山西省玉米種植區(qū)土壤養(yǎng)分含量特征

陳 婷 ，李廷亮 ，2，3，張晉豐 ，劉 洋 ，王嘉豪 ，呂卓呈

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801；2.黃土高原特色作物優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，山西 太谷 030801；3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，山西 太谷 030801）

玉米作為集糧食、飼料和工業(yè)原料為一體的優(yōu)勢(shì)作物，對(duì)于保障我國(guó)糧食安全、改善人民生活水平具有重大意義[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年我國(guó)玉米種植總面積為4 126 萬(wàn)hm2，產(chǎn)量達(dá)2.61×108t，占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的38.90%，已超過(guò)水稻和小麥成為第一大糧食作物[2]，山西省統(tǒng)計(jì)年鑒顯示，2019 年山西省玉米播種面積占主要糧食作物總播種面積的54.86%[3]，主要分布在晉中和忻州地區(qū)。

土壤養(yǎng)分供應(yīng)情況是保證耕地質(zhì)量和糧食產(chǎn)量的基礎(chǔ)條件，也是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)，明確山西省玉米種植區(qū)土壤養(yǎng)分供應(yīng)情況對(duì)當(dāng)?shù)赝寥婪柿μ嵘约巴七M(jìn)玉米綠色高產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。根據(jù)全國(guó)第二次土壤普查，20世紀(jì)90年代山西省耕層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量分別為10.70 g/kg、0.68 g/kg、7.76 mg/kg、131.90 mg/kg。近年來(lái)，許多學(xué)者也對(duì)山西省土壤養(yǎng)分做了進(jìn)一步研究，解文艷等[4]在2007年對(duì)山西省主要農(nóng)田耕層土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)研區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量平均值分別為17.70、0.85 g/kg，均處于中等偏上養(yǎng)分水平；孫樹(shù)榮等[5]對(duì)華北半干旱區(qū)農(nóng)田養(yǎng)分的研究表明，2010年山西忻府區(qū)農(nóng)田養(yǎng)分中有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量分別為15.30 g/kg、0.79 g/kg、15.60 mg/kg、149.00 mg/kg；劉蝴蝶等[6]在2010 年對(duì)山西省62個(gè)主要耕作土壤種類(lèi)以及肥力現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀的平均含量分別為17.20 g/kg、21.40 mg/kg 和 150.20 mg/kg；董悅等[7]在 2018 年對(duì)晉中市表層土壤養(yǎng)分的研究表明，當(dāng)?shù)赝寥烙袡C(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀的平均含量分別是1.42%、0.08%、0.07%和1.97%；另外，張建杰等[8]對(duì)山西省洪洞縣土壤有機(jī)質(zhì)和全氮進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，當(dāng)?shù)赜袡C(jī)質(zhì)和全氮的平均含量分別為16.05、0.82 g/kg，土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量的空間分布格局大致呈中部高、東部和西部低的趨勢(shì)。上述研究表明，山西省現(xiàn)階段多個(gè)地區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀養(yǎng)分含量較第二次土壤普查數(shù)據(jù)有明顯提升，這與近30 多年農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)肥料大量投入有關(guān)。土壤養(yǎng)分的提升是土壤培肥和糧食增產(chǎn)的基礎(chǔ)，但化肥過(guò)量投入也會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益降低、環(huán)境污染和土壤質(zhì)量下降等問(wèn)題。明確區(qū)域范圍內(nèi)土壤養(yǎng)分含量特征，可有力支撐當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)綠肥高產(chǎn)及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。除大量元素外，土壤微量元素也是表征土壤肥力的重要組成部分，其供給水平（即有效態(tài)微量元素含量）不僅影響作物正常生長(zhǎng)和發(fā)育，而且進(jìn)一步影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，關(guān)系到人類(lèi)健康狀況，在大量元素供應(yīng)充足的情況下，微量元素將成為植物生產(chǎn)性能的限制因素[9]，例如土壤中的銅、鋅、鐵、錳等是作物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量元素，它們大多參與植株體內(nèi)生理生化過(guò)程，并與葉綠體、多種氧化酶和呼吸酶等的合成息息相關(guān)，從而直接參與植物的代謝過(guò)程[10]。土壤微量元素供應(yīng)情況研究是作物提質(zhì)增效生產(chǎn)以及我國(guó)功能農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要研究?jī)?nèi)容，厘清山西省玉米種植區(qū)土壤微量元素的含量特征，有助于正確判斷土壤微量元素的供給情況，對(duì)于合理補(bǔ)充微量元素、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)及保障人體營(yíng)養(yǎng)健康具有重要的科學(xué)意義。

