利川市耕地銅、鋅、鐵、錳有效態(tài)含量及其空間分布

周富忠，王明瓊，冉 露

（利川市土壤肥料工作站，湖北 利川 445400）

銅、鋅、鐵、錳是作物生長過程中不可缺少的微量元素，都與作物的光合作用有密切關系［1-3］。耕地是作物微量元素的主要來源，土壤中微量元素的豐缺狀況直接關系到作物的產量和品質，不足或過多都會對作物的正常生長產生不良影響［4］。特別是在氮、磷、鉀等大量元素得到充分滿足的情況下，微量元素顯得更為重要。

中國在20世紀50年代末及80年代初進行了兩次土壤普查，對耕地的酸堿性、有機質、氮、磷、鉀及中微量元素含量進行過較為全面的檢測研究，并制定了相應的分級標準［5］。湖北省利川市在全國第二次土壤普查時［6］對土壤中有效銅、有效鋅有過研究，但樣品數量僅23個，不足以反映利川市耕地微量元素的整體狀況，且距今已有30余年，應該已發(fā)生了較大變化；2006年在實施測土配方施肥項目時對部分區(qū)域耕地的有效鋅作過檢測［7］。 黎根等［8］、佀國涵等［9］對利川市植煙土壤有效態(tài)微量元素有過研究，樣品數量僅幾十個，相對較少。目前尚未發(fā)現對利川市耕地微量元素含量及時空分布較為全面的報道。因此，全面研究耕地土壤微量元素含量及空間分布對指導利川市農業(yè)生產有著重要意義。

1 材料與方法

1.1 土樣采集

以農戶責任田自然地塊為采樣單元，按NY／T 1121.1-2006標準采集耕地土壤樣品共604個，采樣時間為2014年4月春季作物播種或移栽前，耕地尚未施肥。土樣涉及利川市14個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、辦事處），覆蓋了575個村中的510個，樣品村級覆蓋率近90%（圖1、表1）。有7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)樣品村覆蓋率達到90%以上，元堡、沙溪、毛壩3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)村村有樣，實現了全覆蓋；都亭、東城樣品相對偏少，村覆蓋率剛過一半。所采土樣涉及水稻土、黃壤、黃棕壤、棕壤、紫色土等5個土類，石灰?guī)r、泥質頁巖、紫色巖、石英砂巖、第四紀黏土5種成土母質，基本代表全市狀況。

圖1 利川市耕地土壤微量元素采樣點分布

1.2 檢測方法

土壤有效鋅、有效錳、有效鐵、有效銅含量參照農業(yè)行業(yè)標準NY／T 890-2004，即二乙三胺乙酸（DTPA）浸提法進行檢測。檢測儀器為美國安捷倫240AA原子吸收光度計，空心陰極燈為原裝進口產品。

表1 土壤樣品在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、土類及成土母質的分布

土樣pH參照NY／T 1121.2-2006進行檢測，有機質含量參照NY／T 1121.6-2006進行檢測。

1.3 土樣檢測結果質量控制

運用平行結果控制檢測結果精密度，插入參比樣和標樣控制檢測結果的準確度。若平行結果異常，該樣品重新檢測；參比樣及標樣檢測結果出現異常，該批樣品全部重新檢測。

1.4 評價標準及數據統計分析

近年來，微量元素在土壤中的有效含量越來越受到人們的重視，對有關土壤微量元素分布、豐缺狀況的研究較多，相應的分級標準也不少，比較有代表性的有 7 種：A.全國第二次土壤普查分級標準［5］；B.魯如坤［10］主編的《土壤農業(yè)化學分析方法》（2000年）中的分級標準；C.遼寧省地方標準（DB 21／T 1437-2006）；D.魯明星等［11］制定的湖北省標準（2007 年）；E.黎根等［8］制定的清江流域煙區(qū)分級標準（2011年）；F.王蒙等［12］制定的陜西省標準（2013 年）；G.盧映瓊［13］綜合魯劍巍及莊伊美制定的贛南臍橙園標準（2015年）。這些標準多為5級分類，且基本上是在全國第二次土壤普查分類上對極低、極高值進行了適度調整（表2）。

