設施農業土壤大量和微量元素等級評價與空間變異特征研究

周婧 張延發 袁敏敏 江軍梁 李陽陽 陳澤 竇志 高輝

摘? 要：采用GPS定位取土與實驗室測定及地理制圖等方法，分析了某產業園區設施農業土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等大量元素和總硼、總錳、總鉬、總硒等微量元素描述性統計特征，進行了等級評價，并闡述了其空間變異特征。結果表明：（1）園區設施農業土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀平均值分別為39.4g/kg、1.05g/kg、90.6mg/kg、56.0mg/kg、107.7mg/kg，皆為中等變異強度，其中有機質變異強度最小，有效磷則最大;總硼、總錳、總鉬、總硒平均值分別為24.1mg/kg、271.2mg/kg、0.30mg/kg、0.30mg/kg，其中總硼、總錳為弱變異，總鉬、總硒為中等變異。（2）土壤有機質、有效磷含量較豐富，全氮、堿解氮、速效鉀偏缺。總硒含量高于土壤環境背景值，總硼、總錳、總鉬含量均低于背景值。（3）南部區域土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量普遍高于北部，總硼、總錳高值區主要集中在南部區域，總鉬、總硒高值區則位于北部。

關鍵詞：設施農業;大量元素;微量元素;等級評價;空間變異

中圖分類號 S153 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2019）08-0074-04

Abstract：The paper adopted methods such as GPS positioning，laboratory measurement and geographic mapping to analyzed the contents of macro elements such as organic matter（OM），total nitrogen（TN），alkali-hydrolysable nitrogen（AHN），available phosphorous（AP），available potassium（AK）and trace elements such as total boron，total manganese，total molybdenum and total selenium of facility agriculture soil in industrial park. The paper also analyzed its spatial variability characteristics and graded their evaluations. Results were as follows：（1）The average content of OM was 39.4 g/kg，TN 1.05 g/kg，AHN 90.6 mg/kg，AP 56.0 mg/kg，and AK 107.7 mg/kg，all of which were moderately variable in intensity. The variation intensity of OM was the smallest and the AP was the largest. The average values of total boron，total manganese，total molybdenum and total selenium were 24.1 mg/kg，271.2 mg/kg，0.30 mg/kg，and 0.30 mg/kg respectively. Total boron and total manganese were weak variations，total molybdenum and total selenium were medium variation.（2）The content of OM and AP were abundant，and TN，AHN and AK were lacking. The total selenium content was higher than the background value of the soil environment，and the total boron，total manganese and total molybdenum content were much smaller than the background value.（3）The content of OM，TN，AHN，AP and AK in the southern region soil was generally higher than that in the north. The total values of total boron and total manganese were mainly concentrated in the southern region while the total molybdenum and total selenium were located in the north.

Key words：Facility agriculture;Macro elements;Trace elements;Grade evaluation;Spatial variation

土壤為作物生長提供了重要介質，為蚯蚓等土壤動物與微生物的活動提供了空間，并可作為環境緩沖器累積有利或有害因子，土壤質量是直接決定農產品品質的一項重要因素[1，2]。隨著人們生活水平的不斷提高，市場對蔬菜等農產品質量的要求日益升高，加強對產地土壤的科學管理與質量監控已成為確保綠色農產品生產的一項重要工作[3，4]。由于設施農業土壤管理水平不高，時常導致耕作障礙、土壤動物稀缺、微生物種類減少、土壤活性下降等一系列土壤環境問題[5，6]。本研究以江蘇省揚州市江都區小紀鎮現代農業產業園區為例，基于GPS定位測土試驗等結果，對該農產品基地土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等含量及總硼、總錳、總鉬、總硒等微量元素進行描述性統計分析與等級評價及地理制圖，初步明晰了產業園區設施農業土壤大量和微量元素含量現狀與空間分布特征，以期為針對性開展耕作管理工作和可持續利用土壤提供理論依據。

1 研究區概況

現代農業產業園區位于江蘇省揚州市江都區小紀鎮。園區氣候四季分明，日照充足，雨量豐沛。園區現有面積730hm2，其中設施栽培面積547hm2，是省、市“菜籃子”生產基地。

