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物探与化探, 2025, 49(3): 697-707 doi: 10.11720/wtyht.2025.1177

生态地质调查

青海玛沁县东部表层土壤养分地球化学评价

张浩,1,2, 牛尧1,2, 张海旭1,2, 沙惠兰1,2

1.青海省第五地质勘查院,青海 西宁 810003

2.青海省富硒资源利用工程技术研究中心,青海 西宁 810003

Geochemical evaluation of surface soil nutrients in eastern Maqin County, Qinghai Province, China

ZHANG Hao,1,2, NIU Yao1,2, ZHANG Hai-Xu1,2, SHA Hui-Lan1,2

1. The Fifth Geological Exploration Institute of Qinghai Province, Xining 810003, China

2. Engineering Technology Research Center for Selenium-Rich Resource Utilization of Qinghai Province, Xining 810003, China

第一作者: 张浩(1993-),男,水工环地质工程师,长期从事地球化学勘查、农业地球化学等研究工作。Email:774675752@qq.com

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2024-04-19   修回日期: 2024-07-24  

基金资助: 青海省省级财政资金地质勘查项目(2022012018jc012)
青海省省级财政资金地质勘查项目(2023085017jc017)

Received: 2024-04-19   Revised: 2024-07-24  

摘要

玛沁县是青海省重要的牧业县,区内天然可利用草原超过1 300万亩,牧草资源丰富,2022年在玛沁县东部地区开展了1∶25万土地(牧草地)质量地球化学调查工作。本文依据调查区表层土壤植物营养元素含量数据,评价了各养分元素的丰缺情况。区内土壤养分地球化学综合等级以一等、二等土壤为主,占调查区总面积的 91.68%,三等、四等土壤仅占8.33%,无五等土壤;土壤养分整体较丰富,为发展高原特色农牧业奠定了良好基础条件。研究成果为当地牧草地规划利用、特色农牧业发展以及退化草场的修复提供了重要的基础资料。

关键词: 表层土壤; 养分地球化学评价; 高寒牧草地; 玛沁县

Abstract

Maqin County, an important county of animal husbandry in Qinghai Province, hosts more than 13 million mu of naturally available grassland and rich forage resources. In 2022, a 1∶250 000 land (grassland) quality geochemical survey was carried out in the eastern part of Maqin County. This survey represents the first large-scale land quality survey of grassland in the Qingnan region of Qinghai Province, setting a model exemplary role. Based on nutrient content in plants from the surface soil in the survey area, this study assessed the abundance and deficiency of various nutrient elements. The results indicate that soils in the survey area are dominated by first- and second-grade soils in terms of comprehensive geochemical grades of soil nutrients, accounting for 91.68% of the total area. In contrast, third- and fourth-grade soils collectively represent 8.33%, with no fifth-grade soils identified. The generally rich nutrients in the soils provide a solid foundation for the development of plateau-specific agriculture and animal husbandry. The results of this study provide essential foundational information for the planning and utilization of local grasslands, the development of agriculture and animal husbandry with local features, and the restoration of degraded pastures.

Keywords: surface soil; nutrient geochemical evaluation; alpine grassland; Maqin County

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张浩, 牛尧, 张海旭, 沙惠兰. 青海玛沁县东部表层土壤养分地球化学评价[J]. 物探与化探, 2025, 49(3): 697-707 doi:10.11720/wtyht.2025.1177

ZHANG Hao, NIU Yao, ZHANG Hai-Xu, SHA Hui-Lan. Geochemical evaluation of surface soil nutrients in eastern Maqin County, Qinghai Province, China[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2025, 49(3): 697-707 doi:10.11720/wtyht.2025.1177

0 引言

土壤养分是由土壤提供的植物生长所必需的营养元素[1]。有研究表明,土壤养分元素含量对植物物种多样性有明显影响[2-3]。了解土壤养分元素含量水平与空间分布规律,评价土壤肥力水平,对于科学合理施肥、发挥土壤潜力至关重要[4]。近年来,国内针对土壤营养元素含量研究的成果主要基于各省市开展的多目标区域地球化学调查评价、区域生态地球化学评价、局部生态地球化学评价、农业生态地球化学调查以及1∶5万土地质量地球化学调查等项目,通过分析表层土壤中的大量营养与养分元素、中量营养元素、微量营养与有益元素来讨论评价调查区内的土壤养分综合情况,参考评价标准包括《土地质量地球化学评价规范》DZ 0295—2016[5];《多目标区域地球化学调查规范》(1∶250 000)DZ/T 0258—2014[6];《区域生态地球化学评价规范》DZ/T 0289—2015;《局部生态地球化学评价要求》DD 2008-05等,取得了较好的研究成果[7-8]。但目前研究的调查区域主要针对内地耕地区、特色农产品研究区等,对高寒牧草地土壤养分研究较少。青南地区主要用地类型为天然牧草地,牧草作为主要植被,对表层土壤中的养分有着特别的需求,养分的供给同样对牧草的生长和产量至关重要,各养分的缺乏或者过量都可能对牧草的生长产生负面影响。玛沁县作为重要的牧业县,牧草是其畜牧业最重要的饲料资源。本文根据玛沁县东部最新的1∶25万土地质量地球化学调查成果,分析调查区内的土壤养分元素地球化学特征,对等级进行划分,评价养分的现状,为当地牧草地规划利用、特色农牧业发展以及退化草场的修复提供科学依据。

