利川市耕地铜、锌、铁、锰有效态含量及其空间分布

周富忠，王明琼，冉 露

（利川市土壤肥料工作站，湖北 利川 445400）

铜、锌、铁、锰是作物生长过程中不可缺少的微量元素，都与作物的光合作用有密切关系［1-3］。耕地是作物微量元素的主要来源，土壤中微量元素的丰缺状况直接关系到作物的产量和品质，不足或过多都会对作物的正常生长产生不良影响［4］。特别是在氮、磷、钾等大量元素得到充分满足的情况下，微量元素显得更为重要。

中国在20世纪50年代末及80年代初进行了两次土壤普查，对耕地的酸碱性、有机质、氮、磷、钾及中微量元素含量进行过较为全面的检测研究，并制定了相应的分级标准［5］。湖北省利川市在全国第二次土壤普查时［6］对土壤中有效铜、有效锌有过研究，但样品数量仅23个，不足以反映利川市耕地微量元素的整体状况，且距今已有30余年，应该已发生了较大变化；2006年在实施测土配方施肥项目时对部分区域耕地的有效锌作过检测［7］。 黎根等［8］、佀国涵等［9］对利川市植烟土壤有效态微量元素有过研究，样品数量仅几十个，相对较少。目前尚未发现对利川市耕地微量元素含量及时空分布较为全面的报道。因此，全面研究耕地土壤微量元素含量及空间分布对指导利川市农业生产有着重要意义。

1 材料与方法

1.1 土样采集

以农户责任田自然地块为采样单元，按NY／T 1121.1-2006标准采集耕地土壤样品共604个，采样时间为2014年4月春季作物播种或移栽前，耕地尚未施肥。土样涉及利川市14个乡（镇、办事处），覆盖了575个村中的510个，样品村级覆盖率近90%（图1、表1）。有7个乡镇样品村覆盖率达到90%以上，元堡、沙溪、毛坝3个乡镇村村有样，实现了全覆盖；都亭、东城样品相对偏少，村覆盖率刚过一半。所采土样涉及水稻土、黄壤、黄棕壤、棕壤、紫色土等5个土类，石灰岩、泥质页岩、紫色岩、石英砂岩、第四纪黏土5种成土母质，基本代表全市状况。

图1 利川市耕地土壤微量元素采样点分布

1.2 检测方法

土壤有效锌、有效锰、有效铁、有效铜含量参照农业行业标准NY／T 890-2004，即二乙三胺乙酸（DTPA）浸提法进行检测。检测仪器为美国安捷伦240AA原子吸收光度计，空心阴极灯为原装进口产品。

表1 土壤样品在各乡镇、土类及成土母质的分布

土样pH参照NY／T 1121.2-2006进行检测，有机质含量参照NY／T 1121.6-2006进行检测。

1.3 土样检测结果质量控制

运用平行结果控制检测结果精密度，插入参比样和标样控制检测结果的准确度。若平行结果异常，该样品重新检测；参比样及标样检测结果出现异常，该批样品全部重新检测。

1.4 评价标准及数据统计分析

近年来，微量元素在土壤中的有效含量越来越受到人们的重视，对有关土壤微量元素分布、丰缺状况的研究较多，相应的分级标准也不少，比较有代表性的有 7 种：A.全国第二次土壤普查分级标准［5］；B.鲁如坤［10］主编的《土壤农业化学分析方法》（2000年）中的分级标准；C.辽宁省地方标准（DB 21／T 1437-2006）；D.鲁明星等［11］制定的湖北省标准（2007 年）；E.黎根等［8］制定的清江流域烟区分级标准（2011年）；F.王蒙等［12］制定的陕西省标准（2013 年）；G.卢映琼［13］综合鲁剑巍及庄伊美制定的赣南脐橙园标准（2015年）。这些标准多为5级分类，且基本上是在全国第二次土壤普查分类上对极低、极高值进行了适度调整（表2）。

