樂清市農田土壤微量元素的空間變異特征研究

趙麗芳 黃鵬武 郭軍玲 盧升高

摘 要：以浙江省樂清市基本農田土壤為例，采用地統計學和GIS技術相結合的方法，研究了農田土壤有效態Fe、Mn、Cu、Zn和B含量的空間變異規律及其與土壤類型和土地利用方式的關系。結果表明，土壤中Fe、B具有強烈的空間相關性，Mn、Cu、Zn具有中等的空間相關性。土壤微量元素的空間插值圖很好的反映了樂清市農田土壤中微量元素的空間變異規律及含量狀況。依據浙江省微量元素含量水平的分級標準，樂清市農田土壤中有效態Fe、Mn、Zn含量豐富，Cu、B含量偏低，需要通過施肥補充；不同土地利用方式顯著影響土壤中微量元素的含量，水稻土類中的Fe、Mn、Cu、Zn、B含量均顯著高于紅壤土類；該研究為了解農田土壤中微量元素的空間分布規律和豐缺情況提供了基礎數據，為微量元素的合理施用提供了科學依據。

關鍵詞：微量元素；GIS；地統計學；空間變異

中圖分類號 S158.9 文獻標識碼 A 文章編號 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

土壤是農作物生長所需的微量元素的主要來源，土壤中有效態微量元素的含量直接影響著農作物的生長、產量和品質。了解土壤微量元素含量的空間分布規律是確定區域農田微量元素施用和精確施肥的基礎[1-3]。地統計學方法是分析土壤養分空間分布規律的有效方法之一[1-4]。GIS技術具有強大的數據管理、分析和顯示功能，和地統計學相結合，能有效地解釋土壤性質和養分含量的空間變異性。國內外研究者采用GIS技術和地統計學相結合的方法對土壤養分含量的空間變異進行了大量的研究[1-4]，但多數研究關注的是土壤中大量元素的空間變異，而對微量元素空間變異研究較少。土壤中微量元素具有空間變異性[5-13]，并受土壤類型、土地利用方式等因素的影響，了解微量元素的空間變異規律及其影響因素對農田養分管理和微肥利用有重要意義。

本研究在探索性空間數據分析技術基礎上，采用GIS和地統計學相結合，對浙江省樂清市基本農田土壤有效態微量元素（Fe、Mn、Cu、Zn和B）的空間變異規律進行了研究，依據微量元素分級標準評價豐缺情況，并分析了微量元素含量變化與土壤類型和土地利用方式的關系，旨在為研究區微量元素的合理施用和科學管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況 樂清市位于浙江省東南部沿海，東臨樂清灣，南臨甌江，地理坐標為北緯27°57′34″～28°32′26″，東經120°42′5″～121°15′18″，陸域面積1174km2，海域面積249km2。地形屬浙南低山區和沿海平原，東南部為沿海平原，地勢平坦、河網交叉，自然資源豐富，有“六山二水二分田”之稱。氣候屬亞熱帶海洋性季風氣候，全年四季分明，溫和濕潤，降水量充沛，年平均氣溫17.9℃，年平均降雨量1556mm。土壤類型以水稻土和紅壤土類為主，紅壤和水稻土面積分別占64.7%和21.3%。

1.2 采樣與分析 土壤樣品的采集和分析方法按照農業部《測土配方施肥技術規范》（2008）進行。根據地形地貌、土地利用、耕作制度、產量水平等因素，確定平均每6.67～13.3hm2耕地采集一個樣品，取樣深度為耕層0～20cm。土壤有效態Fe、Mn、Cu和Zn采用DTPA浸提，ICP-MS法測定[14]；有效硼采用沸水浸提-ICP-MS法測定[15]。

1.3 數據處理 應用SPSS16軟件對農田土壤有效態微量元素含量進行描述性統計分析，然后利用Arcgis中的探索性空間數據分析工具（ESDA）對數據特征進行初步的分析和描述，用直方圖、正態QQPlot分布圖檢驗數據的正態分布。利用GS+7.0地統計軟件對微量元素含量進行半方差函數分析，得出半方差函數的理論模型及相關參數。利用Arcgis 9.2 軟件中的Geostatistical Analyst模塊進行Kriging插值，繪制微量元素含量的空間分布圖。依據浙江省土壤養分的缺素臨界值和分級標準[16]，應用Spatial Analyst模塊對農田土壤微量元素含量進行評價，統計分析不同土壤類型和土地利用方式對微量元素含量的影響。