1 调查区概况

调查区位于玛沁县东部,范围为:东经99°38'29″~101°00'41″,北纬34°10'18″~34°55'57″,面积6 300 km2,属果洛藏族自治州管辖,区内涉及大武镇、拉加镇、大武乡、东倾沟乡、雪山乡。

1.1 地形地貌

调查区内的高山主要分布在西北部和北部,积石山脉绵延全境,阿尼玛卿山逶迤北部,山脉走向为NW—SE向。海拔4 500 m以上的高山多为侵蚀构成,岩石裸露。低山分布于阿尼玛卿山以东,山峦重叠,逶迤起伏,峡谷交错,海拔在4 000 m左右,相对高度在300~800 m。丘陵分布在县境高山与中高山之间,相对高差仅几十米,地势较平缓,山坡表面有植被覆盖。滩地多分布在大武镇、野马滩,海拔3 700~4 020 m,地形平坦。河谷在境内分布广泛,海拔2 900~3 600 m,有的狭窄,有的较宽阔平缓。

1.2 气候

调查区属大陆性寒润性气候,东西部差异较大,西北部寒冷湿润,东南部由寒温潮湿逐渐到冷温湿润。年平均气温为-3.8~3.5 ℃,气温低,日温差大。降水在日控分布上不均匀,多年平均降水量:大武513.2 mm,东倾沟529 mm,雪山484.9 mm,拉加423.2 mm。除拉加镇黄河谷地一带有80~95天的无霜期外,其余地区均无绝对无霜期[9]

1.3 地质概况

调查区东北部出露下—中三叠统沉积地层,主要为隆务河组(T1-2l)及古浪堤组(T2g),主要岩性组合为砂岩、板岩、砂板岩、砂砾岩夹少量火山岩。西南部出露中二叠统马尔争组地层,以碎屑岩夹火山岩段为主。中部东倾沟以东出露下白垩统万秀组砾岩夹砂岩地层。中南部岩浆活动强烈,出露大面积印支期酸性岩体及元古宇超基性岩体。主干断裂呈NW向展布,严格控制着区内地层分布。

1.4 土壤类型及景观特征

调查区内土壤类型主要有:高山寒漠土、高山草甸土、高山草原土、灰褐土、山地草原化草甸土等,占比分别为3%、85.6%、6.4%、2.5%、2.5%。

此次研究重点是对调查区土壤成土母质、土壤厚度等特征进行实地踏勘,并对影响土壤特征的因素进行重点分析,在此基础上结合遥感影像划分了玛沁县土壤景观分区(图1)。调查区内包括中山残积、坡积物土壤景观区、高山残积、坡积物土壤景观区、山前平原冲—洪积物土壤景观区以及剥蚀丘陵冲—洪积物土壤景观区。

图1

图1   玛沁县土壤景观分区

Fig.1   Soil landscape zoning map of Maqin County


中山残积、坡积物土壤景观区仅小面积分布于调查区东北部黄河村一带和东倾沟附近,受黄河侵蚀作用控制,呈弯曲长条状。景观区内海拔较低,在3 000~3 500 m之间,山体呈NE向展布,相对高差在300~500 m之间,黄河由东南流向西北。地貌划分为中切割中山区,土壤类型主要包括高山草甸土、灰褐土及山地草原化草甸土。成土母质初期以冰碛物、冰水沉积物及残积坡积物为主,后在地形及水流影响下,洪积、冲积物等也占据了特定的地形部位。土壤厚度整体在0.8~2.5 m。景观内土地利用类型包括耕地、天然林地、人工林地及天然牧草地等。耕地由2个农点组成,主要分布在拉加盆地的黄河沿岸,农作物有小麦、青稞、洋芋、油菜等;天然林以松、柏为主,主要分布在切木曲河谷中、下游;人工林主要分布在拉加镇黄河沿岸;其余均为天然牧草地,植被稀疏,覆盖度小,草丛低矮,层次结构简单。

