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0 引言
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土壤是植物生长的载体和养分供给的来源，是农业生产的基本资料，是人类赖以生存和发展的物质基础（陈自然等，2022）。土壤中有机质及全量氮磷钾是作物生长的养分来源，也是评价土壤质量状况的重要指标，对其空间分布特征的研究可作为土壤资源科学管理的依据，用于指导农业生产（杨静涵等，2020；奥勇等，2022）。成土母质、气候条件、植被类型、地形地貌及人类活动等因素的综合作用，是土壤养分空间分布特征存在差异性的主要原因（成杭新等，2019；康鹏宇等，2021）。当前，前人已开展了大量土壤养分调查与评价相关研究工作：以时间尺度为变量研究了江苏省近 20 年土壤有机质的时空变异特征（赵明松等，2014），以地形与植被类型为研究对象分析了山西太岳山流域土壤养分空间分布特征（Wang et al.，2017），以特色农产品园区为研究区分析了陕西武功县猕猴桃园土壤养分分布特征并提出了合理施肥措施（王亚国等， 2019）。
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本文以秦皇岛山区至沿海一线建立典型剖面，通过收集资料、野外实地调查和采样分析，划分了土壤养分综合等级，查明了土壤有机质与全量氮磷钾的空间分异规律和土壤养分的垂向空间分布特征，建立了秦皇岛山区至沿海的山区生态用地、山前农业用地、沿海工业用地 3 种不同土地利用类型的综合土壤地球化学剖面，为秦皇岛地区农业绿色发展提供了科学依据。
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1 研究区概况
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研究区属暖温带大陆性气候，区内多年平均气温 10.1℃，最高气温 39.9℃，最低气温-24.3℃。十月中旬有霜，霜期至翌年四月份，最大季节性冻土深度 0.85 m，积雪深度 12. 00 cm。多年平均降雨量 661.7mm，最大年降雨量 1137. 0 mm（1959 年），最小年降雨量347. 0 mm（1957年），多年平均陆面蒸发量 537. 0 mm，多年平均水面蒸发量 1110. 0 mm （金玉玺等，2019）。6—9 月为雨季，累计雨量占全年的 78％～86％，雨量年际及季节变化均较大，且多暴雨。
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研究区位于秦皇岛北戴河滨海至青龙满族自治县都山，海拔由海滨的0.5 m向北呈阶梯状升高，最高峰为青龙县都山，高达1846.33 m（图1）。地貌形态主要为中山、低山、丘陵、平原、海岸等，坡度整体南部低缓、北部陡峻。土壤类型依据地形条件呈现一定的分布规律，中低山区主要为棕壤，丘陵区顶部为石质土、粗骨土、褐土，底部为淋溶褐土，地势稍低地带为风沙土和潮土，滨海盐土分布在沿海一带（秦皇岛市水利局和河北省唐秦水文水资源勘测局，2012①）。植被类型由北向南，由高到低，具有典型的垂直地带性分布特点，北部中低山为针叶阔叶林区，长城沿线为针阔叶混交林区，丘陵平原为栽培植被区，滨海为落叶阔叶林盐砂生植被区（秦皇岛市人民政府，2021）。
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2 样品布设、采集与测试
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2.1 采样点布设
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根据研究区坡度、地形地貌变化特征，进行剖面布设，剖面长度为 100 km，西北段剖面以青龙满族自治县都山为起点，途径抚宁区，向东南延伸至北戴河区戴河口，贯穿山区—山前—平原—沿海地区，高程由山区1846.33 m过渡至滨海0.50 m，整体反应了由山入海的地形变化特征。
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典型剖面主要调查剖面土壤中有机质、全氮、全钾、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾等指标，分析养分指标空间分布特征及其变化规律。设计在典型用地类型处采集土壤样，进行采样分析测试，于 2019 年 7 月采集土壤样品 105 个，采样点位分布见图2。
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图1 研究区地貌特征图
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2.2 样品采集与测试
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本次土样采集工作在上茬作物收获以后，未施用底肥和种植下茬作物以前，避开雨季并在 2 周内采集完毕。采集的样品可以反映采样地块的真实养分状况和供肥能力。
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（1）样品采集方法：以 GPS定位点为中心，向四周辐射 50～100 m 确定分样点，等份组合成一个混合样。采样地块为长方形的，采用“S”形布设分样点；采样地块近似正方形时，采用“X”形布设分样点 （周永维等，2021）。每个分样点的采样部位、深度及重量一致。采集蔬菜地土壤混合样品时，一个混合土壤样应在同一具有代表性的蔬菜地或设施类型里采集。
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（2）浅层样品采集：大田、林地土壤采集耕层土壤，采样深度为0～20 cm，由4个子样等量混合组成1 件样品；果园地土壤，采集深度为0～60 cm，由3个子样等量混合组成1件样品。采集的各分样点土壤掰碎，挑出根系、秸秆、石块、虫体等杂物，充分混合后，四分法留取 1.5 kg装入样品袋。实地调查并记录影响土地质量的其他指标，主要包括土壤类型和厚度、岩性、土地利用方式、土壤颜色等内容。
