安徽省黟縣農(nóng)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(xué)院，黑龍江牡丹江 157011；2牡丹江煙草科學(xué)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(zhǎng)中起著非常重要的作用[1-2]。土壤中微量元素來(lái)源分為自然來(lái)源(如成土母質(zhì))和人為來(lái)源(如肥料施用)。土壤中微量元素的空間分布結(jié)構(gòu)相似程度較小，呈斑塊狀特點(diǎn)，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)其空間分布情況有助于指導(dǎo)肥料的科學(xué)施用[3-6]。目前，主流的空間預(yù)測(cè)方法是結(jié)合地統(tǒng)計(jì)方法與地理信息系統(tǒng)[7-10]，通過(guò)空間插值的方式研究土壤中微量元素有效態(tài)含量的空間分布[11-12]，進(jìn)而根據(jù)相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

黟縣是典型的山區(qū)農(nóng)業(yè)縣，本研究利用 2008—2009年間測(cè)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(tài)數(shù)據(jù)，基于二階平穩(wěn)假設(shè)，采用經(jīng)典克里格插值方法，預(yù)測(cè)上述元素有效態(tài)含量的空間分異，進(jìn)而分析各種元素的豐缺程度，以指導(dǎo)當(dāng)?shù)叵鄳?yīng)的肥料施用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)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(rùn)季風(fēng)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(fā)量1 231.5 mm，年均日照數(shù)1 815.7 h。農(nóng)業(yè)氣候表現(xiàn)為：春季回溫不穩(wěn)，雨霧日較多，光照不足；夏季高溫高濕，降雨集中，時(shí)有洪災(zāi)；秋后雨水銳減，常有“夾秋旱”；冬季少雨寒冷，偶有寒害?？h內(nèi)河流多發(fā)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(lèi)型，形成中部中山，南北兩側(cè)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(yè)方面，該縣現(xiàn)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(dǎo)作物，其中水稻種植面積38.2 km2，油菜27.8 km2，分別占農(nóng)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(shù)據(jù)來(lái)源

耕作層土壤硫、鐵、錳、銅、鋅、硼的有效態(tài)含量數(shù)據(jù)主要來(lái)自黟縣土壤肥料工作站在 2008—2009年開(kāi)展的測(cè)土配方施肥工作，采樣點(diǎn)共計(jì)1 021個(gè)(圖 1)。采樣設(shè)計(jì)為：充分考慮第二次土壤普查信息，結(jié)合不同土壤類(lèi)型、不同土地利用方式以及土壤肥力和生產(chǎn)力狀況，分層隨機(jī)設(shè)點(diǎn)。按照《測(cè)土配方施肥技術(shù)規(guī)范(試行)修訂稿》的要求，平原區(qū)每100 ～500畝(6.7～33.3 hm2)采1個(gè)混合樣，丘陵、山區(qū)每30～80畝(2～5.3 hm2)采 1個(gè)混合樣。在田塊中均勻隨機(jī)選取 7～15個(gè)采樣點(diǎn)，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(cè)定采用DTPA提取，原子吸收光譜法測(cè)定；有效硫含量的測(cè)定采用磷酸鹽-乙酸提取，硫酸鋇比濁法[13-14]測(cè)定。

圖1 土壤采樣點(diǎn)空間分布

1.3 數(shù)據(jù)處理

本文數(shù)據(jù)分析主要在IBM Statistics SPSS 20.0軟件中進(jìn)行的，克里格插值參數(shù)由GS+7.0自動(dòng)擬合，在ESRI ArcGIS 10.2軟件中實(shí)現(xiàn)克里格插值與制圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 黟縣農(nóng)田耕層土壤中微量元素含量的描述性統(tǒng)計(jì)

