黃土臺塬-沖積平原區(qū)域土壤肥力評價

摘要：為探明黃土臺塬-沖積平原區(qū)域土壤肥力狀況，為區(qū)域內(nèi)土壤管理及農(nóng)業(yè)高質量發(fā)展提供科學依據(jù)，采集黃土臺塬-沖積平原區(qū)域內(nèi)200份土樣，測定9種土壤指標，采用改進的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法分析臺塬區(qū)、平原區(qū)、山地區(qū)綜合土壤肥力，結合ArcGIS分析區(qū)域土壤養(yǎng)分空間分布特征。研究表明，黃土臺塬-沖積平原區(qū)域土壤為堿性土壤，全鉀、全磷、有效磷、速效鉀的含量總體較高，全氮、堿解氮、土壤有機質總體含量較低；土壤有機質、全氮、全磷和堿解氮是影響土壤肥力的最主要因素；臺塬區(qū)域土壤綜合肥力指數(shù)為1.102，土壤肥力一般，平原區(qū)域土壤綜合肥力指數(shù)為1.069，土壤肥力一般，山地區(qū)域土壤綜合肥力指數(shù)為1.125，土壤肥力一般。從空間分布特征來看，各肥力指標空間分布復雜，各指標分布規(guī)律不明顯。因此黃土臺塬-沖積平原區(qū)域土壤肥力水平整體較低，養(yǎng)分條件有待提高。通過本研究勘查和評價了區(qū)域土壤肥力現(xiàn)狀，為開展黃土高原生態(tài)環(huán)境保護和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高質量發(fā)展提供依據(jù)。

關鍵詞：土壤理化性質；土壤養(yǎng)分肥力；空間分布

中圖分類號：S158.2"文獻標識碼：A"文章編號：0488-5368（2025）02-0067-09

Evaluation of Soil Fertility in Loess Plateau-Alluvial Plain

YAN Jingjing+1，2，WANG Dongdong+1，2， WANG Bo+1，2，3， HAO Ziqiong+1，2，ZHAO Hailong+1，2， FAN Shikai+1，2， GUO Wei+1，2

（1.Xi’an Mineral Resources Research Center of China Geological Survey， Xi'an， Shaanxi 710100， China;

2. Field Observational Stations of the Natural Resource Coupling Process and Biological Resources Conservation Across

Transitional Zone from the Qinling Mountains to Loess Plateau in China， Xi'an， Shaanxi 710100 ，China;

3. Key Laboratory of Natural Resource Coupling Process and Effects，Beijing 100055，China）

Abstract： "This study aims to evaluate the status of soil fertility in the Loess Plateau-Alluvial Plain and provide a scientific basis for soil management and high-quality agricultural development in the region. Two hundred soil samples were collected from the Loess Plateau-Alluvial Plain， and nine soil indicators were measured. The improved Nemerow comprehensive index method was applied to analyze the comprehensive soil fertility of the plateau， plain， and mountainous areas， while ArcGIS was used to examine the spatial distribution characteristics of soil nutrients in the region. The soil in the Loess Plateau Tableland and Alluvial Plain is alkaline， characterized by high levels of total potassium （K）， total phosphorus （P）， and available forms of phosphorus and potassium. In contrast， total nitrogen （N）， alkali-hydrolyzed nitrogen， and soil organic matter levels are relatively low. Soil organic matter， total nitrogen， total phosphorus， and alkali-hydrolyzed nitrogen were identified as the most important factors affecting soil fertility. The comprehensive fertility index of the soil was 1.102 in the tableland region， 1.069 in the plain region， and 1.125 in the mountainous region， all classified as average soil fertility. The spatial distribution of each fertility index was complex， with no clear distribution pattern. Overall， soil fertility levels in the Loess Plateau and Alluvial Plain regions are generally low， requiring significant improvements in nutrient conditions. This study provides a basis for ecological environmental protection and high-quality agricultural production on the Loess Plateau.