第二次土壤養(yǎng)分普查數(shù)據(jù)為山西省各縣區(qū)基本農(nóng)田建設(shè)、農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)和農(nóng)業(yè)合理施肥提供了科學(xué)依據(jù)，但由于我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要以一家一戶(hù)的小農(nóng)戶(hù)為經(jīng)營(yíng)單元，每個(gè)農(nóng)戶(hù)的施肥習(xí)慣千差萬(wàn)別，勢(shì)必造成土壤養(yǎng)分在地域上的異質(zhì)性[11]，現(xiàn)階段土壤的肥力狀況距全國(guó)第二次土壤普查已過(guò)了30多年，在時(shí)間和區(qū)域尺度上由于農(nóng)村經(jīng)營(yíng)管理體制、耕作制度、產(chǎn)量水平、肥料使用總量等存在差異性特征，土壤的肥力狀況也發(fā)生了巨大變化。因此，開(kāi)展區(qū)域土壤養(yǎng)分分布特征研究對(duì)于指導(dǎo)當(dāng)?shù)赝寥鲤B(yǎng)分管理和合理施肥具有重要意義，且目前對(duì)于山西省玉米種植區(qū)土壤養(yǎng)分狀況的系統(tǒng)研究還鮮有報(bào)道。

本研究通過(guò)對(duì)山西省玉米種植區(qū)3 個(gè)典型縣域（原平市、太谷縣、壽陽(yáng)縣）耕層土壤樣點(diǎn)采集，系統(tǒng)分析玉米種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀以及6種有效態(tài)微量元素含量特征，明確山西省玉米種植區(qū)土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力，旨在為當(dāng)?shù)赝寥鲤B(yǎng)分精準(zhǔn)分區(qū)管理和高效施肥提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

山西省玉米種植主要集中在忻州和晉中地區(qū)，本研究依據(jù)2019 年山西省統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，選取了山西省玉米種植面積最大的原平市、壽陽(yáng)縣，同時(shí)選取山西“農(nóng)谷”建設(shè)區(qū)代表縣域的太谷縣為研究代表區(qū)域。山西省屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，其中，原平市年均氣溫8.0 ℃，年平均降水量500 mm，無(wú)霜期平均每年160 d；太谷縣年平均氣溫9.9 ℃，年均降雨量462.9 mm，無(wú)霜期平均175 d；壽陽(yáng)縣年均氣溫7.4 ℃，無(wú)霜期平均每年140 d，年均降水量518.3 mm。當(dāng)?shù)赝寥李?lèi)型有褐土、潮土、粗骨土等，夏季6—8 月降水相對(duì)集中，約占全年降水量的60%。

1.2 樣品采集及處理

為避免季節(jié)性施肥對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，本研究統(tǒng)一于2019 年10—11 月在玉米收獲后進(jìn)行采樣。結(jié)合山西省的地形圖、土壤類(lèi)型圖和玉米種植分布情況將采樣地點(diǎn)精確到每個(gè)縣的行政村，分別是原平市、太谷縣和壽陽(yáng)縣，每個(gè)縣市布點(diǎn)100 個(gè)點(diǎn)左右，并記錄經(jīng)緯度，采樣點(diǎn)分布如圖1所示，土壤類(lèi)型如表1 所示。根據(jù)地形大小和形狀不同采用五點(diǎn)法或“S”形法用土鉆采集0～20 cm 耕層混合樣品，樣品經(jīng)四分法處理土樣后留取1 kg左右?guī)Щ貙?shí)驗(yàn)室，共采集313個(gè)土樣。

表1 山西省玉米種植區(qū)耕層土壤采樣點(diǎn)土壤類(lèi)型Tab.1 Soil types of sampling points in plough layer soil in maize planting area of Shanxi province 個(gè)

