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新疆干旱區棗園不同土層土壤全量養分元素含量與變化特征

2023-04-29 00:00:00王利娜趙王姝婧黃瑤李建貴王磊
經濟林研究 2023年1期

摘 要:【目的】分析新疆干旱區棗園不同土層土壤全量養分元素含量及其隨土層深度而變化的特征,為評價新疆干旱區紅棗產區土壤質量、實現土壤養分的科學管理提供參考依據。【方法】選取新疆紅棗主要種植區巴音郭楞蒙古自治州(簡稱為“巴州”)、和田地區、喀什地區、阿克蘇地區的21 個灰棗園、16 個駿棗園為樣地,采用野外布點采樣、實驗室測定與數據分析相結合的研究方法,分析深度分別為0 ~ 30、30 ~ 60、60 ~ 90 cm 的土層土壤的pH 值、電導率和全氮、全磷、全鉀、全鈣、全鎂、全硫、全硼、全鐵、全錳、全鋅、全銅的含量與變化特征,參照土壤質量評價養分等級劃分標準,對全量養分元素的含量等級進行劃分,比較分析4 個地區各個采樣點土壤全量養分元素的縱向變化特征。【結果】研究區各個采樣點的土壤全氮含量均處于缺乏水平;而其全鉀含量均豐富;有94.59% 的采樣點表層土壤中全硫含量超過了其上限值;其土壤各種微量養分元素的含量均未超出其上限值。阿克蘇地區及和田地區各個采樣點的土壤氧化鈣含量均以土壤中層的含量為最高,巴州和喀什地區采樣點的土壤氧化鈣含量均呈現出隨著土層的加深而不斷增高的變化趨勢。4 個地區所有采樣點的土壤pH 值隨著土層的加深均呈現出先減小后增大的變化趨勢,而其電導率均未呈現出明顯的變化趨勢;其土壤全氮、全磷、全鉀、全硫、全銅的含量隨著土層的加深均不斷降低;土壤全硼、氧化鐵、全錳的含量隨著土層深度的增加均增加;土壤中氧化鈣、氧化鎂的含量均呈現出隨著土層深度的增加而先升高后降低的變化趨勢;其全鋅含量隨著土層的加深均未表現出明顯的變化趨勢。【結論】研究區的土壤全鉀含量豐富,而其全硫含量過剩,全氮含量缺乏;同一地區各個采樣點的不同土層土壤中全量養分元素的含量及其變異系數不同,同一地區的土壤中不同養分元素的豐缺程度不同;不同地區各個采樣點的相同土層中土壤全量養分元素的含量不同;隨著土層深度的加深,同一地區采樣點不同土壤養分元素含量的變化規律不同。

關鍵詞:棗園;土層深度;土壤全量養分元素;變化特征

中圖分類號:S665.1;S606 文獻標志碼:A 文章編號:1003—8981(2023)01—0086—11

土壤是植物生長發育的基質,其空間分布具有異質性[1]。土壤環境影響著植物的生長發育,植物主要從土壤中汲取生命活動所需營養成分。土壤全量養分元素的含量與環境保護、農林業發展等密不可分,是影響土壤肥力的重要因素之一[2-3]。

新疆環塔里木盆地擁有豐富的光熱資源,是全國主要的優質紅棗生產基地[4-5],其土壤類型主要是鹽堿地與沙荒地,土壤結構較差。對環塔里木盆地土壤全量養分元素含量及變化特征進行研究,有利于了解不同土層中養分元素的含量及其變化特征,降低過量施肥對土壤造成的污染,實現對化肥的合理施用。

