新疆温宿县果园土壤微量元素含量及有效性评价

吴湘琳，严晶，窦晓静，赖宁，付彦博，陈署晃，王新勇，王治国

(新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091)

新疆温宿县果园土壤微量元素含量及有效性评价

吴湘琳，严晶，窦晓静，赖宁，付彦博，陈署晃，王新勇，王治国

(新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091)

【目的】测定新疆南部温宿县果园土壤微量元素Cu、Fe、Zn、Mn和B的有效态含量，明确该区域微量元素分布状况，研究土壤有效态微量元素含量与土壤有机质含量、pH之间的相关性，并进行土壤有效性评价。【方法】2015年通过对温宿县5.33×104hm2(80万亩)林果进行取样调查，根据林果分布、树龄及土壤特征在1 300个样点中选取代表性140个样点，测定微量元素Cu、Fe、Zn、Mn和B的有效含量，并对该区的土壤微量元素的有效性进行评价。【结果】温宿县果园土壤微量元素中，有效Cu、Fe、Zn、Mn和B的平均含量分别为1.5、12.0、2.2、4.9和0.9 mg/kg。有效Cu、Fe和Zn的含量丰富，有效B含量适中，有效Mn含量为极为缺乏。其中，土壤微量元素Cu、Fe、Mn和B属于中等变异，微量元素Zn属于强性变异。温宿县果园土壤有效Cu、Fe和Mn含量与有机质含量呈极显著正相关关系(P=0.000<0.01)，有效Cu含量与pH值呈极显著正相关关系(P=0.003<0.01)。根据土壤有效态微量元素评价指标，温宿县果园土壤中Cu、Fe和B含量极其丰富，Zn元素总体含量缺乏，Mn元素含量较为缺乏。有效态微量元素单因子有效性指数表明，温宿县果园土壤Cu、Zn和B的有效态含量高于临界值，土壤Fe和Mn的有效态含量均明显低于临界值，平均值排序依次为Cu>Zn>B>Fe>Mn。有效态微量元素综合性指数前五位的样区为：水稻农场(7.36)>恰格拉克乡(5.89)>阿热勒镇(5.78)>吉格代牧场(5.65)>吐木秀克镇(5.13)，综合性指数平均值为4.04。【结论】新疆南部温宿县果园土壤微量元素Cu、Fe和B的含量丰富，Zn、Mn元素含量较为缺乏，因地制宜的使用含Zn、Mn的肥料进行施肥。

土壤；微量元素；有效性评价

0 引 言

【研究意义】土壤微量元素的含量分布反映了特定地区环境状况的一个重要侧面，是表征土壤质量的重要因子。微量元素是植物体内维生素、酶类和生长激素等的重要组成成分，直接参与有机体的代谢活动，对植物的生长发育具有十分重要的作用[1]。土壤微量元素是土壤肥力必不可少的组成要素[2]，微量元素肥料也越来越多地受到重视。当土壤供给不足时，植物生长所必需的铁、锰、锌、铜等微量元素主要靠土壤和施肥供给[3]。近年来，随着测土配方施肥技术的不断推广，微量元素肥料也越来越多地受到重视[4]。【前人研究进展】国内外的许多学者对土壤微量元素含量进行了分析，安玉亭等[1]发现贵州省普定县喀斯特山地Fe含量最高，Mo含量最低，其中有效态微量元素的表聚效应明显。程红艳等[3]通过对临汾市39个农业土壤样品有效态微量元素铜、锌、铁、锰的含量测定，分析该区微量元素分布特点，且就土壤微量元素有效性进行评价，制定合理施用微肥方案，为提高农作物产量、质量提供科学依据。巩万合和董国政等[4, 5]通过研究土壤有效态含量，得出土壤pH、有机碳对土壤微量元素的有效性有重要影响。张晓霞等[6]通过实地调查采样于室内分析相结合，得出不同地形条件下，土壤有机质含量以及成土母质决定着土壤有效态微量元素含量及分布差异。在新疆，董国涛等[2]选定新疆天山北坡三工河流域为研究区，基于GIS技术手段研究空间变异特征，发现该区土壤微量元素呈现出明显的片状和斑块状分布特点，有效B含量较高,有效Cu、Fe、Zn和Mn的含量均较低。李海峰等[7]研究发现，在塔里木盆地南缘策勒绿洲，内部农田土壤微量元素有效性最高，新垦农田最低，且农田土壤微量元素有效性与土壤有机质存在显著的正相关关系。【本研究切入点】以新疆南部阿克苏温宿县研究靶区，重点分析17个样区(140个采样点)土壤微量元素Cu、Fe、Zn、Mn和B的含量，同时评价土壤中5种微量元素的有效性。【拟解决的关键问题】研究不同类型林分土壤中Cu、Fe、Zn、Mn和B等5种微量元素含量及有效性，分析土壤有机质含量pH值与微量元素含量之间的关系，为土壤微肥的合理施用提供科学依据，以实现优质、高效农业的持续发展。

