吉林中部黑土區(qū)土壤—作物系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)元素地球化學(xué)特征

唐麗靜　王冬艷　李月芬　付強(qiáng)　楊小琳

摘要：為研究吉林中部黑土區(qū)營(yíng)養(yǎng)元素地球化學(xué)特征，在研究區(qū)進(jìn)行了系統(tǒng)的野外調(diào)查和土壤-玉米籽粒樣品的采集。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比的基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)九種營(yíng)養(yǎng)元素全量、有效態(tài)含量及玉米籽粒中營(yíng)養(yǎng)元素含量的空間分布特征進(jìn)行了分析，并對(duì)研究區(qū)土壤營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、B元素有效態(tài)含量充足，Mo元素有效態(tài)含量缺乏，不同區(qū)域營(yíng)養(yǎng)元素空間分布存在差異；Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態(tài)呈顯著正相關(guān)，K、Ca、B元素有效態(tài)含量隨pH值的升高而升高，F(xiàn)e、Mn、Mo元素有效態(tài)含量隨pH值的升高而降低。針對(duì)研究區(qū)有效Mo缺乏的現(xiàn)象，可以通過(guò)施用鉬肥、降低土壤pH值等的方法，增加有效態(tài)鉬的含量。

關(guān)鍵詞：吉林中部；黑土區(qū)；土壤-作物系統(tǒng)；營(yíng)養(yǎng)元素；地球化學(xué)特征

中圖分類號(hào)：Q781文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2014）05-0072-05

吉林中部黑土區(qū)是東北平原黑土地的核心地帶，也是世界上著名的黃金玉米帶。該區(qū)黑土土層深厚，營(yíng)養(yǎng)良好，是我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。但隨著植被的破壞、化肥的過(guò)度使用以及傳統(tǒng)耕作習(xí)慣的影響，該區(qū)土壤中的營(yíng)養(yǎng)成分有了一定程度的缺失。因此，有必要對(duì)黑土區(qū)土壤的營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行調(diào)查與分析。土壤是植物獲得營(yíng)養(yǎng)元素的主要來(lái)源[1]，近年來(lái)，有關(guān)土壤與作物營(yíng)養(yǎng)及營(yíng)養(yǎng)施肥的研究備受關(guān)注[2～7]。元素在土壤-作物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化具有一定的規(guī)律性[8～13]，研究土壤-作物系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)元素的地球化學(xué)特征，對(duì)指導(dǎo)研究區(qū)的合理施肥、作物合理種植規(guī)劃及保障作物的正常生長(zhǎng)有著重要意義。

1材料與方法

1.1樣品采集

本次研究以吉林中部黑土區(qū)的公主嶺-梨樹、九臺(tái)-德惠、榆樹-松原地區(qū)為工作區(qū)。以1∶5萬(wàn)地形圖為參照，結(jié)合工作區(qū)地形地貌，使用GPS進(jìn)行野外定位，設(shè)定采樣點(diǎn)62個(gè)，樣品采集時(shí)間為9月底。

表層土壤樣品采集時(shí)，在玉米根系周圍連續(xù)取20 cm深土柱，每個(gè)采樣點(diǎn)的樣品由該點(diǎn)周圍50 m范圍內(nèi)的10個(gè)采樣點(diǎn)的土壤樣品組成，充分混合后用四分法取樣，取1 kg放入樣品袋。土壤樣品自然晾干后，過(guò)20目篩后送實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

玉米籽粒樣品采樣點(diǎn)與土壤采樣點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，選取6～10株為代表株，采摘玉米穗，室內(nèi)自然風(fēng)干，人工脫粒，晾干后玉米樣品總質(zhì)量不少于5 kg。

1.2樣品的分析測(cè)試

表層土壤樣品中營(yíng)養(yǎng)元素的全量、有效量的測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所完成，測(cè)試分析方法及檢出限如表1和表2所示。玉米籽粒樣品中營(yíng)養(yǎng)元素的含量采用ICP-AES和X-熒光光譜儀等方法測(cè)試，測(cè)試工作在河南巖礦測(cè)試中心完成。