高山残积、坡积物景观区为调查区内主要土壤景观区,地貌划分为中切割高山区及深切割高山区,海拔整体较高,山体受河流侵蚀地形起伏较大。其中,中切割高山区分布于调查区西北部下大武乡、西南部特合土乡及东南部哈夏村等地,海拔在3 500~4 600 m之间,山脊线多呈NE向,相对高差在400~900 m;深切割高山区主要分布于调查区中部雪山乡—艾隆一带,分布面积较大,海拔在3 500~5 000 m之间,山体走势总体呈NW向展布,受后期构造及河流侵蚀作用,山脊线多呈NW向、NEW向两组,相对高差800~1 200 m。成土母质初期以冰碛物及冰水沉积物为主,在地形及水流影响下,重力堆积物、坡积物、洪积、冲积物等占据特定的地形部位,影响着土壤的发生发展。土壤厚度整体在0.4~2.9 m。土壤类型包括原始高山草甸土、(普通)高山草甸土及高山灌丛草甸土。该景观区内主要以天然牧草地为主,无耕地及大片林地。

山前平原冲—洪积物土壤景观区主要分布在大武镇东北方向地势较平坦的草原区域。地貌划分为山前平原区,四周环山,受山脉严格控制,海拔相对较低,在3 700~4 200 m之间,地形宽广平坦或略有起伏,地面坡度很小,相对高差小于50 m。成土母质以坡积物、冲洪积物为主,整体厚度在0.3~1.0 m。土壤类型为高山草甸草原土。土地利用以天然牧草地为主,少量人工牧草地。

剥蚀丘陵冲—洪积物土壤景观区仅小面积分布于调查区东部野马滩附近,处于山前平原区与中切割高山区、深切割高山区过度地带,海拔相对较低,在3 800~4 000 m之间,地形起伏小,相对高差在200 m左右。成土母质以洪积冲积物、冰水沉积物及残积坡积物为主,质地轻粗,含砾多。整体厚度在0.5~1.3 m。地貌划分为剥蚀丘陵区,土壤类型为高山草甸草原土。土地利用为天然牧草地。

1.5 草场类型及特色生产情况

调查区内草场类型主要分为4类:高寒草甸类、高寒沼泽类、灌丛类和山地草原类。

高寒草甸类是调查区天然草场的主要组成部分,广泛分布于海拔3 800~4 500 m的山顶、滩地、山地阳坡。此类草场的牧草种类繁多,绝大部分是中生、多年生牧草,优势种为莎草科蒿草属的小蒿草、矮蒿草、线叶蒿草、禾叶蒿草及苔草属的苔草,总盖度78%~90%。草场草质柔软多叶,营养成分高,适口性强,草场耐牧,是放牧良好的草场。

高寒沼泽类草场分布规律不明显,一般分布在沟脑、垭口、阴坡下部、沟谷滩地,海拔在2 900~4 500 m。有甘肃蒿草、小蒿草、华扁穗草、早熟禾、发草、苔草等,平均盖度52%。

灌丛类主要分布于海拔3 600~4 500 m的山地阴坡、半阴坡。高层灌木以高山柳、金露梅、密枝杜鹃为主。灌丛平均高度0.6~1.0 m,平均盖度30%~50%,伴生灌木种类有高山乡线菊、窄叶西番柳、鬼箭锦鸡儿、短叶锦鸡儿、忍冬、茶麓子、沙棘等。

山地草原类分布于海拔3 200~3 400 m的森林下沿沟谷、阳坡,在拉加沿黄河河谷、切木曲、西哈垄下游河谷两岸较常见。

调查区内特色农产品主要包括冬虫夏草、蕨麻、黄蘑菇、大黄等,散养畜牧业以牛、羊为主。

2 研究方法

2.1 样品采集与加工

2022年6~10月完成调查区表层土壤样品的采集工作,执行中国地质调查局《多目标区域地球化学调查规范1∶250 000》(DZ/T 0258—2014)规范要求,在1∶100 000地形图上套合三调图斑,网格与图斑相结合布设采样点。结合调查区景观特征,表层土壤样采样密度确定为(1~2)点/4 km2,以“大图斑优先、草地优先”为原则,代表性为主,兼顾均匀性和合理性进行布点。总体原则为:地形平缓、成土母质、土壤类型、土地利用类型单一、样品代表性较好地区样点密度为1点/4 km2,地形地貌复杂、成土母质、土壤类型、土地利用类型多样的地区样点密度为2点/4 km2,全区总体采样密度为1.5点/4 km2

采样以采集代表性样品为主要原则,采样深度为0~20 cm。以确定点位为中心,采用双对角线法5点采样,即每个样品均由布设点(中心样点)和4个副点(分样点)采集样品组合而成, 5点采样量基本一致,弃去动植物残留体、砾石等杂物,在塑料布上混合均匀后,取大于1 000 g土壤样品装袋。采样时使用GPS进行定点,并填写记录卡,用红布条作标记。

采集的土壤样品经过晾晒、过筛、混匀、称重,按偶数方里网为界(2 km×2 km),按4 km2大格单元等质量组合成分析样。如果4 km2大格内单点采样,则直接称取200 g样品送分析;如果4 km2大格单元内有2个样点,则各取100 g样品组合成200 g的分析样。共获得分析样1 647件,其中33件为重复样。分析样点位见图2

