寧夏不同生態類型區土壤養分狀況比較分析

李百云 許澤華 郭鑫年 周濤

摘要：為了解寧夏土壤地力養分狀況，對寧夏三個生態區主要土壤類型進行典型區域采樣，測定了0～40 cm土層土壤pH、有機碳（組分）、全氮、全磷、全鉀、速效磷、陽離子交換量（CEC）以及交換性鉀、鈉、鈣、鎂和顆粒組成、礦物組成等理化性狀。結果表明，中部干旱帶土壤養分含量最低，其次為寧南山區，引黃灌區營養狀況總體最好。pH和鹽基飽和度均是引黃灌區（銀北）最高，寧南山區最低，礦質離子含量中部干旱帶最低。土壤顆粒組成中，寧南山區土壤組成最好，中間粗細顆粒占主要成分。寧南山區黑壚土和灰褐土的土壤氮含量較高，分別是0.83 g/kg和1.51 g/kg，其余土壤均低于0.60 g/kg，土壤氮素匱乏。引黃灌區鹽堿土和灌淤土速效磷含量分別為19.62 mg/kg和18.28 mg/kg，是該生態區灰漠土和灰鈣土的速效磷3～4倍。中部干旱帶黃綿土速效磷含量為15.82 mg/kg，而寧南山區黃綿土速效磷含量僅為3.13 mg/kg，不足1/5。引黃灌區（銀北）的灰漠土和寧南山區灰褐土有機碳含量分別為19.09 g/kg和17.43 g/kg，明顯高于其他生態區土壤，其他土壤均低于10.00 g/kg，在全國土壤養分分級中處于第四級及以下，表明寧夏土壤總體有機質含量偏低。引黃灌區和中部干旱帶有機質中的胡敏素含量較高，而寧南山區黑壚土和灰褐土中腐殖酸含量較高。

關鍵詞：土壤養分；生態類型區；土壤類型；比較；寧夏

中圖分類號：S158.3；S151.9? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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

寧夏回族自治區土地面積較小，僅為494.9萬hm2，但土壤類型豐富，主要有灰鈣士、黃綿土、風沙士、新積土、黑壚土、灌淤土、灰褐土、粗骨土、潮土、鹽土和石質土等11種類型［1 ］。對于耕地而言，土壤氮磷鉀養分和土壤質地狀況是影響作物生長發育和產量水平最為重要的因素之一，因此，研究不同生態區土壤養分及理化性質，對于土壤養分資源的科學管理和合理利用，有針對性地采取合理施肥技術，提高肥料養分資源的利用率和作物產量，保持和提高土壤肥力，促進區域農業可持續發展等均具有十分重要的理論和實踐意義。何文壽［2 ］對寧夏灌區和山區土壤30 ａ（1970 — 2000年）氮磷鉀養分含量的時空變化特征的研究表明，土壤全氮、全磷和全鉀含量沒有發生顯著變化，而堿解氮和有效磷含量呈較顯著或顯著增長態勢，土壤速效鉀含量在山區沒有明顯增減，而在灌區近 15 a呈明顯下降態勢。馬琨等［3 ］的研究表明，寧夏南部山區陽洼流域不同土地類型下土壤養分分布特征表現為草地 ＞ 農地 ＞ 梯田 ＞ 林地 ＞ 溝道。海云瑞等［4 ］以寧夏縣域耕地地力評價數據為基礎分析的結果表明，寧夏南部山區土壤有機質和堿解氮處于較低水平，有效磷處于中等水平，速效鉀則處于較豐富水平。郭鑫年等［5 ］利用2008 — 2012年同心縣測土配方施肥項目土壤數據與第二次土壤普查結果相比，土壤有機質下降12.2%，全氮下降10.5%，堿解氮含量基本持平，有效磷提高121.4%，速效鉀下降4.8%。王幼奇等［6 ］通過對寧夏引黃灌區農田土壤的研究認為，土壤 TN、TP和 pH 隨著空間尺度的變化表現出不同的空間結構性，較小尺度下的結構不能在較大尺度下表現出來。前人研究主要集中在同一類型生態區土壤養分狀況，整個寧夏三個生態區土壤類型比較研究較少。本研究將第二次全國土壤普查形成的寧夏地區的土壤圖、地形地貌圖、土地利用圖及地質圖等在ArcGIS9.3校正后進行疊加［7 ］，確定土壤協同變化的環境因子，通過模糊聚類和數據標準化處理的方法，確定典型樣點，根據典型土壤圖斑的分布區域，補充代表性樣點，以期為研究區農業可持續發展、精準農業的研究和實施提供基礎資料。