1.3數(shù)據(jù)處理方法

采用SPSS 19.0和Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理與分析。

2結(jié)果與分析

2.1研究區(qū)營(yíng)養(yǎng)元素全量含量特征

作物的生長(zhǎng)發(fā)育需要不斷吸收各種營(yíng)養(yǎng)元素。按照作物對(duì)每種營(yíng)養(yǎng)元素的需求量，可將營(yíng)養(yǎng)元素分為大量、中量、微量營(yíng)養(yǎng)元素。以K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B、Zn、Mo九種元素為研究對(duì)象，分別對(duì)其全量的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)，結(jié)果均服從正態(tài)分布，故統(tǒng)計(jì)時(shí)采用算術(shù)平均值。

2.2研究區(qū)營(yíng)養(yǎng)元素有效態(tài)含量特征

土壤營(yíng)養(yǎng)元素以有效態(tài)的形式被植物吸收，元素有效態(tài)的含量相對(duì)來(lái)說(shuō)更能反映土壤的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)水平[12]。分別對(duì)九種營(yíng)養(yǎng)元素有效態(tài)含量的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)，結(jié)果均服從正態(tài)分布，故統(tǒng)計(jì)時(shí)采用算術(shù)平均值（表4）。

從表4可以看出，九種營(yíng)養(yǎng)元素有效態(tài)空間離散程度由高到低排序?yàn)镸n>Fe>Zn>Cu>B>Ca>Mo>Mg>K。從變異系數(shù)來(lái)看，有效態(tài)Mo的變異系數(shù)為88.57%，屬于強(qiáng)分異型，說(shuō)明有效態(tài)Mo在研究區(qū)含量分布不均勻。其他營(yíng)養(yǎng)元素有效態(tài)為從弱分異型到中等分異型，說(shuō)明這幾種營(yíng)養(yǎng)元素有效態(tài)在研究區(qū)分布比較均勻。根據(jù)土壤肥力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效態(tài)含量很充足，B元素有效態(tài)含量適中，Mo元素有效態(tài)含量不足，說(shuō)明B、Mo元素的活化率相對(duì)較低[13]。為保障土壤營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)水平，可以有針對(duì)性地施用肥料以滿足作物生長(zhǎng)要求。

比較三個(gè)工作區(qū)營(yíng)養(yǎng)元素有效態(tài)含量特征（表5），K、Ca、Mg有效態(tài)平均含量差異不大，F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn有效態(tài)含量以公主嶺-梨樹地區(qū)最高，B、Mo有效態(tài)含量以九臺(tái)-德惠地區(qū)最高。從變異系數(shù)來(lái)看，K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B、Zn有效態(tài)在三個(gè)工作區(qū)均為弱分異型到中等分異型，說(shuō)明這八種營(yíng)養(yǎng)元素有效態(tài)含量空間差異較小。有效態(tài)Mo含量在公主嶺-梨樹地區(qū)空間差異較小，但在九臺(tái)-德惠、榆樹-松原地區(qū)空間差異相對(duì)較大。根據(jù)土壤肥力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表6），Mo元素有效態(tài)含量在三個(gè)工作區(qū)相對(duì)偏低；B元素含量適中；Zn元素有效態(tài)含量在公主嶺-梨樹、榆樹-松原地區(qū)含量豐富，在九臺(tái)-德惠地區(qū)含量適中。

2.3研究區(qū)玉米籽粒營(yíng)養(yǎng)元素含量特征

對(duì)玉米籽粒中九種營(yíng)養(yǎng)元素的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)，結(jié)果均服從正態(tài)分布，故統(tǒng)計(jì)時(shí)采用算術(shù)平均值（表7、表8）。

從表7和表8可以看出，研究區(qū)依然是Mo元素在玉米籽粒中的含量差異較大，其他營(yíng)養(yǎng)元素在玉米籽粒中的含量總體上趨于一致。Cu、Zn又被稱為微量重金屬元素，若含量超標(biāo)，則會(huì)對(duì)人體健康帶來(lái)危害。根據(jù)《中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY861-2004》，Cu≤10 mg/kg， Zn≤50 mg/kg，與表中數(shù)據(jù)相比較，Cu、Zn元素含量均未超標(biāo)。