結合利川市耕地有效態(tài)的銅、鋅、鐵、錳含量及變幅范圍，筆者認為用遼寧省地方標準 （DB 21／T 1437-2006）進行評價更為科學合理，故應用該標準對利川市耕地有效態(tài)的銅、鋅、鐵、錳進行評價。按雷志棟等［14］的＜10%為弱變異性、10%～100%為中等變異性、＞100%為強變異性的等級劃分標準評價變異系數。所有結果用Excel進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 土壤有效銅含量檢測結果及分布特征

銅是作物體內多種氧化酶的組成成分，植物干物質約含銅3～15 mg／kg，主要集中于細嫩部分。葉綠體中含銅較多，作物缺銅葉片容易缺綠，禾谷類作物則不能結實［15］。農業(yè)生產中銅缺乏現象較少，主要問題是過量，超過100 mg／kg就會影響植物生長和土壤功能［13］。世界土壤全銅含量為3～100 mg／kg，平均含量為20 mg／kg；中國土壤含銅量為2～500 mg／kg，平均為 22 mg／kg［13，15］。 中國土壤中有效銅一般都高于1 mg／kg，利川市在全國第二次土壤普查時對23個土樣的檢測結果在0.11～5.41 mg／kg，平均為 0.73 mg／kg［6］。

此次檢測利川市耕地有效銅含量在未檢出至8.28 mg／kg 之間，平均為 1.39 mg／kg，高于 20 世紀80年代初利川市水平，與全國水平相當。按遼寧省地方標準DB21／T 1437-2006分類標準進行評價，利川市耕地有效銅平均含量高；有效銅含量6.29%的樣本處于極低水平，2.98%的樣本含量低，43.21%的樣本含量中等；25.33%的樣本含量高，22.19%的樣本含量極高；缺銅比例為9.27%。有效銅含量變異系數為93.99%，屬中等偏強變異。

表2 7種土壤有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳分級標準對照（單位：mg/kg）

按水田和旱地分類統計，旱地有效銅平均含量為1.20 mg／kg，處于高水平；水田有效銅平均含量為2.03 mg／kg，處于極高水平，明顯高于旱地，但變幅小于旱地。按不同土類統計，耕地有效銅平均含量表現為水稻土＞黃壤＞棕壤＞黃棕壤＞紫色土，棕壤的變幅最?。悠窋盗孔钌伲?，黃棕壤變幅最大（樣品數量最多）。按不同成土母質統計，耕地有效銅平均含量表現為泥質頁巖＞石英砂巖＞第四紀黏土＞石灰?guī)r和紫色巖，第四紀黏土母質發(fā)育的耕地有效銅含量變幅最小，泥質頁巖發(fā)育的耕地變幅最大。按海拔高度統計，耕地有效銅平均含量表現為二高山（800～1 200 m）＞低山（800 m以下）＞高山（1 200 m以上）。水田和泥質頁巖發(fā)育的旱地存在銅過量的風險（表3）。

2.2 土壤有效鋅含量檢測結果及分布特征

鋅在作物體內主要參與生長素（吲哚乙酸）的合成和某些酶系統的活動，在植物干物質中的含量從百萬分之幾到十萬分之幾。鋅與光合作用有關，鋅的分布與生長素的分布基本上是平行的，在植物體內易由老葉向幼葉運轉，缺鋅引起作物缺綠，玉米對鋅較敏感，缺鋅出現白苗??；水稻移栽后2～4周易出現缺鋅，分蘗遲而少，坐蔸明顯；果樹缺鋅出現小葉?。?5］。世界各地許多土壤缺鋅，缺鋅土壤大多數pH高于6，在酸性土壤上過度施用石灰或磷肥都可能引起植物缺鋅；世界土壤鋅含量平均約為50 mg／kg，中國土壤鋅含量為 3～790 mg／kg，平均為 100 mg／kg［13，15］。中國南方土壤中有效鋅含量在0.1～13.8 mg／kg［15］；利川市在全國第二次土壤普查時對 23個土樣的檢測結果在 0.24～6.61 mg／kg，平均為 0.61 mg／kg［6］；2006 年測土配方施肥土壤有效鋅含量檢測結果為0.340～4.466 mg／kg，平均為1.041 mg／kg［7］。