1? ?材料和方法

1.1? ?研究區域概況

1.1.1? ? 引黃灌區? ? 位于黃河上游下河沿和石嘴山兩水文站之間，沿黃河兩岸地形呈“J”形帶狀分布。灌區涉及青銅峽市、永寧縣、銀川市、賀蘭縣、平羅縣，石嘴山市大武口、惠農區及中衛市沙坡頭區、中寧縣、吳忠市、靈武市等縣（市）的引黃灌溉部分，計11個縣（市）和20多個國營農、林、牧場。以銀川為界，銀川以南稱銀南，以北稱銀北。銀北灌區主要是平羅縣、石嘴山市，土壤類型主要為灰漠土、鹽堿土和灌淤土；銀南灌區主要是吳忠市、中寧縣、中衛市、同心縣等地，主要土壤類型灌淤土、灰鈣土。取樣地點見表1。

1.1.2? ? 中部干旱帶? ? 主要包括吳忠市紅寺堡區、同心縣、鹽池縣、海原縣全部，以及中衛市、中寧縣、靈武市、青銅峽市、吳忠市利通區的山區部分，總面積35 115 km2，總人口131.34萬區人口的50%。中部干旱帶自南向北由中溫帶半干旱區向干旱區過渡，有明顯的大陸性氣候特征：冬寒長、春暖遲、夏熱短、秋涼早，干旱少雨，降水集中，蒸發強烈，風大沙多，日照充足。多年平均降水量自南向北由400 mm遞減到不足200 mm，且時空分布不均，降水多集中在7 — 9月，約占全年總降水量的60%～70%，并多以暴雨、冰雹等災害形式出現。年平均水面蒸發量為1 210～? ?1 600 mm。干旱帶年平均氣溫6.3 ℃，最高氣溫出現在7月，極端最高氣溫41.4 ℃，極端最低氣溫-29.6 ℃，年輻射熱平均為596.4 kJ/cm2，日照時數為2 750～3 000 h。主要土壤類型為風沙土、黃綿土和灰鈣土。取樣地點見表1。

1.1.3? ? 寧南山區? ? 地處黃土高原，森林覆蓋率低降水季節分布不均，加上土地利用不合理造成了嚴重的水土流失，年侵蝕模數可達0. 5萬～1.5萬t/km2。近5 a來，由于山區退耕還林、還草幅度比較大，水土流失有所好轉。寧夏南部山區包括固原市的西吉縣、彭陽縣、隆德縣、涇源縣、原州區和中衛市的海原縣、同心縣。主要土壤類型為黑壚土、黃綿土、灰褐土。取樣地點見表1 。

1.2? ?研究方法

將第二次全國土壤普查形成的寧夏地區的土壤圖、地形地貌圖、土地利用圖及地質圖等［7 ］，經ArcGIS9.3校正后進行疊加。確定土壤協同變化的環境因子，通過模糊聚類和數據標準化處理的方法，確定典型樣點。根據典型土壤圖斑的分布區域，補充代表性樣點，最終確定60個預計采樣點。每個位點采用網格多點取樣，土樣混合后，用四分法取大約1 kg的土壤樣品帶回實驗室進行養分分析。

1.3? ?土壤養分分析方法

土壤基本理化指標包括pH、有機碳（組分）、全氮、全磷、全鉀、速效磷、陽離子交換量（CEC）；交換性鉀、鈉、鈣、鎂鹽基離子含量；顆粒組成、礦物組成等。土壤的顆粒組成測定采用吸管法，有機質測定采用重鉻酸鉀外加熱法，土壤腐殖質總碳量的測定采用重鉻酸鉀容量-外加熱法，土壤腐殖質組成采用焦磷酸鈉-氫氧化鈉提取法測定，交換性鉀、鈉、鈣、鎂等鹽基離子含量的測定采用氯化銨-乙醇交換，火焰光度計法/原子吸收分光光度法；陽離子交換量的測定采用氯化銨-乙醇交換法；pH采用pH計（水土比2.5∶1）測定。土壤礦物質及其他具體方法參照《土壤調查實驗室分析方法》和《土壤農化分析》［8 - 12 ］。