2.4土壤營(yíng)養(yǎng)元素全量、有效態(tài)含量及玉米籽粒元素含量與土壤pH值的相關(guān)性

元素在土壤-作物系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換吸收受土壤pH、土壤元素全量、土壤水分等多種因素的影響。全量是元素有效態(tài)含量的重要來(lái)源，有效態(tài)含量是植物營(yíng)養(yǎng)元素的來(lái)源，而土壤pH在元素的遷移轉(zhuǎn)換中起著重要作用[14～17]，因此，著重探討全量、有效態(tài)含量、玉米籽粒中元素含量與土壤pH之間的關(guān)系。endprint

對(duì)九種營(yíng)養(yǎng)元素全量與有效態(tài)相關(guān)性進(jìn)行分析，Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態(tài)之間呈顯著或極顯著正相關(guān)，說(shuō)明這4種元素有效態(tài)含量受全量影響較大，增施相應(yīng)肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中會(huì)有直接效用。針對(duì)研究區(qū)有效Mo缺乏現(xiàn)象，增施相應(yīng)肥料為補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)的重要途徑。而K、Fe、Cu、B、Zn元素呈現(xiàn)的相關(guān)性不明顯（表9）。

對(duì)土壤pH值與有效態(tài)含量相關(guān)性進(jìn)行分析，K、Ca、B元素有效態(tài)含量隨pH值升高而升高，呈顯著或極顯著相關(guān)；Fe、Mn、Mo元素有效態(tài)含量隨pH值的升高而降低，呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。因此，可以通過(guò)降低土壤pH值，增加Mo元素有效態(tài)含量。Mg、Cu、Zn元素有效態(tài)含量與pH值有一定相關(guān)性，但不明顯。

對(duì)玉米籽粒中營(yíng)養(yǎng)元素含量與土壤pH值的相關(guān)性進(jìn)行分析，Mn元素與土壤pH值呈顯著負(fù)相關(guān)，Mo元素與土壤pH值呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明在酸性環(huán)境中有利于Mn元素的吸收，在堿性環(huán)境中有利于Mo元素的吸收，其他幾種營(yíng)養(yǎng)元素的吸收與土壤pH值的相關(guān)性不大。

表9土壤營(yíng)養(yǎng)元素全量、有效態(tài)含量及玉米籽粒元素含量與土壤pH的相關(guān)性

元素1K1Ca1Mg1Fe1Mn1Cu1B1Zn1Mo全量-有效態(tài)1-0.68010.316*10.419**1-0.04910.286*10.04810.0861-0.02610.474**pH-有效態(tài)10.252*10.724**1-0.9901-0.697**1-0.817**10.24310.544**10.1021-0.293*pH-玉米籽粒10.14010.10910.04710.1751-0.388**10.07510.0461-0.00110.654** 注：n=62，*表示在0.05水平上顯著相關(guān)，**表示在0.01水平上顯著相關(guān)。

3結(jié)論

3.1與吉林省土壤背景值相比，吉林中部黑土區(qū)的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B等營(yíng)養(yǎng)元素含量相對(duì)比較豐富，Zn、Mo元素相對(duì)缺乏。但與全國(guó)土壤背景值相比，吉林中部黑土區(qū)Ca、Mg、Fe、Cu、B、Zn、Mo元素含量略低。

3.2吉林中部黑土區(qū)K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效態(tài)含量充足，B元素有效態(tài)含量適中，Mo元素有效態(tài)含量缺乏，是影響玉米生長(zhǎng)的限制性肥力因素，應(yīng)采取相應(yīng)的肥力措施。

3.3K、Ca、Mg元素有效態(tài)含量在公主嶺-梨樹、九臺(tái)-德惠、榆樹-松原三個(gè)工作區(qū)差異不大，F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn元素有效態(tài)含量在公主嶺-梨樹地區(qū)最高，B、Mo元素有效態(tài)含量在九臺(tái)-德惠地區(qū)最高。