1 材料与方法

1.1 材 料

温宿县(40°52～42°15′N，79°28′～81°30′)地处新疆南部、阿克苏地区北部，中纬度欧亚大陆腹地。属暖温带荒漠干旱气候，年均气温10.1℃，年均降水量65.4 mm，年均无霜期185 d。2015年，在宿县县周边选定15个样区(乡镇)，每个区分根据林果面积分布和土壤类型进行样点布设，共布设1 300多个样点，同时各采样点均经GPS准确定位，最终选取140个具有代表性样点进行重金属样品采集测定。每个样地采用多点取样混合一个代表样，在每个样地中分别取土壤层0～20 cm的土壤0.5 kg，共140份。将土壤样品烘干后粉碎，过孔径筛(2 mm)，称取8.0 g土壤样品，用HCl+ HNO3+HF +HClO4(40+20+20+6 mL)全消毒法消毒[8]，定容至100 mL做保存。表1

表1 样品信息
Table 1 The information of samples

编号Code采样区Sampleareas样品数Number经度(°)Longitude纬度(°)LatitudepH值pHvalue1古勒阿瓦提乡1140.97～41.1280.54～80.697.232佳木镇2441.23～41.3680.34～80.647.303塔格拉克牧场441.31～41.3480.17～80.207.324十万亩生态园2141.34～41.4380.18～80.277.175恰格拉克乡741.23～41.2779.85～80.217.636阿热勒镇1241.15～41.2479.71～80.017.647水稻农场341.22～41.2880.11～80.157.198吐木秀克镇741.37～41.5379.82～80.107.359托乎拉乡941.28～41.3380.09～80.247.6510共青团农场341.1～41.2780.54～80.637.5011恰其力克牧241.17～41.1880.837.7412依希来木其1441.19～41.3180.39～80.467.5413克孜勒镇2141.07～41.2380.42～80.517.5514吉格代牧场141.2979.87.6315温宿镇141.3480.227.58

1.2 方 法

1.2.1 样品分析

土壤样品测定采用常规分析方法[9]。试验主要对温宿县果园土壤5种有效态铜、铁、锌、锰、硼(Cu、Fe、Zn、Mn和B)进行测定。其中，有效态Cu、Fe、Zn、Mn的含量需用DTPA浸提，采取原子吸收分光光度法；有效态B需用沸水浸提，采取甲亚胺比色法；土壤pH值采取1∶2.5 土水比—酸度计法；有机质测定采取重铬酸钾—浓硫酸油浴法。

1.2.2 土壤微量元素有效性评价

土壤微量元素有效性评价采用单项指数(Ei)和综合指数(Et)相结合的方法[7]，先计算各种微量元素有效性指数，再采用均根方法计算综合有效性指数，计算公式如下：

式中，Ai为实际测定的第i种土壤有效态微量元素含量，mg/kg；Ci为第i种土壤有效态微量元素密度的临界值，mg/kg；n为微量元素种类；Ei、Et分别是土壤有效态微量元素的单项指数和综合指数。