图2

图2   分析样点位分布

Fig.2   Analyzing sample bitmaps


2.2 测试指标与方法

本次样品分析测试由四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩矿测试中心(自然资源部成都矿产资源监督检测中心)承担完成。分析质量要求以及监控办法执行中国地质调查局《多目标区域地球化学调查规范(1∶250 000)》(DZ/T 0258—2014)、《生态地球化学评价样品分析技术要求(试行)》(DD 2005—03)。样品分析方法、检出限、报出率以及重复性检验合格率均达到上述规范要求(见表1)。测试数据通过青海省地质矿产勘查开发局专家组验收,被评为优秀级。

表1   土壤样元素测试分析结果

Table 1  Results of soil sample element testing

元素/
指标
分析
方法
要求
检出限
方法
检出限
报出
率/%
重复性检验
合格率/%
NVOL2020100100
PXRF1010100100
K2OICP-AES0.05*0.05*100100
有机质VOL0.1*0.02*100100
CaOICP-AES0.05*0.05*100100
MgOICP-AES0.05*0.05*100100
SVOL303010095.50
TFe2O3XRF0.05*0.05*100100
CoICP-MS11100100
VICP-AES53100100
GeICP-MS0.10.110098.26
BES1110099.13
MoICP-MS0.30.210098.26
MnICP-AES1010100100
CuICP-MS1110097.39
ZnXRF44100100

注:含“*”单位为10-2,其他单位为10-6

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2.3 数据处理

以玛沁县东部地区表层采样大格为评价单元,依据调查获取的土壤大量植物营养元素与养分(N、P、K全量、有机质)、中量营养元素(CaO、MgO、S)、微量营养与有益元素(TFe2O3、Co、V、Ge、B、Mo、Mn、Cu、Zn)含量值,根据《土壤质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016中土地质量养分等级划分标准与评价方法,划定土壤养分单指标地球化学等级。基于各评价单元N、P、K单指标养分地球化学等级,按照式(1)计算土壤养分地球化学综合得分f养综,据此确定土壤养分地球化学综合等级。

f=i=1nki fi

式中:f养综为土壤N、P、K评价总得分,1≤f养综≤5;Ki为N、P、K的权重系数,根据DZ/T0295—2016分别为0.4、0.4和0.2; fi为土壤N、P、K的单指标等级得分,五等、四等、三等、二等、一等所对应的fi得分分别为1、2、3、4、5分[10-12]

3 土壤养分地球化学等级

3.1 大量与中量养分指标地球化学等级及特征

土壤大量与中量植物养分指标包括有机质、氮(N)、磷(P)、钾(K)全量、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、硫(S),按《土壤质量地球化学评价规范(DZ/T 0295—2016)》分级标准,将评价区土壤养分地球化学等级分为五级(表2),其分布见图3

表2   土壤大量、中量养分指标等级划分及统计

Table 2  Classification and statistics of major and secondary nutrient indicators in soil

指标一等二等三等四等五等上限值
丰富较丰富中等较缺乏缺乏超限
有机质含量/(g·kg-1)>40>30~40>20~30>10~20≤10/
面积/km25 260.52514.31330.24170.0324.90/
比例/%83.508.165.242.700.40/
全氮含量/(g·kg-1)>2.0>1.5~2.0>1.0~1.5>0.75~1.0≤0.75/
面积/km25 558.47401.26220.0672.3947.82/
比例/%88.236.373.491.150.76/
全磷含量/(g·kg-1)>1.0>0.8~1.0>0.6~0.8>0.4~0.6≤0.4/
面积/km22314.642211.651475.94281.6516.12/
比例/%36.7435.1123.434.470.26/
全钾含量/(g·kg-1)>25>20~25>15~20>10~15≤10/
面积/km295.503972.442223.049.020/
比例/%1.5263.0535.290.140/
氧化钙含量/%>5.54>2.68~5.54>1.16~2.68>0.42~1.16≤0.42/
面积/km2725.631633.683657.91282.780/
比例/%11.5225.9358.064.490/
氧化镁含量/%>2.15>1.70~2.15>1.20~1.70>0.70~1.20≤0.70/
面积/km2253.552919.313075.1452.000/
比例/%4.0246.3448.810.830/
含量/(g·kg-1)>343>270~343>219~270>172~219≤172≥2000
面积/km24970.30640.71427.68176.6656.6528
比例/%78.8910.176.792.800.900.44

注:将测试数据中K2O含量按原子量换算为全钾含量。

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图3

图3   土壤中氮、磷、钾等养分指标地球化学等级分布

Fig.3   Geochemical grade of nutrient elements such as nitrogen, phosphorus, and potassium in soil


