乐清市农田土壤微量元素的空间变异特征研究

赵丽芳 黄鹏武 郭军玲 卢升高

摘 要：以浙江省乐清市基本农田土壤为例，采用地统计学和GIS技术相结合的方法，研究了农田土壤有效态Fe、Mn、Cu、Zn和B含量的空间变异规律及其与土壤类型和土地利用方式的关系。结果表明，土壤中Fe、B具有强烈的空间相关性，Mn、Cu、Zn具有中等的空间相关性。土壤微量元素的空间插值图很好的反映了乐清市农田土壤中微量元素的空间变异规律及含量状况。依据浙江省微量元素含量水平的分级标准，乐清市农田土壤中有效态Fe、Mn、Zn含量丰富，Cu、B含量偏低，需要通过施肥补充；不同土地利用方式显著影响土壤中微量元素的含量，水稻土类中的Fe、Mn、Cu、Zn、B含量均显著高于红壤土类；该研究为了解农田土壤中微量元素的空间分布规律和丰缺情况提供了基础数据，为微量元素的合理施用提供了科学依据。

关键词：微量元素；GIS；地统计学；空间变异

中图分类号 S158.9 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）21-0099-04

Study on Spatial Variability of Microelements Contents in Farmland Soils of Yueqing City

Zhao Lifang1 et al.

（1Zhejiang Yueqing Agricultural Bureau，Yueqing 325600，China）

Abstract：To understand the spatial variability of available microelements （Fe，Mn，Cu，Zn，and B）contents in farmland soils，Yueqing city，Zhejiang Province，the combined methods of geostatistics with GIS was applied to study the spatial variability pattern of available microelement in soils and their relation to soil type and land use.Statistical analyses showed that Fe and B content in soils had strong spatial correlation，while Mn，Cu and Zu contents were moderate correlation.By using Kriging interpolation，the levels and spatial variability characters of available microelements in farmland soils were clearly described.According to the nutrients criterion of microelements in Zhejiang Province，the content of Fe，Mn and Zn are rich in the soil，while Cu and B are low，suggesting that Cu and B fertilizers was needed in the studied soils.Results also indicated that the Fe，Mn，Cu，Zn，and B contents in paddy soil were significantly higher than those in red soils.The land use type also significantly affected the contents of microelements in soils.The results clearly described the spatial variability pattern of microelement contents in soil，which could help in management and scientific fertilization of microelements.

Key words：Microelement；GIS；Geostatistics；Spatial variability

土壤是农作物生长所需的微量元素的主要来源，土壤中有效态微量元素的含量直接影响着农作物的生长、产量和品质。了解土壤微量元素含量的空间分布规律是确定区域农田微量元素施用和精确施肥的基础[1-3]。地统计学方法是分析土壤养分空间分布规律的有效方法之一[1-4]。GIS技术具有强大的数据管理、分析和显示功能，和地统计学相结合，能有效地解释土壤性质和养分含量的空间变异性。国内外研究者采用GIS技术和地统计学相结合的方法对土壤养分含量的空间变异进行了大量的研究[1-4]，但多数研究关注的是土壤中大量元素的空间变异，而对微量元素空间变异研究较少。土壤中微量元素具有空间变异性[5-13]，并受土壤类型、土地利用方式等因素的影响，了解微量元素的空间变异规律及其影响因素对农田养分管理和微肥利用有重要意义。

本研究在探索性空间数据分析技术基础上，采用GIS和地统计学相结合，对浙江省乐清市基本农田土壤有效态微量元素（Fe、Mn、Cu、Zn和B）的空间变异规律进行了研究，依据微量元素分级标准评价丰缺情况，并分析了微量元素含量变化与土壤类型和土地利用方式的关系，旨在为研究区微量元素的合理施用和科学管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 乐清市位于浙江省東南部沿海，东临乐清湾，南临瓯江，地理坐标为北纬27°57′34″～28°32′26″，东经120°42′5″～121°15′18″，陆域面积1174km2，海域面积249km2。地形属浙南低山区和沿海平原，东南部为沿海平原，地势平坦、河网交叉，自然资源丰富，有“六山二水二分田”之称。气候属亚热带海洋性季风气候，全年四季分明，温和湿润，降水量充沛，年平均气温17.9℃，年平均降雨量1556mm。土壤类型以水稻土和红壤土类为主，红壤和水稻土面积分别占64.7%和21.3%。

1.2 采样与分析 土壤样品的采集和分析方法按照农业部《测土配方施肥技术规范》（2008）进行。根据地形地貌、土地利用、耕作制度、产量水平等因素，确定平均每6.67～13.3hm2耕地采集一个样品，取样深度为耕层0～20cm。土壤有效态Fe、Mn、Cu和Zn采用DTPA浸提，ICP-MS法测定[14]；有效硼采用沸水浸提-ICP-MS法测定[15]。

1.3 数据处理 应用SPSS16软件对农田土壤有效态微量元素含量进行描述性统计分析，然后利用Arcgis中的探索性空间数据分析工具（ESDA）对数据特征进行初步的分析和描述，用直方图、正态QQPlot分布图检验数据的正态分布。利用GS+7.0地统计软件对微量元素含量进行半方差函数分析，得出半方差函数的理论模型及相关参数。利用Arcgis 9.2 软件中的Geostatistical Analyst模块进行Kriging插值，绘制微量元素含量的空间分布图。依据浙江省土壤养分的缺素临界值和分级标准[16]，应用Spatial Analyst模块对农田土壤微量元素含量进行评价，统计分析不同土壤类型和土地利用方式对微量元素含量的影响。

