0 引言

土壤养分指植物所必需的，主要由土壤来提供的营养元素。土壤养分丰缺程度及供应能力直接影响作物的生长发育和产量（刘冰权等，2022）。了解土壤养分元素的地球化学特征，客观分析土壤的养分水平、养分的空间分布规律，正确定位土壤的肥力水平，对于提出合理的施肥建议，充分发挥土壤的潜力无疑是十分重要的（张妍等，2018）。门源县开展了较多测土配方、施肥实验等工作，为农作物高产奠定了基础，但研究范围较小，代表性不足，未结合土壤自身养分特征指导施肥工作，造成部分地区施肥过量或过少，导致肥料浪费或养分不足，对土壤和农作物带来不利影响（刘国栋等，2008；晁旭等，2018）。本文根据门源县中部最新1∶5万土地质量地球化学调查成果，分析该地区土壤养分地球化学特征，划分其等级，评价土壤养分现状，为土地利用规划和特色农牧业发展提供科学依据。

1 研究区概况

研究区地处青海省海北州门源县中部，属浩门镇、泉口镇、东川镇、阴田乡、北山乡、麻莲乡、西滩乡 7 个行政乡镇管辖区。该区为门源县主要农耕区，县、乡、村级公路十分便利，范围为：东经 101° 33′44″~101°59′18″，北纬 37°12′42″~37°29′12″，面积 670 km²，大地构造位置于祁秦昆大地构造分区（图1a），区内出露有奥陶系阴沟群、志留系肮脏沟组、侏罗系窑街组、新近系疏勒河组、第四系洪冲积、风积和冲积等（图1b）。土壤类型有高山寒漠土、高山草甸土、山地草甸土、黑钙土、栗钙土。土地利用类型以耕地、林地、草地为主（图2）。研究区位于门源盆地东部，西北部为山前倾斜平原，东北部为低山丘陵，南部靠达坂山脑山区，北部至冷龙岭前缘，大通河自西向东贯穿研究区，海拔为 2500～4500 m，气候冷凉，无绝对无霜期。农作物以种植油菜、青稞等为主。

2 样品采集与测试方法

2.1 样品采集

表层土壤样品采用网格加图斑的原则进行采集（付嵩等，2018）。网格布设保障样品空间上相对均匀（图3），图斑布设保障土壤样品点主要分布在农用地或网格中主要土地利用类型上（李佳等， 2019），本研究在耕地区土壤样品基本采样密度为9 个点/km²，林地、草地区土壤样品基本采样密度为 4 个点/km²，采样时以 GPS 定位点为中心，采用“X”形采集分样点，分样点都在同一地块内采集，分样点点位距离为 20~50 m，4~6个子样等份组合成 1件混合样（姜华等，2020），采样深度 0~20 cm，混合拣出植物根系、秸秆、石块、虫体后装入样品袋（侯拓等， 2021）。采集的土壤样品晾晒在样品架上，单独干燥，避免阳光直射，保持阴干（陈彪和吴含志， 2021），在样品干燥过程中经常揉搓，以免胶结。干燥后的样品在加工前用木槌轻轻敲打，使土壤、底泥样品恢复至自然粒级状态，3972件土壤样品全部过 2 mm（10目）尼龙筛后送样至青海省地质矿产测试应用中心进行分析测试。

2.2 样品测试

土壤样品分析测试由青海省地质矿产测试应用中心承担，按样品分析质量要求及监控办法按中国地质调查局地质调查技术标准《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）要求执行，分析方法、检出限、报出率及重复性检验合格率均达到该规范要求（代启先，2021），具体见表1，测试数据全部通过青海省地质矿产勘查开发局组织的专项验收，满足土地质量地球化学评价要求。

1 —第四系现代冲积；2—第四系风积物、风成黄土；3—第四系洪冲积物；4—新近系疏勒河组砂岩、粉砂岩夹砾岩和泥岩；5—侏罗系窑街组砂岩、粉砂岩夹煤层；6—志留系肮脏沟组砂岩、粉砂岩、板岩；7—奥陶系阴沟群玄武岩、安山岩、凝灰质砂岩