此次檢測利川市耕地有效鋅含量在未檢出至8.41 mg／kg，平均為 1.07 mg／kg，含量中等，高于利川市20世紀80年代初水平，與2006年水平相當。有效鋅含量變異系數為86.25%，屬中等偏強變異。有效鋅含量21.85%的樣本為極低水平，41.72%的樣本為低水平，26.82%的樣本為中等水平；7.45%的樣本為高水平，2.15%的樣本為極高水平。缺鋅比例達到63.57%以上，要注意進一步加強鋅肥的全面推廣應用。

按水田和旱地分類統計，旱地有效鋅平均含量為1.14 mg／kg （2006 年為 1.089 mg／kg），處于中等水平；水田有效鋅平均含量為0.83 mg／kg（2006年為0.974 mg／kg），處于低水平，明顯低于旱地，變幅也小于旱地。按不同土類統計，有效鋅平均含量表現為棕壤＞黃壤＞黃棕壤＞紫色土＞水稻土，水稻土的變幅最小，棕壤變幅最大（樣品數量最少）。按不同成土母質統計，耕地有效鋅平均含量表現為泥質頁巖＞石灰?guī)r＞第四紀黏土＞石英砂巖＞紫色巖，第四紀黏土母質發(fā)育的耕地有效鋅含量變幅最小，石灰?guī)r發(fā)育的耕地變幅最大。按海拔高度統計，耕地有效鋅平均含量表現為二高山＞低山＞高山，低山和高山基本相當，與耕地有效銅含量分布趨勢一致。水稻土和紫色土有效鋅含量均值處于低水平，應增施鋅肥；低山和高山區(qū)域也應注意鋅肥的施用（表4）。

2.3 土壤有效鐵含量檢測結果及分布特征

鐵是作物光合作用不可缺少的元素，缺鐵葉綠素不能形成，出現缺綠?。昏F還參與作物的呼吸作用，從而影響與能量有關的一切生理活動，如對養(yǎng)分的吸收等；組成固氮酶的兩個組分都含有鐵，鐵在生物固氮中起著重要作用。植物體含鐵量一般為干物質的3‰，相當部分集中于葉綠體中。鐵是作物體內最不易移動的元素之一，缺鐵首先是嫩葉缺綠，老葉仍正常［15］。土壤中鐵含量豐富，遠高于其他微量元素，平均含量為3.8%。鐵在土壤中的存在形態(tài)非常復雜，有效性低，其存在形態(tài)還有待研究，但一般情況下土壤不會缺鐵，pH較高的石灰性土壤易出現缺鐵，引起作物缺鐵的主要原因是土壤條件［13，15］。

表3 有效銅含量檢測結果

表4 有效鋅含量檢測結果

此次檢測利川市耕地有效鐵含量為2.89～311.15 mg／kg，平均為 58.84 mg／kg，含量高。 有效鐵含量變異系數為89.52%，屬中等偏強變異。有效鐵含量0.66%的樣本為極低水平，27.98%的樣本為低水平，27.15%的樣本為中等水平；25.66%的樣本為高水平，18.54%的樣本為極高水平。對于處于低至極低水平的區(qū)域應推廣應用鐵肥。

按水田和旱地分類統計，旱地平均有效鐵含量為49.89 mg／kg，處于中等水平；水田有效鐵含量平均為88.23 mg／kg，處于高水平，明顯高于旱地，但水田和旱地變幅差異不大。按不同土類統計，有效鐵平均含量表現為水稻土＞黃壤＞黃棕壤＞棕壤＞紫色土，水稻土的變幅最大，棕壤變幅最?。悠窋盗孔钌伲?；在地帶性分布土類中垂直分布特征明顯，黃壤-黃棕壤-棕壤逐漸降低。按不同成土母質統計，耕地有效鐵平均含量表現為石英砂巖＞泥質頁巖＞紫色巖＞第四紀黏土＞石灰?guī)r，第四紀黏土母質發(fā)育的耕地有效鐵含量變幅最小，石英砂巖發(fā)育的耕地變幅最大。按海拔高度統計，耕地有效鐵平均含量表現為二高山＞低山＞高山，與耕地有效銅、有效鋅含量分布趨勢一致（表5）。