2 結果與分析

2.1 土壤微量元素有效態含量 樂清市基本農田土壤有效態微量元素含量的統計特征見表1。由表1可知，有效態Fe、Mn、Cu、Zn和B含量的平均值分別為48.97、15.52、1.28、1.25和0.34mg/kg。土壤有效態Fe、Mn、Cu、Zn和B變異系數分別為43.5%、64.9%、111.7%、94.6%和59.5%，按照反映離散程度的變異系數（CV）大小，農田土壤微量元素含量空間變異明顯，Fe、Mn、Zn和B為中等變異，Cu元素為強變異。根據《浙江土壤》中微量元素有效態含量豐缺的分級標準[16]，有效Fe含量豐富的農田土壤（>50mg/kg）占總樣數的47%，說明土壤有效態Fe含量豐富；有效Mn含量高于15mg/kg的樣本數占總樣數的 45%，說明土壤有效態Mn含量豐富；土壤有效Cu含量>2mg/kg的樣本數占14%，說明樂清市農田土壤中含Cu較為豐富的樣點比較少；有效Zn含量在0.5～3mg/kg的樣本數占總樣數的76%，而低于1mg/kg的樣本數占總樣數的59%；土壤有效B含量低于缺乏臨近值（0.5mg/kg）的樣本數占到總樣數的78%，而且低于0.3mg/kg（極缺水平）的樣本數占到總樣數的47%，表明農田土壤缺B比較明顯。

2.2 土壤微量元素的空間分布 利用Arcgis軟件的直方圖和正態QQPlot分布圖檢驗，農田土壤有效態微量元素Fe、Mn和B符合正態分布，Cu和Zn符合對數正態分布，均滿足半方差分析要求。圖1是利用Arcgis9.2軟件中的地統計分析模塊插值得到的土壤微量元素含量空間分布圖。由圖1可知，不同微量元素含量的空間分布明顯不同。Fe、Mn和Cu的空間分布沒有明顯的規律，并存在多個高值斑塊；Zn元素呈現塊狀分布特點，在南部和東北部出現Zn高值區；B的空間分布呈現出東南部高西北部低的趨勢，市域東南部出現有效B含量>0.5mg/kg的高值區，系海洋沉積物母質含有較高濃度的B引起的。基于樂清市土地利用現狀圖，參照浙江省微量元素的分級標準[16]，利用Arcgis9.2軟件提取研究區耕地，然后應用其空間分析模塊的分區統計功能，統計了基本農田中不同等級微量元素農田分布。結果表明，樂清市農田土壤有效Fe含量都高于臨界值（10mg/kg）：其中Fe含量>20mg/kg的農田面積占96%，說明耕地中有效Fe含量豐富；有效Mn含量的分級統計表明，有效Mn含量高于臨界值（5mg/kg）的面積占89%，其中含量在15～30mg/kg的面積達到了47%，表明耕地土壤中有效Mn含量豐富；有效Cu含量統計表明，含量在0.2～1.0mg/kg的面積最大，占耕地總面積的48%，其中高于臨界值（1.0mg/kg）的耕地面積占總面積的50%，表明農田土壤有效Cu含量偏低；有效Zn含量高于臨界值（0.05mg/kg）的面積占97%，其中含量為0.5～1.0mg/kg的耕地面積占50%，說明土壤中Zn含量豐富；農田土壤有效B含量低于臨界值（0.5mg/kg）的面積約占總面積的83%，其中有效B含量在0.2～0.5mg/kg的耕地面積占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質中B含量低、丘陵區強烈的成土風化作用引起B淋失引起的。因此，在農業生產上該區域需要通過施用B肥補充。

2.3 土壤類型和土地利用方式對微量元素含量的影響 在土壤微量元素含量空間分布圖中，統計了不同土壤類型和土地利用方式下農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，分別為49.87、15.86、1.30和1.21mg/kg，不同土壤類型間微量元素含量存在顯著差異（p<0.01）：認為不同土壤類型中有效態微量元素含量的差異是由成土母質中微量元素含量差異引起的。有效態B則以濱海鹽土含量最高，系成土母質富含B元素引起的。不同土地利用類型農田土壤中微量元素含量見表3所示，結果表明Fe和Zn平均含量為灌溉水田>旱地>灘涂>望天田；Mn和Cu的平均含量為灌溉水田>灘涂>旱地>望天田；有效B平均含量為灘涂>灌溉水田>旱地>望天田。顯著性分析表明，不同土地利用類型對微量元素含量的影響均為極顯著差異（p<0.01）：這種差異主要受農田耕作、施肥、管理等措施影響，表明土地利用類型顯著影響農田的有效態微量元素含量。

3 結論

樂清市農田土壤微量元素均具有半方差結構，在一定的范圍內具有空間相關性。Fe和B具有強烈的空間相關性，Mn、Cu和Zn具有中等的空間相關性。農田中微量元素Fe、Mn和Cu含量的分布沒有明顯的空間分異規律，Zn呈現塊狀分布，B具有連續分布的特點。農田土壤中微量元素的分級表明，土壤中Fe和Zn含量達到了豐富和極豐富的水平，Mn含量水平豐富，能滿足作物需求；有效態Cu和B含量偏低，需通過施用微肥補充有效態含量，以滿足農作物生長所需。土壤類型和土地利用方式強烈地影響農田土壤中的微量元素含量，水稻土類的微量元素含量顯著高于紅壤土類。不同土地利用類型對微量元素含量的影響表現為灌溉水田的含量最高，其次是灘涂和旱地，望天田的含量最低。

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（責編：張宏民）