安徽省黟縣農田耕層土壤中微量元素含量研究①

齊虹凌，元 野，劉世豐，程顯明，陳 宇，付金龍，江昌玉，吳 舉

(1 牡丹江師范學院，黑龍江牡丹江 157011；2牡丹江煙草科學研究所，黑龍江牡丹江 157011；3 哈爾濱煙葉公司賓縣分公司，黑龍江賓縣 150400；4 牡丹江煙葉公司勃利分公司，黑龍江勃利 154500；5 牡丹江煙葉公司寧安分公司，黑龍江寧安 157400)

中微量元素在植物的正常生長中起著非常重要的作用[1-2]。土壤中微量元素來源分為自然來源(如成土母質)和人為來源(如肥料施用)。土壤中微量元素的空間分布結構相似程度較小，呈斑塊狀特點，準確認識其空間分布情況有助于指導肥料的科學施用[3-6]。目前，主流的空間預測方法是結合地統計方法與地理信息系統[7-10]，通過空間插值的方式研究土壤中微量元素有效態含量的空間分布[11-12]，進而根據相應的國家標準進行評價。

黟縣是典型的山區農業縣，本研究利用 2008—2009年間測土配方施肥工作獲得的土樣的中量元素硫和微量元素鐵、錳、銅、鋅、硼的有效態數據，基于二階平穩假設，采用經典克里格插值方法，預測上述元素有效態含量的空間分異，進而分析各種元素的豐缺程度，以指導當地相應的肥料施用。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

黟縣位于 29°47′～30°11′ N，117°38′～118° 6′ E，面積約857 km2；屬于北亞熱帶濕潤季風氣候，水分充足，熱量豐富，四季分明，春夏溫暖多雨，秋冬低溫干燥，年均氣溫15.8℃，年均降水量1 686.1 mm，年均蒸發量1 231.5 mm，年均日照數1 815.7 h。農業氣候表現為：春季回溫不穩，雨霧日較多，光照不足；夏季高溫高濕，降雨集中，時有洪災；秋后雨水銳減，常有“夾秋旱”；冬季少雨寒冷，偶有寒害。縣內河流多發源于中部中山，河流短促，比降大，有中山、低山、丘陵、山間盆地4種地貌類型，形成中部中山，南北兩側低山丘陵地形地貌；海拔高度范圍是159 ～1 407 m，平均坡度為29.8%。

種植業方面，該縣現有耕地69.1 km2，其中水田 39.7 km2，旱地29.4 km2，園地45.1 km2(其中茶園 22.4 km2，桑園19.9 km2，果園2.8 km2)。水稻、油菜、茶葉、蠶桑是四大主導作物，其中水稻種植面積38.2 km2，油菜27.8 km2，分別占農作物播種面積的 38.6% 和 28.1%，占糧食、油料作物種植面積的76.1% 和95.0%。

1.2 數據來源

耕作層土壤硫、鐵、錳、銅、鋅、硼的有效態含量數據主要來自黟縣土壤肥料工作站在 2008—2009年開展的測土配方施肥工作，采樣點共計1 021個(圖 1)。采樣設計為：充分考慮第二次土壤普查信息，結合不同土壤類型、不同土地利用方式以及土壤肥力和生產力狀況，分層隨機設點。按照《測土配方施肥技術規范(試行)修訂稿》的要求，平原區每100 ～500畝(6.7～33.3 hm2)采1個混合樣，丘陵、山區每30～80畝(2～5.3 hm2)采 1個混合樣。在田塊中均勻隨機選取 7～15個采樣點，采用“S”法采集 0～20 cm土層土樣，充分混合后采用四分法留取1 kg。土壤有效鐵、錳、銅、鋅、硼含量的測定采用DTPA提取，原子吸收光譜法測定；有效硫含量的測定采用磷酸鹽-乙酸提取，硫酸鋇比濁法[13-14]測定。

圖1 土壤采樣點空間分布

1.3 數據處理

本文數據分析主要在IBM Statistics SPSS 20.0軟件中進行的，克里格插值參數由GS+7.0自動擬合，在ESRI ArcGIS 10.2軟件中實現克里格插值與制圖。