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图2 研究区采样点位分布图
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（3）深层样品采样深度为 20～40 cm，采样方法同浅层样品，采样点选择具备深层样品取样深度、不同土地利用方式的代表性点位。
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（4）测试分析。样品在实验室经风干、磨细、过筛后进行指标测定，测定标准主要采用《森林土壤分析方法（LY/T1210-1275）》（中华人民共和国林业局，2015）系列标准，有机质采用重铬酸钾氧化－外加热法、全氮采用凯氏定氮法、全磷采用碱熔－钼锑抗比色法、全钾采用碱熔－火焰光度法、碱解氮采用碱解扩散法、速效磷采用碳酸氢钠浸提－钼锑抗比色法、速效钾采用乙酸铵浸提－火焰光度法测定，样品分析测试单位为华北有色（三河）燕郊中心实验室。
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3 结果分析
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3.1 土壤养分综合等级划分
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根据《土地质量地球化学评价规范（DZ/T 0295 —2016）》（中华人民共和国国土资源部，2016），土壤中有机质、氮、磷、钾全量及土壤中磷、钾等元素的有效量分级标准主要参照了全国第二次土壤普查养分分级标准，其中划分为六级的养分分级标准与第五级标准进行了合并，其余养分分级标准不变，各级标准分级见表1。
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注：数据来源：《土地质量地球化学评价规范（DZ/T 0295-2016）》 附录D表D.1（中华人民共和国国土资源部，2016）。
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根据《土地质量地球化学评价规范（DZ/T 0295 —2016）》（中华人民共和国国土资源部，2016），土壤养分地球化学综合等级划分，在氮、磷、钾土壤单指标养分地球化学等级划分基础上，按照式（1）计算土壤养分地球化学综合得分f 养综。
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式（1）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 权重系数，分别为 0.4、0.4 和 0.2；fi 分别为土壤 N、P、K 的单元素等级得分。单指标评价结果5级、4级、3级、2级、1级所对应的fi得分分别为 1、2、3、4、5 分（吴忌等，2021）。土壤养分地球化学综合等级划分依据见表2。
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注：数据来源：《土地质量地球化学评价规范（DZ/T 0295-2016）》 表19（中华人民共和国国土资源部，2016）。
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根据上述方法，计算得到研究区土壤养分综合等级分布特征（图3），其中抚宁区浅层土壤养分综合等级计算结果见表3。
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秦皇岛山区—山前—平原—沿海地区土壤中全氮含量 0. 07～2.63 g/kg，平均 0.83 g/kg，属较缺乏—缺乏，等级为适中以上的仅在马圈子镇、茨榆山乡、隔河头乡等地零星分布。土壤中全磷元素含量 0.21～2.48 g/kg，平均 0.83 g/kg，由山区—山前含量等级为很丰—丰，至平原过度地带含量逐渐减少，至大新寨以南土壤中全磷元素含量等级为稍缺 —缺。土壤中全钾元素含量 9.30～27.60 g/kg，平均 19.24 g/kg，在茨榆山乡以北等级为很丰—丰，在大新寨插旗梁以南为适中—丰等级。整体而言，土壤养分综合等级在朱杖子乡以北为三等，双山子镇至大新寨插旗梁块段一等至三等均有分布，其他地段土壤养分综合等级为四等。
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注：由于数据量较多，本次仅列出抚宁区计算结果。
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图3 研究区浅层土壤元素空间分布图
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a—全氮；b—全磷；c—全钾；d—养分综合
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3.2 土壤有机质与速效态元素垂向空间分布特征
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为了更具体地研究土壤养分有机质及速效态元素的垂向变化规律与差异性特征，选定13个典型剖面进行其养分的垂直分布分析，其中玉米地垂向 4 组样品，花生地垂向 4 组样品，果园用地垂向 3 组样品，林草地2组样品，测定结果见表4。
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表层土壤有机质：玉米地含量变化区间 10.70～20.70 g/kg，平均 14.98g/kg；花生地含量变化区间 8.70～11. 00 g/kg，平均 9.50 g/kg；果园用地含量变化区间 9.40～12.90 g/kg，平均 11.60 g/kg，可以明显看出平均含量：林草地＞玉米地＞果园＞ 花生地。
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表层土壤碱解氮：玉米地含量变化区间 74.40～260. 00 mg/kg，平均125.95 mg/kg；花生地含量变化区间66.70～89.30 mg/kg，平均76.23 mg/kg； 果园用地含量变化区间 53.90～95. 00 mg/kg，平均 76.17 mg/kg，可以看出平均含量：玉米地＞花生地 ＞果园。