结合利川市耕地有效态的铜、锌、铁、锰含量及变幅范围，笔者认为用辽宁省地方标准 （DB 21／T 1437-2006）进行评价更为科学合理，故应用该标准对利川市耕地有效态的铜、锌、铁、锰进行评价。按雷志栋等［14］的＜10%为弱变异性、10%～100%为中等变异性、＞100%为强变异性的等级划分标准评价变异系数。所有结果用Excel进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤有效铜含量检测结果及分布特征

铜是作物体内多种氧化酶的组成成分，植物干物质约含铜3～15 mg／kg，主要集中于细嫩部分。叶绿体中含铜较多，作物缺铜叶片容易缺绿，禾谷类作物则不能结实［15］。农业生产中铜缺乏现象较少，主要问题是过量，超过100 mg／kg就会影响植物生长和土壤功能［13］。世界土壤全铜含量为3～100 mg／kg，平均含量为20 mg／kg；中国土壤含铜量为2～500 mg／kg，平均为 22 mg／kg［13，15］。 中国土壤中有效铜一般都高于1 mg／kg，利川市在全国第二次土壤普查时对23个土样的检测结果在0.11～5.41 mg／kg，平均为 0.73 mg／kg［6］。

此次检测利川市耕地有效铜含量在未检出至8.28 mg／kg 之间，平均为 1.39 mg／kg，高于 20 世纪80年代初利川市水平，与全国水平相当。按辽宁省地方标准DB21／T 1437-2006分类标准进行评价，利川市耕地有效铜平均含量高；有效铜含量6.29%的样本处于极低水平，2.98%的样本含量低，43.21%的样本含量中等；25.33%的样本含量高，22.19%的样本含量极高；缺铜比例为9.27%。有效铜含量变异系数为93.99%，属中等偏强变异。

表2 7种土壤有效铜、有效锌、有效铁、有效锰分级标准对照（单位：mg/kg）

按水田和旱地分类统计，旱地有效铜平均含量为1.20 mg／kg，处于高水平；水田有效铜平均含量为2.03 mg／kg，处于极高水平，明显高于旱地，但变幅小于旱地。按不同土类统计，耕地有效铜平均含量表现为水稻土＞黄壤＞棕壤＞黄棕壤＞紫色土，棕壤的变幅最小（样品数量最少），黄棕壤变幅最大（样品数量最多）。按不同成土母质统计，耕地有效铜平均含量表现为泥质页岩＞石英砂岩＞第四纪黏土＞石灰岩和紫色岩，第四纪黏土母质发育的耕地有效铜含量变幅最小，泥质页岩发育的耕地变幅最大。按海拔高度统计，耕地有效铜平均含量表现为二高山（800～1 200 m）＞低山（800 m以下）＞高山（1 200 m以上）。水田和泥质页岩发育的旱地存在铜过量的风险（表3）。

2.2 土壤有效锌含量检测结果及分布特征

锌在作物体内主要参与生长素（吲哚乙酸）的合成和某些酶系统的活动，在植物干物质中的含量从百万分之几到十万分之几。锌与光合作用有关，锌的分布与生长素的分布基本上是平行的，在植物体内易由老叶向幼叶运转，缺锌引起作物缺绿，玉米对锌较敏感，缺锌出现白苗病；水稻移栽后2～4周易出现缺锌，分蘖迟而少，坐蔸明显；果树缺锌出现小叶病［15］。世界各地许多土壤缺锌，缺锌土壤大多数pH高于6，在酸性土壤上过度施用石灰或磷肥都可能引起植物缺锌；世界土壤锌含量平均约为50 mg／kg，中国土壤锌含量为 3～790 mg／kg，平均为 100 mg／kg［13，15］。中国南方土壤中有效锌含量在0.1～13.8 mg／kg［15］；利川市在全国第二次土壤普查时对 23个土样的检测结果在 0.24～6.61 mg／kg，平均为 0.61 mg／kg［6］；2006 年测土配方施肥土壤有效锌含量检测结果为0.340～4.466 mg／kg，平均为1.041 mg／kg［7］。