2.3 数据处理

门源县中部地区土壤养分地球化学等级的划分以二调图斑为最小空间评价单位，当评价图斑中有一个数据时，该实测数据即为该评价图斑的数据，不考虑评价图斑内由插值形成的其他数据；当评价图斑内有 2 个以上实测数据时，用实测数据的平均值对评价图斑进行赋值，不考虑该图斑内由插值形成的其他数据；当图斑内没有测试数据时，选用图斑插值法获得每个图斑的相应评价数据；当一个图斑中两个测试数据差别大时，不进行数据平均，通过原始数据点进行插值图斑进行插值（刘亮等，2020；杨帆等，2020）。整个评价过程基于 ArcGIS 10.2 平台开展，按《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）要求，通过中国地质调查局发展研究中心研发的“土地质量地球化学调查与评价数据管理与应用子系统”软件来完成具体土壤养分评价工作（刘国栋等，2020；赵秀芳等，2020）。

3 土壤养分地球化学评价

土壤养分元素包括土壤中大量养分元素及微量养分元素，均对作物生长、成熟、品质有着重要影响，同时土壤 pH也是影响土壤肥力、土壤理化性质的一个重要指标，因此从土壤大量养分元素、微量养分元素及土壤酸碱度来评价研究区表层土壤养分地球化学等级，进而评价土壤养分综合等级（范薇等，2019；刘庆宇等，2022）。

3.1 土壤有机质、氮、磷、钾等大量养分元素地球化学等级评价

土壤大量养分元素与指标包括有机质、氮（N） 全量、磷（P）全量、钾（K）全量、碱解氮、速效磷、速效钾这7项元素指标按《土地质量地球化学评价规范》 （DZ/T 0295-2016）（表2），将研究区地区土壤划分为五级（表3），各元素指标分级图见图4。

（1）有机质

研究区有机质含量的变化范围较大，为 3.33~227.6 g/kg，平均值为 52. 07 g/kg。一等土壤面积占总面积的 74.14%，土壤中有机质非常丰富；二等、三等土壤面积占总面积的 24.7%，主要分布在大通河两侧；四等、五等土壤面积占总面积的 0.47%，主要在中麻莲北部和阴田乡零星分布。

（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。研究区全氮含量为 0.14~9.97 g/kg 不等，平均值为 2.73 g/kg。土壤全氮量分布规律明显，研究区南部达坂山地区、北部冷龙岭前缘一带和门源县城周边大面积耕地区，土壤全氮含量丰富，为一级或二级土壤，占总面积的 96.1%；东川镇—泉口镇一带黄土覆盖低山丘陵区和大通河河谷冲积平原区土壤全氮含量较低，呈中等、稍缺乏和缺乏的三等、四等、五等土壤，占面积的6. 07%。

（3）碱解氮

碱解氮的含量和有机质含量及质量有关，有机质含量高、熟化程度高，碱解氮含量也高，反之亦然。碱解氮含量作为植物氮素营养较无机氮有更好的相关性，所以常将其作为土壤氮素有效性的指标。碱解氮含量从 25. 06 mg/kg~730.25 mg/kg 不等，平均值为 200.58 mg/kg。碱解氮和全氮态势基本一致，一等土壤面积占总面积的 78.37%，二等、三等土壤面积占总面积的 19.75%，主要沿大通河两侧、泉口镇—东川镇一带分布；四等、五等土壤面积占总面积的1.88%，区内零星分布，面积较少。

