吉林中部黑土區土壤—作物系統營養元素地球化學特征

唐麗靜　王冬艷　李月芬　付強　楊小琳

摘要：為研究吉林中部黑土區營養元素地球化學特征，在研究區進行了系統的野外調查和土壤-玉米籽粒樣品的采集。在對數據進行統計對比的基礎上，對研究區九種營養元素全量、有效態含量及玉米籽粒中營養元素含量的空間分布特征進行了分析，并對研究區土壤營養狀況進行了評價。結果表明：K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、B元素有效態含量充足，Mo元素有效態含量缺乏，不同區域營養元素空間分布存在差異；Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態呈顯著正相關，K、Ca、B元素有效態含量隨pH值的升高而升高，Fe、Mn、Mo元素有效態含量隨pH值的升高而降低。針對研究區有效Mo缺乏的現象，可以通過施用鉬肥、降低土壤pH值等的方法，增加有效態鉬的含量。

關鍵詞：吉林中部；黑土區；土壤-作物系統；營養元素；地球化學特征

中圖分類號：Q781文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2014）05-0072-05

吉林中部黑土區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。該區黑土土層深厚，營養良好，是我國農業可持續發展的重要保障。但隨著植被的破壞、化肥的過度使用以及傳統耕作習慣的影響，該區土壤中的營養成分有了一定程度的缺失。因此，有必要對黑土區土壤的營養狀況進行調查與分析。土壤是植物獲得營養元素的主要來源[1]，近年來，有關土壤與作物營養及營養施肥的研究備受關注[2～7]。元素在土壤-作物系統中的遷移轉化具有一定的規律性[8～13]，研究土壤-作物系統中營養元素的地球化學特征，對指導研究區的合理施肥、作物合理種植規劃及保障作物的正常生長有著重要意義。

1材料與方法

1.1樣品采集

本次研究以吉林中部黑土區的公主嶺-梨樹、九臺-德惠、榆樹-松原地區為工作區。以1∶5萬地形圖為參照，結合工作區地形地貌，使用GPS進行野外定位，設定采樣點62個，樣品采集時間為9月底。

表層土壤樣品采集時，在玉米根系周圍連續取20 cm深土柱，每個采樣點的樣品由該點周圍50 m范圍內的10個采樣點的土壤樣品組成，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20目篩后送實驗室測試。

玉米籽粒樣品采樣點與土壤采樣點相對應，選取6～10株為代表株，采摘玉米穗，室內自然風干，人工脫粒，晾干后玉米樣品總質量不少于5 kg。

1.2樣品的分析測試

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

1.3數據處理方法

采用SPSS 19.0和Excel 2010軟件進行數據統計處理與分析。

2結果與分析

2.1研究區營養元素全量含量特征

作物的生長發育需要不斷吸收各種營養元素。按照作物對每種營養元素的需求量，可將營養元素分為大量、中量、微量營養元素。以K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B、Zn、Mo九種元素為研究對象，分別對其全量的測試數據進行正態檢驗，結果均服從正態分布，故統計時采用算術平均值。

2.2研究區營養元素有效態含量特征

土壤營養元素以有效態的形式被植物吸收，元素有效態的含量相對來說更能反映土壤的營養供應水平[12]。分別對九種營養元素有效態含量的測試數據進行正態檢驗，結果均服從正態分布，故統計時采用算術平均值（表4）。

從表4可以看出，九種營養元素有效態空間離散程度由高到低排序為Mn>Fe>Zn>Cu>B>Ca>Mo>Mg>K。從變異系數來看，有效態Mo的變異系數為88.57%，屬于強分異型，說明有效態Mo在研究區含量分布不均勻。其他營養元素有效態為從弱分異型到中等分異型，說明這幾種營養元素有效態在研究區分布比較均勻。根據土壤肥力分級標準，K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效態含量很充足，B元素有效態含量適中，Mo元素有效態含量不足，說明B、Mo元素的活化率相對較低[13]。為保障土壤營養供應水平，可以有針對性地施用肥料以滿足作物生長要求。

比較三個工作區營養元素有效態含量特征（表5），K、Ca、Mg有效態平均含量差異不大，Fe、Mn、Cu、Zn有效態含量以公主嶺-梨樹地區最高，B、Mo有效態含量以九臺-德惠地區最高。從變異系數來看，K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B、Zn有效態在三個工作區均為弱分異型到中等分異型，說明這八種營養元素有效態含量空間差異較小。有效態Mo含量在公主嶺-梨樹地區空間差異較小，但在九臺-德惠、榆樹-松原地區空間差異相對較大。根據土壤肥力分級標準（表6），Mo元素有效態含量在三個工作區相對偏低；B元素含量適中；Zn元素有效態含量在公主嶺-梨樹、榆樹-松原地區含量豐富，在九臺-德惠地區含量適中。