Key words：Soil physical and chemical properties; Soil nutrient fertility; Spatial distribution

土壤是地球陸地表層具有一定肥力、能夠支持植物生長的疏松介質，是人類生存發(fā)展必不可缺的物質基礎[1，2]。土壤肥力是土壤具有的一種獨特性質，是植物與其生長環(huán)境相協(xié)調(diào)的產(chǎn)物，土壤肥力的高低可以直接影響著植物的生長發(fā)育和產(chǎn)量[3，4]。若土壤肥力不斷下降，不僅制約農(nóng)業(yè)發(fā)展，還會影響人類的生存。因此科學有效的分析土壤性質及評價土壤肥力狀況對于土壤資源可持續(xù)利用及合理施肥提供重要依據(jù)。

秦嶺-黃土高原過渡帶作為我國北方重要的旱作農(nóng)區(qū)，在保護國家糧食安全和維護生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定中發(fā)揮著重要作用[5]。但該區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱，區(qū)域地形破碎，自然和人為因素的不斷干擾導致區(qū)域土壤肥力不斷下降，區(qū)域作物產(chǎn)量常表現(xiàn)出低而不穩(wěn)的現(xiàn)象，合理掌握區(qū)域土壤肥力狀況是保持土壤肥力可持續(xù)及土壤肥力高水平的前提條件[6，7]。土壤肥力綜合指數(shù)（Integrated fertility index，IFI）可以全面反映土壤肥力狀況，對土壤肥力等級進行評定[8]。目前，國內(nèi)外關于土壤肥力評價的研究較多，多集中在不同區(qū)域、不同植被、不同耕作方式及不同肥力評價方法上，田甜等[9]分析了陳倉區(qū)農(nóng)田表層土壤肥力狀況，發(fā)現(xiàn)土壤微量元素基本處于中等及以上水平。陳翠霞等[10]評估了黃土高原蘋果產(chǎn)區(qū)土壤肥力，并對該區(qū)域果園養(yǎng)分管理提供理論指導。Cao等[11]研究了稻草覆蓋對土壤綜合肥力指數(shù)的影響，結果表明，稻草覆蓋改變了土壤有機碳含量和微生物群落多樣性。

由于黃土臺塬-沖積平原區(qū)域土壤類型的復雜性和多樣性，以及人類活動和自然因素的相互作用，該區(qū)域土壤肥力的空間分布和變化規(guī)律仍存在許多未知。因此，本文通過對秦嶺-黃土高原過渡帶不同地貌區(qū)土壤的容重、pH、有機質、氮磷鉀等肥力指標的分析測定對該區(qū)域土壤肥力進行深入評價研究，旨在為區(qū)域土壤生產(chǎn)力狀況現(xiàn)狀、農(nóng)業(yè)發(fā)展和土地規(guī)劃提供科學依據(jù)，促進該區(qū)域的生態(tài)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西、山西、河南三省交界地帶，面積約543.69 km+2，黃河流域中游，東經(jīng)109°50′～110°25′，北緯34°25′～34°50′，地勢東南高，西北低，如圖1所示。區(qū)內(nèi)氣候屬于暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫約14.3 ℃，光照充足，年降水量在408～786 mm之間，水資源豐富[12，13]。區(qū)域地貌多樣，主要出露黃土臺塬，中部為渭河沖積平原，南部為秦嶺山地，地質構造主體屬渭河地塹三級構造單元，不斷接受著新生界陸相盆地沉積和黃土堆積。不斷堆積的黃土特性及人為、自然因素造成區(qū)域水體流失問題嚴重，生態(tài)環(huán)境脆弱[14，15]。區(qū)域內(nèi)土壤類型多樣，主要包括有黃棉土和褐土，區(qū)域內(nèi)森林資源貧乏，栽培植被廣泛，關中平原區(qū)域海拔相對較低，地勢平緩、土壤較好，適應各類農(nóng)作物種植，是小麥、玉米等主要的商品糧生產(chǎn)基地[16，17]。

1.2土壤樣品采集與測定

采樣時間為2022年6～7月。采用網(wǎng)格法進行樣點布設，采用1 500 m×1 500 m的網(wǎng)格均勻布設200個樣點，根據(jù)實地調(diào)查和現(xiàn)場采樣條件對樣點進行調(diào)整，具體采樣點見圖2所示。采用便攜式GPS對采樣點進行定位，清除土壤表層的殘余物，采用5點采樣混合法，在采樣點20 m×20 m范圍內(nèi)采集5份表層0～20 cm的土壤樣品，使用四分法處理樣品。