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表层土壤速效钾：玉米地含量变化区间 46.40～75.10 mg/kg，平均63. 03 mg/kg；花生地含量变化区间 27. 00～124. 00 mg/kg，平均 73.35 mg/kg； 果园用地含量变化区间 55.40～75. 00 mg/kg，平均 63.90 mg/kg，可以看出平均含量：花生地＞果园＞ 玉米地。
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表层土壤速效磷：玉米地速含量变化区间 23. 00～308.20 mg/kg，平均116.18 mg/kg；花生地含量变化区间25.30～212.60 mg/kg，平均98.38 mg/kg； 果园用地含量变化区间 5.70～96.20 mg/kg，平均 52.53 mg/kg，可以明显看出平均含量排序为：玉米地＞花生地＞果园。
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通过对以上数据，将不同土地利用方式的土壤深层（20~40 cm）与浅层（0~20 cm）土壤养分速效态含量取平均值，得到不同土地利用方式的土壤有机质及速效态含量垂向减少量（表5）。
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从上述分析结果可见，农业用地土壤有机质、碱解氮、速效磷等的垂直分布特征表现为表层较高 （有机质含量8.70～20.70 g/kg，碱解氮含量53.90～260. 00 mg/kg，速效磷含量 5.70～308.20 mg/kg，速效钾含量27. 00～124. 00 mg/kg），向下急剧减少，有机质含量平均降低 5.95 g/kg，碱解氮含量平均降低6 2.95 mg/kg，速效钾含量平均降低 23.68 mg/kg，速效磷含量平均降低85.54 mg/kg，土壤养分综合指标平均降低0.87；林草地则不同，除有机质外，垂向差异相对农田土壤小得多，碱解氮含量平均降低 12.10 mg/kg，速效钾含量平均降低 10.60 mg/kg，速效磷含量平均降低 9.65 mg/kg，有机质含量平均降低8. 00 g/kg，土壤养分综合指标平均降低0.40。
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整体而言，无论是农用地还是林草地，有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量均表现为表层向下降低，农用地养分综合指标垂向减少量为林草地的 2.18 倍。农用地养分指标垂向上减少量表现为有机质>速效磷>碱解氮>速效钾，林草地垂向上减少量表现为有机质>碱解氮>速效钾>速效磷。
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3.3 不同土地利用方式的土壤养分垂向空间分布特征
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本次根据地形地貌、农作物种植种类及规模，将本次调查取样剖面土地利用方式以 64号及 99号样品为界分为山区生态用地、平原农业用地及沿海工业用地。不同土地利用方式下的土壤养分状况如表6及图4所示。土壤有机质含量的分布趋势为沿海工业用地（16.96 g/kg）>山区生态用地（13. 01 g/kg）>平原农业用地（12.86 g/kg）。这是由于沿海工业用地及山区生态用地多为林地及草地，其覆盖作用防止了土壤肥沃表层的侵蚀及土壤中可溶养分的流失，有较为丰富的枯枝落叶物来源（于连海等，2018）；同时林草生长活动与林草下土壤微生物共同作用，增加了土壤养分储量，并促进了养分库中难溶的无效态养分向有效态转化，结果提高了有机质含量，并使土壤的代换能力增强（Boruvka et al.， 2005；朱永青等，2020）。碱解氮、速效磷和速效钾等养分含量则表现为平原农业用地（90.36 mg/kg， 98.63 mg/kg，101.78 mg/kg）>沿海工业用地（88.32 mg/kg，11.64 mg/kg，79.66 mg/kg）>山区生态用地 （84.90 mg/kg，72.22 mg/kg，79.54 mg/kg），这是人工施肥的结果。但是整体而言，养分综合指标山区生态用地（2.98）>平原农业用地（2.26）>沿海工业用地（2.24）。
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4 结论及建议
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通过对秦皇岛市山区至沿海一线105份土壤样品中的全氮、全磷、全钾、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等值进行统计分析，评价了土壤养分综合等级，分析了土壤元素空间分布特征，取得以下结论：
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（1）秦皇岛山区至沿海一线，浅层土壤全氮含量 0. 07～2.63 g/kg，平均 0.83 g/kg；全磷含量 0.21～2.48 g/kg，平均 0.83 g/kg；全钾含量 9.30～27.60 g/kg，平均 19.24 g/kg；浅层土壤养分综合等级在朱杖子乡以北为三等，双山子镇至大新寨插旗梁块段一等至三等均有分布，其他地段为四等。整体来看，土壤养分综合指标具有一定的规律，林草地大于农用地，山区生态用地>平原农业用地>沿海工业用地。
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（2）秦皇岛山区至沿海一线，无论是农用地还是林草地，有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量均表现为表层向下降低，农用地养分综合指标垂向减少量为林草地的 2.18 倍。农用地养分指标垂向上减少量表现为有机质>速效磷>碱解氮>速效钾，林草地垂向上减少量表现为有机质>碱解氮>速效钾>速效磷。