將采集到的土壤樣品，去除植物根系、有機(jī)殘?jiān)约翱梢?jiàn)侵入體，自然風(fēng)干后，研磨過(guò)1 mm尼龍網(wǎng)篩用于測(cè)定土壤有效磷、速效鉀、硝態(tài)氮，再細(xì)磨過(guò)0.149 mm 尼龍網(wǎng)篩，用以測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、微量元素有效態(tài)含量等。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定；土壤硝態(tài)氮含量采用紫外分光光度法測(cè)定；土壤有效磷含量采用0.5 mol/L 碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤速效鉀含量采用NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定[12]。

土壤有效態(tài)硒含量測(cè)定采用DTPA 浸提-原子熒光法[13]；土壤有效態(tài)銅、鋅、鐵、錳、鎳含量采用DTPA 浸提后用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)采用Excel 2019 整理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析；采用IBM SPSS Statistics 25 進(jìn)行方差分析和Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 山西省玉米種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量分析

對(duì)山西省玉米種植區(qū)3 個(gè)典型縣市的所有樣點(diǎn)土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析，從表2 可以看出，土壤有機(jī)質(zhì)含量為4.10～53.98 g/kg，平均值為17.52 g/kg，對(duì)照全國(guó)土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表3），處于4級(jí)水平（較缺乏），但較第二次土壤普查山西省耕層土壤有機(jī)質(zhì)平均值提高了63.74%。其中，土壤有機(jī)質(zhì)含量＜10 g/kg的樣點(diǎn)數(shù)占10.26%，10～20 g/kg樣點(diǎn)數(shù)占63.78%，20～30 g/kg的樣點(diǎn)數(shù)占19.55%，＞30 g/kg 的樣點(diǎn)數(shù)占6.41%。表明山西省玉米種植區(qū)大部分區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量在10～20 g/kg，有機(jī)質(zhì)豐富、缺乏和極缺乏水平區(qū)域均比較少。3 個(gè)代表縣域總體上以太谷縣耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，平均值為18.53 g/kg，且該區(qū)域有機(jī)質(zhì)在20～30 g/kg的樣點(diǎn)數(shù)也相對(duì)較高，但3個(gè)代表縣域土壤有機(jī)質(zhì)平均含量差異不顯著。

表2 山西省典型玉米種植區(qū)耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量Tab.2 Content of soil organic matter in plough layer in typical maize planting area in Shanxi province

表3 全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［15］Tab.3 Nutrient classification standard of the second national soil survey

2.2 山西省玉米種植區(qū)土壤速效養(yǎng)分含量分析

從表4可以看出，山西省玉米種植區(qū)土壤硝態(tài)氮含量為4.97～37.51 mg/kg，平均值為19.79 mg/kg，3 個(gè)代表區(qū)域以壽陽(yáng)縣耕層土壤硝態(tài)氮含量最高，平均值為20.86 mg/kg。土壤有效磷含量在3.17～74.12 mg/kg，平均值為22.64 mg/kg，對(duì)照全國(guó)土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表3），處于2 級(jí)水平（較豐富）；3 個(gè)代表區(qū)耕層土壤有效磷含量仍以壽陽(yáng)縣最高，為27.26 mg/kg，較太谷縣顯著提高69.50%（P＜0.05）。土壤速效鉀含量為58.81～517.02 mg/kg，平均值為220.42 mg/kg，處于1 級(jí)水平（豐富），3 個(gè)代表區(qū)土壤速效鉀含量以壽陽(yáng)縣和太谷縣較高，平均為233.09 g/kg，較原平市顯著提高了19.80%（P＜0.05）?？傮w來(lái)看，山西省典型玉米種植區(qū)土壤大量元素的速效養(yǎng)分比較豐富，不同縣域間以壽陽(yáng)縣最高。3 種速效養(yǎng)分的空間差異均比較大，變異系數(shù)在31%～76%，屬于中等變異（10%～100%）[16]。

表4 玉米種植區(qū)耕層土壤速效養(yǎng)分統(tǒng)計(jì)情況Tab.4 Statistical situation of available nutrients in plough layer soil in maize planting area