1.3 数据处理

实验数据使用Microsoft Excel 2007(Microsoft公司，美国)进行预处理，SPSS17.0(IBM公司，美国)进行单因素方差分析(One-way ANOVA)和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 有效态含量特征

研究表明，土壤中有效态Cu、Fe、Zn、Mn和B含量分别是(1.5±0.8)、(12.0±7.3)、(2.2±3.0)、(4.9±1.7)和(0.9±0.5) mg/kg。就比值(平均值/背景值)看，有效态Cu、Fe、Mn和B的值均接近1(0.31～1.27)，说明温宿县果园土壤微量元素(Cu、Fe、Mn和B)基本上未受到污染。有效态Zn的值为2.78，说明温宿县果园土壤微量元素Zn受到污染。土壤5种微量元素有效态含量变幅宽，离散度大，变异系数分布在34.62%～135.14%，特别是有效Zn的变异系数最大(135.14%)。按照变异系数大小分级，土壤微量元素Cu、Fe、Mn和B属于中等变异，微量元素Zn属于强性变异。Fe、Mn、Zn和B的峰度系数都大于0，Cu的峰度系数为-0.51，微量元素Cu、Mn和B的峰度值均接近0。Fe、Mn、Zn和B的偏度系数都大于0，Cu的偏度系数小于0(-0.62)，Cu、Fe、Mn和B的偏度值均接近0。表2

表2 土壤微量元素有效态含量
Table 2 The contents of available trace element in soils (mg/kg)

元素种类Tranceelements平均值±标准差Mean±SD变异系数CV(%)峰度Kurtosis偏度Skewness背景值[10]Backgroundvalues比值RatioCu1.5±0.855.86-0.51-0.621.181.27Fe12.0±7.360.454.651.7911.91.01Zn2.2±3.0135.1412.763.280.792.78Mn4.9±1.734.621.430.697.130.69B0.9±0.550.531.351.012.950.31

注：背景值为新疆土壤背景值，比值为平均值/背景值[10]

Note: It’s the Xinjiang soil background value, the ratio is average/ background values

2.2 相关性

经测算，温宿县果园土壤有机质含量处于0.4～27.5，pH值为7.48。5种有效态微量元素含量与pH值和有机质含量的相关分析结果表明，有效态Cu、Fe和Mn含量与有机质含量呈极显著正相关关系(P=0.000)，有效态Zn和B含量与有机质含量相关性不显著。有效态Cu含量与pH值呈极显著正相关关系，有效态Fe、Zn、Mn和B含量与pH值相关性不显著。说明土壤有机质影响了温宿县果园微量元素含量，pH值只影响了土壤有效态Cu的含量[11]。表3

表3 土壤有机质含量、pH值与土壤有效态微量元素的Pearson相关系数
Table 3 Pearson correlation coefficients between soil organic matters and available microelements

指标IndexCuFeZnMnB有机质 Organicmatter0.581**0.372**0.1330.451**0.430P值 Pvalue0.0000.0000.1170.0000.000pH值 pHvalue0.251**0.1490.1020.1600.134P值 Pvalue0.0030.0780.2300.0590.116

注：**极显著性相关P≤0.01；*显著性相关P≤0.05

Note: The sign**indicates differences at significant level ofP≤0.01, and*withP≤0.05