3.4Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態(tài)呈顯著或極顯著正相關(guān)，K、Ca、B元素有效態(tài)含量與pH值呈顯著或極顯著正相關(guān)，F(xiàn)e、Mn、Mo元素有效態(tài)含量與pH值呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。針對(duì)研究區(qū)有效態(tài)Mo缺乏現(xiàn)象，可以施用含Mo元素的肥料及降低土壤pH值的方法增加Mo元素有效態(tài)含量。

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山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué)2014，46（5）：77～81Shandong Agricultural Sciences山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué)第46卷第5期劉淑云，等：山東諸城不同類型土壤養(yǎng)分變化趨勢(shì)及其與小麥產(chǎn)量關(guān)系的模擬研究endprint

對(duì)九種營(yíng)養(yǎng)元素全量與有效態(tài)相關(guān)性進(jìn)行分析，Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態(tài)之間呈顯著或極顯著正相關(guān)，說(shuō)明這4種元素有效態(tài)含量受全量影響較大，增施相應(yīng)肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中會(huì)有直接效用。針對(duì)研究區(qū)有效Mo缺乏現(xiàn)象，增施相應(yīng)肥料為補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)的重要途徑。而K、Fe、Cu、B、Zn元素呈現(xiàn)的相關(guān)性不明顯（表9）。

對(duì)土壤pH值與有效態(tài)含量相關(guān)性進(jìn)行分析，K、Ca、B元素有效態(tài)含量隨pH值升高而升高，呈顯著或極顯著相關(guān)；Fe、Mn、Mo元素有效態(tài)含量隨pH值的升高而降低，呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。因此，可以通過(guò)降低土壤pH值，增加Mo元素有效態(tài)含量。Mg、Cu、Zn元素有效態(tài)含量與pH值有一定相關(guān)性，但不明顯。

對(duì)玉米籽粒中營(yíng)養(yǎng)元素含量與土壤pH值的相關(guān)性進(jìn)行分析，Mn元素與土壤pH值呈顯著負(fù)相關(guān)，Mo元素與土壤pH值呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明在酸性環(huán)境中有利于Mn元素的吸收，在堿性環(huán)境中有利于Mo元素的吸收，其他幾種營(yíng)養(yǎng)元素的吸收與土壤pH值的相關(guān)性不大。

表9土壤營(yíng)養(yǎng)元素全量、有效態(tài)含量及玉米籽粒元素含量與土壤pH的相關(guān)性

元素1K1Ca1Mg1Fe1Mn1Cu1B1Zn1Mo全量-有效態(tài)1-0.68010.316*10.419**1-0.04910.286*10.04810.0861-0.02610.474**pH-有效態(tài)10.252*10.724**1-0.9901-0.697**1-0.817**10.24310.544**10.1021-0.293*pH-玉米籽粒10.14010.10910.04710.1751-0.388**10.07510.0461-0.00110.654** 注：n=62，*表示在0.05水平上顯著相關(guān)，**表示在0.01水平上顯著相關(guān)。

3結(jié)論

3.1與吉林省土壤背景值相比，吉林中部黑土區(qū)的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B等營(yíng)養(yǎng)元素含量相對(duì)比較豐富，Zn、Mo元素相對(duì)缺乏。但與全國(guó)土壤背景值相比，吉林中部黑土區(qū)Ca、Mg、Fe、Cu、B、Zn、Mo元素含量略低。

3.2吉林中部黑土區(qū)K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效態(tài)含量充足，B元素有效態(tài)含量適中，Mo元素有效態(tài)含量缺乏，是影響玉米生長(zhǎng)的限制性肥力因素，應(yīng)采取相應(yīng)的肥力措施。

3.3K、Ca、Mg元素有效態(tài)含量在公主嶺-梨樹、九臺(tái)-德惠、榆樹-松原三個(gè)工作區(qū)差異不大，F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn元素有效態(tài)含量在公主嶺-梨樹地區(qū)最高，B、Mo元素有效態(tài)含量在九臺(tái)-德惠地區(qū)最高。

3.4Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態(tài)呈顯著或極顯著正相關(guān)，K、Ca、B元素有效態(tài)含量與pH值呈顯著或極顯著正相關(guān)，F(xiàn)e、Mn、Mo元素有效態(tài)含量與pH值呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。針對(duì)研究區(qū)有效態(tài)Mo缺乏現(xiàn)象，可以施用含Mo元素的肥料及降低土壤pH值的方法增加Mo元素有效態(tài)含量。