主要肥力評價指標包括土壤pH值、電導率、有機質、全氮、全鉀、全磷、有效磷、速效鉀和堿解氮，均參照全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準的評價指標進行測定[18]。pH測定采用便攜式pH計法，其余指標待土壤自然風干，剔除雜物研磨過篩后送實驗室進行測定，測定方法和測量依據(jù)參考《土壤農(nóng)化分析》[19]。

1.3土壤肥力評價方法

本研究參照全國第二次土壤普查中的土壤養(yǎng)分分級標準對黃土臺塬-沖積平原區(qū)域土壤pH值、有機質、全氮、全鉀、全磷、有效磷、速效鉀、堿解氮等指標進行評級，并比較不同地貌下（臺塬、平原、山地）差異。依據(jù)土壤各屬性分級標準[20]（表1）對所測定的土壤各屬性指標進行標準化處理。最后采用修正的內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對秦嶺-黃土高原土壤肥力現(xiàn)狀進行綜合評價[21，22]。

修正的內(nèi)梅羅計算公式：式中：F為土壤綜合肥力系數(shù)；為土壤各屬性分肥力系數(shù)的平均值；%F%-imin%為土壤各屬性分肥力系數(shù)的最小值；n為參評指標數(shù)。

根據(jù)F值將土壤分為4級：F≥2.5，土壤肥力為很肥沃；F=1.7～2.5，土壤肥力為肥沃；F=0.8～1.7，土壤肥力為一般；Flt;0.8，土壤肥力為貧瘠。

1.4土壤肥力空間結構分布

克里金插值法（Kriging）是空間統(tǒng)計分析常用的方法[23]。本研究根據(jù)各肥力指標值和全國第二次土壤普查標準，應用ArcGIS 10.2將研究區(qū)土壤指標作空間插值分析，得出空間分布。其中容重插值劃分為（好1.14～1.3、中1.3～1.4、差gt;1.4）；pH插值劃分為（中7.5～8、差pHgt;8）；其余指標劃分按照全國土壤養(yǎng)分含量分級標準進行。

1.5數(shù)據(jù)處理

應用Excel分析土壤肥力指標的統(tǒng)計學特征，采用SPSS對不同地貌類型土壤肥力指標進行方差分析、相關性分析和多重比較，利用ArcGIS對其空間分布圖進行繪制。

2結果與分析

2.1研究區(qū)土壤肥力參數(shù)分析

黃土臺塬-沖積平原不同地貌下的土壤理化性質統(tǒng)計參數(shù)如表2所示，不同地貌類型下的土壤pH相差不大，整體呈現(xiàn)出偏堿性，與陜北黃土高原區(qū)域土壤pH結果一致[24]。從變異系數(shù)來看，土壤pH在區(qū)域尺度上為弱變異，表明區(qū)域受人為活動和土地利用等因素的影響較小。土壤電導率是表征土壤鹽漬化的一個重要指標，平原區(qū)域的土壤電導率（25.20）較臺塬區(qū)域（14.96）和山地區(qū)域（14.06）高，且變異系數(shù)較大63.35%，表明平原區(qū)域的土壤鹽堿化趨勢較臺塬與山地區(qū)域更劇烈。土壤有機質含量呈現(xiàn)出山地gt;臺塬gt;平原的趨勢，與土壤有機質含量隨土壤pH升高而降低的結果一致[25]，平原區(qū)域頻繁的農(nóng)業(yè)活動加劇了區(qū)域有機質的流失。