1)有机质。土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分,是植物营养的主要来源之一,能促进植物的生长发育,改善土壤的物理性质,促进土壤微生物和生物的活动,促进土壤中营养元素的分解,提高土壤的保肥性和缓冲性。它与土壤的结构性、通气性、渗透性和吸附性、缓冲性有密切的关系,通常在其他条件相同或相近的情况下,在一定含量范围内,有机质含量与土壤肥力水平呈正相关[13-14]。工作区内有机质含量变化幅度较大,最低值仅5.17 g/kg,最高值为256.88 g/kg,平均值达到71.99 g/kg。有机质一、二等(丰富—较丰富)的土壤分布面积占全区总面积的91.66%;有机质含量三等(中等)土壤主要零散分布在研究区北部拉加镇及雪山乡等地,占全区总面积5.24%;四、五等土壤在全区零散分布,无明显集中分布区,共占全区面积的3.1%。

2)全氮。土壤全氮量通常用于衡量土壤氮素的基础肥力。土壤全氮含量处于动态变化之中,它的消长取决于氮的积累和消耗的相对多寡,特别是取决于土壤有机质的生物积累和水解作用[15]。区内土壤中N元素含量最低值为0.408 g/kg,最高值为14.49 g/kg,全区整体处于高氮水平,N含量丰富的土壤面积达到工作区面积的88.23%。N含量较丰富、中等、较缺乏的土壤主要沿聚居地、公路以及沟谷地带分布,占全区面积的11.01%,可能受人为因素较大影响;区内存在小面积N元素缺乏及较缺乏土壤,仅占全区面积的0.76%。

3)全磷。土壤中P元素能促使植物更好地进行光合作用,因此也是衡量土壤肥力的重要指标。P含量变化于0.3~3.03 g/kg,均值为0.96 g/kg。从地球化学等级图来看,P含量整体呈现东高西低、南高北低,含P丰富的土壤主要分布在中东部的脑山地区,占全区总面积的36.74%;含P较丰富的土壤分布在西部中高山地区,占全区总面积的35.11%;P中等的土壤主要在西部、北部沿公路及河流两侧沟谷分布,占全区总面积的23.43%;含P四等(较缺乏)土壤主要在北部切木曲沿岸及拉加镇以南、以西区域沿河流分布,占全区总面积的4.47%;含P五等(缺乏)的土壤在拉加镇附近及中部零星分布,无明显规律,仅占全区总面积的0.26%。

4)全钾。钾能促进植物体内酶的活化,增强光合作用,促进糖代谢与蛋白质合成,增强植物抗旱、抗寒、抗盐碱、抗病虫害等能力,同时对改善植物产品的品质也有重要作用[16]。根据氧化钾原子量换算,区内土壤钾含量变化在12.61~35.25 g/kg,均值为20.58 g/kg。以二等土壤为主,占全区面积的63.05%;其次为中等(三等)土壤,占全区总面积的35.29%; K含量一等(丰富)的土壤面积占全区面积的1.52%;含K量四等(较缺乏)土壤的分布面积极小,仅占全区面积的0.14%。区内无钾含量缺乏的五等土壤。

5)氧化钙。氧化钙可以增加土壤中微生物的活力和钙离子的养分,提高土壤有益微生物活性,增加土壤中有机磷的释放,提高土壤营养成分,改善土壤性质,增加作物产量;保证作物有充足钙的供给;能提高土壤黏性,保持土壤水分,提高土壤渗透性,更有利于作物生长。工作区内土壤中氧化钙含量范围为0.745%~16.34%,均值为2.94%,整体表现为钙含量中等,地球化学等级以三等为主,无氧化钙含量缺乏土壤。一等含量丰富土壤主要分布在北部雪山乡及东北部拉加镇地区,占全区面积的11.52%;二等含量较丰富土壤主要分布于北部、东北部、西部地区,占全区面积的25.93%;三等含量中等土壤广泛分布,占全区面积的58.06%;四等含量较缺乏土壤主要分布于西南部地区,其余地区零星分布,仅占全区面积的4.49%。

6)氧化镁。镁是继氮、磷、钾之后植物生长必需的第四大营养元素。镁元素作为中量营养元素,对作物生长有着至关重要的作用,在作物的生理生化过程中扮演着重要角色。区内土壤氧化镁含量在0.939%~5.520%之间,均值为1.720%。从氧化镁地球化学等级图分布看,区内二、三等含量(较丰富、中等)土壤面积占主导,共占比95.15%,其中二等土壤以北部地区为主,三等土壤以南部地区为主;含量为一等的土壤主要分布在拉加镇附近、北部雪山乡部分地区以及西南部东倾沟一带;含量较缺乏的土壤主要在研究区中南部少量分布;区内无五等氧化镁缺乏土壤。