（4）全磷

磷是作物生产、生理活动的重要营养元素，土壤中磷素营养状况影响作物产量和品质，维持土壤一定磷水平是作物高产优质的基础。研究区土壤全磷的含量范围为 0.470~4.787 g/kg，平均值为1.04 g/kg。研究区土壤全磷含量十分丰富，其分布趋势较复杂，其中土壤全磷含量丰富的一等、二等土壤面积约占研究区的 95.51%，主要分布于门源盆地边缘达坂山和冷龙岭前缘地带；磷含量中等、较缺乏和缺乏的三级和四级土壤零星分布于大通河河谷区及部分洪冲积扇沟口附近，占总面积的 4.49%，研究区无五级缺乏土壤。

（5）速效磷

研究区土壤速效磷的含量范围为 0. 048~549.84 mg/kg，平均值为22.72 mg/kg。一等、二等土壤面积占总面积的 44.73%，主要在门源县浩门镇北部北山乡、大沟脑南部、泉口镇北部腰巴槽—石沟一带，呈面状分布，区内三等土壤面积占比最高，占总面积的 46.29%，主要分布于北山乡北部、西滩乡、瓜拉煤矿、毛湖湾地区；四等、五等土壤面积占总面积的 8.98%，零星分布于研究区。速效磷主要与吸附有关的土壤粒度、CEC（土壤阳离子交换量）等有关，黏粒含量越高，吸附作用越强，则速效磷含量越高，故一等、二等土壤主要集中于土壤粒度较细的耕地区。

（6）全钾

研究区全钾含量范围为 19~35.7 g/kg，平均值为 26.57 g/kg。研究区土壤全钾含量丰富，大部分地区为一、二等土壤，面积约占总面积的 99.95%； 三等中等零星分布于东部措龙滩地区，占总面积的 0. 05%，面积偏小，研究区无四等较缺乏和五等缺乏土壤。

（7）速效钾

当季作物的钾营养水平主要决定于土壤速效钾的含量，速效钾其含量受耕作、施肥等影响，研究区内土壤速效钾含量范围为8.54~3331.5 mg/kg，平均值为 208.8 mg/kg。区内土壤速效钾含量非常丰富，其中土壤速效钾含量丰富的一等、二等土壤面积占总面积的 79. 09%，一等、二等土壤广泛分布于研究区且不均匀，三等土壤面积占总面积的 17.79%，主要分布于浩门镇西部、麻莲乡南部、泉口镇中部一带；较为缺乏和缺乏的四等和五等土壤沿大通河两侧零星分布，占总面积的3. 06%。

土壤大量养分元素有机质、全氮、全磷、全钾在研究区内均以一等丰富、二等较丰富为主，在林地和草地土地利用类型、草甸土—黑钙土分布区、中高山区均呈现高含量分布，研究区平均海拔3000 m 以上，气候冷凉，有机质分解速度较慢，在土壤中有一定的累积。因此研究区内土壤大量养分元素与地貌环境、土壤类型及土地利用类型密切相关。

3.2 土壤锰、硼、钼等微量养分元素地球化学等级评价

锰、硼、钼、锌、铜、钴、钒、锗等元素作为农作物必需的微量养分元素，在土壤中含量很低，这些元素的含量范围一般为十万分之几到百万分之几，有的甚至少于百万分之一。土壤中微量元素主要来源于成土母质、大气中的各种沉降物、火山烟尘，施肥也向土壤输入了一定量的微量元素（谢佰承等，2007）。

以《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）中“国家—省级/省—区级土地质量评价钙、镁、硫等养分等级划分标准”作为分级标准（表4），将研究区土壤划分为五等（表5、图5）（雍太健等， 2020）。考虑到土壤中锰、锌、铜、硼、钼等微量元素过量时会对农作物生长和土地质量产生危害，给出了这些元素的上限值，但在研究区均未达到上限值。

（1）锰

研究区内土壤中锰含量范围为248~1306 mg/kg，平均值为 752.8 mg/kg。区内土壤中锰含量总体表现良好，以一等、二等含锰丰富—较丰富土壤为主，占总面积的 99.13%，在研究区广泛分布；三等、四等、五等含锰中等、缺乏、较缺乏土壤在区内分布较少，占总面积的 1.77%，主要分布于大沟脑北、东川镇南部及阴田乡附近；研究区内无锰含量超限土壤分布。