全氮、全磷、全鉀通常用來表征土壤整體的氮磷鉀含量水平，是植物可利用和不可利用的總量，有效磷、速效鉀和堿解氮是植物可以直接吸收的量[26]。區(qū)域土壤全鉀值介于13.22～24.27之間，變異系數(shù)為弱變異，整體位于中上水平，這可能與所處地理位置黃土高原有關，黃土高原中的黃土礦石就含有豐富的鉀[27]；土壤全磷值介于0.5～1.67之間，變異系數(shù)為中等變異，整體位于高水平；土壤全氮含量介于0.29～1.5之間，變異系數(shù)為中等變異，臺塬和山地區(qū)域位于中下水平，平原位于低水平；區(qū)域有效磷水平整體位于中上水平，速效鉀山地位于中上水平，臺塬、平原區(qū)域位于高水平，說明研究區(qū)整體土壤中有效磷及速效鉀供應較為充足，不同的耕作制度與施肥情況都會對有效磷的含量產(chǎn)生影響。堿解氮的分級水平整體處于中下水平，與全氮分級水平一致，這可能與區(qū)域內(nèi)土地退化及水土流失嚴重有關。

2.2不同區(qū)域土壤理化性質

從臺塬區(qū)、平原區(qū)和山地土壤理化性質比較來看（見表3），平原區(qū)土壤電導率顯著高于臺塬區(qū)和山地區(qū)域（plt;0.05）。區(qū)域土壤有機質也達到顯著水平（plt;0.05），山地區(qū)域的土壤有機質顯著高于臺塬和平原區(qū)域。山地區(qū)域的土壤全氮含量較臺塬和平原區(qū)域存在顯著水平，推測可能與山地發(fā)生異常嚴重的水土流失有關。土壤鉀含量高低與母質風化程度、土壤所處的水熱條件、土壤質地等關系較為密切[28]，臺塬、平原及山地不同區(qū)域的土壤全鉀含量存在顯著差異。速效鉀在土壤鉀素中占的比例很小，能夠直接被根系吸收利用，決定著土壤鉀素供應情況，其含量的高低代表著土壤鉀素的豐缺[29]。山地區(qū)域的土壤速效鉀含量與其他兩個區(qū)域存在顯著差異，山地區(qū)域的土壤鉀素含量更高且更容易直接被根系吸收。其他指標，包括土壤pH、全磷、有效磷、堿解氮不同區(qū)域間差異不顯著（Pgt;0.05）。

2.3土壤養(yǎng)分因子相關性分析

對區(qū)域土壤肥力指標進行相關性分析，經(jīng)KMO和巴特利特檢驗，KMO取樣適切性量數(shù)為0.742，巴特利特的顯著性小于0.01，達到了極顯著水平，說明本研究中土壤肥力指標之間存在相關性。由表4可知，pH值與有機質、全氮、全磷、有效磷、速效鉀、堿解氮含量存在顯著負相關性，表明pH值的降低對增加其土壤肥力指標含量具有一定的正向作用。電導率與全鉀、有效磷、速效鉀、堿解氮存在顯著正相關；全氮、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀和堿解氮等指標之間都存在不同程度的顯著相關性，各種肥力指標之間的相關性較好。土壤中各類可供植物吸收利用的營養(yǎng)元素含量往往有多種因素共同作用，地質地貌等自然因素和人為活動對土地利用方式的改變都會對其產(chǎn)生影響，且相互影響各有差異[30，31]。

將9個土壤理化性質指標進行主成分分析，根據(jù)提取特征值＞1的為主成分，選取出4個特征值，如表5可知，4個主成分特征值分別為4.623、1.702、1.180和1.021，并分別解釋了38.527%、14.182%、9.833%、8.507%的方差，累計貢獻率最高達到了71.050%，較好的反映了土壤肥力的綜合狀況。主成分包含了各原始變量至少33.3%以上的信息，其中土壤全鉀的信息量損失較大，土壤有機質的信息量損失最小，因此，區(qū)域土壤肥力變化的主要影響因子為土壤有機質，土壤全氮、全磷、堿解氮次之。根據(jù)因子載荷系數(shù)和主成分系數(shù)之間的關系，可以表征各原指標在主成分上的權重比例。主成分1中主要受有機質、全氮和堿解氮的權重影響，載荷分別為0.878、0.836和0.738，得分系數(shù)分別為0.41、0.39和0.34;主成分2主要受電導率的權重影響，載荷為0.717;主成分3主要反映pH值的權重;主成分4主要反映全磷的權重。