7)硫。硫是植物体内含硫蛋白质的重要组成元素,能促进豆科植物形成根瘤、增加固氮能力;硫不是叶绿素的组成成分,但能影响叶绿素的合成;硫是铁氧还蛋白和谷胱甘肽的组成成分,参与了有机营养的合成,并在植物代谢过程中起重要作用。区内土壤中硫含量范围为133~5 022 mg/kg,均值为535.65 mg/kg,全区整体处于高硫水平。研究区硫含量一等的土壤面积占全区总面积的78.89%;二等土壤在全区零星分布,无明显界限,占全区总面积的10.17%;三等土壤主要分布在拉加镇及雪山乡,其余区域零星分布,面积为427.68 km2,占全区总面积的6.79%。硫四、五等土壤分布面积较小,四等在北部拉加镇附近分布较为集中,五等分布较零星,四、五等土壤面积占总面积的3.7%。拉加镇附近及北部雪山乡部分区域受地质背景影响,局部硫含量极高,超过土壤含量上限值,仅占全区总面积的0.44%。

3.2 微量营养和有益元素地球化学等级及特征

Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo是植物生长必需的微量营养元素,Co、V等对某些植物生长具有有益作用,这些元素在土壤中含量很低,一般处于微量水平。按照《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)分级标准,将研究区土壤微量元素地球化学等级划分为五等(表3)。考虑到土壤中Mn、Zn、Cu、B、Mo等元素过量时会对农作物生长和土地质量产生危害,在《土地质量地球化学评价规范》中,也同样给出了这些元素的上限值。各元素地球化学等级分布见图4

表3   微量营养与有益元素地球化学等级划分及统计

Table 3  Classification and statistics of geochemical grades of micronutrients and beneficial elements

指标一等二等三等四等五等超限
丰富较丰富中等较缺乏缺乏
氧化铁含量/%>5.30>4.60~5.30>4.15~4.60>3.40~4.15≤3.40/
面积/km24039.791907.55293.1055.564.00/
比例/%64.1230.284.650.880.06/
含量/(mg·kg-1)>15>13~15>11~13>8~11≤8/
面积/km2415.652808.222727.64340.498.00/
比例/%6.6044.5743.305.400.13/
含量/(mg·kg-1)>96>84~96>75~84>63~75≤63/
面积/km2593.133331.741951.35395.7828.00/
比例/%9.4152.8830.976.280.44/
含量/(mg·kg-1)>1.5>1.4~1.5>1.3~1.4>1.2~1.3≤1.2/
面积/km2482.021219.112156.031492.14950.70/
比例/%7.6519.3534.2223.6815.09/
含量/(mg·kg-1)>65>55~65>45~55>30~45≤30≥3000
面积/km23604.112126.33521.5747.990/
比例/%57.2133.758.280.760.00/
含量/(mg·kg-1)>0.85>0.65~0.85>0.55~0.65>0.45~0.55≤0.45≥4
面积/km22003.753985.90226.3564.0020.00/
比例/%31.8163.273.591.020.32/
含量/(mg·kg-1)>700>600~700>500~600>375~500≤375≥1500
面积/km22954.332604.47586.16135.0420.00/
比例/%46.8941.349.302.140.32/
含量/(mg·kg-1)>29>24~29>21~24>16~21≤16≥50
面积/km2839.673212.771763.03470.466.078
比例/%13.3351.0027.987.470.100.13
含量/(mg·kg-1)>84>71~84>62~71>50~62≤50≥200
面积/km2521.343161.502227.07377.952.0710.07
比例/%8.2850.1835.356.000.030.16

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图4

图4   土壤中微量养分元素指标地球化学等级

Fig.4   Geochemical grade map of trace nutrient element indicators in soil


1)氧化铁。区内土壤中氧化铁的含量范围为3.35%~8.39%,平均值为5.4%,全区整体铁含量丰富。区内大范围分布铁地球化学等级为一等的土壤,面积为4 039.79 km2,占总面积的64.12%;二等土壤在全区均有分布,主要分布在西部及北部,占全区总面积的30.28%;三、四等土壤分布较分散,主要位于拉加镇及东倾沟乡一带,占全区面积的5.53%;五等土壤在工区南部小范围分布,仅占0.06%。

2)钴。工作区内土壤中钴含量变化范围在7.6~28.3 mg/kg,均值为13.04 mg/kg。整体钴元素含量较丰富,其中含量丰富的一等土壤占全区总面积的6.60%,主要分布在雪山乡地区一带,其余区域零星分布;二等土壤主要分布在区域东部、西北部及北部地区,占全区总面积44.57%。三等土壤主要分布在区域中南部及西南部区域,占全区总面积43.30%;含量四、五等土壤少量分布在区域西南及南部,总体占比为5.53%。

