秦皇島市耕作土壤微量元素含量特征分析

周聰

摘 要 以河北省秦皇島市為研究區(qū)域，采用GIS和地統(tǒng)計學方法，對土壤有效鐵、有效銅、有效錳和有效鋅含量的空間規(guī)律和影響因素進行分析。數據采用秦皇島市測土配方施肥數據，統(tǒng)計數據表明研究區(qū)土壤有效鐵含量基本處于較豐富水平，有效鋅、有效銅和有效錳含量基本處于適當水平。土壤中有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅的變異系數分別是52.8%、52.9%、101.8%、83.4%。土壤質地是影響有效態(tài)微量元素分布的主要原因，壤土對微量元素的富集起到了促進作用。

關鍵詞 微量元素;空間分布特征;空間變異特性;河北省秦皇島市

中圖分類號：S625.5+4 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.32.107

微量元素在植物的正常生長中起著非常重要的作用[1-2]。

土壤微量元素是作物營養(yǎng)物質的重要組成部分，其豐缺狀況直接影響作物的生長發(fā)育，同時一些微量元素如銅、鋅等含量過高易造成重金屬污染，破壞生態(tài)環(huán)境甚至危害人類健康[3-4]。

植物吸收的微量元素主要與土壤微量元素有效態(tài)有關[5]。影響土壤中微量元素有效態(tài)含量的因子很多，包括母質類型、微量元素全量、土壤pH、有機質含量、土壤質地、土壤通透性等，受土壤性質影響明顯[6-7]。

國內對秦皇島地區(qū)土壤肥力特征有了一些研究，但是缺少對微量元素特征的研究。土壤中微量元素的空間分布結構相似度較小，呈斑塊狀特點，準確認識其空間分布情況有助于指導肥料的科學施用[8-11]?；诖耍ㄟ^地學統(tǒng)計和地理信息系統(tǒng)方法，以秦皇島耕作土壤為研究對象，采用空間插值法對研究區(qū)的土壤微量元素有效態(tài)空間分布特征進行分析，繪制空間分布圖，并主要分析土壤質地和土壤類型對空間分布特征的影響，為了解秦皇島市微量元素分布規(guī)律和土壤養(yǎng)分概況提供科學依據。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

秦皇島市位居于河北省東北部，地理坐標為東經118°33′～119°35′，北緯39°24′～40°37′，全市總面積7 812.4 km2;海拔由海濱的0.5 m向北呈階梯狀升高，最高峰為青龍縣都山，高達1846.33 m，地貌形態(tài)主要為中山、低山、丘陵、臺地等，坡度整體南部低緩、北部陡峻。

土壤類型依據第二次土壤普查共分為10個土類，其中棕壤、褐土、潮土占土地面積的80.74%以上。土地資源方面，區(qū)域差異明顯：北部山區(qū)以園地、林地為主，間以零星的自然保留地、耕地和建設用地;中部山地丘陵區(qū)以林地為主，間以零星的自然保留地和建設用地;中部山前平原區(qū)以耕地為主，間以零星的建設用地;南部沖積平原區(qū)以耕地、水域為主，間以零星的園地、林地等;東南部濱海平原區(qū)以建設用地、灘涂沼澤、耕地為主[12]。

1.2 數據來源

耕地土壤中鐵、錳、銅、鋅的有效態(tài)含量數據主要來自2005—2011年開展的秦皇島市測土配方施肥工作，GPS定位采樣點共計26 000個。采樣設計為：充分考慮第二次土壤普查信息，用土壤圖與行政區(qū)劃圖以及土地利用現(xiàn)狀圖疊加產生的圖斑作為調查的基本單元。每個單元代表面積46.2 hm2左右，采用“S”形取樣法在田塊中均勻隨機采取15個采樣點，采集0～20 cm土層土樣，充分混合后采用4分法留取1 kg。土壤中的有效性銅、鐵、鋅、錳采用原子吸收分光光度法（DTPA提?。y定[13]。

1.3 數據處理

數據分析主要在Excel和IBM Statistics SPSS 22軟件中進行，應用克里金插值法對數據進行空間分析，在ESRI ArcGIS 10.2軟件中進行輔助制圖。

2 結果與分析

2.1 耕作土壤微量元素含量狀況

2.1.1 土壤有效鐵含量

全市土壤中有效鐵含量平均為28.16 mg·kg-1，變化幅度在5.49～163.64 mg·kg-1。基于土壤有效微量元素分級指標（表1），土壤中有效鐵含量在4.5～10.0 mg·kg-1的區(qū)域有957 hm2，占總耕地的比例為0.5%;含量在10.0～20.0 mg·kg-1的區(qū)域有62 546.73 hm2，占總耕地的比例為32.8%;含量在20.0 mg·kg-1以上的區(qū)域有127 318.27 hm2，占總耕地的比例達到66.7%（表2）。說明研究區(qū)土壤有效鐵含量處于較豐富水平。

2.1.2 土壤中有效錳含量

全市土壤有效錳含量平均為18.65 mg·kg-1，變化幅度在3.93～64.39 mg·kg-1。其中含量小于5.0 mg·kg-1的區(qū)域有18.13 hm2，占總耕地的比例小于0.1%;含量在5.0～15.0 mg·kg-1的區(qū)域有58 996.53 hm2，占總耕地的比例為30.9%;含量在15.0～30.0 mg·kg-1的區(qū)域有103 247.40 hm2，占總耕地的比例為54.1%;含量在