2.4不同區(qū)域土壤綜合肥力及土壤肥力指標空間分布特征

黃土臺塬-沖積平原不同地貌類型下土壤綜合肥力指數(shù)為臺塬區(qū)1.102，土壤肥力水平一般，平原區(qū)域土壤綜合肥力指數(shù)1.069，土壤肥力一般，山地區(qū)域土壤綜合肥力指數(shù)1.125，土壤肥力也一般（表6）。不同區(qū)域的土壤綜合肥力為山地gt;臺塬gt;平原，研究區(qū)土壤綜合肥力評價結果與王德彩等[32]對陜西中南部區(qū)域土壤肥力評價等級相當，該區(qū)域的土壤總體肥力偏低，各養(yǎng)分含量水平不高。也與黃婷[33]對黃土高原不同地形部位土壤肥力等級結果相當，說明秦嶺-黃土高原區(qū)域的土壤綜合肥力一般，應對其采取措施。

黃土臺塬-沖積平原土壤各理化指標空間分布如圖3所示，區(qū)域由南向北土壤中全氮、全鉀、全磷、速效鉀、有效磷、堿解氮等含量均呈現(xiàn)出一定的變化。區(qū)域的大部分土壤pH處于中、差等級；土壤有機質區(qū)域整體含量偏低，處于中下等級。全氮除最南部區(qū)域處于中上等級外，其他區(qū)域集中在低和中下水平，河流區(qū)域全氮等級較低；全鉀等級除西北區(qū)域等級較高以外，其他區(qū)域等級略低；堿解氮、速效鉀、有效磷都表現(xiàn)出河流交匯下游等級較低，渭河上游等級較高；全磷等級整體偏高，與有效磷空間布局趨勢相同，區(qū)域磷含量富集。依據(jù)以上的結果，不同肥力指標在其空間分布圖上表現(xiàn)出變化幅度大且分布不均的現(xiàn)象，這可能是土壤受到降雨、水分蒸發(fā)及施肥等外界因素的影響[34]，導致其各肥力指標含量存在差異，繼而增加了土壤肥力指標的空間分布差異。各項土壤肥力指標在秦嶺-黃土高原過渡帶區(qū)域尺度上空間分布復雜、規(guī)律不明顯。

3討論

黃土臺塬-沖積平原不同區(qū)域下的土壤肥力指標等級差異較小，但整體的土壤肥力單項指標豐缺程度差異較大，其中，磷素水平較高，鉀素水平中上，有機質含量中下，氮素水平較低，這可能與元素在土壤中的移動和人為不合理的施肥有關。有研究表明，不同地區(qū)的土壤會因受成土因子、環(huán)境和人類活動影響，在物理性質上存在顯著差異，造成土壤中的元素遷移且有普遍適應的規(guī)律性[35]。土壤的pH屬于弱變異，偏堿性可能與土壤本身的特性有關，黃土高原區(qū)域大多為堿性土壤，受人為活動和土地利用因素的影響較小。有機質作為土壤養(yǎng)分最重要的組成，決定著土壤生產(chǎn)能力，土壤肥力的高低與有機質品質和含量密切相關[36]。本研究分析表明，引起黃土臺塬-沖積平原土壤肥力變化的最主要影響因子為土壤有機質，且不同區(qū)域的有機質變異系數(shù)有差異，平原區(qū)域的變異最大，可能是由于耕地土壤長期強度耕作，復合肥料的施用以及有機糞肥的減少，加速土壤有機質的分解，同時較大的水土流失也加劇了表層土壤生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，減少了有機物的輸入，使得耕層土壤有機質含量下降。臺塬及山地區(qū)域雖不及平原區(qū)域土壤有機質的變異大，但也存在較強強度的變動。全氮、全磷、全鉀是土壤中各種形態(tài)的氮、磷、鉀總量，堿解氮反映土壤氮的短期供應能力，有效磷反映土壤對植物的供磷水平，當?shù)尊B(yǎng)分比例失調(diào)時會影響作物的產(chǎn)量和品質[37]。本研究中堿解氮含量處于中下水平，有效磷處于中上水平，氮磷含量失衡，過量的磷會引發(fā)一系列的環(huán)境問題。因此，黃土臺塬-沖積平原區(qū)域應根據(jù)實際情況合理施肥，要注意增施有機肥、加大秸稈還田力度，增加土壤中有機質含量；同時增加氮肥的投入量，控制磷肥、鉀肥，以提高土壤的整體肥力。同時也要注意鉀肥的適量施用，以保證土壤中養(yǎng)分平衡，促進區(qū)域農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

