東北典型黑土區土壤養分現狀

賀旭楊，肖 洋

(黑龍江大學 現代農業與生態環境學院，哈爾濱 150080)

1 概 述

中國東北地區擁有廣袤的平原和豐富的黑土，這些黑土具有良好的理化性質[1]，適合農業生產，對中國的糧食安全非常重要。根據自然資源部公布的統計數據，東北地區(包括黑龍江省、吉林省和遼寧省)作為國家的糧食生產基地，占全國總耕地面積的17.63%[2]。根據國家統計局的統計數據，2011-2015年，東北地區的糧食產量占全國糧食產量的近20%。然而，歷史上防止水土流失措施運用較少。由于游牧民族的定居和清朝(1644-1911年)實施的禁止政策，該地區的種植農作物只有大約300年。在中國所有地區中，東北地區的種植歷史最短。由于地形相對平坦，較少實施水土保持措施，水土流失導致土地退化，表現為黑土層變薄和出現侵蝕溝。半個世紀以來，高強度的連續耕作嚴重破壞了土壤結構，導致土壤厚度降低、土壤有機質礦化、土壤侵蝕面積擴大、生產力下降和生態環境惡化，使該地區正面臨著水土流失造成的土壤退化的威脅。因此，保持和提高東北地區的土壤養分對于確保該地區農業的可持續發展至關重要。據報道，產生1 cm的土壤需要300～400年的時間，而平均每年流失的土壤為0.3～1 cm。多年來，東北地區為了提高糧食生產，忽視了對土壤養分的關注。由于東北地區的農業機械化、規模化和集約化水平比較高，其農業生產的高投入和高產出，加上先進的技術條件如作物品種的改良以及使用農藥化肥，雖然可以提高作物產量，卻掩蓋了土壤養分的下降，這將威脅到國家的糧食安全和生態安全。目前，關于東北典型黑土區土壤養分和水土流失現狀研究還不多。本文對國內外學者的研究成果進行了梳理，以期為今后的硏究提供參考和借鑒。

典型的黑土區是指根據中國土壤分類系統(GSCC)，是黑土的主要分布區(N38°42′-N53°36′，E115°24′-E135°12′)，總面積9.4×104km2，位于黑龍江西南、吉林省中部(圖1)，帶狀分布，南北分布，它位于從冷溫帶大陸性濕潤氣候到半濕潤季風氣候的過渡區。每年會經歷寒冷而漫長的冬季，四季分明，同期下雨和炎熱。年平均氣溫約3.9℃，年平均降水量約548.5 mm，無霜期約128 d，太陽輻射約為5.4×1024焦。根據中國土壤分類體系，這些土壤的特征是黑土、黑鈣土和草甸黑土。本次收集了第二次全國土壤普查數據(1980年)、2007和2017共3年的東北典型黑土區土壤有機質、全氮、全磷、全鉀的含量以及pH值來進行比較，見圖2[3-6]。

圖1 東北典型黑土區

圖2 東北典型黑土區土壤養分

2 土壤有機養分現狀

2.1 土壤有機質養分與流失現狀

有機質是土壤的組成部分且發揮著重要的作用，也是衡量土壤肥力大小的重要指標之一。土壤有機質的最主要、最直接的來源是植物的殘體、根系以及其凋零物。根據第二次全國土壤普查數據和2007年數據顯示，表層土壤有機質平均含量分別為31.40 和33.79 g/kg，20～40 cm土壤有機質含量為15.00 和16.36 g/kg。而2017年數據顯示,表層土壤有機質平均含量為20.08 g/kg，20～40 cm土壤有機質含量為15.67 g/kg。從數據上看，從第二次普查到2007年變化不大，其原因可能是原始土地被開墾種植后的土壤有機質不一定會下降，在水土保持方案以及種植制度良好的情況下表層土壤的土壤有機質甚至會上升。在2007-2017年，表層土壤里的有機質含量開始明顯下降，土壤有機質主要存在于表層土中，說明在這10年間東北典型黑土區表層土壤有機質下降十分嚴重。而20～40 cm土壤有機質含量基本維持平穩，體現出土壤有機質在土壤中垂直分布的特點，在表層的土壤有機質的含量高，表層以下的土壤有機質含量不及表層土。表層養分的下降也與種植年限的增加，耕作方式的不規范，水力風力對土壤的侵蝕導致其流失以及施肥不夠均勻等都十分相關。

2.2 土壤全氮養分與流失現狀

土壤全氮含量的分布受人類活動、土壤類型、氣候、地形、土壤酸度和土地利用變化等一系列因素的影響。土壤全氮含量變化最顯著的是施加肥料、作物類型變化以及在黑土栽培過程中秸稈焚燒返還田地等措施。