2.3 山西省玉米種植區(qū)土壤微量元素有效態(tài)含量分析

從表5、6 可以看出，土壤有效銅含量為0.24～6.00 mg/kg，平均值為1.26 mg/kg，處于較豐富水平，且土壤有效銅含量主要集中在1.00～1.80 mg/kg，出現(xiàn)頻率為58.09%。土壤有效鋅含量為0.17～5.30 mg/kg，平均值為2.07 mg/kg，處于較豐富水平，土壤有效鋅含量主要集中在1.00～3.00 mg/kg，出現(xiàn)頻率為56.03%。土壤有效鎳含量為0.05～1.30 mg/kg，平均值為0.31 mg/kg，處于中等水平，土壤有效鎳含量主要集中在0.25～0.40 mg/kg，出現(xiàn)頻率為42.30%。土壤有效鐵含量為2.60～29.57 mg/kg，平均值為9.40 mg/kg，處于中等水平，有效鐵含量主要集中在4.50～10.00 mg/kg，出現(xiàn)頻率為63.19%。土壤有效錳含量在0.97～37.90 mg/kg，平均值為17.42 mg/kg，處于較豐富水平，土壤有效錳含量主要集中在15.00～30.00 mg/kg，出現(xiàn)頻率為58.25%。土壤有效硒含量在11.99～85.24 μg/kg，平均值為30.43 μg/kg，處于豐富水平，含量主要集中在＞20 μg/kg，出現(xiàn)頻率為91.53%?？傮w來(lái)看，山西省玉米種植區(qū)6 種微量元素有效態(tài)含量處于中等或較豐富水平，不同縣域之間6種微量元素除了硒和鋅元素外，整體以原平市耕層土壤含量最高。各土壤有效態(tài)微量元素的變異系數(shù)均在22%～66%，屬于中等變異水平，變異程度從大到小依次為Ni＞Cu＞Fe＞Zn＞Mn＞Se。

表5 山西省玉米種植區(qū)耕層土壤微量元素有效態(tài)含量特征Tab.5 Characteristics of available contents of trace elements in plough layer soil in maize planting area in Shanxi province

表6 土壤有效態(tài)微量元素含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與各級(jí)出現(xiàn)頻率［1177~1188］Tab.6 Classification standard of available contents of trace elements in soil and occurrence frequency of various levels

2.4 土壤養(yǎng)分因子間的相關(guān)性分析

山西省玉米種植區(qū)土壤養(yǎng)分10個(gè)因子按照兩兩一組形成45 組關(guān)系，各養(yǎng)分因子相關(guān)性分析如表7所示。由表7可知，土壤有機(jī)質(zhì)與有效磷、速效鉀以及有效態(tài)微量元素Cu、Zn、Fe之間呈顯著和極顯著正相關(guān)。土壤硝態(tài)氮與有效態(tài)微量元素Fe呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），土壤有效磷與有機(jī)質(zhì)、速效鉀以及有效態(tài)微量元素Cu、Fe、Mn呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），速效鉀與有效態(tài)微量元素Cu、Zn 和Mn均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。土壤中有效態(tài)微量元素 Cu、Zn、Ni、Fe、Mn 兩兩之間均呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），其中，有效態(tài)微量元素Fe、Mn、Ni兩兩之間存在著較高的極顯著正相關(guān)（P＜0.01），表明這3種元素在耕層土壤生態(tài)環(huán)境中存在著依存關(guān)系。

表7 山西省玉米種植區(qū)土壤養(yǎng)分因子的Pearson相關(guān)系數(shù)Tab.7 Pearson correlation coefficients of soil nutrient factors in maize planting area in Shanxi province

3 討論

3.1 山西省玉米種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量特征

有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，與土壤的發(fā)生演變、肥力水平和許多理化生物學(xué)屬性都有密切的關(guān)系，通常在其他條件相似的情況下，有機(jī)質(zhì)含量的多少，可以反映土壤肥力水平的高低[19]。本研究中山西省玉米種植區(qū)有機(jī)質(zhì)平均含量為17.52 g/kg，主要集中在10～20 g/kg，所占樣點(diǎn)比例為63.78%，總體表明山西省典型玉米種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量屬于較缺乏至中等水平，其原因可能是在黃土高原地區(qū)當(dāng)?shù)貧夂蚋稍?，且土壤孔隙大，通氣性好，有機(jī)質(zhì)礦化作用明顯[20]，而有機(jī)質(zhì)主要成分為腐殖質(zhì)，在干燥通氣良好的條件下植物殘?bào)w等腐解轉(zhuǎn)化過(guò)程較為緩慢[21]，從而導(dǎo)致土壤中有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)低。但山西省玉米種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量較第二次土壤普查山西省耕層土壤有機(jī)質(zhì)平均值仍提高了63.50%。原因一方面可能與近年來(lái)農(nóng)民為了提高作物單產(chǎn)水平和品質(zhì)而增施有機(jī)肥有關(guān)，另一方面可能與近年來(lái)國(guó)家大力提倡保護(hù)環(huán)境，鼓勵(lì)秸稈還田，化肥減施與有機(jī)替代有關(guān)[22-24]。張晉豐等[25]研究也表明，現(xiàn)階段山西省小麥種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均含量（21.65 g/kg）較全國(guó)第二次土壤普查結(jié)果提高了109.40%。從有機(jī)質(zhì)空間分布來(lái)看，山西省“農(nóng)谷”建設(shè)區(qū)太谷縣玉米種植區(qū)土壤中有機(jī)質(zhì)含量高于其他地區(qū)，可能是該地區(qū)農(nóng)民有較強(qiáng)的科學(xué)施肥意識(shí)，對(duì)有機(jī)肥投入較為重視使得該地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量較高。