2 结果与分析

2.1 土壤微量元素有效态含量 乐清市基本农田土壤有效态微量元素含量的统计特征见表1。由表1可知，有效态Fe、Mn、Cu、Zn和B含量的平均值分别为48.97、15.52、1.28、1.25和0.34mg/kg。土壤有效态Fe、Mn、Cu、Zn和B变异系数分别为43.5%、64.9%、111.7%、94.6%和59.5%，按照反映离散程度的变异系数（CV）大小，农田土壤微量元素含量空间变异明显，Fe、Mn、Zn和B为中等变异，Cu元素为强变异。根据《浙江土壤》中微量元素有效态含量丰缺的分级标准[16]，有效Fe含量丰富的农田土壤（>50mg/kg）占总样数的47%，说明土壤有效态Fe含量丰富；有效Mn含量高于15mg/kg的样本数占总样数的 45%，说明土壤有效态Mn含量丰富；土壤有效Cu含量>2mg/kg的样本数占14%，说明乐清市农田土壤中含Cu较为丰富的样点比较少；有效Zn含量在0.5～3mg/kg的样本数占总样数的76%，而低于1mg/kg的样本数占总样数的59%；土壤有效B含量低于缺乏临近值（0.5mg/kg）的样本数占到总样数的78%，而且低于0.3mg/kg（极缺水平）的样本数占到总样数的47%，表明农田土壤缺B比较明显。

2.2 土壤微量元素的空间分布 利用Arcgis软件的直方图和正态QQPlot分布图检验，农田土壤有效态微量元素Fe、Mn和B符合正态分布，Cu和Zn符合对数正态分布，均满足半方差分析要求。图1是利用Arcgis9.2软件中的地统计分析模块插值得到的土壤微量元素含量空间分布图。由图1可知，不同微量元素含量的空间分布明显不同。Fe、Mn和Cu的空间分布没有明显的规律，并存在多个高值斑块；Zn元素呈现块状分布特点，在南部和东北部出现Zn高值区；B的空间分布呈现出东南部高西北部低的趋势，市域东南部出现有效B含量>0.5mg/kg的高值区，系海洋沉积物母质含有较高浓度的B引起的。基于乐清市土地利用现状图，参照浙江省微量元素的分级标准[16]，利用Arcgis9.2软件提取研究区耕地，然后应用其空间分析模块的分区统计功能，统计了基本农田中不同等级微量元素农田分布。结果表明，乐清市农田土壤有效Fe含量都高于临界值（10mg/kg）：其中Fe含量>20mg/kg的农田面积占96%，说明耕地中有效Fe含量丰富；有效Mn含量的分级统计表明，有效Mn含量高于临界值（5mg/kg）的面积占89%，其中含量在15～30mg/kg的面积达到了47%，表明耕地土壤中有效Mn含量丰富；有效Cu含量统计表明，含量在0.2～1.0mg/kg的面积最大，占耕地总面积的48%，其中高于临界值（1.0mg/kg）的耕地面积占总面积的50%，表明农田土壤有效Cu含量偏低；有效Zn含量高于临界值（0.05mg/kg）的面积占97%，其中含量为0.5～1.0mg/kg的耕地面积占50%，说明土壤中Zn含量丰富；农田土壤有效B含量低于临界值（0.5mg/kg）的面积约占总面积的83%，其中有效B含量在0.2～0.5mg/kg的耕地面积占59%，表明土壤中有效B含量偏低，主要原因可能是市域西北部土壤母质中B含量低、丘陵区强烈的成土风化作用引起B淋失引起的。因此，在农业生产上该区域需要通过施用B肥补充。

2.3 土壤类型和土地利用方式对微量元素含量的影响 在土壤微量元素含量空间分布图中，统计了不同土壤类型和土地利用方式下农田土壤的微量元素含量（表2）。由表2可知，水稻土的Fe、Mn、Cu和Zn含量最高，分别为49.87、15.86、1.30和1.21mg/kg，不同土壤类型间微量元素含量存在显著差异（p<0.01）：认为不同土壤类型中有效态微量元素含量的差异是由成土母质中微量元素含量差异引起的。有效态B则以滨海盐土含量最高，系成土母质富含B元素引起的。不同土地利用类型农田土壤中微量元素含量见表3所示，结果表明Fe和Zn平均含量为灌溉水田>旱地>滩涂>望天田；Mn和Cu的平均含量为灌溉水田>滩涂>旱地>望天田；有效B平均含量为滩涂>灌溉水田>旱地>望天田。显著性分析表明，不同土地利用类型对微量元素含量的影响均为极显著差异（p<0.01）：这种差异主要受农田耕作、施肥、管理等措施影响，表明土地利用类型显著影响农田的有效态微量元素含量。

3 结论

乐清市农田土壤微量元素均具有半方差结构，在一定的范围内具有空间相关性。Fe和B具有强烈的空间相关性，Mn、Cu和Zn具有中等的空间相关性。农田中微量元素Fe、Mn和Cu含量的分布沒有明显的空间分异规律，Zn呈现块状分布，B具有连续分布的特点。农田土壤中微量元素的分级表明，土壤中Fe和Zn含量达到了丰富和极丰富的水平，Mn含量水平丰富，能满足作物需求；有效态Cu和B含量偏低，需通过施用微肥补充有效态含量，以满足农作物生长所需。土壤类型和土地利用方式强烈地影响农田土壤中的微量元素含量，水稻土类的微量元素含量显著高于红壤土类。不同土地利用类型对微量元素含量的影响表现为灌溉水田的含量最高，其次是滩涂和旱地，望天田的含量最低。

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（责编：张宏民）