目前已有很多學者對果園的土壤環境進行了調查研究:謝薇等[6] 采用內梅羅指數法對天津核桃產區的土壤環境質量進行了評價,結果發現,其總體質量較好,但其污染負荷指數較高,表明土壤中重金屬元素的積累較多;謝凱柳等[7] 分析了臍橙園中深度分別為0 ~ 20、20 ~ 40 cm 的土層土壤中的養分含量,結果表明,土壤存在酸化現象,且所研究的臍橙園土壤中氮、磷、鉀的含量高于背景區的,并且有的果園中土壤微量元素的含量超出了其適宜值的范圍。還有很多學者對新疆土壤進行了調查研究:馬旭等[8] 分析了新疆奇臺農場的土壤肥力特征,結果表明,該農場的土壤中速效鉀和有效硼的含量均處于極高水平;顧思博等[9] 運用統計學方法對新疆和田地區民豐縣土壤樣品中6 種微量元素的含量進行了測定與分析,結果表明,其鐵、硼、鋅的含量均處于較缺乏的狀態,而有機質含量與pH 值對其微量元素含量均有影響;賴寧等[10] 采用特爾斐法、層次分析法與模糊數學隸屬函數模型相結合的方法對新疆阿克蘇地區溫宿縣的核桃園和棗園土壤的13 項理化指標進行了分析與評價,結果表明,其土壤肥力均處于中低水平,其土壤中錳和鋅的含量均處于缺乏狀態;李宏等[11] 對新疆棗樹根系空間分布規律進行了研究,結果表明,在深度為0 ~ 90 cm的土層中,棗樹的根長分布比例達到88.78%,而在深度分別為0 ~ 30、30 ~ 60、60 ~ 90 cm的土層中,棗樹的根長密度所占的比例分別為46.05%、32.05%、10.68%。目前已有的研究結果表明,在土壤剖面上不同的地質環境中,土壤全量養分元素含量的變化趨勢存在著差異。但是,尚未見到系統地研究新疆干旱區棗園不同深度土層土壤中全量養分元素的含量及其變化規律的報道。為了促進生態環境的良性循環與有限資源的可持續利用,給新疆干旱區紅棗產區土壤質量的綜合評價與土壤養分的科學管理提供參考依據,本研究對新疆維吾爾自治區南部的巴音郭楞蒙古自治州(簡稱為“巴州”)、和田地區、喀什地區、阿克蘇地區的棗園不同土層土壤全量養分元素含量及其隨土層深度而變化的特征進行了測定分析與綜合評價,現將研究結果分析報道如下。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

塔里木盆地位于新疆維吾爾自治區的南部,環塔里木盆地的4 個地區是新疆紅棗的主要種植區, 其海拔高度為800 ~ 1 375 m, 土壤pH 值均大于7.0,研究區大部分地區的土壤為石灰性土壤,其部分地區的土壤鹽堿化現象嚴重。阿克蘇地區地處東經78°03′ ~ 84°07′,北緯39°30′ ~42°41′, 為暖溫帶干旱型氣候。巴州地處東經82°38′ ~ 93°45′, 北緯35°38′ ~ 43°36′, 屬于中溫帶和暖溫帶大陸性氣候。和田地區中心位置位于東經79°92′,北緯37°12′,為典型的內陸干旱區,屬干旱荒漠性氣候。喀什地區地處在東經71°39′ ~ 79°52′、北緯35°28′ ~ 40°16′,屬暖溫帶大陸性干旱氣候帶。研究區的土壤類型主要有灌淤潮土、石灰性草甸土、灌淤土、沖灌耕棕漠土、結殼鹽土、草甸巖土、鹽化草甸土、半固定荒漠風沙土、鹽化潮土、鹽化灌淤土。

1.2 樣品的采集

查閱中國土壤數據庫后可知,由不同成土母質形成的土壤其分層特征各不相同。綜合考慮4 個地區的土壤類型、土壤的分層特點和李宏等[11] 對棗樹根系空間分布規律的研究結果,土壤取樣深度分別設定為0 ~ 30、30 ~ 60、0 ~ 90 cm。

根據張梅等[12] 對新疆紅棗適生區的預測結果,選擇阿克蘇地區的阿瓦提縣、沙雅縣、庫車市,巴州的庫爾勒市、若羌縣、且末縣,和田地區的民豐縣、策勒縣、墨玉縣、皮山縣,喀什地區的岳普湖縣為采樣縣市。2020 年10 月22 日—11 月19 日,采用隨機抽取法,在所選采樣縣市隨機選取37 個樣地(21 個灰棗樣地、16 個駿棗樣地)作為目標樣地。在目標樣地采用單對角線取樣法,選取胸徑為10 ~ 15 cm、長勢良好的棗樹,在距離棗樹20 cm 處進行土壤樣品的采集。

1.3 測定指標與測定方法

對研究區各個樣地不同土層的土壤樣品的pH值、電導率與氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等土壤常量養分元素的全量和硼、鐵、錳、鋅、銅等土壤微量養分元素的全量進行測定,具體測定方法詳見表1。

1.4 數據處理方法

采用Microsoft Office Professional Plus 2019 軟件進行數據的計算和整理;利用SPSS Statistics26.0(IBM,USA)軟件進行統計分析。參照土地質量地球化學評價規范(DZ/T 0295—2016),對環塔里木盆地各土層的養分元素含量進行分級,其分級標準見表2。根據各地區不同土層土壤養分的含量變化情況,分析各養分元素的含量隨土層深度加大而變化的特征。

