安徽省黟县农田耕层土壤中微量元素含量研究①

齐虹凌，元 野，刘世丰，程显明，陈 宇，付金龙，江昌玉，吴 举

(1 牡丹江师范学院，黑龙江牡丹江 157011；2牡丹江烟草科学研究所，黑龙江牡丹江 157011；3 哈尔滨烟叶公司宾县分公司，黑龙江宾县 150400；4 牡丹江烟叶公司勃利分公司，黑龙江勃利 154500；5 牡丹江烟叶公司宁安分公司，黑龙江宁安 157400)

中微量元素在植物的正常生长中起着非常重要的作用[1-2]。土壤中微量元素来源分为自然来源(如成土母质)和人为来源(如肥料施用)。土壤中微量元素的空间分布结构相似程度较小，呈斑块状特点，准确认识其空间分布情况有助于指导肥料的科学施用[3-6]。目前，主流的空间预测方法是结合地统计方法与地理信息系统[7-10]，通过空间插值的方式研究土壤中微量元素有效态含量的空间分布[11-12]，进而根据相应的国家标准进行评价。

黟县是典型的山区农业县，本研究利用 2008—2009年间测土配方施肥工作获得的土样的中量元素硫和微量元素铁、锰、铜、锌、硼的有效态数据，基于二阶平稳假设，采用经典克里格插值方法，预测上述元素有效态含量的空间分异，进而分析各种元素的丰缺程度，以指导当地相应的肥料施用。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

黟县位于 29°47′～30°11′ N，117°38′～118° 6′ E，面积约857 km2；属于北亚热带湿润季风气候，水分充足，热量丰富，四季分明，春夏温暖多雨，秋冬低温干燥，年均气温15.8℃，年均降水量1 686.1 mm，年均蒸发量1 231.5 mm，年均日照数1 815.7 h。农业气候表现为：春季回温不稳，雨雾日较多，光照不足；夏季高温高湿，降雨集中，时有洪灾；秋后雨水锐减，常有“夹秋旱”；冬季少雨寒冷，偶有寒害。县内河流多发源于中部中山，河流短促，比降大，有中山、低山、丘陵、山间盆地4种地貌类型，形成中部中山，南北两侧低山丘陵地形地貌；海拔高度范围是159 ～1 407 m，平均坡度为29.8%。

种植业方面，该县现有耕地69.1 km2，其中水田 39.7 km2，旱地29.4 km2，园地45.1 km2(其中茶园 22.4 km2，桑园19.9 km2，果园2.8 km2)。水稻、油菜、茶叶、蚕桑是四大主导作物，其中水稻种植面积38.2 km2，油菜27.8 km2，分别占农作物播种面积的 38.6% 和 28.1%，占粮食、油料作物种植面积的76.1% 和95.0%。

1.2 数据来源

耕作层土壤硫、铁、锰、铜、锌、硼的有效态含量数据主要来自黟县土壤肥料工作站在 2008—2009年开展的测土配方施肥工作，采样点共计1 021个(图 1)。采样设计为：充分考虑第二次土壤普查信息，结合不同土壤类型、不同土地利用方式以及土壤肥力和生产力状况，分层随机设点。按照《测土配方施肥技术规范(试行)修订稿》的要求，平原区每100 ～500亩(6.7～33.3 hm2)采1个混合样，丘陵、山区每30～80亩(2～5.3 hm2)采 1个混合样。在田块中均匀随机选取 7～15个采样点，采用“S”法采集 0～20 cm土层土样，充分混合后采用四分法留取1 kg。土壤有效铁、锰、铜、锌、硼含量的测定采用DTPA提取，原子吸收光谱法测定；有效硫含量的测定采用磷酸盐-乙酸提取，硫酸钡比浊法[13-14]测定。

图1 土壤采样点空间分布

1.3 数据处理

本文数据分析主要在IBM Statistics SPSS 20.0软件中进行的，克里格插值参数由GS+7.0自动拟合，在ESRI ArcGIS 10.2软件中实现克里格插值与制图。