1.4? ?數據統計分析

采用Excel 2013進行數據統計，通過IBM SPSS Statistics 23對數據進行分析。

2? ?結果與分析

2.1? ?不同生態區土壤養分

由圖1可以看出，寧夏主要生態區土壤類型全氮含量排序為寧南山區 > 引黃灌區 > 中部干旱區，其中寧南山區的灰褐土全氮含量較高，為1.51 g/kg，屬于全國土壤分類中的二級；除寧南山區的黑壚土全氮含量為0.83 g/kg外，其余生態區土壤的全氮含量均低于0.60 g/kg，土壤氮素匱乏。灰鈣土引黃灌區和中部干旱帶的全氮差異不大，中部干旱帶的黃綿土和寧南山區的黃綿土全氮差異不大。寧夏主要生態區土壤類型全鉀含量排序為引黃灌區 > 寧南山區 > 中部干旱帶，引黃灌區的灰鈣土全鉀含量均高于中部干旱帶的風沙土、黃綿土、灰鈣土，中部干旱帶的黃綿土全鉀含量低于寧南山區的黃綿土。寧夏主要生態區土壤類型全磷含量為寧南山區和引黃灌區大體相當，但均高于中部干旱帶。寧夏主要生態類型區不同土壤類型的速效磷含量為引黃灌區的灌淤土和鹽堿土以及中部干旱帶的黃綿土明顯高于其他生態區內土壤類型，引黃灌區的鹽堿土和灌淤土速效磷含量分別為19.62、18.28 mg/kg，是該生態區灰漠土和灰鈣土的速效磷含量的3～4倍；中部干旱帶黃綿土的速效磷為15.82 mg/kg，而寧南山區黃綿土的速效磷僅為3.13 mg/kg，不足前者的1/5。寧南山區各類型土壤的全磷含量均較高，但速效磷明顯低于其他生態類型土壤。整體來看，寧夏不同生態類型區的土壤養分均處于中低水平，養分總體水平為引黃灌區 > 寧南山區 > 中部干旱帶。

2.2? ?不同生態區的土壤有機碳含量及有機質組分含量

由圖2可以看出，寧夏不同生態區土壤類型的有機碳含量以引黃灌區（銀北）的灰漠土最高，為19.09 g/kg；寧南山區灰褐土次之，為17.43 g/kg；但二者均明顯高于其他生態區的不同土壤。其他生態區不同土壤的有機碳含量均低于10.00 g/kg，在全國土壤養分分級中處于第四級及以下，表明寧夏土壤總體有機質含量偏低。在不同土壤類型中，風沙土和灰鈣土有機質含量很低。在3個生態區中，中部干旱帶的土壤有機質含量最低。這主要是因為3個生態區中，寧南山區降水較高；引黃灌區雖然降水少，但黃河水灌溉便利；而中部干旱帶主要靠自然降水，并且降水量較少，從而造成有機質積累較少。

由圖3可以看出，引黃灌區（銀北）灰漠土和寧南山區灰褐土的有機質含量均較高，均達20.00 g/kg以上，但有機質組分明顯不同，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。引黃灌區和中部干旱帶土壤有機質中的胡敏素含量較高，寧南山區黑壚土和灰褐土壤有機質中的腐殖酸含量較高。引黃灌區和中部干旱帶各土壤類型的土壤有機質組分含量由大到小依次胡敏素 > 腐殖酸 > 富啡酸 > 胡敏酸。

2.3? ?不同生態區土壤電導率、 鹽基交換離子含量及pH

由圖4可以看出，土壤電導率由高到低依次為引黃灌區、中部干旱區、寧南山區，其中以引黃灌區鹽堿土的電導率最高，為1.14 ms/cm；中部干旱帶風沙土的電導率次之，為1.19 ms/cm；引黃灌區灌淤土的電導率居第3位，為0.50 ms/cm；中部干旱帶灰鈣土電導率居第4位，為0.25 ms/cm；其他不同生態區不同土壤的電導率均低于0.25 ms/cm，特別是寧南山區的黑壚土、黃綿土、灰褐土的土壤電導率較低，為0.11～0.12 ms/cm；中部干旱帶黃綿土的電導率最低，僅為0.09 ms/cm。不同生態區相同土壤類型電導率大體保持一致。