3.2 山西省玉米種植區(qū)土壤速效養(yǎng)分含量特征

土壤中硝態(tài)氮含量是作物獲取氮素的主要來(lái)源，對(duì)作物的生長(zhǎng)起著重要作用[26]。王秀康等[27]和巨曉棠等[28]的研究結(jié)果均顯示，土壤硝態(tài)氮含量的累積主要來(lái)自于外源氮肥。本研究中，山西省玉米種植區(qū)耕層土壤硝態(tài)氮含量范圍在4.97～37.51 mg/kg，空間差異較大，這可能與采樣點(diǎn)農(nóng)戶(hù)氮肥投入量和籽粒氮素?cái)y出量有關(guān)。土壤有效磷是影響作物產(chǎn)量、評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)之一[29]。山西省玉米種植區(qū)耕層土壤有效磷含量平均值為22.64 mg/kg，處于2級(jí)水平，總體含量處于較豐富水平。原因一方面與干旱半干旱區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)易礦化釋放無(wú)機(jī)磷有關(guān)；另一方面就是磷肥常年累積投入，同時(shí)有機(jī)肥的施用能一定程度上降低磷素隨地表徑流大量流失[30]。本研究中山西省玉米種植區(qū)耕層土壤中速效鉀含量總體較高，平均值達(dá)220.42 mg/kg，對(duì)照全國(guó)土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，處于1 級(jí)水平，這可能與黃土高原地區(qū)土壤成土母質(zhì)多含長(zhǎng)石類(lèi)礦物有關(guān)[31]；另外，近年提倡秸稈還田，秸稈還田后土壤中鉀離子年釋放率在90%以上，一定程度上補(bǔ)充了土壤鉀素[32-33]?？傮w來(lái)說(shuō)，山西省玉米種植區(qū)速效養(yǎng)分含量較高，目前我國(guó)的化肥利用率大約30%～40%，有大部分化肥沒(méi)有被作物利用而進(jìn)入環(huán)境[34]，由于化肥見(jiàn)效快，投入相對(duì)過(guò)量而利用率低，導(dǎo)致土壤殘留量比較高，因此，山西省玉米種植區(qū)速效養(yǎng)分含量較高。

3.3 玉米種植區(qū)土壤微量元素有效態(tài)含量特征

在滿足作物對(duì)大量元素需求的基礎(chǔ)上，土壤微量元素也是決定糧食產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因子[35]。本研究中山西省玉米種植區(qū)土壤中有效銅、鋅、錳的平均含量處于較豐富水平；有效鐵、鎳的平均含量處于中等水平；有效硒的平均含量處于豐富水平。整體來(lái)看，山西省的有效態(tài)微量元素含量比較豐富，一方面可能與土壤全量微量元素含量有關(guān)；另一方面可能與近年來(lái)大力實(shí)施測(cè)土配方施肥及秸稈還田技術(shù)有關(guān)，含有微量元素復(fù)合肥的施用，以及秸稈還田自身養(yǎng)分釋放或活化作用均能提高土壤中微量元素有效態(tài)含量。