2.3 有效态分级评价

根据中国科学院微量元素组的土壤有效态微量元素评价指标，将温宿县果园土壤微量元素的有效态含量分为极缺(极低)、缺(低)、适中(中)、丰富(高)极丰富(极高)等5个等级[12-14]。有效态Cu主要分布在丰富级，出现频率为42.86%，且极丰富出现频率也分别达到了29.29%；有效态Fe主要分布在丰富级，出现频率为42.86%，且适中、极丰富出现频率也分别达到了26.43%和24.26%；有效态Zn主要分布在缺、适中级，出现频率分别为为38.57%和28.57%；有效态Mn主要分布在极缺和缺级，出现频率分别为55.00%和43.67%；有效态B主要分布在适中、丰富级，出现频率分别为54.29%和27.14%。由临界值得出超标率，发现元素的超标率较大(>75%)，Zn的超标率中等(52.1%)，Mn元素的超标率仅为1.4%。这表明温宿县果园元素Cu、Fe和B含量极其丰富，Zn元素总体含量缺乏，Mn元素含量极为缺乏。表4

表4 土壤微量元素有效态含量分级与各级出现频率
Table 4 Available contents of soil trace elements and percentage of every gradation

元素种类TranceElement参数Parameter含量分级 Gradations(mg/kg)极低Verylow低Low中Middle高High极高Veryhigh临界值Threshold超标率Excessiverate(%)Cu标准≤0.10.1～0.2>0.2～1.0>1.0～1.8>1.8频率7.148.5712.1442.8629.290.284.3Fe标准≤5.05.0～7.0>7.0～10>10.0～15>15.0频率12.149.2926.4342.8624.267.079.3Zn标准≤0.50.5～1.0>1.0～2.0>2.0～5.0>5.0频率9.2938.5728.5712.8610.711.052.1Mn标准≤5.05.0～10>10.0～20>20.0～30>30.0频率55.0043.571.430.000.0010.01.4B标准≤0.250.25～0.5>0.5～1.0>1.0～2.0>2.0频率2.8612.8654.2927.142.860.584.3

温宿县果园5种有效态微量元素有效性指数值(Ei)及综合性指数值(Et)，研究表明，15个样区的土壤Cu、Zn和B的有效态含量均高于临界值(编号4、10和11的有效态Zn低于临界值)，有效性指数相对其他元素较高。土壤Fe和Mn的有效态含量均明显低于临界值，说明温宿县果园上述两种有效态微量元素含量较低。5种土壤微量元素有效性指数平均值排序依次为Cu>Zn>B>Fe>Mn，土壤微量元素Fe和Mn的有效性指数值也明显低于临界值。温宿土壤微量元素有效性综合指数以水稻农场(编号7)为最高，十万亩生态园(编号4)最低，综合性指数位于前五位的样区为：水稻农场(7.36，编号7)>恰格拉克乡(5.89，编号5)>阿热勒镇(5.78，编号6)>吉格代牧场(5.65，编号14)>吐木秀克镇(5.13，编号8)，综合性指数平均值为4.04。表5

表5 土壤微量元素有效性指数
Table 5 Available indices for soil trace elements

编号Code有效性指数(Ei) AvailableindexCuFeZnMnB综合性指数(Et)Integratedavailabilityindex18.641.791.760.531.904.1226.521.311.530.401.553.1332.380.903.530.491.092.0240.950.720.690.341.150.82511.793.044.390.592.455.89610.753.355.560.483.005.78714.173.746.070.484.357.36810.862.271.370.882.485.1398.281.882.280.541.624.00108.831.950.800.552.364.20113.501.080.850.461.891.89126.931.352.920.542.023.54138.951.601.050.521.854.181410.002.577.200.431.095.65152.001.515.700.671.372.87平均值Mean7.641.943.050.532.014.04