在第二次全國土壤普查數據中，表層土壤全氮含量平均值為1.50 g/kg；在2007年數據中，表層土壤全氮含量平均值為1.42 g/kg；而在2017年數據中，表層土壤全氮含量平均值為1.51 g/kg。說明盡管種植作物以及水土流失會都造成土壤表層氮素下降，但經過施肥等措施下可以使流失的氮素得到一定的補償，所以在一系列的措施下這些年來的表層土壤全氮含量變化均不明顯。在20～40 cm土壤中，第二次全國土壤普查數據和2007年土壤全氮含量平均含量分別為1.00 和0.76 g/kg，2017年為1.15 g/kg。說明在土壤深度增加下土壤全氮含量會有顯著的降低。但這些年的數據表明，外界因素對于較深層的全氮含量的影響不是很高。

2.3 土壤全磷養分與流失現狀

全磷是指土壤中磷的全部貯量，包括有機態磷和無機態磷。雖然土壤中有機磷和無機磷的含量較高，但是一般只有約0.02%～0.2%的磷能被植物直接吸收和利用，因此土壤缺磷制約了大多數植物的生長。

限制土壤全磷含量的因素有很多，土壤磷更容易被流失以及風化侵蝕損耗，從而使全磷含量減少。在第二次全國土壤普查數據中，表層土壤全磷含量平均值為0.80 g/kg；在2007年數據中，表層土壤全磷含量平均值為1.22 g/kg；而在2017年數據中，表層土壤全磷含量平均值為0.90 g/kg，總體呈現了先上升后下降的趨勢。首先在上世紀末開始我國大量使用磷肥，在磷肥吸收和利用率低的情況下，大量的磷肥富集在土壤中導致表層土壤全磷含量增加。而近10年隨著水土流失的加劇，因淋溶造成的土壤侵蝕使其形成侵蝕溝，也會導致一定的土壤磷的流失，治理不到位的情況下土壤全磷含量大量流失，從而逐漸回到之前的水平。在20～40 cm土壤中，第二次全國土壤普查數據和2007年土壤全磷含量平均含量分別為0.70 和0.94 g/kg，2017年的數據為0.80 g/kg，總體上和表層土含量趨勢相同。

2.4 土壤全鉀養分與流失現狀

鉀是土壤中含量最高的營養元素，在我國土壤全鉀含量一般在15～20 g/kg范圍內。土壤中的鉀含量是限制植物生長發育的主要原因之一，鉀元素能促進光合作用，調節植物對于其他營養物質的吸收，土壤中鉀元素能夠為植物生長提供穩定的元素支持，所以土壤中的全鉀對于植物的生長與土壤肥力的檢測有著重要作用。

在第二次全國土壤普查數據中，表層土壤全鉀含量平均值為23.30 g/kg；在2007年數據中，表層土壤全鉀含量平均值為19.55 g/kg；而在2017年數據中，表層土壤全鉀含量平均值為15.97 g/kg。在20～40 cm土壤中，第二次全國土壤普查數據和2007年土壤鉀磷含量平均含量分別為23.00 和19.08 g/kg。可見在第二次普查中土壤中，全鉀含量十分豐富，明顯高于全國平均值，由此也可體現出東北典型黑土區土壤養分含量十分豐富。相對于絕大部分作物不需要施用鉀肥，但在長期受土壤侵蝕和水土流失背景下以及不合理的耕作制度下土壤全鉀含量下降十分顯著，即使現階段土壤全鉀含量依舊高于平均水平，但為了長期可持續的發展應當增加一部分的水土保持治理措施。

2.5 土壤pH值現狀

土壤酸堿性與許多土壤特性有關，例如離子的水解平衡、微生物群落和土壤有機質含量。近期氣候及人為因素明顯地改變了土壤性質，尤其是不同生態系統和不同地區對土壤酸化的報告。

在第二次土壤普查中，表層土壤平均pH值為6.81；在2007年數據中，表層土壤pH值為6.24；而在2017年，表層土壤平均pH值降低至5.79。由此可見，現階段表層土壤酸化顯著，并且呈逐漸下降的趨勢。在20～40 cm土層中，第二次普查pH值為6.87，2007年為6.71，2017年為6.53，可見土壤酸堿性在近些年來一直呈下降趨勢，但在20～40 cm土層中變化并不明顯。研究顯示，近幾年施用過多的化學肥料，導致表層土壤出現了嚴重的酸化(平均每公頃增加0.4～2.0千摩爾的H+)，進一步的土壤酸化會增加陽離子養分的浸出損失，加劇植物生長所必需的一些養分元素的稀缺，從而降低植物生產力。

3 展 望

從上世紀80年代到2017年的三十幾年間，黑土資源流失嚴重，東北典型黑土區肥力不同程度下降；土壤pH值下降；因種植年限的增加，施肥配制不合理、耕作制度不規范，淋溶造成的土壤侵蝕使其形成的侵蝕，都對黑土區的土壤有著嚴重的威脅。因此，保護黑土特別是表層土，對東北典型黑土區至關重要。可以通過改善不同肥料的施用、優化耕作制度、侵蝕溝的治理來減少對土壤的侵蝕，通過對土壤有機質的提升、土壤pH值的調節、農田水利設施的建設來改善東北典型黑土區的養分現狀。