30.0 mg·kg-1以上的區(qū)域有28 559.94 hm2，占總耕地的比例為15.0%。說明研究區(qū)土壤有效錳含量處于適當水平。

2.1.3 土壤中有效銅含量

秦皇島市耕層土壤中有效銅含量平均為1.56 mg·kg-1，變化幅度在0.14～33.84 mg·kg-1。其中含量小于0.2 mg·kg-1的極低區(qū)有0.47 hm2，占總耕地的比例小于0.1%;含量在0.2～1.0 mg·kg-1的區(qū)域有42301.88 hm2，占總耕地的比例為22.2%;含量在1.0～1.8 mg·kg-1的區(qū)域有88428.00 hm2，占總耕地的比例為46.3%;大于1.8 mg·kg-1的區(qū)域有60089.80 hm2，占總耕地的比例為31.5%。說明研究區(qū)土壤有效銅含量處于適量水平。

2.1.4 土壤中有效鋅含量

全市土壤中有效鋅含量平均為1.38 mg·kg-1，變化幅度在0.1～13.8 mg·kg-1。其中含量小于0.5 mg·kg-1的區(qū)域有8376.52 hm2，占總耕地的比例為4.3%;含量在0.5～1.0 mg·kg-1的區(qū)域有77 226.40 hm2，占總耕地的比例為40.4%;含量在1.0～3.0 mg·kg-1的區(qū)域有89 221.93 hm2，占總耕地的比例為46.8%;含量在3.0 mg·kg-1以上的區(qū)域有15 997.15 hm2，占總耕地的比例為8.4%。說明秦皇島市土壤有效鋅含量整體處于適當水平。

2.2 耕作土壤中微量元素空間變異特征

由表3可知，土壤中有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅的變異系數分別是52.8%、52.9%、101.8%、83.4%。一般認為，變異系數能反應隨機變量的離散程度，變異系數10%為弱變異，變異系數10%～100%為中等變異，變異系數>100%為強變異[14]。按照變異系數的分級，有效鐵、有效鋅和有效錳屬于中等變異，有效銅屬于強變異，其變異系數達到了101.8%，變異程度高，結合原始數據顯示高值比較居中。變異強度大小順序為有效銅>有效鋅>有效錳>有效鐵。

為了直觀反映微量元素的空間分布特征，應用ArcGIS的克里金空間插值法進行分析，繪制空間分布圖，結果顯示，有效鐵含量在空間上整體呈環(huán)帶分布，且含量>10 mg·kg-1的面積占了大部分，局部有小斑塊;有效錳的高值主要分布在研究區(qū)域的西部，低值

5～15 mg·kg-1的面積集中在研究區(qū)域中部;有效銅的高值主要集中在研究區(qū)域的南部和東部，最低值集中在北部;有效鋅的高值集中在研究區(qū)域東南部，低值

0.3～0.5 mg·kg-1的面積在西北部分布集中。微量元素空間分布特征無明顯規(guī)律，產生這種現(xiàn)象的原因主要與研究區(qū)的成土母質有關。秦皇島市的成土母質主要為風化殘積物、洪積物、沖積物、海相沉積物和風積物，是影響微量元素含量和空間分布的首要因素[15]。

2.3 土壤微量元素含量分布特征影響因素

2.3.1 土壤質地與微量元素含量特征關系

利用土壤質地圖對土壤微量元素有效態(tài)含量柵格數據進行統(tǒng)計分析（表4），一般情況下微量元素含量高低遵循黏土>壤土>砂土[5]，但由于施肥等會嚴重影響微量元素的空間分布，導致微量元素隨質地變化無明顯趨勢[16]。輕壤質和砂壤質土的有效鐵含量相對較高，輕壤質土的有效鋅和有效錳含量較高。因此，土壤質地是影響有效態(tài)微量元素分布的重要因素，壤土對微量元素的富集起到了促進作用。

2.3.2 土類與微量元素含量特征關系

表5為不同類型土壤的微量元素含量特征。成土母質是影響微量元素含量高低的主要因素，其中棕壤中有效鐵的平均含量最高，褐土中有效錳的平均含量最高，沼澤土中有效銅平均含量最高。有效鐵在棕壤中含量高、有效錳在褐土中含量高，說明土壤類型對有效鐵、有效錳有顯著影響。有效銅和有效鋅的含量在各土壤類型分布不顯著，說明土壤類型對有效銅和有效鋅的影響較小。

3 結論

本文利用GIS和地統(tǒng)計學方法對秦皇島地區(qū)耕作土壤微量元素含量特征進行分析，主要結論如下。

1）統(tǒng)計數據表明，全市有效鐵含量平均為

28.16 mg·kg-1，變化幅度在5.49～163.64 mg·kg-1，研究區(qū)土壤有效鐵含量基本處于較豐富水平，有效鋅、有效銅和有效錳含量處于適當水平。

2）土壤中有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅的變異系數分別是52.8%、52.9%、101.8%、83.4%?？死锝鹂臻g插值法分析顯示，有效鐵含量在空間上整體呈環(huán)帶分布，有效錳的高值主要分布在研究區(qū)域的西部，有效銅的高值主要集中在研究區(qū)域的南部和東部，有效鋅的高值集中在區(qū)域東南部。微量元素空間分布特征無明顯規(guī)律，產生這種現(xiàn)象的原因主要與研究區(qū)的成土母質有關，秦皇島的成土母質主要為風化殘積物、洪積物、沖積物、海相沉積物和風積物。

3）土壤質地是影響土壤有效態(tài)微量元素分布的主要原因，壤土對微量元素的富集起到了促進作用。土壤類型對有效鐵、有效錳有顯著影響，對有效銅和有效鋅的影響較小。

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（責任編輯：劉 昀）