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土壤有机质含量的分布趋势为沿海工业用地 （16.96 g/kg）>山区生态用地（13. 01 g/kg）>平原农业用地（12.86 g/kg）。碱解氮、速效磷和速效钾等养分含量则表现为平原农业用地（90.36 mg/kg，98.63 mg/kg，101.78 mg/kg）>沿海工业用地（88.32 mg/kg， 11.64 mg/kg，79.66 mg/kg）>山区生态用地（84.90 mg/kg，72.22 mg/kg，79.54 mg/kg），这是人工施肥的结果。
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（3）土地利用方式及其人为因素对土壤肥力有较大影响，改善区域土壤肥力状况，应结合区域土壤养分的现状，控制土壤养分的片面消耗与过剩补充，注意氮磷钾等肥料的配比，增加肥料的利用率，从而提高土壤的农业生产潜力和经济效益。
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图4 秦皇岛山区至沿海面综合土壤地球化学剖面图
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a—高程；b—有机质含量变化曲线；c—碱解氮含量变化曲线；d—速效磷含量变化曲线；e—速效钾含量变化曲线
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1—长城系；2—晚侏罗世中细粒碱性花岗岩；3—中侏罗世中细粒石英二长闪长岩、石英闪长岩；4—新太古代山海关变质花岗岩；5—新太古代柳各庄变质石英闪长岩；6—新太古代朱杖子岩群；7—新太古代鸡冠山片麻岩；8—新太古代秋花峪片麻岩；9—新太古代遵化岩群；10—新太古代滦县岩群；11—中太古代龙新庄片麻岩；12—浅层土样采集点及编号
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致谢 项目开展过程中二级项目单位中国地质调查局天津地质调查中心的王福、姜兴钰等人给与了悉心指导，对此表示真诚的感谢。
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注释
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① 秦皇岛市水利局，河北省唐秦水文水资源勘测局.2012. 秦皇岛市水文手册[R]. 唐山：地矿部河北地勘局测绘院.
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参考文献
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摘要
通过对秦皇岛山区—平原—沿海一线土壤元素采样与化验分析，研究沿线土壤养分元素的空间分布特征。基于沿线105个采样点，分析了土壤养分的空间地球化学特征。结果表明：土壤养分综合等级在朱杖子乡以北为三等，双山子镇—大新寨插旗梁块段一等至三等均有分布，其他地段为四等。土壤养分综合指标林草地>农用地，养分综合指标山区生态用地>平原农业用地>沿海工业用地。本研究建立了秦皇岛山区至沿海的山区生态用地、山前农业用地、沿海工业用地3种不同土地利用类型的综合土壤地球化学剖面，可为秦皇岛地区农业绿色发展提供科学依据。
Abstract
Through the sampling and analysis of soil elements from mountainous to plain to coastal areas of Qinhuangdao， the spatial distribution characteristics of soil nutrient elements along the route were studied. Based on 105 sampling points along the route， the spatial geochemical characteristics of soil nutrients were analyzed. The results showed that the comprehensive grade of soil nutrients was the third grade in the north of Zhuzhangzi Town， the first to third grade in the section from Shuangshanzi Town to Daxinzhaichaqiliang area， and the fourth grade in other lots. The comprehensive soil nutrient index forest and grassland was larger than agricultural land， and the comprehensive nutrient index was sorted as mountain ecological land， plain agricultural land， coastal industrial land. This research work established a comprehensive soil geochemical profile of three different land use types， including mountainous ecological land， piedmont agricultural land and coastal industrial land， from the mountainous area to the coastal area of Qinhuangdao， which provided scientific basis for the green development of agriculture in Qinhuangdao.