2 材料與方法

2.1 土樣采集 利用GPS儀記錄每塊農田的經緯度坐標，取樣深度為0～20cm，每個樣點采用五點采樣法，作為1個土壤樣本，共設置30個取樣點，樣點分布見圖1。將土樣編號、風干、粉碎、過篩、裝袋，測定其土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等大量元素及總硼、總錳、總鉬、總硒等微量元素含量。

2.2 測定方法 有機質采用油浴加熱-重鉻酸鉀氧化容量法[7]，全氮采用凱氏定氮法[8]，堿解氮采用堿解擴散法[9]，有效磷采用鉬銻抗比色法[10]，速效鉀采用乙酸銨浸提火焰光度法[11]，硼、錳、鉬、硒等微量元素采用微波消解[12]、ICP-MS等離子質譜法測定。計算分析與地理制圖采用Excel、SPSS、ArcGIS 10.3等軟件完成。

3 結果與分析

3.1 土壤大量和微量元素描述性統計特征 由表1可知，對于大量元素而言，產業園區土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀平均值分別為39.4g/kg、1.05g/kg、90.6mg/kg、56.0mg/kg、107.7mg/kg，其中有機質變異系數最小，堿解氮、有效磷、速效鉀變異系數較大，有效磷最大。變異系數越大，其在不同農田土壤中含量分布越不均勻、參差不一，說明受到人類耕作管理等活動影響越大[12]。當變異系數（CV）≤10%時為弱變異性，10%

對于微量元素而言，總硼、總錳、總鉬、總硒平均值分別為24.1mg/kg、271.2mg/kg、0.30mg/kg、0.30mg/kg。其中總硼、總錳變異系數較小，總錳最小，而總鉬、總硒變異系數較大，總硒最大。說明鉬、硒在土壤中分布不均勻，不同農田間差異大。土壤中總硼、總錳元素皆為弱變異強度，總鉬、總硒則為中等變異強度。

由表2可知，產業園區土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、總硼和總錳間皆達到極顯著正相關關系。而總鉬、總硒與其它元素之間并無明顯相關關系，其中總鉬和全氮、堿解氮、有效磷、總硼、總錳均呈負相關關系，而總硒則和有機質、有效磷、速效鉀、總硼、總錳呈負相關關系。

3.2 土壤大量和微量元素等級評價

3.2.1 土壤大量元素等級評價 土壤大量元素分級標準主要針對有機質、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀的含量進行分級。表3為產業園區內30個土壤樣本的養分分級評價情況。

3.2.1.1 有機質 按土壤養分分級標準（>40.0g/kg屬極豐富，30.0～40.0g/kg屬豐富），極豐富占36.7%，豐富占63.3%，有機質含量總體較優。

3.2.1.2 全氮 全氮指土壤中各種形態氮素含量之和。按土壤養分分級標準（1.5～2.0g/kg屬豐富，1.0～1.5g/kg屬一般，0.75～1.0g/kg屬缺），豐富、一般、缺等級分別占6.7%、36.7%、56.7%，說明土壤中全氮含量總體缺乏。

3.2.1.3 堿解氮 堿解氮在土壤中不夠穩定，易受土壤水氣熱條件和生物活動影響而發生變化，但它能反映近期土壤的氮素供應能力。按土壤養分分級標準（>150mg/kg屬極豐富，120～150mg/kg屬豐富，90～120mg/kg屬一般，60～90mg/kg屬缺，<60mg/kg屬極缺），極豐富、一般、缺、極缺分別占6.7%、33.3%、56.7%、3.3%。

3.2.1.4 有效磷 按土壤養分分級標準（>40.0mg/kg屬極豐富，20.0～40.0mg/kg屬豐富），極豐富土壤占56.7%，豐富土壤占43.3%，有效磷含量總體較優。

3.2.1.5 速效鉀 按土壤養分分級標準（>200mg/kg屬極豐富，150～200mg/kg屬豐富，100～150mg/kg屬一般，50～100mg/kg屬缺），極豐富、豐富、一般、缺分別占6.7%、10%、30%、53.3%，速效鉀一般和缺占主體。

3.2.2 土壤微量元素等級評價 采用土壤環境背景值[14-16]標準，對土壤微量元素豐缺狀況進行評價。產業園區總硼、總錳、總鉬平均值24.1mg/kg、271.2mg/kg、0.30mg/kg，均低于土壤環境背景值。總硒平均值為0.30mg/kg，高于土壤環境背景值，超過土壤環境背景值的樣本數達11個，占36.7%，總體情況較好。

