不同質地耕層土壤有效態微量元素含量特征

王雪梅， 柴仲平， 毛東雷

(1.新疆師范大學 地理科學與旅游學院， 新疆 烏魯木齊 830054；

2.新疆維吾爾自治區重點實驗室 新疆干旱區湖泊環境與資源實驗室， 新疆

烏魯木齊 830054； 3.新疆農業大學 草業與環境科學學院， 新疆 烏魯木齊 830052)

不同質地耕層土壤有效態微量元素含量特征

王雪梅1,2， 柴仲平3， 毛東雷1,2

(1.新疆師范大學 地理科學與旅游學院， 新疆 烏魯木齊 830054；

2.新疆維吾爾自治區重點實驗室 新疆干旱區湖泊環境與資源實驗室， 新疆

烏魯木齊 830054； 3.新疆農業大學 草業與環境科學學院， 新疆 烏魯木齊 830052)

資助項目：國家自然科學基金項目“新疆渭干河流域土地利用/土地覆蓋生態風險及預警研究”(41261051)； 新疆維吾爾自治區重點實驗室“新疆干旱區湖泊環境與資源實驗室”開放基金項目 (XJDX0909-2010-08)

第一作者：王雪梅(1976—),女(漢族),江蘇省銅山縣人,博士,副教授,碩士生導師，主要從事干旱區資源環境遙感技術應用研究。E-mail:502529672@qq.com。

摘要：[目的] 研究不同土壤質地下耕層土壤有效態微量元素含量特征，為合理制定農田土壤施肥方案和提高土壤養分資源利用率提供依據。[方法] 以庫車縣不同質地耕層土壤(0—20 cm)為調查對象，采用統計方法對土壤微量元素有效態含量特征進行分析。[結果] (1) 土壤有效態微量元素在壤土、砂壤土、黏土、黏壤土及砂土中含量差異顯著(p<0.05)，且壤土和砂壤土的有效態微量元素含量相對較高； (2) 土壤微量元素有效性綜合指數排列順序依次為：砂壤土(1.51)>砂土(1.44)>黏土(1.42)>壤土(1.41)>黏壤土(1.27)； (3) 土壤有機質與土壤有效態微量元素均具有極其顯著的相關性(p<0.01)，pH值則與有效銅和有效錳相關顯著(p<0.05)。[結論] 在不同土壤質地下，微量元素鐵和鋅含量較為缺乏，錳和銅含量則相對較為豐富，故應依據這一特性進行土地科學管理和施肥。

關鍵詞：耕層土壤； 微量元素； 有效性指數； 土壤質地； 庫車縣

土壤微量元素是土壤肥力必不可少的組成部分，是表征土壤環境質量的重要因子。土壤微量元素的組成及空間變化特征直接反映了土壤發育、成土及其演化過程[1]。在土壤微量元素中，以相對活動態存在于土壤中，能被植物吸收利用的部分稱為有效態含量，其在促進作物生長代謝、提高作物產量、品質等方面具有十分重要的作用[2]。大量的研究[3-5]表明，土壤中微量元素的含量、形態分布、有效性和遷移轉化不僅與耕作制度、施用化肥和種植作物類型等人為因素有關，還受成土母質、成土過程以及土壤質地影響；在不同的地區和時段內，土壤有效態微量元素含量特征具有明顯的區域特性。劉洪來等人[6]研究指出在農牧交錯帶開墾草地將導致土壤微量元素有效態含量的降低，建議退耕還草和建立基于土壤微量元素密度的評價體系。朱靜[7]對江蘇省如皋地區農田在不同耕作時間和管理措施下，土壤有效態微量元素含量變化進行了研究，結果顯示隨著時間的變化，土壤有效態微量元素總體上呈增長趨勢。李海峰[8]則對策勒綠洲不同利用強度下農田土壤有效態微量元素的含量特征進行了研究，結果表明人為耕作管理強度會對土壤微量元素有效態含量產生重要影響，綠洲內部農田土壤有效態微量元素含量要高于綠洲邊緣和新墾綠洲。