此次检测利川市耕地有效锌含量在未检出至8.41 mg／kg，平均为 1.07 mg／kg，含量中等，高于利川市20世纪80年代初水平，与2006年水平相当。有效锌含量变异系数为86.25%，属中等偏强变异。有效锌含量21.85%的样本为极低水平，41.72%的样本为低水平，26.82%的样本为中等水平；7.45%的样本为高水平，2.15%的样本为极高水平。缺锌比例达到63.57%以上，要注意进一步加强锌肥的全面推广应用。

按水田和旱地分类统计，旱地有效锌平均含量为1.14 mg／kg （2006 年为 1.089 mg／kg），处于中等水平；水田有效锌平均含量为0.83 mg／kg（2006年为0.974 mg／kg），处于低水平，明显低于旱地，变幅也小于旱地。按不同土类统计，有效锌平均含量表现为棕壤＞黄壤＞黄棕壤＞紫色土＞水稻土，水稻土的变幅最小，棕壤变幅最大（样品数量最少）。按不同成土母质统计，耕地有效锌平均含量表现为泥质页岩＞石灰岩＞第四纪黏土＞石英砂岩＞紫色岩，第四纪黏土母质发育的耕地有效锌含量变幅最小，石灰岩发育的耕地变幅最大。按海拔高度统计，耕地有效锌平均含量表现为二高山＞低山＞高山，低山和高山基本相当，与耕地有效铜含量分布趋势一致。水稻土和紫色土有效锌含量均值处于低水平，应增施锌肥；低山和高山区域也应注意锌肥的施用（表4）。

2.3 土壤有效铁含量检测结果及分布特征

铁是作物光合作用不可缺少的元素，缺铁叶绿素不能形成，出现缺绿病；铁还参与作物的呼吸作用，从而影响与能量有关的一切生理活动，如对养分的吸收等；组成固氮酶的两个组分都含有铁，铁在生物固氮中起着重要作用。植物体含铁量一般为干物质的3‰，相当部分集中于叶绿体中。铁是作物体内最不易移动的元素之一，缺铁首先是嫩叶缺绿，老叶仍正常［15］。土壤中铁含量丰富，远高于其他微量元素，平均含量为3.8%。铁在土壤中的存在形态非常复杂，有效性低，其存在形态还有待研究，但一般情况下土壤不会缺铁，pH较高的石灰性土壤易出现缺铁，引起作物缺铁的主要原因是土壤条件［13，15］。

表3 有效铜含量检测结果

表4 有效锌含量检测结果

此次检测利川市耕地有效铁含量为2.89～311.15 mg／kg，平均为 58.84 mg／kg，含量高。 有效铁含量变异系数为89.52%，属中等偏强变异。有效铁含量0.66%的样本为极低水平，27.98%的样本为低水平，27.15%的样本为中等水平；25.66%的样本为高水平，18.54%的样本为极高水平。对于处于低至极低水平的区域应推广应用铁肥。

按水田和旱地分类统计，旱地平均有效铁含量为49.89 mg／kg，处于中等水平；水田有效铁含量平均为88.23 mg／kg，处于高水平，明显高于旱地，但水田和旱地变幅差异不大。按不同土类统计，有效铁平均含量表现为水稻土＞黄壤＞黄棕壤＞棕壤＞紫色土，水稻土的变幅最大，棕壤变幅最小（样品数量最少）；在地带性分布土类中垂直分布特征明显，黄壤-黄棕壤-棕壤逐渐降低。按不同成土母质统计，耕地有效铁平均含量表现为石英砂岩＞泥质页岩＞紫色岩＞第四纪黏土＞石灰岩，第四纪黏土母质发育的耕地有效铁含量变幅最小，石英砂岩发育的耕地变幅最大。按海拔高度统计，耕地有效铁平均含量表现为二高山＞低山＞高山，与耕地有效铜、有效锌含量分布趋势一致（表5）。