寧夏各生態區的土壤陽離子含量以鈣離子含量最高，其次是鎂離子，鈉離子和鉀離子含量較低。引黃灌區鹽堿土中陽離子含量以鈣離子為主，其次是鎂離子和鈉離子，僅有少量鉀離子；灰漠土中陽離子含量以鈣離子為主，鎂離子、鈉離子、鉀離子含量大致相當；灌淤土、灰鈣土中陽離子含量也以鈣離子為主，其次是鎂離子，鈉離子含量較少，鉀離子最少。寧南山區絕大部分為鈣離子，少量鎂離子。總體來說，中部干旱帶陽離子含量較低，土壤交換陽離子主要是鈣鎂離子為主。

寧夏各生態區土壤pH均高于8.00，屬于堿性土壤，不同生態區pH由高到低排序為引黃灌 區、中部干旱帶、寧南山區。其中引黃灌區鹽堿土和中部干旱帶風沙土的pH較高，分別達到9.16和8.91。引黃灌區（銀北）鹽堿土和寧南山區灰褐土的CEC分別為10.73、15.01 cmol/kg，土壤保肥能力較強；其他生態區土壤CEC值為4.25～9.29 cmol/kg，保肥能力較弱，特別是中部干旱帶土壤保水保肥能力最弱。

鹽基飽和度（Base Saturation，BS）是土壤膠體上的交換性鹽基離子占全部交換性陽離子（總量）的百分比，酸基離子為H+、Al3+，鹽基離子為K+、Na+、Ca2+、Mg2+等。寧夏土壤屬于堿性土壤，主要以Ca2+、Mg2+、Na+離子為主。BS能真正反映土壤有效（速效）養分含量的大小，是改良土壤的重要依據之一。寧夏各生態區土壤膠體所吸附的陽離子基本上屬于鹽基離子，呈堿性、強堿性反應。鹽基飽和度的大小，可用作施用石灰或磷灰石改良土壤的依據［13 ］。從圖5可以看出，引黃灌區的土壤養分含量較好，屬于人為長期進行耕作區，引黃灌區（銀北）鹽堿土鹽基飽和度超過95.00%，且pH高達9.16，宜采用磷石灰進行改良；寧南山區灰褐土鹽基飽和度最低，為66.20%，pH為7.56，宜采用秸稈還田及增施有機肥進行改良。其他生態區土壤鹽基飽和度介于77.39%～87.18%，pH介于7.88～8.91，也可采用秸稈還田及增施有機肥進行改良。

2.4? ?寧夏不同生態區土壤顆粒組成

由圖6可以看出，寧夏不同生態土壤主要類型土壤顆粒直徑為0.050～2.000 mm和0.002～0.050 mm的占比超過70%，引黃灌區中粘粒（0.002 mm以下）占比中只有鹽堿土和灌淤土分別為27.50%和15.87%，相對其他土壤類型較粘重，質地粘重，結構致密，保水保肥能力強，但孔隙小，通氣透水性能差，濕時粘、干時硬。中部干旱帶土壤中砂礫（0.050～2.000 mm）占比超過50%，土壤類型主要為風沙土和灰鈣土，保肥保水能力相對較弱，土壤粘性小、孔隙多，通氣透水性強，蓄水和保肥性能差，易干旱。寧南山區土壤中顆粒以0.050～0.002 mm為主，土壤質地較好。不同生態區同類型土壤的結構基本一致，如引黃灌區和中部干旱帶灰鈣土，中部干旱帶和寧南山區的黃綿土結構基本一致，既不松又不粘，通氣透水性能好，并具一定的保水保肥能力，是比較理想的農作土壤。

由表2可以看出，寧夏不同生態區土壤礦物主要以SiO2為主，其次為Al2O3，但灰鈣土中CaO含量超過了Al2O3，且SiO2含量比其他生態區土壤類型少，LOI（燒失量）明顯高于其他土壤類型。不同生態區黃綿土礦物質含量基本一致。