3 讨 论

3.1 温宿县果园土壤微量元素含量特征

土壤中有效态Cu、Fe、Mn和B的比值均接近1(0.31～1.27)，有效态Zn比值为2.78；变异系数(Cv)可以粗略估计变量的变异程度：弱变异性，Cv<10%；中等变异性，10%≤Cv<100%；强变异性，Cv≥100%。可见，除了有效态Zn属于强性变异，土壤微量元素Cu、Fe、Mn和B有效含量的变异性均属中等程度[2]；峰度系数是统计数据分布陡峭程度的度量，偏度系数表示偏移正态分布的参数，峰度、偏度值等于或者接近0，数据服从正态分布，频数分布越对称[15]，由峰度值和偏度值可得到有效态Cu、Fe、Mn和B的数据符合或接近正态分布。说明温宿县果园土壤微量元素(Cu、Fe、Mn和B)基本上未受到污染，Zn元素受到污染。

3.2 土壤有机质、pH值对微量元素有效性的影响

土壤环境(有机质、pH值)影响着土壤微量元素的含量，土壤有机质含量较高时，有利于土壤微量元素的活化，土壤pH值影响土壤微量元素的存在形态和转化速率[1]。相关性分析可知，有效态Cu、Fe和M含量与有机质含量呈极显著正相关关系(P=0.000<0.01)，有效态Cu含量与pH值呈极显著正相关关系。说明土壤有机质的酸性基团(pH=7.48)可以活化土壤中的微量元素，从而形成可溶性的络合物，有机质含量的增加对提高有效态Cu、Fe和M含量具有一定的促进作用，增加其有效性。

3.3 微量元素有效态分级评价与养分管理

温宿县果园土壤中，Cu、Fe和B含量极其丰富，Zn元素总体含量也比较丰富，Mn元素含量较为缺乏。在王雪梅等[16]的研究可知，阿克苏地区微量元素都有缺乏现象，有效锌的缺素面积比为82.44%，有效锰的缺素面积比为71.30%，研究得出有效锌、锰含量缺乏，因此，需提出相应措施解决土壤缺素问题。微量元素Zn对植物基因表达、激素调节、生理代谢和膜系统结构与功能等过程起着综合作用的效果。高含量Zn条件下，非超积累植物生长受抑制，缺Zn条件则会导致果树器官生长发育受阻、抗逆性降低、光合作用降低、果品产量下降[8，17-18]。温宿县果园有效Zn含量属于丰富等级，但主要分布在缺等级(38.57%)和适中级(28.57%)，应适当补Zn，施ZnSO47H2O 30 kg/hm2或喷施 5.0 g/L 硫酸锌溶液[14,19]。因此，在施用有机肥的基础上，需要合理施用氮、磷、钾化肥，因地制宜施用微量元素肥料。在温宿县果园内适时适量增施富含Zn、Mn的肥料，能收到良好的增产效果。

4 结 论

4.1 根据有效态微量元素评价指标，温宿县果园土壤微量元素中有效铜、铁和锌平均含量分别为1.5、12.0和2.2 mg/kg，均属二级(丰富)水平；有效锰平均含量为4.9 mg/kg，属五级(极缺)水平；有效硼平均含量为0.9 mg/kg，属级三级(适中)水平。土壤微量元素Cu、Fe、Mn和B属于中等变异，微量元素Zn属于强性变异。

4.2 温宿县果园土壤有效Cu、Fe和Mn含量与有机质含量呈极显著正相关关系(P=0.000<0.01)，有效Cu含量与pH值呈极显著正相关关系(P=0.003<0.01)。

4.3 根据土壤有效态微量元素评价指标，温宿县果园元素Cu、Fe和B含量极其丰富(一、二、三级分布频率>80%)，Zn元素总体含量缺乏(四级分布频率为38.57%)，Mn元素含量较为缺乏(四、五级分布频率为98.57%)。

4.4 温宿县果园15个样区的土壤Cu、Zn和B的有效态含量均高于临界值(编号4、10和11的有效态Zn低于临界值，土壤Fe和Mn的有效态含量均明显低于临界值。5种土壤微量元素有效性指数平均值排序依次为Cu>Zn>B>Fe>Mn，温宿土壤微量元素有效性综合指数以水稻农场(编号7)为最高，十万亩生态园(编号4)最低，综合性指数位于前五位的样区为：水稻农场(7.36，编号7)>恰格拉克乡(5.89，编号5)>阿热勒镇(5.78，编号6)>吉格代牧场(5.65，编号14)>吐木秀克镇(5.13，编号8)，综合性指数平均值为4.04。