由于土壤微量元素與土壤顆粒組成具有密切關系，因此，在不同土壤質地下，微量元素含量呈現出不同的變化規律。特別是在干旱地區，由于土壤發育十分微弱，沖積新成土的土壤質地對土壤性狀有明顯影響[9]。劉衍君[10]對山東省聊城地區耕地土壤微量元素富集狀態進行了研究，指出不同土壤質地對土壤微量的富集能力不同，土壤微量元素與土壤有機質存在顯著的相關性，各微量元素之間存在著復合富集的現象。陳凌靜等[11]對比分析了三峽庫區重慶段開縣土壤顆粒、養分及其耦合效應的移土培肥響應特征，結果表明土壤養分在不同土壤顆粒分布條件下差異顯著。李井軍等[12]也通過對湖南省嘉禾縣植煙土壤主要肥力因子與土壤物理指標進行相關分析，進一步表明有效性微量元素與土壤顆粒組成之間具有顯著的相關性。

為了掌握耕地土壤肥力因子的動態變化，及時預測和調控耕地土壤肥力的發展與作物的需求，以取得作物的高產穩產，對干旱區綠洲耕層土壤有效態微量元素特征展開調查和研究顯得意義重大[13]。本研究以塔里木盆地北緣綠洲庫車縣耕層土壤為研究對象，采用統計學分析方法對不同質地條件下綠洲耕層土壤主要微量元素有效態含量特征進行研究，旨在為合理制定該縣農田土壤施肥方案，提高養分資源利用率提供科學依據。

1研究區概況

庫車縣地處天山中部南麓，塔里木盆地北緣?？h境北與和靜縣沿南天山山脊線為界，東與輪臺、尉犁縣相鄰，南至塔克拉瑪干大沙漠并與沙雅接壤，西與新和縣隔渭干河相望。地理坐標位置在東經82°34′—84°25′，北緯40°49′—42°38′之間。該縣土地總面積1.54×106hm2，其中山地面積7.31×105hm2，占總面積的47.5%；平原面積8.07×105hm2，占總面積的52.5%。該縣耕地面積達5.27×104hm2，農作物以小麥、玉米和棉花等類型為主。全縣平均氣溫7.1 ℃，其中山區平均氣溫3.4 ℃，平原區平均氣溫10.5 ℃。平均年降水達135.2 mm，降水總態勢為：北多南少，西多東少，夏季多冬季少。境內實有大小河流十余條，其中能產生常年徑流的河流主要有4條：渭干河、庫車河、二八臺河和塔里木河，地表河川徑流量為1.48×109m3。

2材料與方法

2.1　調查和取樣

基于庫車縣耕地地力評價與測土配方施肥工作要求[14]，根據該縣耕地實地分布情況，以采樣點分布圖為向導，于2010年10—11月在庫車縣13個鄉鎮和農場選取面積不小于1 hm2的典型樣點進行調查取樣。每個樣點以對角線采樣法取20個點0—30 cm土樣進行混合，混合均勻后約取500 g作為一個土樣裝入貼好標簽的塑料袋中用于室內指標的測定，最終采集土壤樣本1 592份。在采樣過程中，為保證每個土壤樣品具體到村、組、戶及地塊，故采用GPS定位取土。在取樣的同時，采用實地測量和農戶走訪等多種形式，詳細調查該樣點的坡度、坡向、土層厚度、土地利用方式、植被類型、耕作制度及人為干擾情況等信息，填寫土壤樣本調查表。

2.2　土樣處理與測試

將采集的土樣在實驗室自然風干，剔出土壤以外的侵入體(如植物殘茬、石粒、磚塊等雜質)，適當磨細過篩，充分混合均勻，采用《土壤農業化學分析方法》對樣品進行常規測試[15]。土壤有效態微量元素(鋅、錳、銅、鐵)采用DTPA浸提—原子吸收光譜法進行測定；土壤有機質采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化容量法測定；土壤pH值采用土水比1∶2.5電位法測定法。