2.3研究區玉米籽粒營養元素含量特征

對玉米籽粒中九種營養元素的測試數據進行正態檢驗，結果均服從正態分布，故統計時采用算術平均值（表7、表8）。

從表7和表8可以看出，研究區依然是Mo元素在玉米籽粒中的含量差異較大，其他營養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，則會對人體健康帶來危害。根據《中華人民共和國農業行業標準NY861-2004》，Cu≤10 mg/kg， Zn≤50 mg/kg，與表中數據相比較，Cu、Zn元素含量均未超標。

2.4土壤營養元素全量、有效態含量及玉米籽粒元素含量與土壤pH值的相關性

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

對九種營養元素全量與有效態相關性進行分析，Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態之間呈顯著或極顯著正相關，說明這4種元素有效態含量受全量影響較大，增施相應肥料在農業生產中會有直接效用。針對研究區有效Mo缺乏現象，增施相應肥料為補充營養的重要途徑。而K、Fe、Cu、B、Zn元素呈現的相關性不明顯（表9）。

對土壤pH值與有效態含量相關性進行分析，K、Ca、B元素有效態含量隨pH值升高而升高，呈顯著或極顯著相關；Fe、Mn、Mo元素有效態含量隨pH值的升高而降低，呈顯著或極顯著負相關。因此，可以通過降低土壤pH值，增加Mo元素有效態含量。Mg、Cu、Zn元素有效態含量與pH值有一定相關性，但不明顯。

對玉米籽粒中營養元素含量與土壤pH值的相關性進行分析，Mn元素與土壤pH值呈顯著負相關，Mo元素與土壤pH值呈顯著正相關，說明在酸性環境中有利于Mn元素的吸收，在堿性環境中有利于Mo元素的吸收，其他幾種營養元素的吸收與土壤pH值的相關性不大。

表9土壤營養元素全量、有效態含量及玉米籽粒元素含量與土壤pH的相關性

元素1K1Ca1Mg1Fe1Mn1Cu1B1Zn1Mo全量-有效態1-0.68010.316*10.419**1-0.04910.286*10.04810.0861-0.02610.474**pH-有效態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，**表示在0.01水平上顯著相關。

3結論

3.1與吉林省土壤背景值相比，吉林中部黑土區的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B等營養元素含量相對比較豐富，Zn、Mo元素相對缺乏。但與全國土壤背景值相比，吉林中部黑土區Ca、Mg、Fe、Cu、B、Zn、Mo元素含量略低。

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

3.3K、Ca、Mg元素有效態含量在公主嶺-梨樹、九臺-德惠、榆樹-松原三個工作區差異不大，Fe、Mn、Cu、Zn元素有效態含量在公主嶺-梨樹地區最高，B、Mo元素有效態含量在九臺-德惠地區最高。

3.4Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態呈顯著或極顯著正相關，K、Ca、B元素有效態含量與pH值呈顯著或極顯著正相關，Fe、Mn、Mo元素有效態含量與pH值呈顯著或極顯著負相關。針對研究區有效態Mo缺乏現象，可以施用含Mo元素的肥料及降低土壤pH值的方法增加Mo元素有效態含量。

參考文獻：

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[15]賀行良，劉昌嶺，任宏波，等.青島嶗山茶園土壤微量元素有效量及其影響因素研究 [J].土壤通報，2008，39（5）：1131-1134.

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[17]劉全友，童依平，李繼云，等.多倫縣土壤營養元素有效態含量的影響因素研究 [J].生態學報，2000，20（6）：1034-1037.

山 東 農 業 科 學2014，46（5）：77～81Shandong Agricultural Sciences山 東 農 業 科 學第46卷第5期劉淑云，等：山東諸城不同類型土壤養分變化趨勢及其與小麥產量關系的模擬研究endprint

對九種營養元素全量與有效態相關性進行分析，Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態之間呈顯著或極顯著正相關，說明這4種元素有效態含量受全量影響較大，增施相應肥料在農業生產中會有直接效用。針對研究區有效Mo缺乏現象，增施相應肥料為補充營養的重要途徑。而K、Fe、Cu、B、Zn元素呈現的相關性不明顯（表9）。

對土壤pH值與有效態含量相關性進行分析，K、Ca、B元素有效態含量隨pH值升高而升高，呈顯著或極顯著相關；Fe、Mn、Mo元素有效態含量隨pH值的升高而降低，呈顯著或極顯著負相關。因此，可以通過降低土壤pH值，增加Mo元素有效態含量。Mg、Cu、Zn元素有效態含量與pH值有一定相關性，但不明顯。