2.4 土壤有效锰含量检测结果及分布特征

锰对作物光合作用、体内氧化还原有重要作用，并能活化作物体内许多酶系统。植物干物质中含锰十万分之几到千分之几，作物缺锰一般是叶脉间出现缺绿，严重时缺绿部分发生焦灼现象，且停止生长［15］。世界上土壤全锰含量为痕量至10 000 mg／kg，平均为 850 mg／kg；中国土壤锰含量为 42～5 000 mg／kg，平均为 710 mg／kg，略低于世界平均含量［13，15］。 中国土壤有效锰含量呈南高北低之势，受土壤类型、成土母质、酸碱度、有机质等多种因素影响。

此次检测利川市耕地有效锰含量为3.29～234.48 mg／kg，平均为 39.22 mg／kg，含量高。 有效锰含量变异系数为82.83%，属中等偏强变异。有效锰含量0.17%的样本为极低水平，22.35%的样本为低水平，34.11%的样本为中等水平；16.39%的样本为高水平，26.99%的样本达极高水平。有22.52%的区域有效锰含量处于低至极低水平，应注意推广应用锰肥，有效防止作物缺锰。

按水田和旱地不同耕作类型分类统计，有效锰平均含量旱地和水田分别为41.92、30.35 mg／kg，都处于高水平，旱地明显高于水田，变幅也是如此。按不同土类统计，有效锰平均含量表现为棕壤＞黄棕壤＞紫色土＞水稻土＞黄壤，黄棕壤的变幅最大，黄壤的变幅最小。按不同成土母质统计，耕地有效锰平均含量表现为第四纪黏土＞石灰岩＞紫色岩＞石英砂岩＞泥质页岩，石灰岩母质发育的耕地有效锰含量变幅最大，石英砂岩发育的耕地变幅最小。按海拔高度统计，耕地有效锰平均含量表现为高山＞二高山＞低山，垂直分布特征明显（表6）。

2.5 土壤pH检测结果及分布特征

pH是土壤酸碱性的主要表征参数，多种植物适宜的土壤pH为5.5～7.5，超出此范围植物的生长会受到影响，特别是低于4.5或高于8.5时多种作物会发生生理缺素或受重金属毒害，对产量和品质影响极大。

表5 有效铁含量检测结果

表6 有效锰含量检测结果

利川市耕地pH为3.95～8.58，平均为6.21，处于弱酸水平。pH变异系数为18.49%，属中等偏弱变异。低于5.5的酸化土壤比例达到35.76%，其中严重酸化土壤占2.98%；44.37%的土壤处于弱酸至中性，能适应大多数作物生长；19.87%的土壤处于碱性水平。对酸化土壤应继续应用石灰、草木灰、火灰等老办法，更要积极推广奥力硅、最镁、大粒硅、奎米素等新型碱性肥料。

按水田和旱地分类统计，平均pH旱地和水田分别为6.24、6.08，呈弱酸性，都处于多数作物生长的适宜范围，旱地略高于水田，变幅也是如此。按不同土类统计，平均pH表现为紫色土＞黄棕壤＞水稻土、黄壤＞棕壤，黄棕壤的变幅最大，棕壤变幅最小。按不同成土母质统计，耕地平均pH表现为紫色岩＞石灰岩＞第四纪黏土＞泥质页岩＞石英砂岩，第四纪黏土母质发育的耕地pH变幅最大，石英砂岩发育的耕地变幅最小，但各成土母质间差异不是很大。按海拔高度统计，耕地平均pH表现为低山＞高山＞二高山，差异不明显（表7）。

表7 土壤pH检测结果

2.6 土壤有机质含量检测结果及分布特征

土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分，是植物营养的主要来源之一，能促进植物的生长发育，改善土壤的物理性质，促进微生物和土壤生物的活动，促进土壤中营养元素的分解，提高土壤的保肥性和缓冲性。它与土壤的结构性、通气性、渗透性和吸附性、缓冲性有密切关系，通常在其他条件相同或相近的情况下，在一定含量范围内，有机质含量与土壤肥力水平呈正相关。