2.4 土壤有效錳含量檢測結果及分布特征

錳對作物光合作用、體內氧化還原有重要作用，并能活化作物體內許多酶系統。植物干物質中含錳十萬分之幾到千分之幾，作物缺錳一般是葉脈間出現缺綠，嚴重時缺綠部分發(fā)生焦灼現象，且停止生長［15］。世界上土壤全錳含量為痕量至10 000 mg／kg，平均為 850 mg／kg；中國土壤錳含量為 42～5 000 mg／kg，平均為 710 mg／kg，略低于世界平均含量［13，15］。 中國土壤有效錳含量呈南高北低之勢，受土壤類型、成土母質、酸堿度、有機質等多種因素影響。

此次檢測利川市耕地有效錳含量為3.29～234.48 mg／kg，平均為 39.22 mg／kg，含量高。 有效錳含量變異系數為82.83%，屬中等偏強變異。有效錳含量0.17%的樣本為極低水平，22.35%的樣本為低水平，34.11%的樣本為中等水平；16.39%的樣本為高水平，26.99%的樣本達極高水平。有22.52%的區(qū)域有效錳含量處于低至極低水平，應注意推廣應用錳肥，有效防止作物缺錳。

按水田和旱地不同耕作類型分類統計，有效錳平均含量旱地和水田分別為41.92、30.35 mg／kg，都處于高水平，旱地明顯高于水田，變幅也是如此。按不同土類統計，有效錳平均含量表現為棕壤＞黃棕壤＞紫色土＞水稻土＞黃壤，黃棕壤的變幅最大，黃壤的變幅最小。按不同成土母質統計，耕地有效錳平均含量表現為第四紀黏土＞石灰?guī)r＞紫色巖＞石英砂巖＞泥質頁巖，石灰?guī)r母質發(fā)育的耕地有效錳含量變幅最大，石英砂巖發(fā)育的耕地變幅最小。按海拔高度統計，耕地有效錳平均含量表現為高山＞二高山＞低山，垂直分布特征明顯（表6）。

2.5 土壤pH檢測結果及分布特征

pH是土壤酸堿性的主要表征參數，多種植物適宜的土壤pH為5.5～7.5，超出此范圍植物的生長會受到影響，特別是低于4.5或高于8.5時多種作物會發(fā)生生理缺素或受重金屬毒害，對產量和品質影響極大。

表5 有效鐵含量檢測結果

表6 有效錳含量檢測結果

利川市耕地pH為3.95～8.58，平均為6.21，處于弱酸水平。pH變異系數為18.49%，屬中等偏弱變異。低于5.5的酸化土壤比例達到35.76%，其中嚴重酸化土壤占2.98%；44.37%的土壤處于弱酸至中性，能適應大多數作物生長；19.87%的土壤處于堿性水平。對酸化土壤應繼續(xù)應用石灰、草木灰、火灰等老辦法，更要積極推廣奧力硅、最鎂、大粒硅、奎米素等新型堿性肥料。

按水田和旱地分類統計，平均pH旱地和水田分別為6.24、6.08，呈弱酸性，都處于多數作物生長的適宜范圍，旱地略高于水田，變幅也是如此。按不同土類統計，平均pH表現為紫色土＞黃棕壤＞水稻土、黃壤＞棕壤，黃棕壤的變幅最大，棕壤變幅最小。按不同成土母質統計，耕地平均pH表現為紫色巖＞石灰?guī)r＞第四紀黏土＞泥質頁巖＞石英砂巖，第四紀黏土母質發(fā)育的耕地pH變幅最大，石英砂巖發(fā)育的耕地變幅最小，但各成土母質間差異不是很大。按海拔高度統計，耕地平均pH表現為低山＞高山＞二高山，差異不明顯（表7）。