3)钒。区内土壤中钒元素含量范围为55~155 mg/kg,均值为86.28 mg/kg,含量变化幅度较小,在研究区整体呈现东高西低的趋势。一等含量丰富土壤主要分布在区域东部及西南部,分布面积为593.13 km2,占全区总面积的9.41%;二等土壤分布较广,全区均有大范围分布,占全区总面积的52.88%;三等土壤主要分布在中部及西部地区,占全区总面积的30.97%;四等土壤分布较为零散,面积占比为6.28%;五等土壤区内零星分布,主要分布在公路附近,面积占比仅为0.44%。

4)锗。土壤中锗元素含量变化幅度在0.865~1.85 mg/kg之间,平均值为1.32 mg/kg。从地球化学等级图中可以看出,区内锗元素含量总体较低。一等土壤主要分布在区域西部雪山乡及东倾沟地区,其余地区小面积零星分布,占全区总面积的7.65%。二等土壤分布趋势大致跟一等土壤类似,整体分布较为零散,占全区总面积的19.35%。三等土壤全区内均有分布,总体占比最大,占全区总面积的34.22%。四等土壤同样在全区范围内有大面积分布,占比为23.68%。五等土壤主要分布在区域中部的城市附近,其余人口密集区域如东倾沟、雪山乡等地也分布较多,占比为15.09%。

5)硼。区内硼元素含量在30.8~158 mg/kg之间,均值为67.06 mg/kg,全区硼元素整体含量丰富。从硼元素地球化学等级图上看,受人类活动影响较大的中部区域硼元素含量较低,四周受人类影响活动较少的地区含量较高。一等土壤分布面积最多,全区范围内大面积分布,占全区总面积的57.21%;二等含量较丰富土壤全区均有分布,其中,中部区域分布较多,占全区总面积的33.75%;三等土壤主要分布在中部地区,占全区面积的8.28%;四等土壤仅在区内零星分布;无五等土壤。

6)锰。区内锰的元素含量丰富,在174~1 277 mg/kg之间,平均值为691.7 mg/kg。地球化学等级整体表现为以一、二等为主,占全区总面积的88.23%;三、四、五等含量稍低的土壤在区内零星分布,在中西部地区较为集中。

7)钼。钼元素在区内土壤中含量总体较为丰富,地球化学等级以二等为主,一等次之,一、二等土壤总体占全区面积的95.07%。其中,一等土壤在区域东南部有大范围分布,三、四、五等土壤主要分布在中西部地区,分布较为集中,可能与此地地质背景有关。

8)铜。区内铜元素含量范围为14.1~132 mg/kg,均值为25.48 mg/kg,总体元素含量较丰富,呈北高南低的分布趋势。一等含量丰富土壤主要分布在区域北部雪山乡及拉加镇部分地区,占全区总面积的13.33%。二等土壤在区内分布面积较广,占比达到51.00%。三等土壤主要分布在区内南部,其余区域零散分布。四等土壤主要分布在区内南部,受地质背景影响较大,面积占比为7.47%。五等土壤分布较少,仅占全区面积的0.10%。区内西北部雪山乡存在小面积土壤中铜元素含量超限现象,占比仅为0.13%。

9)锌。从锌元素地球化学等级图中看出,全区锌元素含量无明显分布特征。一等、二等土壤主要分布在区域东部及西南部,占全区总面积的58.46%。三等土壤主要分布在区域北部及西部,占比达到35.35%。四等土壤在全区零散分布,在东部地区少范围分布,面积占比为6%。五等土壤仅在雪山乡北部分布小块区域,占0.03%。区内存在小面积土壤中锌元素含量超限现象,占比仅为0.16%。

3.3 土壤养分地球化学综合等级

依据《土壤质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)将区内土壤养分地球化学综合等级划分为五级(表4)。

表4   土壤养分综合地球化学等级统计

Table 4  Statistical table of comprehensive geochemical grades of soil nutrients

一等二等三等四等五等
f养综≥4.5<4.5~3.5<3.5~2.5<2.5~1.5<1.5
含义丰富较丰富中等较缺乏缺乏
面积/km22325.193450.32450.2774.220
占比/%36.9154.777.151.180

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从土壤养分地球化学综合分级图(图5)可以看出:区内养分整体处于二等较丰富等级,面积为3 450.32 km2,占全区面积的54.77%,主要分布在西部及北部区域;其次为一等丰富土壤,面积为2 325.19 km2,占全区面积的36.91%,主要分布在中部、东南部的脑山区域;养分中等土壤以及四等养分较缺乏土壤以小面积形式沿公路及河流零散分布;全区无五等养分缺乏土壤。

图5

图5   工作区土壤养分地球化学综合分级

Fig.5   Comprehensive geochemical grade map of soil nutrients in the work area


4 结语

1)玛沁县东部调查区土壤养分指标氮、磷、钾、有机质、硫均以丰富、较丰富为主,氧化钙、氧化镁以较丰富—中等为主,中等—缺乏土壤主要沿聚居地、公路以及沟谷地带分布。调查区土壤养分整体较丰富,具备发展高原地区特色农牧业的良好基础条件。