對玉米籽粒中營養元素含量與土壤pH值的相關性進行分析，Mn元素與土壤pH值呈顯著負相關，Mo元素與土壤pH值呈顯著正相關，說明在酸性環境中有利于Mn元素的吸收，在堿性環境中有利于Mo元素的吸收，其他幾種營養元素的吸收與土壤pH值的相關性不大。

表9土壤營養元素全量、有效態含量及玉米籽粒元素含量與土壤pH的相關性

元素1K1Ca1Mg1Fe1Mn1Cu1B1Zn1Mo全量-有效態1-0.68010.316*10.419**1-0.04910.286*10.04810.0861-0.02610.474**pH-有效態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，**表示在0.01水平上顯著相關。

3結論

3.1與吉林省土壤背景值相比，吉林中部黑土區的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B等營養元素含量相對比較豐富，Zn、Mo元素相對缺乏。但與全國土壤背景值相比，吉林中部黑土區Ca、Mg、Fe、Cu、B、Zn、Mo元素含量略低。

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

3.3K、Ca、Mg元素有效態含量在公主嶺-梨樹、九臺-德惠、榆樹-松原三個工作區差異不大，Fe、Mn、Cu、Zn元素有效態含量在公主嶺-梨樹地區最高，B、Mo元素有效態含量在九臺-德惠地區最高。

3.4Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態呈顯著或極顯著正相關，K、Ca、B元素有效態含量與pH值呈顯著或極顯著正相關，Fe、Mn、Mo元素有效態含量與pH值呈顯著或極顯著負相關。針對研究區有效態Mo缺乏現象，可以施用含Mo元素的肥料及降低土壤pH值的方法增加Mo元素有效態含量。

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山 東 農 業 科 學2014，46（5）：77～81Shandong Agricultural Sciences山 東 農 業 科 學第46卷第5期劉淑云，等：山東諸城不同類型土壤養分變化趨勢及其與小麥產量關系的模擬研究endprint

對九種營養元素全量與有效態相關性進行分析，Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態之間呈顯著或極顯著正相關，說明這4種元素有效態含量受全量影響較大，增施相應肥料在農業生產中會有直接效用。針對研究區有效Mo缺乏現象，增施相應肥料為補充營養的重要途徑。而K、Fe、Cu、B、Zn元素呈現的相關性不明顯（表9）。

對土壤pH值與有效態含量相關性進行分析，K、Ca、B元素有效態含量隨pH值升高而升高，呈顯著或極顯著相關；Fe、Mn、Mo元素有效態含量隨pH值的升高而降低，呈顯著或極顯著負相關。因此，可以通過降低土壤pH值，增加Mo元素有效態含量。Mg、Cu、Zn元素有效態含量與pH值有一定相關性，但不明顯。

對玉米籽粒中營養元素含量與土壤pH值的相關性進行分析，Mn元素與土壤pH值呈顯著負相關，Mo元素與土壤pH值呈顯著正相關，說明在酸性環境中有利于Mn元素的吸收，在堿性環境中有利于Mo元素的吸收，其他幾種營養元素的吸收與土壤pH值的相關性不大。

表9土壤營養元素全量、有效態含量及玉米籽粒元素含量與土壤pH的相關性

元素1K1Ca1Mg1Fe1Mn1Cu1B1Zn1Mo全量-有效態1-0.68010.316*10.419**1-0.04910.286*10.04810.0861-0.02610.474**pH-有效態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，**表示在0.01水平上顯著相關。

3結論

3.1與吉林省土壤背景值相比，吉林中部黑土區的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B等營養元素含量相對比較豐富，Zn、Mo元素相對缺乏。但與全國土壤背景值相比，吉林中部黑土區Ca、Mg、Fe、Cu、B、Zn、Mo元素含量略低。

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

3.3K、Ca、Mg元素有效態含量在公主嶺-梨樹、九臺-德惠、榆樹-松原三個工作區差異不大，Fe、Mn、Cu、Zn元素有效態含量在公主嶺-梨樹地區最高，B、Mo元素有效態含量在九臺-德惠地區最高。

3.4Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態呈顯著或極顯著正相關，K、Ca、B元素有效態含量與pH值呈顯著或極顯著正相關，Fe、Mn、Mo元素有效態含量與pH值呈顯著或極顯著負相關。針對研究區有效態Mo缺乏現象，可以施用含Mo元素的肥料及降低土壤pH值的方法增加Mo元素有效態含量。

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山 東 農 業 科 學2014，46（5）：77～81Shandong Agricultural Sciences山 東 農 業 科 學第46卷第5期劉淑云，等：山東諸城不同類型土壤養分變化趨勢及其與小麥產量關系的模擬研究endprint