表7 土壤pH檢測結果

2.6 土壤有機質含量檢測結果及分布特征

土壤有機質是土壤固相部分的重要組成成分，是植物營養(yǎng)的主要來源之一，能促進植物的生長發(fā)育，改善土壤的物理性質，促進微生物和土壤生物的活動，促進土壤中營養(yǎng)元素的分解，提高土壤的保肥性和緩沖性。它與土壤的結構性、通氣性、滲透性和吸附性、緩沖性有密切關系，通常在其他條件相同或相近的情況下，在一定含量范圍內，有機質含量與土壤肥力水平呈正相關。

利川市耕地有機質含量為 5.39～88.50 g／kg，平均為27.17 g／kg，按全國第二次土壤普查肥力分級標準處于中等水平（＜10 g／kg 為很低水平，10～20 g／kg為低水平，20～30 g／kg 為中水平，30～40 g／kg 為高水平，＞40 g／kg為很高水平）。有機質含量變異系數為39.90%，屬中等變異。有機質含量處于很低水平的占2.32%，低水平的占24.34%，中等水平的占36.75%，高水平的占24.34%，很高水平的占12.25%。

按水田和旱地不同耕作類型分類統計，有機質平均含量旱地和水田分別為26.58、29.09 g／kg，都處于中等水平，水田略高于旱地，旱地的變幅比水田大。按不同土類統計，有機質平均含量表現為棕壤＞水稻土＞黃棕壤＞黃壤＞紫色土，棕壤的變幅最大，紫色土變幅最小，垂直地帶性土壤（黃壤—黃棕壤—棕壤）有機質含量隨著海拔升高而升高。按不同成土母質統計，耕地有機質平均含量表現為石英砂巖＞泥質頁巖＞石灰?guī)r＞第四紀黏土＞紫色巖，石灰?guī)r母質發(fā)育的耕地有機質含量變幅最大，石英砂巖發(fā)育的耕地變幅最小。按海拔高度統計，耕地有機質平均含量表現為二高山＞高山＞低山，二高山與高山差異不大（表 8）。

2.7 相關性分析

運用Excel中CORREL函數求相關系數（r），運用公式 t＝r（n-2）1／2／（1-r）1／2計算統計量 t值，再運用T.INV函數求t的99%、95%臨界值，對604個利川市耕地土壤樣品有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳含量與pH及有機質含量進行相關性分析，結果見表9；再對土壤有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳含量進行兩兩間相關性分析，結果見表10。

由表9可知，利川市耕地土壤有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳含量與土壤pH均呈極顯著負相關；有效銅、有效鋅、有效鐵含量與土壤有機質含量呈極顯著正相關。

由表10可知，土壤有效銅含量與有效鋅、有效鐵含量呈極顯著正相關，與有效錳含量呈極顯著負相關；土壤有效鋅含量與有效銅、有效鐵、有效錳含量呈極顯著正相關；土壤有效鐵含量與有效銅、有效鋅含量呈極顯著正相關，與有效錳含量呈負相關，但不顯著；土壤有效錳含量與有效銅含量呈極顯著負相關，與有效鋅含量呈極顯著正相關，與有效鐵含量呈負相關，但不顯著。

3 小論與討論

3.1 小結

利川市耕地pH為3.95～8.58，平均為6.21，屬弱酸性土壤，35.76%的土壤pH低于5.5，成為酸化土壤；有機質含量為 5.39～88.50 g／kg，平均為 27.17 g／kg，含量中等，26.66%的土壤含量在低水平及以下；有效銅含量在未檢出至8.28 mg／kg之間，平均為1.39mg／kg，含量高，缺銅比例為9.27%，極高水平占22.19%；有效鋅含量在未檢出至8.41 mg／kg之間，平均為 1.07 mg／kg，含量中等，63.57%的耕地缺鋅；有效鐵含量為 2.89～311.15 mg／kg，平均為 58.84 mg／kg，含量高，28.64%的耕地缺鐵；有效錳含量為3.29～234.48 mg／kg， 平均為 39.22 mg／kg， 含量高，22.52%的耕地缺錳。