2.3　統計分析

根據野外實測數據與實驗室化學分析結果，采用SPSS 20.0統計分析軟件，利用單因素方差(one-way ANOVY)方法對不同土壤質地土壤微量元素有效態含量進行差異顯著性檢驗，并利用最小顯著極差法(LSD)進行多重比較確定各組之間土壤有效態微量元素差異的顯著性。同時，還利用Pearson相關系數及雙尾檢驗對土壤有機質、土壤pH值與土壤有效態微量元素進行相關分析。

2.4　土壤微量元素有效性指數

研究采用單項指數(Ei)和綜合指數(Ec)相結合的方法。首先，計算出各微量元素有效性指數，再采用均方根法計算綜合有效性指數，計算公式[8]為：

式中：Ci——實測的第i種土壤微量元素有效態含量； Si——第i種土壤微量元素有效態含量的臨界值； n——土壤類型數目。

根據研究顯示，由新疆自治區各地肥料試驗結果和新疆農科院土壤肥料研究所提出的新疆農田土壤養分含量分級評價標準(表1)對指導作物優質高產和科學施肥方面具有重要意義[16]，故本研究取該評價指標中的最低分級作為各微量元素有效態含量的臨界值。

表1　土壤有效態微量元素的評價指標　mg/kg

3結果與討論

3.1　不同質地條件下土壤有效態微量元素含量特征

由表2可以看出，在不同土壤質地下，土壤有效態微量元素(Zn，Mn，Cu，Fe)的平均含量差異顯著(p<0.05)，其中，壤土和砂壤土的有效態微量元素相對較其它土壤質地含量高。有效鋅在不同土壤質地下，有“平”有“缺”。在壤土和砂壤土質地下，耕層土壤有效鋅的平均含量無顯著差異，且具有較高的含量水平；而在黏土、黏壤土與砂土質地下，有效鋅的平均含量存在顯著差異，且相對水平較低。在不同土壤質地下，有效錳的含量有“豐”、“平”、“缺”這3種不同水平，其含量水平在砂壤土和黏壤土中無顯著差異，而在壤土、黏土和砂土中則具有顯著差異性。有效銅在不同土壤質地下，有“平”有“缺”，在壤土和砂壤土中含量較高且無顯著差異，在黏土、黏壤土和砂土中含量相對較低并具有顯著的差異性。微量元素有效鐵表現為“豐”、“平”、“缺”3種含量水平，在不同土壤質地下，具有顯著差異性，在砂壤土中含量最高，而在壤土中含量最低。分析可知，耕層土壤有效態微量元素在不同土壤質地下存在著顯著差異，這也進一步說明在人類活動的作用下，土壤的物理性質發生了改變，同時也改變了土壤中微量元素的有效性。

表2　土壤微量元素有效態含量平均值與臨界值　mg/kg

注：不同小寫字母代表0.05水平下差異顯著，相同字母表示在此水平下無顯著差異。

3.2　土壤微量元素有效性分析

根據土壤微量元素有效性評價計算公式得到各微量元素的單項有效性指數(Ei)和綜合指數(Ec)，結果見表3和圖1。從結果中可以看出，有效錳和有效銅在不同土壤質地下其含量均高于臨界值，有效性指數相對較高；有效態微量元素鐵的含量及有效性相對較低，其有效性指數在不同土壤質地下呈不同變化水平；除砂壤土外，各土壤質地有效鋅的含量均處于較低水平，其有效性指數均小于1。分析結果表明，在不同質地條件下，土壤微量元素鐵和鋅的含量較為缺乏，而微量元素錳和銅的含量則相對較為豐富。通過對土壤微量元素有效性綜合指數進行分析，以砂壤土最高(1.51)，黏壤土最低(1.27)，排列順序依次為：砂壤土>砂土>黏土>壤土>黏壤土。