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Supported by:Supported by the transformation of scientific achievements projects of Xinjiang (201454122); Central Government Fiscal Forestry Science and Technology Extension "High quality and high yield fertilizer integration technology demonstration in dense planting red jujube gardens" and Special fund for water conservancy science and technology projects

WANG Zhi-guo(1980-), male, associate research fellow, masters degree, integration of water into fertilizer

Contents and Availability of Trace Elements in Orchard Soil in Wensu County of Xinjiang

WU Xiang-lin, YAN Jing, DOU Xiao-jing, LAI Ning, FU Yan-bo, CHEN Shu-huang, WANG Xin-yong, WANG Zhi-guo

(ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China)

【Objective】 By measuring effective state content of the trace elements Cu, Fe, Zn, Mn and B in orchard soils in Wensu County of Xinjiang, this project aims to make clear the trace elements distribution in this area and explore the correlation of effective state of soil trace element content, soil organic matter content and pH, and perfomr effectiveness evaluation of the soil. 【Method】In 2015 year, through the sample investigation of forest fruit in about 0.8 million mu area in Wensu County, 140 samples from 1,300 sample points were chosen according to the fruit distribution, tree-age and soil characteristics to determine the effective content of trace elements Cu, Fe, Zn, Mn and B, and also, the effectiveness evaluation of trace elements in this area was carried out. 【Result】The results showed that：the average contents of effective Cu, Fe, Zn, Mn and B were 1.5, 12.0, 2.2, 4.9 and 0.9 mg/kg in the orchard soil trace element of Wensu County. The content of effective Cu, Fe and Zn were rich, effective B was moderate, effective Mn was extremely scarce. Among them, the soil trace element Cu, Fe, Mn and B belonged to medium variation, trace element Zn belonged to strong variations. Orchard soil effective content of Cu, Fe and Mn were very significantly positively correlated with organic matter content (P= 0.000 < 0.01) in Wensu County. The content of effective Cu and pH value were of extremely significant positive correlation (P= 0.003 < 0.01). According to the evaluation index of soil effective trace element in the orchard soil of Wensu County, element contents Cu, Fe and B content were extremely rich, Zn and Mn contents were relatively poor. The single factor effectiveness index of available trace element showed that the orchard soil effective state contents Cu, Zn and B were higher than the critical value, Fe and Mn were significantly lower than the critical value, the average sequence was: Cu > Zn > B > Fe > Mn in Wensu County. The effective state trace element comprehensive index of the top five sample areas were as follows: Rice Farm (7.36) > Qiagelake Township (5.89) > Arele Town (5.78) > Gugedai Pasture (5.65) > Tumuxiuke Town (5.13). The average of comprehensive index was 4.04. 【Conclusion】To sum up, orchard soil trace elements Cu, Fe and B content are plentiful, Zn and Mn are relatively scarce, so, it is recommended that when applying fertilizer containing Zn and Mn should consider the local condition in the soil in this area.

soil; trace elements; effectiveness evaluation

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.03.017

2016-11-01

新疆维吾尔自治区科技成果转化专项“核桃优质高产高效生态安全技术集成与示范”(201454122)；中央财政林业科技推广“密植红枣园优质高产高效水肥一体化技术示范推广”；新疆水利科技项目专项(T 201624)

吴湘琳(1984-)，女，湖南人，助理研究员，硕士研究生，研究方向为农业资源环境，(E-mail)63757483@qq.com

王治国(1980-)，男，山东人，副研究员，硕士研究生，研究方向为水肥一体化，(E-mail)wangzhiguo214@126.com

S151.9

A

1001-4330(2017)03-0520-08