2 結果與討論

2.1 黟縣農田耕層土壤中微量元素含量的描述性統計

本研究選取的6個元素的統計結果如表1所示。由表1可以看出，相同元素的全距較大，依據拉依達準則法對數據進行異常值處理，將大于(平均值 + 2×標準差)的試驗數據值作為異常值，予以剔除。峰度能夠體現數據分布形態的陡緩程度，偏度表示了數據分布的偏斜方向和程度。從峰度指標可以看出，有效鋅與硼數據分布較為集中。有效硼含量的標準差較大，表明該區域的有效硼含量差異較大。有效鐵、錳、銅、硫含量差異較小。

如圖2所示，6個元素的頻率分布為偏態分布，有效硼的偏度最大，為 26.62，其次是有效鋅，為14.87。因此，在使用地統計空間推理前，需將這幾種元素進行對數轉換，使其服從正態分布。在空間插值完成后，再使用指數函數對結果進行逆轉換。

2.2 黟縣農田耕層土壤中微量元素含量的空間變異特征

本研究中 6個元素的半方差擬合參數如表 2所示，有效鐵、硼與硫為指數模型，有效錳為高斯模型，有效銅與鋅為球狀模型。塊金值與基臺值的比值用來表示目標屬性空間的相關性程度。一般情況下，＜25%、25%～75% 與 ＞75% 分別表示高程度、中等程度與低程度空間相關[15-16]。表2數據顯示，有效硼的空間相關程度較高，其余5種元素屬于中等程度的相關。然而，有效硼的模擬確定系數小于0.5，說明該元素的空間相關程度較低[17-18]。同樣，不同元素的變程差異較大。有效硼的變程最大，為153.3 km，其他5種元素的變程介于6～80 km?；谒鶚嫿ǖ陌敕讲钅Ｐ?，采用ArcGIS的地統計模塊中的普通克里格進行空間插值(圖 3)，結果顯示，整體上看，黟縣南部、北部的中微量元素有效態含量較高，中間區域的含量相對較低。這種分布主要跟地形起伏相關聯，黟縣中部地區主要是山地，中微量元素來源主要是自然來源。

2.3 黟縣農田耕層土壤中微量元素含量豐缺評價

基于元素含量豐缺標準[19-20](表3)，采用ArcGIS軟件對圖3中的預測結果進行重分類，并統計各等級內的面積(表 4)，結果表明黟縣地區的有效硼普遍較為缺乏(91.35% 土壤)，部分地區的有效態鋅也呈現缺乏狀態(12.45% 土壤)。

表1 黟縣農田耕層土壤中微量元素有效態含量的描述性統計(mg/kg)

圖2 黟縣農田耕層土壤中微量元素含量的頻率分布圖

表2 黟縣農田耕層土壤中微量元素有效態含量半方差模型擬合參數

黟縣多為丘陵山地，成土母質中的礦質養分主要受巖石礦物成分主導。研究區內花崗巖類(主要含正長石、云母礦物)風化物發育的土壤硼、鋅等元素含量較低。在第四紀紅黏土發育的土壤和近現代河流沖積物發育形成的土壤，硼元素含量均較低[19]。油菜是黟縣重要農作物之一，其對硼元素非常敏感，因此在種植油菜等十字花科作物時需要注意施用硼肥[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噴施濃度為0.1%～0.3% 的硼砂水溶液。增施硼肥的同時，還應秸稈還田，以提升土壤有機質，改善土壤結構，提升土壤水肥調控能力。對于缺鋅的土壤，可以噴施濃度為0.1%～0.2% 的硫酸鋅葉面肥。

表3 中微量元素有效態含量分級標準 (mg/kg)

表4 黟縣農田耕層土壤中微量元素有效態含量不同等級分布比例 (%)

3 結論

皖南黟縣農田耕層土壤中的中微量元素含量較為豐富。但有效硼普遍較為缺乏，部分地區的有效鋅含量也呈現缺乏狀態。鑒于黟縣種植油菜區域較多，且油菜等十字花科作物對硼元素非常敏感，建議相關農田增施硼肥，或在油菜蕾苔期或初花期噴施硼砂水溶液；缺鋅地區可以考慮噴施硫酸鋅葉面肥。黟縣南部、北部的有效態中、微量元素含量較高，中間區域的含量相對較低，這一空間分布主要跟地形有關。

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