3.3 土壤大量和微量元素空間變異特征 采用普通克呂格空間插值法，分別對產業園區內土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等大量元素和總硼、總錳、總鉬、總硒等微量元素進行地理制圖，如圖2所示。由圖2可知，整體而言，產業園區南部地區大量元素含量普遍較北部高。有機質在北部地區也存在小范圍高值區，中部地區含量較少。總硼、總錳均為南部高于北部，總鉬、總硒則與之相反。

4 小結與討論

4.1 小結 本研究區設施農業土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、總鉬、總硒均為中等變異強度，而總硼、總錳則為弱變異。園區土壤有機質、有效磷含量較豐富，全氮、堿解氮、速效鉀偏缺。總硒含量整體高于土壤環境背景值，而總硼、總錳、總鉬含量均低于背景值。南部地區土壤大量元素和總硼、總錳含量普遍高于北部，而總鉬、總硒高值區則位于北部。

4.2 討論 （1）設施農業土壤質量備受人們關注。本研究對研究區內30個土壤樣本大量和微量元素進行了等級評價研究，初步揭示了該產業園區土壤主要養分含量等級狀況，但取樣粒度仍較粗，尚難以精準反映不同農田的土壤元素細微差異狀況，下一步可擴大供試樣本數量，并擴大至0～60cm作分層深度分析。

（2）土壤生物蚯蚓具有改善土壤耕層結構、生產天然優質肥料和累積重金屬等作用。筆者選取了3個田塊，僅發現1條蚯蚓，表明產業園區農田土壤中蚯蚓數量極少。可以通過釋放蚯蚓，進一步改良土壤，優化土質，提升地力，改變片面依賴有機肥和無機肥的狀況，提升土壤質量和農產品質量安全水平。

參考文獻

[1]江春玉，李忠佩，張怡，等.基于養分含量和生化性狀的南京城郊設施蔬菜土壤質量評價[J].江蘇農業學報，2014，30（2）：296-303.

[2]劉永海，張玉雷.綠色蔬菜土壤管理探討[J].現代農業科技，2010（10）：274-275.

[3]李文慶.大棚土壤管理中存在的問題及對策[C].第七次“土壤與環境”學術研討會論文摘要，2001.

[4]陳玉鵬，梁東麗，劉中華，等.大棚蔬菜土壤重金屬污染及其控制的研究進展與展望[J].農業環境科學學報，2018，37（1）：9-17.

[5]劉長慶，王德科，王文香.不同棚齡大棚土壤養分年度變化特征研究[J].中國農學通報，2001，17（6）：38-40.

[6]熊漢琴，王朝輝，宰松梅.保護地土壤質量障礙因素研究[J].水土保持通報，2006，26（3）：136-140.

[7]吳才武，夏建新，段崢嶸.土壤有機質測定方法述評與展望[J].土壤，2015，47（3）：453-460.

[8]李桂花，葉小蘭，呂子古，等.元素分析儀和全自動凱氏定氮儀測定土壤全氮之比較[J].中國土壤與肥料，2015（3）：111-115.

[9]李金彥.土壤水解性氮的測定（堿解擴散法）[J].農業科技與信息，2010（10）：15.

[10]邢曉麗，岳志紅，陳瑞鴿，等.土壤有效磷測定方法及注意事項[J].河南農業，2011（4）：48-49.

[11]欒慧，高一娜，劉紅，等.土壤速效鉀測定方法的影響因素[J].綠色科技，2016（16）：159-160.

[12]王敏，趙沖厚，張晴，等.微波消解-原子吸收分光光度法測定土壤中重金屬的研究[J].安徽農業科學，2013（16）：7128-7129.

[13]陳天恩，董靜，郜允兵，等.小豐營村蔬菜地土壤養分變異特性研究[C].中國植物營養與肥料學會2010年學術年會論文集，2010.

[14]魏復盛，楊國治，蔣德珍，等.中國土壤元素背景值基本統計量及其特征[J].中國環境監測，1991，7（01）：1-6.

[15]魏復盛，陳靜生，吳燕玉，等.中國土壤環境背景值研究[J].環境科學，1991，12（04）：12-19.

[16]廖啟林，劉聰，許艷，等.江蘇省土壤元素地球化學基準值[J].中國地質，2011，38（05）：1363-1378.

（責編：王慧晴）