本研究中，山西省玉米種植區(qū)3種速效養(yǎng)分含量變異系數(shù)在31.71%～76.37%，6種有效態(tài)微量元素含量的變異系數(shù)在21.88%～66.24%，養(yǎng)分變異系數(shù)總體比較高，且不同縣域間同一養(yǎng)分含量變異系數(shù)差異也較大。本研究所有采樣均在玉米收獲后進(jìn)行，因此，差異不是當(dāng)季施肥和采樣時(shí)間節(jié)點(diǎn)造成的。分析原因一方面可能是由于小農(nóng)戶(hù)種植肥料投入差異造成的，不同產(chǎn)量水平地塊、不同施肥習(xí)慣均會(huì)造成較大的肥料投入差異，結(jié)果導(dǎo)致土壤養(yǎng)分含量空間變異較大。另一方面可能與土壤母質(zhì)和土壤有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)，富含云母、長(zhǎng)石類(lèi)礦物的土壤K 含量相對(duì)豐富，富含橄欖石、輝石和角閃石礦物的土壤Fe、Mg 含量相對(duì)豐富[36]。土壤有機(jī)質(zhì)中含有黃腐酸、褐腐酸等酸性物質(zhì)，可提高土壤礦質(zhì)養(yǎng)分的有效性[37]，因此，土壤有機(jī)質(zhì)含量差異也會(huì)造成有效態(tài)礦質(zhì)元素含量的差異。

3.4 土壤養(yǎng)分因子間的相關(guān)性

土壤中各養(yǎng)分元素相關(guān)性分析表明，土壤有機(jī)質(zhì)與有效磷、速效鉀以及有效態(tài)微量元素Cu、Zn、Fe 之間存在顯著或極顯著正相關(guān)，進(jìn)一步說(shuō)明有機(jī)質(zhì)因具有釋放或活化土壤養(yǎng)分的作用，對(duì)土壤保肥供肥性具有重要意義。土壤中有效態(tài)Fe、Mn、Ni三者兩兩之間正相關(guān)性均較高，可能是由于Fe、Ni均屬于鐵族元素，它們具有相似的原子結(jié)構(gòu)，在自然界中有相近的存在形式和遷移、沉淀的物理化學(xué)條件，并且元素Mn 與鐵族元素性質(zhì)非常接近，3種元素性質(zhì)相似，所以，具有較高的相關(guān)性[17]。各微量元素之間也相互影響，如有效態(tài)硒與有效銅、錳與鐵之間存在拮抗作用，一種元素含量增加就會(huì)抑制另一種元素含量增加。本研究中土壤有效Se含量與其他養(yǎng)分因子的相關(guān)性差異均不顯著，且與有效Cu、Fe 和Mn 呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，若作物需要增加其中某一元素則需要控制具有拮抗作用的元素。除有效硒外其余各有效態(tài)微量元素之間均呈顯著或極顯著正相關(guān)，有效態(tài)元素含量之間具有顯著相關(guān)性的主要原因，可能與有效態(tài)元素的地球化學(xué)性質(zhì)相似有關(guān)，使得它們?cè)谕寥乐杏兄嗤蛳嗨频挠H和力、賦存形態(tài)和地球化學(xué)行為[38]。另外，本研究中微量元素有效態(tài)Mn、Fe的相關(guān)性是最強(qiáng)的，這可能是由于錳一般以多種氧化態(tài)存在于土壤中，易與鐵共生形成混雜的或復(fù)合的氧化物[39]，說(shuō)明研究區(qū)土壤中的Fe 可能更多的以錳結(jié)合態(tài)的形式存在，因此，有效態(tài)Fe與Mn相關(guān)性高。

4 結(jié)論

山西省玉米種植區(qū)耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值為17.52 g/kg，主要集中在10～20 g/kg，整體處于較缺乏至中等水平。土壤硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀含量平均值分別為19.79、22.64、220.42 mg/kg，總體比較豐富。土壤有效態(tài)銅、鋅、鎳、鐵、錳和硒平均含量分別為1.26、2.07、0.31、9.40、1.26、17.42 mg/kg和30.43μg/kg，總體處于中等至較豐富水平。玉米種植耕層土壤有效養(yǎng)分含量空間差異性較大。不同土壤養(yǎng)分之間存在一定的依存關(guān)系，多表現(xiàn)為顯著或極顯著的相關(guān)性，其中，有效態(tài)Fe 與Mn 相關(guān)性最高，有效Se 則與其他養(yǎng)分因子均無(wú)顯著相關(guān)性。綜合來(lái)看，山西省玉米種植區(qū)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)有機(jī)培肥管理，適當(dāng)減少化肥投入，推進(jìn)玉米提質(zhì)增效生產(chǎn)。