土壤肥力的下降是土壤各項理化性質指標的綜合反映，不能僅憑幾項指標來科學地反映土壤綜合肥力的變化趨勢，本研究采用了9項指標來評定區(qū)域土壤的綜合肥力，改進的內(nèi)梅羅法綜合指數(shù)法能夠更加真實的反映土壤質量，在土壤肥力評價中廣泛應用[38]。黃土臺塬-沖積平原區(qū)域的土壤綜合肥力處于一般水平，王德彩等[32]對陜西區(qū)域土壤肥力進行了評價，結果表明關中平原區(qū)域土壤肥力處于4、5級，土壤肥力一般。但與前人研究相比，部分區(qū)域土壤有機質含量上升，這可能與區(qū)域造林面積不斷增加、有機復合肥施用及農(nóng)田水利等措施有關。土壤養(yǎng)分的空間特征有利于探討土壤的性質與環(huán)境因子之間的關系，土壤養(yǎng)分的含量受到成土過程、土壤質地、利用方式、耕作措施、施肥制度、人類活動等多種因素的影響，在本研究中，不同的肥力指標在其空間分布上未表現(xiàn)出統(tǒng)一的分布規(guī)律，各指標的變化幅度較大且分布不均勻，使得未能查明其主要的影響因素，有待進一步的研究。

4結論

本研究通過對秦嶺-黃土高原過渡帶地區(qū)200個采樣點土壤肥力情況進行綜合分析，主要結論如下：（1）研究區(qū)整體土壤為堿性土壤，區(qū)域土壤的全鉀、全磷、有效磷、速效鉀的含量總體水平較高，全氮及堿解氮含量總體水平較低，土壤有機質含量總體較低。（2）區(qū)域內(nèi)不同地貌類型下的土壤有機質、全氮、全鉀、速效鉀含量差異顯著，土壤pH、全磷、有效磷、堿解氮差異不顯著。各土壤肥力指標之間相關性顯著，pH值與有機質、全氮、全磷、速效鉀、堿解氮含量存在極顯著負相關，有機質與全氮、全鉀、全磷、有效磷、速效鉀、堿解氮含量之間存在顯著的正相關。土壤有機質、全氮、全磷和堿解氮是影響土壤肥力的最主要因素。（3）臺塬區(qū)域土壤綜合肥力指數(shù)為1.102，土壤肥力一般；平原區(qū)域土壤綜合肥力指數(shù)為1.069，土壤肥力一般；山地區(qū)域土壤綜合肥力指數(shù)1.125，土壤肥力一般。（4）各肥力指標空間分布特征顯示，各肥力指標空間分布復雜，各指標分布規(guī)律不明顯。

通過對黃土臺塬-沖積平原土壤肥力進行評價，顯示區(qū)域整體肥力一般，土壤肥力水平偏低，區(qū)域土壤的鉀、磷元素較高，在進行農(nóng)業(yè)種植時可適當減少鉀肥、磷肥的攝入，增加氮肥用量。區(qū)域土壤有機質含量偏低，可以加大作物秸稈科學還田，不僅可以顯著提升土壤有機質含量，還可以疏松土壤，增加透氣性。

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收稿日期：2024-03-07修回日期：2024-04-16

基金項目：中國地質調(diào)查項目《秦嶺-黃土高原過渡帶自然資源要素相互作用與生態(tài)退化調(diào)查監(jiān)測評價》（DD20220882）和《黃河中游（陜西段）自然資源綜合調(diào)查》項目（DD20220868）聯(lián)合資助。第一作者簡介：閆晶晶（1995-），女，碩士研究生，助理工程師，主要從事自然資源綜合調(diào)查研究。通信作者：郭偉。