本研究選取的6個(gè)元素的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，相同元素的全距較大，依據(jù)拉依達(dá)準(zhǔn)則法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值處理，將大于(平均值 + 2×標(biāo)準(zhǔn)差)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)值作為異常值，予以剔除。峰度能夠體現(xiàn)數(shù)據(jù)分布形態(tài)的陡緩程度，偏度表示了數(shù)據(jù)分布的偏斜方向和程度。從峰度指標(biāo)可以看出，有效鋅與硼數(shù)據(jù)分布較為集中。有效硼含量的標(biāo)準(zhǔn)差較大，表明該區(qū)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(gè)元素的頻率分布為偏態(tài)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(tǒng)計(jì)空間推理前，需將這幾種元素進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，使其服從正態(tài)分布。在空間插值完成后，再使用指數(shù)函數(shù)對(duì)結(jié)果進(jìn)行逆轉(zhuǎn)換。

2.2 黟縣農(nóng)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(gè)元素的半方差擬合參數(shù)如表 2所示，有效鐵、硼與硫?yàn)橹笖?shù)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(tái)值的比值用來(lái)表示目標(biāo)屬性空間的相關(guān)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(guān)[15-16]。表2數(shù)據(jù)顯示，有效硼的空間相關(guān)程度較高，其余5種元素屬于中等程度的相關(guān)。然而，有效硼的模擬確定系數(shù)小于0.5，說(shuō)明該元素的空間相關(guān)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?gòu)建的半方差模型，采用ArcGIS的地統(tǒng)計(jì)模塊中的普通克里格進(jìn)行空間插值(圖 3)，結(jié)果顯示，整體上看，黟縣南部、北部的中微量元素有效態(tài)含量較高，中間區(qū)域的含量相對(duì)較低。這種分布主要跟地形起伏相關(guān)聯(lián)，黟縣中部地區(qū)主要是山地，中微量元素來(lái)源主要是自然來(lái)源。

2.3 黟縣農(nóng)田耕層土壤中微量元素含量豐缺評(píng)價(jià)

基于元素含量豐缺標(biāo)準(zhǔn)[19-20](表3)，采用ArcGIS軟件對(duì)圖3中的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行重分類(lèi)，并統(tǒng)計(jì)各等級(jí)內(nèi)的面積(表 4)，結(jié)果表明黟縣地區(qū)的有效硼普遍較為缺乏(91.35% 土壤)，部分地區(qū)的有效態(tài)鋅也呈現(xiàn)缺乏狀態(tài)(12.45% 土壤)。

表1 黟縣農(nóng)田耕層土壤中微量元素有效態(tài)含量的描述性統(tǒng)計(jì)(mg/kg)

圖2 黟縣農(nóng)田耕層土壤中微量元素含量的頻率分布圖

表2 黟縣農(nóng)田耕層土壤中微量元素有效態(tài)含量半方差模型擬合參數(shù)

黟縣多為丘陵山地，成土母質(zhì)中的礦質(zhì)養(yǎng)分主要受巖石礦物成分主導(dǎo)。研究區(qū)內(nèi)花崗巖類(lèi)(主要含正長(zhǎng)石、云母礦物)風(fēng)化物發(fā)育的土壤硼、鋅等元素含量較低。在第四紀(jì)紅黏土發(fā)育的土壤和近現(xiàn)代河流沖積物發(fā)育形成的土壤，硼元素含量均較低[19]。油菜是黟縣重要農(nóng)作物之一，其對(duì)硼元素非常敏感，因此在種植油菜等十字花科作物時(shí)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(shí)，還應(yīng)秸稈還田，以提升土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)，提升土壤水肥調(diào)控能力。對(duì)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(tài)含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) (mg/kg)

表4 黟縣農(nóng)田耕層土壤中微量元素有效態(tài)含量不同等級(jí)分布比例 (%)

3 結(jié)論

皖南黟縣農(nóng)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(qū)的有效鋅含量也呈現(xiàn)缺乏狀態(tài)。鑒于黟縣種植油菜區(qū)域較多，且油菜等十字花科作物對(duì)硼元素非常敏感，建議相關(guān)農(nóng)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(qū)可以考慮噴施硫酸鋅葉面肥。黟縣南部、北部的有效態(tài)中、微量元素含量較高，中間區(qū)域的含量相對(duì)較低，這一空間分布主要跟地形有關(guān)。

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