2)调查区土壤微量营养与有益元素铁、锰、硼、钼均以丰富、较丰富为主,且分布趋势一致;锌、铜、钴、钒均以较丰富为主;锗在西部东倾沟以西呈丰富—较丰富分布,其余地区呈中等—缺乏分布。

3)玛沁县东部地区土壤养分地球化学综合等级以一等、二等土壤为主,占总面积的 91.68%;三等、四等土壤仅占8.33%,主要以小面积沿公路及河流分散零星分布,区内无五等土壤。各养分元素的丰缺为当地牧草地规划利用、特色农牧业发展以及退化草场的修复提供了重要的基础资料。

4)区内普遍发育高山草甸土,大面积分布天然牧草及灌木林,基本无农业活动影响,同时区内人口数量少,分布较为分散,主要以天然放牧为主,人为活动对土壤影响较小,是区内土壤养分质量等级整体较好的重要原因。

5)土壤是一个开放的载体,综合养分不仅由地球化学元素决定,成土母质、土壤类型以及生态环境的变化等因素都在不同程度地影响着土壤。本次工作仅通过小比例尺的土地质量地球化学调查,单从地球化学角度出发,通过选取表层土壤中养分元素的含量作为评价指标,探索性地对本调查区高寒牧草地土壤养分情况进行了分析研究,工作方法略显局限,后期建议在该区域继续深入调查,通过对植物样、生物样的同步采集分析,进行“土壤—植物—生物”间营养元素富集以及拮抗机制的研究,追溯成因来源和迁移转化规律,服务当地特色农畜产品的产业发展,为当地打造绿色有机农畜产品输出地提供科技支撑。

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为了阐明高寒草甸退化过程中植物群落物种多样性、生产力与土壤特性的关系, 在青藏高原东缘的玛曲县沿着高寒草甸退化梯度选取了轻度退化草甸、中度退化草甸、重度退化草甸和沙化草甸, 测定了高寒草甸退化过程中植物群落物种多样性、生产力与土壤理化性状. 结果表明: 从轻度退化到中度、重度和沙化草甸, 植被地下生物量分别降低了36%、48%和91%, 总生物量分别降低了34%、47%和91%, 土壤有机碳分别下降了18%、81%和97%, 全N分别下降了25%、82%和95%, 全P含量分别下降了14%、33%和41%. 随着高寒草甸的退化, 植被群落的生物多样性和地上生物量呈先稳定后降低的趋势, 土壤砂粒含量、pH值和全K含量呈增加趋势, 黏粉粒呈降低趋势, 速效N、速效P和速效K呈先增加后降低的趋势. 相关分析表明, 群落物种多样性和生产力与土壤有机碳、全N、全P、速效N、速效P、速效K、黏粒含量、粉粒含量、水分含量均呈显著正相关(PP<0.05). 因此, 高寒草甸退化过程中, 土壤质地、养分和水分等的复杂变化及其相互关系共同决定着高寒草甸群落物种多样性和生产力的变化. 同时, 植被生产力和土壤碳、氮的降低产生明显的正反馈效应, 导致在重度退化阶段和沙化阶段, 植被生产力和土壤碳氮的急剧下降.

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To clarify the changes of species diversity and biomass in relation to soil properties of alpine meadows in different degradation stages, mild degraded meadow, moderate degraded meadow, severe degraded meadow and serious sandy meadow were chosen to measure species diversity, biomass and soil properties. The changes of vegetation and soil properties, followed by degraded process of alpine meadow, show the following trends: 1) vegetation diversity and biomass decrease gradually; 2) contents of soil moisture, soil clay, silt, soil organic carbon, total nitrogen (N), total phosphorous (P), available N and available potassium (K) decrease consistently, while content of soil sand and total K as well as pH value increase consistently. The correlation between species diversity or biomass and soil factors such as soil moisture, soil clay, silt, soil organic carbon, total N, total N, available N, available P and available K is significant positive, while the correlation between species diversity or biomass and soil factors such as content of soil sand and total K as well as pH value is significant negative. Therefore, changes of species diversity and biomass are governed by soil texture, soil nutrients, soil water content, pH and electrical conductivity.

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通过对北京平原土壤硒含量调查和研究,发现北京平原分布有高硒土壤,其特征为沿平原区西部山前断续出现,在北京市区零星分布。表层土壤硒含量为0.04~5.26 mg/kg,平均值为0.20 mg/kg,深层土壤硒含量为0.043~0.22 mg/kg,平均值为0.081 mg/kg,总体趋势是硒在表层土壤富集;各类岩石中以炭质页岩中含硒量最高,北京西部富硒炭质页岩的风化可能为平原区土壤硒的来源。相关性分析表明,土壤中Se与有机质呈正相关性,有机质对表层土壤Se具有强烈的吸附与固定作用。

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