利川市耕地有机质含量为 5.39～88.50 g／kg，平均为27.17 g／kg，按全国第二次土壤普查肥力分级标准处于中等水平（＜10 g／kg 为很低水平，10～20 g／kg为低水平，20～30 g／kg 为中水平，30～40 g／kg 为高水平，＞40 g／kg为很高水平）。有机质含量变异系数为39.90%，属中等变异。有机质含量处于很低水平的占2.32%，低水平的占24.34%，中等水平的占36.75%，高水平的占24.34%，很高水平的占12.25%。

按水田和旱地不同耕作类型分类统计，有机质平均含量旱地和水田分别为26.58、29.09 g／kg，都处于中等水平，水田略高于旱地，旱地的变幅比水田大。按不同土类统计，有机质平均含量表现为棕壤＞水稻土＞黄棕壤＞黄壤＞紫色土，棕壤的变幅最大，紫色土变幅最小，垂直地带性土壤（黄壤—黄棕壤—棕壤）有机质含量随着海拔升高而升高。按不同成土母质统计，耕地有机质平均含量表现为石英砂岩＞泥质页岩＞石灰岩＞第四纪黏土＞紫色岩，石灰岩母质发育的耕地有机质含量变幅最大，石英砂岩发育的耕地变幅最小。按海拔高度统计，耕地有机质平均含量表现为二高山＞高山＞低山，二高山与高山差异不大（表 8）。

2.7 相关性分析

运用Excel中CORREL函数求相关系数（r），运用公式 t＝r（n-2）1／2／（1-r）1／2计算统计量 t值，再运用T.INV函数求t的99%、95%临界值，对604个利川市耕地土壤样品有效铜、有效锌、有效铁、有效锰含量与pH及有机质含量进行相关性分析，结果见表9；再对土壤有效铜、有效锌、有效铁、有效锰含量进行两两间相关性分析，结果见表10。

由表9可知，利川市耕地土壤有效铜、有效锌、有效铁、有效锰含量与土壤pH均呈极显著负相关；有效铜、有效锌、有效铁含量与土壤有机质含量呈极显著正相关。

由表10可知，土壤有效铜含量与有效锌、有效铁含量呈极显著正相关，与有效锰含量呈极显著负相关；土壤有效锌含量与有效铜、有效铁、有效锰含量呈极显著正相关；土壤有效铁含量与有效铜、有效锌含量呈极显著正相关，与有效锰含量呈负相关，但不显著；土壤有效锰含量与有效铜含量呈极显著负相关，与有效锌含量呈极显著正相关，与有效铁含量呈负相关，但不显著。

3 小论与讨论

3.1 小结

利川市耕地pH为3.95～8.58，平均为6.21，属弱酸性土壤，35.76%的土壤pH低于5.5，成为酸化土壤；有机质含量为 5.39～88.50 g／kg，平均为 27.17 g／kg，含量中等，26.66%的土壤含量在低水平及以下；有效铜含量在未检出至8.28 mg／kg之间，平均为1.39mg／kg，含量高，缺铜比例为9.27%，极高水平占22.19%；有效锌含量在未检出至8.41 mg／kg之间，平均为 1.07 mg／kg，含量中等，63.57%的耕地缺锌；有效铁含量为 2.89～311.15 mg／kg，平均为 58.84 mg／kg，含量高，28.64%的耕地缺铁；有效锰含量为3.29～234.48 mg／kg， 平均为 39.22 mg／kg， 含量高，22.52%的耕地缺锰。