（2）硼

研究区内土壤中硼元素含量范围为25~120 mg/kg，元素含量范围大，均值为 61.76 mg/kg，总体表现较好，无超限。土壤中硼含量以一等、二等为主，占比 87.63%，广泛分布于研究区；三等、四等土壤面积占总面积的 12.35%，在研究区内沿大通河两侧分布； 五等含硼缺乏土壤在研究区零星分布，占总面积的 0. 02%。

（3）钼

研究区内土壤中钼元素含量范围为0.25 mg/kg~1.86 mg/kg，均值为0.81 mg/kg。土壤中钼含量总体表现良好，以一等、二等含钼较丰富—丰富土壤为主，占总面积的 91.5%，在区内广泛分布；三等、四等、五等含钼中等—缺乏区主要在浩门镇以西及大通河两侧分布，占总面积的8.5%。

（4）铜

研究区土壤中铜含量范围为15.7~80 mg/kg，平均值为 28.36 mg/kg。研究区内铜含量一等丰富和二等较丰富土壤广泛分布于研究区，总体呈北高南低的特征，占总面积的 93.21%；三等含铜中等土壤占总面积的 5.67%，分布于大通河南侧的瓜拉村、红垭豁和阴田乡一带；四等、五等含铜缺乏、较缺乏土壤在研究区内零星分布，占总面积的 0.89%；研究区内沿大通河两侧有少量铜含量超限土壤，占总面积的 0.23%，主要分布在麻莲乡附件的大通河两侧，以及三岔沟北部。

（5）锌

研究区内土壤中锌含量范围为 36.3~126.45 mg/kg，平均值为 81. 01 mg/kg。研究区内土壤中锌含量总体表现良好，一等、二等土壤占总面积的 91.72%，一等锌含量丰富土壤主要分布在南部达坂山地区、北部冷龙岭前缘一带，占总面积的 55.85%；二等锌含量较丰富土壤主要分布于大通河两侧河谷平原区，占总面积的 35.87%；三等、四等、五等锌含量中等—缺乏土壤分布于区内大通河两侧和麻莲乡至东川镇地区；区内无锌含量超限土壤分布。

（6）钴

研究区内土壤钴元素含量范围为 7.99~23.6 mg/kg，均值为 14.28 mg/kg。一等、二等土壤面积占总面积的 91.1%，一等土壤主要分布于研究区南部和北部山前倾斜平原地带，二等土壤主要在研究区中部和东部地区；三等、四等土壤主要分布于大通河南侧和研究区东部措龙滩一带，占总面积的 8.87%；五等土壤在区内面积较少，集中分布在下阴田乡，呈面状分布。

（7）钒

研究区内土壤钒元素含量范围为48~130 mg/kg，均值为94.7 mg/kg，元素含量范围较大，空间分布趋势与钴元素基本一致。区内主要以一等、二等土壤为主，占比为 93.23%，一等土壤主要分布于研究区南部和北部山前倾斜平原地带，二等土壤主要在研究区中部和东部地区；三等、四等土壤主要分布于大通河南侧，占总面积的 6.68%；五等土壤占总面积的 0. 09%，主要分布在研究区东部措龙滩、大沟脑一带。

（8）锗

研究区土壤中锗元素含量范围为 0.74~1.97 mg/kg，均值为 1.35 mg/kg。区内土壤中锗以三等土壤为主，占比 26.41%，零散分布在研究区；一等、二等土壤主要分布在研究区西北部金巴台二队—西滩乡一带，占总面积的 35.18%；四等、五等土壤面积占总面积的 38.41%，主要分布于研究区南部，在瓜拉煤矿—毛胡湾，以及泉口镇—东川镇以北一带，呈面状分布。