表3　土壤微量元素有效性指數

圖1　土壤微量元素有效性綜合指數

3.3　土壤有效態微量元素與土壤pH值、有機質的相關分析

通過對相關系數矩陣(表4)進行分析可知，土壤有機質與土壤微量元素有效鋅、有效銅和有效鐵有極其顯著的正相關性(p<0.01)，與有效錳有極其顯著的負相關性(p<0.01)；pH值與有效鋅和有效鐵的相關關系不顯著，而與有效銅有極其顯著的正相關性(p<0.01)，與有效錳具有顯著的負相關性(p<0.05)?？傮w來說，土壤有機質與有效態微量元素之間均存在極顯著的相關性，而pH值則與有效錳、有效銅具有顯著的相關性。

表4　相關系數矩陣

注：*表示在0.05水平(雙側)上顯著相關；**表示在0.01水平(雙側)上顯著相關； 樣本數為1 592。

4結 論

近年來，土壤微量元素有效態含量的高低，在農業生產中的作用已得到廣泛關注，對于優質、高產、高效生態農業的發展意義十分重大。通過對庫車縣耕層土壤微量元素有效性進行分析和研究表明，土壤有效態微量元素在壤土、砂壤土、黏土、黏壤土及砂土中含量差異顯著(p<0.05)，其中，壤土和砂壤土的有效態微量元素相對較其它土壤質地含量高。通過對土壤微量元素有效性綜合指數進行分析，以砂壤土最高(1.51)，黏壤土最低(1.27)，排列順序依次為：砂壤土>砂土>黏土>壤土>黏壤土。進一步通過相關分析認為，土壤有機質與土壤微量元素有效鋅、有效銅和有效鐵有極其顯著的正相關性(p<0.01)，與有效錳有極其顯著的負相關性(p<0.01)；pH值與有效鋅和有效鐵的相關關系不顯著，而與有效銅有極其顯著的正相關性(p<0.01)，與有效錳具有顯著的負相關性(p<0.05)。通過分析發現在不同土壤質地下，微量元素鐵和鋅含量較為缺乏，而微量元素錳和銅含量則相對較為豐富，故在耕地利用和施肥管理上應依據這一特性進行科學管理和施肥。

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Characteristics of Topsoil Available Trace Elements with Different Textures

WANG Xuemei1,2, CHAI Zhongping3, MAO Donglei1,2

(1.CollegeofGeographyScienceandTourism,XinjiangNormalUniversity,Urumqi,Xinjiang830054，China; 2.XinjiangUygurAutonomousRegionKeyLaboratory，XinjiangLaboratoryofLakeEnvironmentandResourcesinAridZone，Urumqi,Xinjiang830054，China;3.CollegeofPrataculturalandEnvironmentalScience,XinjiangAgricultureUniversity,Urumqi,Xinjiang830052，China)

Abstract：[Objective] To study the characteristics of topsoil available trace elements in different soil textures, for establishing reasonable fertilization scheme of farmland soil and improving the utilization rate of soil nutrient resources. [Methods] The topsoil(0—20 cm) of different soil textures in Kuqa County were sampled and the trace elements in it were measured. The characteristics of topsoil available trace elements in different soil textures were analyzed statistically. [Results] (1) The contents of available trace elements in the loam, sandy loam, clay, clay loam and sand soils were significantly different(p<0.05). And the contents of available trace elements in the loam and sandy loam were relatively higher than the contents of others; (2) The comprehensive effectiveness index of soil trace elements ranked as: sandy loam(1.51)>sand(1.44)>clay(1.42)>loam(1.41)>clay loam(1.27); (3) Soil organic matter and soil available trace elements had an extremely significant correlation (p<0.01), pH value was significantly correlated with the effective copper and manganese (p<0.05). [Conclusion] For all of the different soil textures, the contents of trace elements iron and zinc were more lack, the contents of manganese and copper were relatively more abundant. Consequently, scientific management and reasonable fertilization should be carried out according to the available trace elements in different lands.

Keywords:topsoil; trace elements; available indices; soil textures; Kuqa County

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)02-0189-04

中圖分類號：S158.2， S158.5

收稿日期：2014-03-26修回日期：2014-04-13