表8 土壤有机质含量检测结果

表9 耕地土壤有效铜、有效锌、有效铁、有效锰含量与pH和有机质含量的相关性

表10 耕地土壤有效铜、有效锌、有效铁、有效锰含量间的相关性

按水田和旱地分类统计，水田和旱地pH分别为6.24、6.08，呈弱酸性；有机质含量分别为29.09、26.58 g／kg，处于中等水平；水田和旱地的 pH、有机质含量差异不大。水田和旱地有效铜含量分别为2.03、1.20 mg／kg，水田含量处于极高水平，旱地含量处于高水平；有效锌含量分别为0.83、1.14 mg／kg，水田含量处于低水平，旱地含量处于中等水平；有效铁含量分别为 88.23、49.89 mg／kg，水田含量处于高水平，旱地含量处于中等水平；有效锰含量分别为30.35、41.92 mg／kg，二者都处于高水平。 有效铜、有效铁含量水田明显高于旱地，而有效锌、有效锰水田明显低于旱地。

按不同土类统计，平均pH表现为紫色土＞黄棕壤＞水稻土、黄壤＞棕壤；有机质平均含量表现为棕壤＞水稻土＞黄棕壤＞黄壤＞紫色土；有效铜平均含量表现为水稻土＞黄壤＞棕壤＞黄棕壤＞紫色土；有效锌平均含量表现为棕壤＞黄壤＞黄棕壤＞紫色土＞水稻土；有效铁平均含量表现为水稻土＞黄壤＞黄棕壤＞棕壤＞紫色土；有效锰平均含量表现为棕壤＞黄棕壤＞紫色土＞水稻土＞黄壤。有机质、有效铁和有效锰含量垂直分布特征明显，随着海拔升高，地带性土壤（黄壤-黄棕壤-棕壤）有机质、有效锰含量增加，有效铁含量降低。

按不同成土母质统计，平均pH表现为紫色岩＞石灰岩＞第四纪黏土＞泥质页岩＞石英砂岩；有机质平均含量表现为石英砂岩＞泥质页岩＞石灰岩＞第四纪黏土＞紫色岩；有效铜平均含量表现为泥质页岩＞石英砂岩＞第四纪黏土＞石灰岩和紫色岩；有效锌平均含量表现为泥质页岩＞石灰岩＞第四纪黏土＞石英砂岩＞紫色岩；有效铁平均含量表现为石英砂岩＞泥质页岩＞紫色岩＞第四纪黏土＞石灰岩；有效锰平均含量表现为第四纪黏土＞石灰岩＞紫色岩＞石英砂岩＞泥质页岩。

按海拔高度统计，平均pH表现为低山＞高山＞二高山；有机质平均含量表现为二高山＞高山＞低山，二高山与高山差异不大；有效铜、有效锌、有效铁平均含量分布一致，均表现为二高山＞低山＞高山；有效锰平均含量表现为高山＞二高山＞低山，垂直分布特征明显。

利川市耕地土壤有效铜、有效锌、有效铁、有效锰含量与土壤pH呈极显著负相关；有效铜、有效锌、有效铁含量与土壤有机质含量呈极显著正相关。4种元素在土壤中的有效态含量之间也呈不同的相关性，土壤有效铜含量与有效锌、有效铁含量呈极显著正相关，与有效锰含量呈极显著负相关；土壤有效锌含量与有效铁、有效锰含量呈极显著正相关。

3.2 讨论

近40%的耕地土壤酸化，其治理应新老措施结合，在继续应用石灰、草木灰、火灰等传统方法的基础上大力推广奥力硅、最镁、大粒硅、奎米素等新型碱性肥料。利川市耕地有机质含量处于中等水平，26.66%的耕地有机质含量低，要加大耕地培肥力度，在农村劳动力严重不足的情况下重点推广商品有机肥、生物有机肥、微生物复合肥等产品，积极推行有机肥替减化肥、化肥减量增效等技术。更要注重微量元素肥料的推广应用，特别是60%以上的耕地缺锌、约30%的耕地缺铁、近25%的耕地缺锰，这些区域要加大锌、铁、锰肥的推广力度。水田和紫色土有效锌含量均值处于低水平，应增施锌肥；低山和高山区域也应注意锌肥的施用。同时，要加强对耕地土壤铜及重金属的监测，水田和泥质页岩发育的旱地存在铜过量的风险。