土壤微量元素锰、硼、钼、锌、铜、钴、钒等均以一等、二等土壤为主，仅锗元素以三等土壤为主，门源县地区火山岩分布广泛，中基性与中酸性火山岩都有，但以玄武岩为主，奥陶纪阴沟海相火山洼地玄武岩组合为浅海沉积环境，反映了研究区内中基性火山岩建造的存在及土壤对岩石地层及土壤母质地球化学继承性。

3.3 土壤pH地球化学等级评价

由于 pH 值的高低影响作物对有害元素的吸收，按《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）土壤 pH 分级标准（刘国栋等，2017），将研究区土壤划分为五级（表6）。

从表中可以看出，研究区土壤从酸性—强碱性均有分布，pH 值含量范围为 5.77~9.49，均值为 8. 0，以中性—碱性为主，其中中性占研究区总面积的 21.8%，分布在达坂山中高山区和冷龙岭前缘，碱性占研究区总面积的 72.2%，酸性及强碱性土壤仅占研究区面积的 6%，研究区内无强酸性土壤。研究区内降水量较多，蒸发量适中，表层土壤整体呈偏碱性（图6）。

3.4 土壤养分地球化学综合等级

按《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295-2016）对研究区土壤养分地球化学综合评价等级进行划分。土壤养分地球化学综合等级含义与图示见公式（1）。

式（1）中，f _养综为土壤N、P、K评价总得分，1≤f _养综≤ 5；k_i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。五等、四等、三等、二等、一等所对应的 f_i得分分别为 1分、2分、3 分、4分、5分（董秋瑶等，2022）。

将研究区土壤养分地球化学等级划分为五级 （表7）。从表中及图7中可以看出，研究区土壤养分整体较丰富，其中土壤养分地球化学等级以一等、二等养分充足土壤为主，占 97.9%；三等、四等土壤面积偏小，主要在大通河河谷及达坂山脑山区零星分布，大通河两岸属于人口居住聚集地，两岸黏土含量低，耕作条件稍差，人为活动对土壤养分的流失起着重要影响（杜国强等，2022）；研究区无五等土壤。

4 结论

（1）研究区土壤中大量元素氮、磷、钾、有机质均以丰富、较丰富为主，速效成分中碱解氮以丰富为主、速效钾以较丰富—中等为主、速效磷以中等为主，土壤大量养分元素中等—缺乏主要分布在东川镇黄土丘陵区。研究区土壤养分整体较丰富，具备发展高原地区特色农业及优势牧业的良好基础条件。

（2）研究区土壤中微量元素锰、硼、钼、锌、铜、钴、钒均以丰富、较丰富为主，且分布趋势一致，仅在东川镇—措龙滩呈中等—较缺乏分布。锗在西北部山前倾斜平原区呈丰富—较丰富分布，其余地区锗呈中等—缺乏分布。

（3）研究区土壤酸碱度整体呈碱性，在达坂山山区以中性土壤为主，黄土丘陵及个别村庄附近土壤零星呈强碱性分布。

（4）门源中部地区整体养分充沛，土壤养分地球化学综合等级以一等、二等土壤占比 97.9%；三等、四等土壤占比 2.1%，主要在大通河河谷及达坂山脑山区零星分布，研究区内无五等土壤。

（5）虽然土壤中大量元素氮、钾和有机质等含量丰富，但速效磷和有效钾在研究区内耕地中仍存在养分中等土壤，且占比面积较大，为满足现代农业生产需要，并持续保持好本地区土壤养分，建议耕种阶段适量多施磷肥和钾肥。

致谢 门源地区土地质量地球化学调查工作得到了青海省地质调查局、青海省地质矿产勘查开发局等单位的指导和支持，在综合研究过程中得到了青海省第五地质勘查院苗国文高级工程师和姬丙艳高级工程师的悉心指导；匿名审稿专家对文章内容提出了宝贵的意见和建议，对论文的修改完善有很大帮助，在此一并表示感谢。

参考文献