2 結果與分析

2.1 研究區土壤pH 值和電導率

變異系數是衡量離散程度的標準,可以反映人為活動的影響情況,人為活動對環境的影響越大,變異系數則越大,變異系數< 10% 的屬于弱變異性,變異系數為10% ~ 100% 的屬于中等變異性,變異系數> 100% 的為強變異性[13-15]。不同土層土壤pH 值和電導率的測定結果見表3。由表3 可知,研究區土壤pH 值為7.62 ~ 9.06,且各土層的變異特性均為弱變異性,說明各土層土壤pH值的差異不明顯,研究區棗園的土壤類型均為堿性土。研究區土壤電導率的變異特性均為強變異性,說明研究區棗園土壤電導率的差異明顯;而土壤電導率的最大值(3 386.67 μS/cm)出現于和田地區棗園表層的土壤樣品中。

2.2 研究區不同土層土壤養分元素的縱向分布特征

不同土壤全量養分元素含量隨著土層的加深表現出不同的變化規律,按照土壤養分元素縱向分布特征的不同,可將養分元素的縱向分布類型劃分為表層富集型、中層富集型、深層富集型和相對穩定型4 類。表層富集型,即養分元素含量隨著土層的加深而不斷減少,其含量在土壤表層達到最大值;中層富集型,即其含量在土壤中層達到最大值;深層富集型,即養分元素含量隨著土層的加深而不斷增大,其含量在深土層達到最大值;相對穩定型,即養分元素含量在各個土層的差異不大[16]。

不同土層土壤常量養分元素含量的測定結果見表4。從表4 中可以看出,土層深度不同土壤中常量元素的含量也有所不同。其中,全氮、全磷、全鉀、全硫的含量均在土壤表層達到最大值,分別為0.93 g/kg、1.60 g/kg、55.03 g/kg、8 459.83 mg/kg,這幾種養分元素的縱向分布類型均屬表層富集型;氧化鎂與氧化鈣的含量均在土壤中層達到最高值,其縱向分布類型均屬中層富集型。不同土層全氮含量的變異系數差別不大,氧化鎂與氧化鈣在土壤表層的含量變異系數均最大,而全硫含量在土壤深層的含量變異系數最大。在深度為60 ~90 cm 的土層土壤中全磷含量和全鉀含量的變異系數分別為9.15% 與6.53%,其變異程度均為弱變異,其余養分元素的變異程度均為中等變異。

不同土層土壤微量養分元素含量的測定結果見表5。由表5 可知,土層深度不同土壤中微量養分元素的含量也有所不同。全銅的含量在土壤表層達到最大值(43.01 mg/kg),其縱向分布類型屬于表層富集型;全鐵、全硼、全錳的含量均在土壤深層達到最高值,其最大值分別為8.21%、63.23 mg/kg、1 233.37 mg/kg,其縱向分布類型均屬深層富集型;全鋅的含量隨著土層的加深并沒有明顯的變化,其縱向分布類型屬于相對穩定型。

不同深度的土層之間全銅、全鐵、全錳的含量變異系數的差異均不大,深度為30 ~ 60 cm 的土層土壤中全錳含量的變異系數為9.76%,說明其變異程度屬于弱變異,而其他養分元素的變異程度均為中等變異。

2.3 不同土層土壤養分元素含量等級的采樣點在整個研究區的分布比例

不同土層土壤常量養分元素不同含量等級的采樣點占研究區所有采樣點的比例見表6。研究區所有采樣點土壤各層的全氮含量均處于缺乏水平,其含量等級為5 級的采樣點所占比例最高,且所有采樣點的中層及深層土壤中全氮含量均處于缺乏水平;研究區所有采樣點的表層土壤中全磷含量等級的差異性較大,其含量等級從1 級到5 級均有分布,有42.86% 的采樣點的0 ~ 30 cm 土層土壤中全磷含量均處于較缺乏水平,研究區所有采樣點的深層土壤中全磷的含量等級均為5 級;研究區所有采樣點的各個土層土壤中全鉀含量都很高,均達到了豐富水平;研究區所有采樣點的各個土層土壤中鈣和鎂的含量都相對豐富;研究區所有采樣點的各土層土壤中全硫含量均過高,有94.59% 的采樣點的0 ~ 30 cm 土層土壤中全硫含量均超過了其上限值。

不同土層土壤微量養分元素不同含量等級的采樣點在整個研究區的分布比例見表7。部分采樣點表層土壤全硼含量缺乏,有54.05% 的采樣點表層土壤全硼含量等級為5 級;大部分采樣點各個土層的全鐵含量均處于較缺乏水平;中層與深層土壤中全錳的含量分別為85.71% 和97.22% 的采樣點均較多,表層土壤全錳含量水平處于豐富和較豐富狀態的采樣點均占整個研究區所有采樣點的40.54%;各個采樣點不同土層中全鋅與全銅的含量均存在較大的差異,其含量等級從1 級至5 級的采樣點分布于整個研究區中。所有采樣點各個土層土壤微量養分元素的含量均沒有超過其上限值。