3? ?討論與結論

寧夏回族自治區是我國土地面積最小的省區之一。但是寧夏地區土壤類型較多。地處西北地區，土壤相對較貧瘠［14 ］。寧南山區灰褐土全氮含量為1.51 g/kg，屬于全國土壤分類中的二級，除寧南山區的黑壚土為0.83 g/kg，其余均低于0.60 g/kg，土壤氮素匱乏。寧夏主要生態類型土壤類型速效磷含量表明，引黃灌區的灌淤土和鹽堿土以及中部干旱帶的黃綿土明顯高于其他生態區內土壤類型，引黃灌區中鹽堿土和灌淤土速效磷含量為19.62 mg/kg和18.28 mg/kg，是該生態區灰漠土和灰鈣土的速效磷3～4倍；中部干旱帶中的黃綿土速效磷為15.82 mg/kg，而寧南山區黃綿土速效磷僅為3.13 mg/kg，不足1/5。寧南山區的全磷含量較高，但速效磷明顯低于其他生態類型土壤。段英華等［15 ］認為，長期施肥灌淤土旱地土壤全氮含量呈增加趨勢，有效磷和有效鉀含量基本平穩。冒辛平等［16 ］的研究認為，外源性雞糞、秸稈生物炭和磷肥添加均顯著提高了灌淤土全磷、有效磷含量。

土壤有機質是評價土壤質量的一個重要指標，它既是植物礦質和有機營養的源泉，同時也是形成土壤結構的重要因素。有機質不僅能增加土壤的保肥和供肥能力，提高土壤養分的有效性，而且可促進團粒結構的形成，改善土壤的透水性，蓄水能力，增加土壤緩沖性。引黃灌區（銀北）的灰漠土和寧南山區灰褐土有機碳為19.09 g/kg和17.43 g/kg，明顯高于其他生態區土壤，其他均低于10.00 g/kg，在全國土壤養分分級中處于第四級及以下，表明寧夏土壤總體有機質含量偏低。引黃灌區和中部干旱帶有機質中的胡敏素含碳量含量較高，而寧南山區黑壚土和灰褐土中腐殖酸含量較高。呂開源［17 ］認為，還田促進了土壤理化性質的改善以及土壤養分的積累，有利于土壤酶活性的提升與土壤微生物群落生長繁殖。

中部干旱帶通常把土粒分為4級，即分別為粗砂（直徑0.200～2.000 mm）、細砂（0.020～0.200 mm）、粉砂（0.002～0.020 mm）和粘粒（0.002 mm以下）。具有團粒結構的土壤是結構良好的土壤，它能協調土壤中水分、空氣和營養物質之間的關系，協調保肥和供肥的矛盾，有利于根系活動及吸取水分和養分，為植物的生長發育提供良好的條件。寧夏不同生態土壤主要類型中直徑為0.050～2.000 mm和0.002～0.050 mm的土壤顆粒占比超過70%，在引黃灌區中粘粒（0.002 mm以下）占比中只有鹽堿土和灌淤土分別為27.50%和15.87%，相對其他土壤類型較粘重，質地粘重，結構致密，保水保肥能力強，但孔隙小，通氣透水性能差，濕時粘、干時硬。中部干旱帶土壤中砂礫（0.050～2.000 mm）占比的超過50%為風沙土和灰鈣土，保肥保水能力相對較弱，土壤粘性小、孔隙多，通氣透水性強，蓄水和保肥性能差，易干旱。寧南山區土壤以直徑為0.002～0.050 mm的顆粒為主，故寧南山區土壤質地較好。不同生態區土壤類型一致的土壤結構基本一致，如引黃灌區和中部干旱帶灰鈣土，中部干旱帶和寧南山區的黃綿土結構基本一致，既不松又不粘，通氣透水性能好，并具一定的保水保肥能力，是比較理想的農作土壤。高洪軍等［18 ］認為，秸稈還田可以有效提高土壤中大體積團聚體（>250 um）的占比。

綜上所述，引黃灌區土壤營養狀況總體最好，其次寧南山區，中部干旱帶土壤養分最低。引黃灌區pH和鹽基飽和度均最高，寧南山區最低，礦質離子含量中部干旱帶最低。土壤顆粒組成中，寧南山區土壤組成最好，中間粗細顆粒占主要成分。建議今后的生產中要注重秸稈還田，既可改善灌淤土顆粒組成，增加其土壤有機質；也可改善風沙土土壤結構和提高其保水保肥能力。

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收稿日期：2023 - 05 - 30；修訂日期：2024 - 01 - 25

基金項目：寧夏回族自治區重點研發計劃項目（2023BCF01049、2021BBF2011）；財政部和農業農村部國家現代農業產業技術體系資助項目（CARS-27）。

作者簡介：李百云（1979 — ），男，河北承德人，副研究員，碩士，主要從事果樹栽培與土壤營養工作。Email： 124495776@qq.com。

通信作者：周? ?濤（1966 — ），男，重慶人，研究員，博士，主要從事土壤生態與植物營養研究工作。Email： zhoutao6084609@163.com。