2 结果与讨论

2.1 黟县农田耕层土壤中微量元素含量的描述性统计

本研究选取的6个元素的统计结果如表1所示。由表1可以看出，相同元素的全距较大，依据拉依达准则法对数据进行异常值处理，将大于(平均值 + 2×标准差)的试验数据值作为异常值，予以剔除。峰度能够体现数据分布形态的陡缓程度，偏度表示了数据分布的偏斜方向和程度。从峰度指标可以看出，有效锌与硼数据分布较为集中。有效硼含量的标准差较大，表明该区域的有效硼含量差异较大。有效铁、锰、铜、硫含量差异较小。

如图2所示，6个元素的频率分布为偏态分布，有效硼的偏度最大，为 26.62，其次是有效锌，为14.87。因此，在使用地统计空间推理前，需将这几种元素进行对数转换，使其服从正态分布。在空间插值完成后，再使用指数函数对结果进行逆转换。

2.2 黟县农田耕层土壤中微量元素含量的空间变异特征

本研究中 6个元素的半方差拟合参数如表 2所示，有效铁、硼与硫为指数模型，有效锰为高斯模型，有效铜与锌为球状模型。块金值与基台值的比值用来表示目标属性空间的相关性程度。一般情况下，＜25%、25%～75% 与 ＞75% 分别表示高程度、中等程度与低程度空间相关[15-16]。表2数据显示，有效硼的空间相关程度较高，其余5种元素属于中等程度的相关。然而，有效硼的模拟确定系数小于0.5，说明该元素的空间相关程度较低[17-18]。同样，不同元素的变程差异较大。有效硼的变程最大，为153.3 km，其他5种元素的变程介于6～80 km。基于所构建的半方差模型，采用ArcGIS的地统计模块中的普通克里格进行空间插值(图 3)，结果显示，整体上看，黟县南部、北部的中微量元素有效态含量较高，中间区域的含量相对较低。这种分布主要跟地形起伏相关联，黟县中部地区主要是山地，中微量元素来源主要是自然来源。

2.3 黟县农田耕层土壤中微量元素含量丰缺评价

基于元素含量丰缺标准[19-20](表3)，采用ArcGIS软件对图3中的预测结果进行重分类，并统计各等级内的面积(表 4)，结果表明黟县地区的有效硼普遍较为缺乏(91.35% 土壤)，部分地区的有效态锌也呈现缺乏状态(12.45% 土壤)。

表1 黟县农田耕层土壤中微量元素有效态含量的描述性统计(mg/kg)

图2 黟县农田耕层土壤中微量元素含量的频率分布图

表2 黟县农田耕层土壤中微量元素有效态含量半方差模型拟合参数

黟县多为丘陵山地，成土母质中的矿质养分主要受岩石矿物成分主导。研究区内花岗岩类(主要含正长石、云母矿物)风化物发育的土壤硼、锌等元素含量较低。在第四纪红黏土发育的土壤和近现代河流冲积物发育形成的土壤，硼元素含量均较低[19]。油菜是黟县重要农作物之一，其对硼元素非常敏感，因此在种植油菜等十字花科作物时需要注意施用硼肥[21-22]，可基施硼砂 7.5～11.2 kg/hm2，也可在油菜蕾苔期或初花期喷施浓度为0.1%～0.3% 的硼砂水溶液。增施硼肥的同时，还应秸秆还田，以提升土壤有机质，改善土壤结构，提升土壤水肥调控能力。对于缺锌的土壤，可以喷施浓度为0.1%～0.2% 的硫酸锌叶面肥。

表3 中微量元素有效态含量分级标准 (mg/kg)

表4 黟县农田耕层土壤中微量元素有效态含量不同等级分布比例 (%)

3 结论

皖南黟县农田耕层土壤中的中微量元素含量较为丰富。但有效硼普遍较为缺乏，部分地区的有效锌含量也呈现缺乏状态。鉴于黟县种植油菜区域较多，且油菜等十字花科作物对硼元素非常敏感，建议相关农田增施硼肥，或在油菜蕾苔期或初花期喷施硼砂水溶液；缺锌地区可以考虑喷施硫酸锌叶面肥。黟县南部、北部的有效态中、微量元素含量较高，中间区域的含量相对较低，这一空间分布主要跟地形有关。