2.4 4 個地區土壤養分元素縱向遷移特征的比較

2.4.1 4 個地區土壤pH 值、電導率縱向遷移特征的比較

研究區土壤pH 值、電導率的縱向變化特征如圖1 所示。由圖1 可知,隨著土層的加深,4 個地區土壤pH 值整體上呈現出先減小后增大的變化趨勢;喀什地區以外的其他地區土壤電導率并沒有表現出明顯的變化趨勢。由圖1A 可知,不同地區的土壤pH 值隨著土層的加深其變化趨勢有所不同。和田地區各個采樣點的土壤pH 值隨著土層的加深均不斷增大,而其他地區各個采樣點的土壤pH 值隨著土層的加深均先減小后增大。阿克蘇地區和巴州各個采樣點的土壤pH 值均在土壤表層達到最大值;而喀什地區各個采樣點的土壤pH 值均在土壤深層達到最大值。由圖1B 可知,喀什地區各個采樣點土壤各層的電導率均遠高于其他地區的,且呈現出先升高后降低的變化趨勢,深層土壤的電導率最低;和田地區各個采樣點的土壤電導率隨著土層的加深逐漸減小;巴州各個采樣點的土壤電導率隨著土層的加深逐漸變大;阿克蘇地區各個采樣點的土壤電導率均相對穩定,隨著土層的加深均未表現出明顯的變化趨勢。

2.4.2 4 個地區土壤常量養分元素縱向遷移特征的比較

研究區不同土層土壤常量養分元素的含量變化特征如圖2 所示。從圖2 中可以看出,隨著土層的加深,4 個地區土壤氧化鎂、氧化鈣的含量均先增加后降低;4 個地區土壤全氮、全磷、全鉀、全硫的含量均逐漸變少,這可能是由人類活動影響所致的。由圖2A 可知,阿克蘇地區各個采樣點各個土層土壤中全氮的含量均高于其他地區的,和田地區各個采樣點各個土層土壤中全氮的含量均低于其他地區的。由圖2B—C 可知,喀什地區各個采樣點土壤表層的全磷含量及土壤各層的全鉀含量均高于其他地區的,而和田地區各個采樣點土壤表層的全氮與全鉀含量均低于其他地區的;4 個地區所有采樣點中層和深層土壤中全磷含量的差異均不大。由圖2D 可知,阿克蘇地區各個采樣點各個土層土壤氧化鈣的含量均明顯高于其他地區的;土壤氧化鈣含量的最大值出現在阿克蘇地區各個采樣點30 ~ 60 cm 的土層土樣中。由圖2E可知,巴州各個采樣點各個土層土壤中氧化鎂的含量均高于其他地區的,在其深度為30 ~ 60 cm的土層中,其含量均達到最高值;喀什地區各個采樣點各個土層土壤中氧化鎂的含量均最低;阿克蘇地區各個采樣點中層、深層土壤中氧化鎂的含量均最低。由圖2F 可知,喀什地區各個采樣點表層、深層土壤中全硫的含量均高于其他地區相同土層的;巴州各個采樣點中層土壤中全硫的含量均處于最高水平,而其表層土壤中全硫的含量均處于最低水平;和田地區各個采樣點中層、深層土壤中全硫的含量均處于最低水平。

2.4.3 4 個地區土壤微量養分元素縱向遷移特征的比較

研究區所有采樣點不同土層土壤微量養分元素的含量變化特征如圖3 所示。由圖3 可知,隨著土層的加深,研究區所有采樣點的土壤中全硼、氧化鐵、全錳的含量均逐漸增加,而其全銅含量隨著土層的加深均減少,其全鋅含量隨土層加深而變化的趨勢均不明顯。由圖3A 可知,和田地區各個采樣點表層和中層土壤中全硼的含量均高于其他地區的,喀什地區各個采樣點深層土壤中全硼的含量均最高。由圖3B 可知,研究區所有采樣點的土壤氧化鐵含量隨著土層深度的增加整體上呈現出上升趨勢;其中,阿克蘇地區、巴州各個采樣點的土壤氧化鐵含量隨著土層的加深均逐漸增加,和田地區、喀什地區各個采樣點土壤氧化鐵在中層土壤中的含量均達到最大值。由圖3C 可知,隨著土層深度的變化,研究區所有采樣點的土壤全鋅含量都沒有表現出明顯的變化規律;其中,和田地區各個采樣點中層土壤中全鋅的含量均最低,且均低于其他地區相同土層的全鋅含量,喀什地區各個采樣點各個土層的土壤全鋅含量均顯著高于其他地區相同土層的。由圖3D 可知,研究區所有采樣點的土壤全錳含量整體上隨著土層深度的增加而增加,和田地區的增加趨勢較平緩,喀什地區各個采樣點各個土層中土壤全錳含量的差別均不大。由圖3E 可知,隨著土層深度的增加,和田地區各個采樣點各個土層的土壤全銅含量均低于其他地區的,喀什地區各個采樣點的土壤全銅在表層土壤中的含量均達到最高值。