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山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué)2014，46（5）：77～81Shandong Agricultural Sciences山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué)第46卷第5期劉淑云，等：山東諸城不同類型土壤養(yǎng)分變化趨勢(shì)及其與小麥產(chǎn)量關(guān)系的模擬研究endprint

對(duì)九種營(yíng)養(yǎng)元素全量與有效態(tài)相關(guān)性進(jìn)行分析，Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態(tài)之間呈顯著或極顯著正相關(guān)，說(shuō)明這4種元素有效態(tài)含量受全量影響較大，增施相應(yīng)肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中會(huì)有直接效用。針對(duì)研究區(qū)有效Mo缺乏現(xiàn)象，增施相應(yīng)肥料為補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)的重要途徑。而K、Fe、Cu、B、Zn元素呈現(xiàn)的相關(guān)性不明顯（表9）。

對(duì)土壤pH值與有效態(tài)含量相關(guān)性進(jìn)行分析，K、Ca、B元素有效態(tài)含量隨pH值升高而升高，呈顯著或極顯著相關(guān)；Fe、Mn、Mo元素有效態(tài)含量隨pH值的升高而降低，呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。因此，可以通過(guò)降低土壤pH值，增加Mo元素有效態(tài)含量。Mg、Cu、Zn元素有效態(tài)含量與pH值有一定相關(guān)性，但不明顯。

對(duì)玉米籽粒中營(yíng)養(yǎng)元素含量與土壤pH值的相關(guān)性進(jìn)行分析，Mn元素與土壤pH值呈顯著負(fù)相關(guān)，Mo元素與土壤pH值呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明在酸性環(huán)境中有利于Mn元素的吸收，在堿性環(huán)境中有利于Mo元素的吸收，其他幾種營(yíng)養(yǎng)元素的吸收與土壤pH值的相關(guān)性不大。

表9土壤營(yíng)養(yǎng)元素全量、有效態(tài)含量及玉米籽粒元素含量與土壤pH的相關(guān)性

元素1K1Ca1Mg1Fe1Mn1Cu1B1Zn1Mo全量-有效態(tài)1-0.68010.316*10.419**1-0.04910.286*10.04810.0861-0.02610.474**pH-有效態(tài)10.252*10.724**1-0.9901-0.697**1-0.817**10.24310.544**10.1021-0.293*pH-玉米籽粒10.14010.10910.04710.1751-0.388**10.07510.0461-0.00110.654** 注：n=62，*表示在0.05水平上顯著相關(guān)，**表示在0.01水平上顯著相關(guān)。

3結(jié)論

3.1與吉林省土壤背景值相比，吉林中部黑土區(qū)的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B等營(yíng)養(yǎng)元素含量相對(duì)比較豐富，Zn、Mo元素相對(duì)缺乏。但與全國(guó)土壤背景值相比，吉林中部黑土區(qū)Ca、Mg、Fe、Cu、B、Zn、Mo元素含量略低。

3.2吉林中部黑土區(qū)K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效態(tài)含量充足，B元素有效態(tài)含量適中，Mo元素有效態(tài)含量缺乏，是影響玉米生長(zhǎng)的限制性肥力因素，應(yīng)采取相應(yīng)的肥力措施。

3.3K、Ca、Mg元素有效態(tài)含量在公主嶺-梨樹、九臺(tái)-德惠、榆樹-松原三個(gè)工作區(qū)差異不大，F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn元素有效態(tài)含量在公主嶺-梨樹地區(qū)最高，B、Mo元素有效態(tài)含量在九臺(tái)-德惠地區(qū)最高。

3.4Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態(tài)呈顯著或極顯著正相關(guān)，K、Ca、B元素有效態(tài)含量與pH值呈顯著或極顯著正相關(guān)，F(xiàn)e、Mn、Mo元素有效態(tài)含量與pH值呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。針對(duì)研究區(qū)有效態(tài)Mo缺乏現(xiàn)象，可以施用含Mo元素的肥料及降低土壤pH值的方法增加Mo元素有效態(tài)含量。

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