[1] 魏孝荣, 郝明德, 张春霞. 长期施用微量元素肥料对土壤微量元素含量的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2002,20(3): 22-25

[2] 张超, 刘国彬, 薛萐, 等. 黄土丘陵区不同植被根际土壤微量元素含量特征[J]. 应用生态学报, 2012, 23(3):645-650

[3] 刘永红, 倪中应, 谢国雄, 等. 浙西北丘陵区农田土壤微量元素空间变异特征及影响因子[J]. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(6): 1710-1718

[4] 崔爱华, 张东启, 郭卢, 等. 亳州烟区农田耕作层土壤微量元素含量研究[J]. 土壤, 2014(6): 1164-1169

[5] 范文杰, 张洪江, 程金花, 等. 河北省吴桥县土壤微量元素空间分布特征[J]. 中国水土保持科学, 2015, 13(1):91-95

[6] 孟霖, 宋文静, 王程栋, 等. 贵州中部山区植烟土壤微量元素分布特征[J]. 中国烟草科学, 2015(3): 57-62

[7] 王雪梅, 柴仲平, 毛东雷, 等. 库车县土壤微量元素空间变异特征分析[J]. 西南农业学报, 2015, 28(4): 1746-1751

[8] 徐尚平, 陶澍, 徐福留, 等. 内蒙土壤微量元素含量的空间结构特征[J]. 地理学报, 2000, 55(3): 337-345

[9] 常栋, 徐明康, 王勇, 等. 缓坡植烟田土壤微量元素的空间变异特征[J]. 中国烟草学报, 2012, 18(3): 34-41

[10] 赵良菊, 肖洪浪, 郭天文, 等. 甘肃省武威地区灌漠土微量元素的空间变异特征[J]. 土壤通报, 2005, 36(4):536-540

[11] 吕真真, 刘广明, 杨劲松, 等. 环渤海沿海区域土壤养分空间变异及分布格局[J]. 土壤学报, 2014, 51(5): 944-952

[12] 黄辉, 檀满枝, 陈杰, 等. 南通市城市边缘带土壤肥力时空特征分析[J]. 土壤, 2006, 38(3): 276-281.

[13] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京: 中国农业出版社,2005

[14] 张甘霖, 龚子同. 土壤调查实验室分析方法[M]. 北京:科学出版社, 2012

[15] 臧振峰, 南忠仁, 王胜利, 等. 黑河中游绿洲农田土壤微量元素含量的空间分布特征[J]. 干旱区资源与环境,2013, 27(5): 190-195

[16] Cambardella C A, Moorman T B, Parkin T B, et al. Fieldscale variability of soil properties in central Lowa soils[J].Soil Science Society of America Journal, 1994, 58(5):1501-1511

[17] Duffera M, White J G, Weisz R. Spatial variability of Southeastern U.S. Coastal Plain soil physical properties:Implications for site-specific management[J]. Geoderma,2007, 137(3/4): 327-339

[18] Emadi M, Baghernejad M, Emadi M, et al. Assessment of some soil properties by spatial variability in saline and sodic soils in Arsanjan plain, Southern Iran[J]. Pakistan Journal of Biological Sciences, 2008, 11(2): 238-243

[19] 刘铮. 中国土壤微量元素[M]. 南京: 江苏科学技术出版社, 1996

[20] 王东胜, 徐庆凯, 王能如, 等. 江西烟区土壤中量及微量元素的含量分析[J]. 贵州农业科学, 2011, 39(2):91-96

[21] 张辉, 朱德进, 黄卉, 等. 不同施肥处理对油菜产量及品质的影响[J]. 土壤, 2012, 44(6): 966-971

[22] 王寅, 李小坤, 李雅颖, 等. 红壤不同地力条件下直播油菜对施肥的响应[J]. 土壤学报, 2012, 49(1): 121-129