3 討 論

棗樹生長適宜的土壤pH 值為5.5 ~ 8.5 [17],研究區所有采樣點棗園土壤深度為0 ~ 90 cm 的土壤pH 值為7.62 ~ 9.06,研究區所有采樣點的土壤類型均屬堿性土,且部分棗園的土壤鹽堿化程度較高,4 個地區各個采樣點的土壤pH 值存在差異,這可能因為不同地區的土壤類型存在差別,不同棗園的施肥方式也存在差別。對于土壤鹽堿化程度較高的棗園,應采取添加土壤改良劑、合理施肥等措施以改良土壤性質。喀什地區各個采樣點各個土層的土壤電導率均顯著高于其他地區的,這可能因為喀什地區各個采樣點的土壤離子含量均豐富。

研究區所有采樣點的土壤全氮含量均缺乏,其全氮的縱向分布類型屬于表層富集型;研究區所有采樣點各個土層的土壤全鉀含量均豐富。4 個地區各個采樣點的土壤全磷含量存在差異,這一結果與李碩等[18] 的研究結果一致;研究區所有采樣點各個土層土壤中鈣與鎂的含量均相對豐富;喀什地區和巴州各個采樣點各個土層的土壤全硫含量均超過了其上限值;研究區所有采樣點各個土層土壤中全硼與鐵的含量均不高,而其全錳含量均較豐富;研究區所有采樣點各個土層土壤中全鋅與全銅的含量均存在差異。研究區所有采樣點各個土層土壤微量養分元素的含量變異系數均較小,其原因可能是,微量養分元素主要來自于成土母質,受人類活動的影響相對較小。這一結果與張曉霞等[19] 的研究結果一致。

從整個研究區來說,土壤中全氮、全磷、全鉀、全硫的含量隨著土層的加深均降低,這與其他相關研究結果[20-22] 一致,其主要原因可能是人類活動的影響,施入大量的氮、磷、鉀肥增加了土壤養分元素的含量。隨著土層的加深,全鋅含量變化不明顯,其主要原因可能是,其全量養分主要來自于成土母質,其他的土壤性質對其含量的影響不大。

這一結果與其他相關研究結果[19,23] 一致。全銅含量隨著土層的加深而降低,在有機質含量高的土層中容易積累銅[24],而表層土壤中的有機質,由于棗樹的落葉及人為活動的影響,其含量高于其他土層的;全錳含量隨著土層的加深而增加;而張曉霞等[19] 的研究結果表明,隨著土層的加深,錳含量有增加趨勢但其變化不明顯,這一結果與本研究結果(錳含量的增加趨勢明顯)存在差異,其原因可能是地質背景不同;氧化鈣和氧化鎂的含量均在中層土壤中達到最大值,這可能因為,施肥時并不會大量施入鈣、鎂肥,而淋溶作用又使得表層土壤中的鈣、鎂元素均向下層土壤中遷移。

本研究僅測定分析了新疆紅棗主產區部分棗園的土壤pH 值、電導率與土壤全量養分元素,后期可以進一步加大采樣點的密度,并結合棗果品質指標進行研究,從而為促進紅棗產業的健康持續發展提供更加科學的理論依據。

4 結 論

研究結果表明,在整個研究區的土壤中,全鉀含量豐富,全硫含量過剩,全氮含量缺乏;在整個研究區的棗園中均應增加氮肥的施入量,減少硫和鉀的施入量。在整個研究區的不同土層中,全量養分元素的豐缺程度與變異系數均不同。不同地區土壤全量養分元素在同一土層中的含量不同;隨著土層的加深,同一地區不同養分元素的含量變化規律不同;隨著土層的加深,不同地區同一養分元素的變化規律不同,其中喀什地區各個采樣點土壤全錳含量的變化趨勢均不明顯,而其他地區各個采樣點的土壤全錳含量隨著土層的加深均逐漸增加。

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[ 本文編校:伍敏濤]

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