土壤礦化過(guò)程，同時(shí)農(nóng)作物在生長(zhǎng)過(guò)程中也會(huì)吸收養(yǎng)分，秸稈等禁止焚燒又阻斷了有機(jī)質(zhì)、礦質(zhì)元素返回土壤的途徑;林地則人為活動(dòng)相對(duì)較少，枯枝落葉等腐敗后，有機(jī)質(zhì)及其他養(yǎng)分元素得以遷移至土壤中[17-21]。

2.5 土壤養(yǎng)分等級(jí)評(píng)價(jià)

2.5.1 土壤養(yǎng)分等級(jí)評(píng)價(jià)方法

研究區(qū)各地類面積合計(jì)308.01km2，其中參與評(píng)價(jià)的地類總面積為304.41km2（扣除道路、溝渠、水面等共計(jì)3.60km2）。

通過(guò)計(jì)算，研究區(qū)土壤氮元素比較豐富，各等級(jí)面積為2等>1等>3等>4等>5等，其中1等、2等合計(jì)面積占參與評(píng)價(jià)總面積的88.46%;磷元素比較缺乏，各等級(jí)面積為4等>5等>3等>2等>1等，其中4等、5等合計(jì)面積占參與評(píng)價(jià)總面積的89.91%;鉀元素相對(duì)缺乏，各等級(jí)面積為3等>4等>2等>5等>1等，其中3等、4等合計(jì)面積占參與評(píng)價(jià)總面積的91.55%;有機(jī)質(zhì)相對(duì)豐富，各等級(jí)面積為3等>2等>4等>1等>5等，2等、3等合計(jì)面積占參與評(píng)價(jià)總面積的84.32%。

土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)結(jié)果見圖1，其中占比較大為2等（較豐富）—4等（較缺乏），面積304.29km2，占評(píng)價(jià)總面積的99.96%。

各鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)不同土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)面積百分比大小不一，且同一鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)的不同土地利用類型其土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)面積百分比亦不一，說(shuō)明各鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)土壤養(yǎng)分綜合分布極不均衡。

結(jié)合地質(zhì)背景上來(lái)看，研究區(qū)東北部—中東部地區(qū)廣泛分布的養(yǎng)分綜合等級(jí)中4等（較缺乏）與中三疊統(tǒng)百逢組下段地層分布具有較高的吻合度，原因主要為百逢組下段地層巖性為厚層雜砂巖，形成的土壤以二氧化硅等石英砂礫為主，對(duì)于氮素、有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分吸附程度比泥巖、砂泥巖等形成的土壤弱，造成土壤養(yǎng)分易流失。

因研究區(qū)內(nèi)絕大部分為灌木林地、有林地，因此土壤養(yǎng)分綜合等級(jí)中也以灌木林地、有林地占絕大比例面積，各土地利用類型中土壤養(yǎng)分綜合3等（中等）仍占大部分比例，其次為4等（較缺乏）。所有地類中僅水田土壤養(yǎng)分綜合等級(jí)5個(gè)等級(jí)均有所分布，其他地類缺少1等（豐富）或5等（缺乏）等級(jí)，水田中1等（豐富）面積僅0.034km2。

3 結(jié)論

氮元素、有機(jī)碳背景值高于全國(guó)土壤A層背景值，富集系數(shù)分別為2.63、3.60;磷元素、鉀元素背景值低于全國(guó)土壤A層背景值，富集系數(shù)分別為0.88、0.80。

研究區(qū)表層土壤酸化較嚴(yán)重，樣品pH值以強(qiáng)酸性—酸性為主。

氮元素含量與有機(jī)碳含量特征近似，各統(tǒng)計(jì)值基本表現(xiàn)為三疊系>二疊系>石炭系、紅壤>其他>水稻土、林地>其他>水田>旱地，磷元素含量與pH值特征近似，各統(tǒng)計(jì)值表現(xiàn)為石炭系>二疊系>三疊系、其他土壤類型>水稻土>紅壤。鉀元素中石炭系的各統(tǒng)計(jì)值普遍高于二疊系、三疊系，除幾何均值外，各統(tǒng)計(jì)值表現(xiàn)為其他土壤類型>紅壤>水稻土。從不同土地利用類型來(lái)看，磷元素與鉀元素特征近似，各統(tǒng)計(jì)值大體表現(xiàn)為林地>旱地>水田，其他地類中鉀元素含量與水田鉀元素含量水平相當(dāng)。

從土壤養(yǎng)分單元素地球化學(xué)等級(jí)來(lái)看，研究區(qū)土壤氮元素比較豐富，有機(jī)質(zhì)相對(duì)豐富，磷元素比較缺乏，鉀元素相對(duì)缺乏。

研究區(qū)土壤養(yǎng)分地球化學(xué)綜合等級(jí)大部分為3等（中等），面積占評(píng)價(jià)總面積的72.08%;2等（較豐富）、3等（較缺乏）等級(jí)其次，分別占評(píng)價(jià)總面積的13.73%、14.14%，1等（豐富）及5等（缺乏）均為極少數(shù)，合計(jì)占評(píng)價(jià)總面積的0.04%。

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