表8 土壤有機質含量檢測結果

表9 耕地土壤有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳含量與pH和有機質含量的相關性

表10 耕地土壤有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳含量間的相關性

按水田和旱地分類統計，水田和旱地pH分別為6.24、6.08，呈弱酸性；有機質含量分別為29.09、26.58 g／kg，處于中等水平；水田和旱地的 pH、有機質含量差異不大。水田和旱地有效銅含量分別為2.03、1.20 mg／kg，水田含量處于極高水平，旱地含量處于高水平；有效鋅含量分別為0.83、1.14 mg／kg，水田含量處于低水平，旱地含量處于中等水平；有效鐵含量分別為 88.23、49.89 mg／kg，水田含量處于高水平，旱地含量處于中等水平；有效錳含量分別為30.35、41.92 mg／kg，二者都處于高水平。 有效銅、有效鐵含量水田明顯高于旱地，而有效鋅、有效錳水田明顯低于旱地。

按不同土類統計，平均pH表現為紫色土＞黃棕壤＞水稻土、黃壤＞棕壤；有機質平均含量表現為棕壤＞水稻土＞黃棕壤＞黃壤＞紫色土；有效銅平均含量表現為水稻土＞黃壤＞棕壤＞黃棕壤＞紫色土；有效鋅平均含量表現為棕壤＞黃壤＞黃棕壤＞紫色土＞水稻土；有效鐵平均含量表現為水稻土＞黃壤＞黃棕壤＞棕壤＞紫色土；有效錳平均含量表現為棕壤＞黃棕壤＞紫色土＞水稻土＞黃壤。有機質、有效鐵和有效錳含量垂直分布特征明顯，隨著海拔升高，地帶性土壤（黃壤-黃棕壤-棕壤）有機質、有效錳含量增加，有效鐵含量降低。

按不同成土母質統計，平均pH表現為紫色巖＞石灰?guī)r＞第四紀黏土＞泥質頁巖＞石英砂巖；有機質平均含量表現為石英砂巖＞泥質頁巖＞石灰?guī)r＞第四紀黏土＞紫色巖；有效銅平均含量表現為泥質頁巖＞石英砂巖＞第四紀黏土＞石灰?guī)r和紫色巖；有效鋅平均含量表現為泥質頁巖＞石灰?guī)r＞第四紀黏土＞石英砂巖＞紫色巖；有效鐵平均含量表現為石英砂巖＞泥質頁巖＞紫色巖＞第四紀黏土＞石灰?guī)r；有效錳平均含量表現為第四紀黏土＞石灰?guī)r＞紫色巖＞石英砂巖＞泥質頁巖。

按海拔高度統計，平均pH表現為低山＞高山＞二高山；有機質平均含量表現為二高山＞高山＞低山，二高山與高山差異不大；有效銅、有效鋅、有效鐵平均含量分布一致，均表現為二高山＞低山＞高山；有效錳平均含量表現為高山＞二高山＞低山，垂直分布特征明顯。

利川市耕地土壤有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳含量與土壤pH呈極顯著負相關；有效銅、有效鋅、有效鐵含量與土壤有機質含量呈極顯著正相關。4種元素在土壤中的有效態(tài)含量之間也呈不同的相關性，土壤有效銅含量與有效鋅、有效鐵含量呈極顯著正相關，與有效錳含量呈極顯著負相關；土壤有效鋅含量與有效鐵、有效錳含量呈極顯著正相關。

3.2 討論

近40%的耕地土壤酸化，其治理應新老措施結合，在繼續(xù)應用石灰、草木灰、火灰等傳統方法的基礎上大力推廣奧力硅、最鎂、大粒硅、奎米素等新型堿性肥料。利川市耕地有機質含量處于中等水平，26.66%的耕地有機質含量低，要加大耕地培肥力度，在農村勞動力嚴重不足的情況下重點推廣商品有機肥、生物有機肥、微生物復合肥等產品，積極推行有機肥替減化肥、化肥減量增效等技術。更要注重微量元素肥料的推廣應用，特別是60%以上的耕地缺鋅、約30%的耕地缺鐵、近25%的耕地缺錳，這些區(qū)域要加大鋅、鐵、錳肥的推廣力度。水田和紫色土有效鋅含量均值處于低水平，應增施鋅肥；低山和高山區(qū)域也應注意鋅肥的施用。同時，要加強對耕地土壤銅及重金屬的監(jiān)測，水田和泥質頁巖發(fā)育的旱地存在銅過量的風險。