渭-庫河綠洲種棉土壤pH與微量元素的相關性分析

買合甫拉提·乃比，玉蘇甫·買買提

（1新疆師范大學地理科學與旅游學院，烏魯木齊830054；2新疆大學資源與環境科學學院，烏魯木齊830046）

渭-庫河綠洲種棉土壤pH與微量元素的相關性分析

買合甫拉提·乃比1,2，玉蘇甫·買買提1

（1新疆師范大學地理科學與旅游學院，烏魯木齊830054；2新疆大學資源與環境科學學院，烏魯木齊830046）

為了調整微量元素在種植棉花的土壤中的含量，以及提高施肥的精度，最終達到保護環境質量和農業資源的目的。筆者通過GPS野外定位、量取樣品、分析樣品等步驟，獲取土壤屬性數據。運用相關分析模塊和統計分析模塊，將渭-庫河綠洲的種植棉花的土壤作為研究對象，分別分析了土壤中的有機質和pH與四種微量元素之間的相關性特征。結果表明：該研究區中的土壤有機質與有效鐵和有效銅呈極顯著負相關關系，相關系數分別為-0.557和-0.458，而與有效錳和有效鋅之間的相關性不明顯，均沒有達到顯著水平。土壤pH與有效錳呈極顯著負相關關系，相關系數為-0.406，與有效鋅呈顯著負相關，相關系數為-0.274。在生產過程中，應該根據研究區土壤的性質，在合理使用有機肥的同時，適當調節土壤酸堿度，平衡作物中的營養物質，有利于各種作物對微量元素的吸收，從而提高農作物的產量以及質量，保證西北干旱區農業生產的可持續發展。

渭-庫河綠洲；土壤有機質；pH；微量元素；相關性分析

0 引言

土壤中的有機質是指存在于土壤中的含有碳的有機物質。土壤有機質是土壤固相部分的重要組成部分，盡管土壤有機質的含量僅占土壤總量的一小部分，但是它對土壤的形成、土壤肥力以及環境保護和農業林業的可持續發展等方面都有重要作用。其次，土壤pH會對土壤養分的有效性產生一定的影響。在不同的土壤pH的條件下，植物中富含的營養元素的有效性以及存在形態也存在差異，陸欣[1]關于土壤pH與微量元素之間關系的報道稱，土壤中的微量元素如硼、錳、鋅、鐵、銅等離子的有效性和其存在形態與土壤酸堿度之間有著非常密切的關系，在酸性土壤中，鐵元素和錳元素的溶解度逐漸增加，而在含有石灰的土壤中，pH過高的時候，鐵、錳、鋅、銅、硼的有效性逐漸降低。土壤中所有的微量元素作為農作物中營養物質的重要組成部分，它的豐缺程度將直接影響到農作物的正常生長發育。同時，一些微量元素如鋅和銅等含量過高時容易造成重金屬污染，導致生態環境遭到破壞甚至危害人類健康生[2-3]。自從20世紀70年代末開始，國內外許多知名學者將地統計學分析的方法應用在了土壤屬性的空間變異研究當中，并且也取得了豐富的成果。張朝生等[4]將天津市平原區作為研究對象，對該研究區土壤中的微量元素含量的空間自相關關系進行了研究；張澤浦等[5]將北京東郊作為研究范圍，對當地污灌土壤表層中所含的微量元素含量的小尺度分異進行了條件模擬研究；徐尚平等[6]使用克里格方法，將內蒙地區作為研究區域，研究了土壤微量元素的空間結構。近來，趙良菊[7]、史文嬌等[8]還利用地統計學與GIS技術相結合的方法研究了土壤中微量元素的變異規律及其空間分布特征，并分析了影響其分布的主要因素。國內外對于在不同類型的土地利用背景下，考慮其各向異性，用地統計學方法研究干旱區土壤微量元素的空間變異的研究還較少[9]。在國內研究土壤微量元素相關性的學者并不是很多，主要集中在對容重、機械組成、土壤水分等方面的研究，更加側重于以人-地關系為主線，基于養分的變異結構以及相關特性來探討并且優化土壤養分的分布狀況，促使合理規劃農業結構，使農業的可持續發展得到進一步提升。這些研究都將有助于加深人們對土壤生態過程和發生之間的關系的認識，用來明確環境因素對土壤的反饋機理，同時也為精耕細作技術提供新的思路[10]。雖然土壤中的微量元素的含量僅僅占總量的百分之幾，但是微量元素對生物體和非生物體的作用卻不容忽視，當微量元素在生物體內缺乏時，會抑制生物體的正常生長發育，甚至會成為降低土壤質量的主要因素，并且會影響其產品的質量，最終將影響人類的健康狀況。而當微量元素在土壤中的含量過高時，會造成土壤重金屬污染等環境問題。所以在出現上述現象時應該根據當地的實際情況采取相應的補給措施，這對于保證植物正常生長、保護土壤生態環境以及土地利用，特別是對提高干旱區的土地利用效率具有非常重要的意義。近年來，地統計學方法已經被證明是分析土壤特性的空間分布規律及其特征的有效方法，許多學者把地統計學方法應用在了土壤微量元素的研究領域當中[11-14]。由于土壤中的微量元素在不同的時段和地區內，受氣候、生物、土壤、水文和母質等因素的影響，呈現出不同的空間變異規律[15-18]。該區地形較為復雜，土壤類型多樣，過渡區域難且具有漸變性，難以反映區域化變量的空間變異性。以往對于該研究區中的有機質與微量元素之間的研究起步稍晚，大部分主要停留在對土壤空間特性的描述上，因此，筆者主要利用GS+軟件和ArcGIS中的地統計分析模塊，分析該區土壤有機質和微量元素的空間分布規律，對其之間的相關性進行分析，以期推動中國西北干旱區綠洲農業的可持續發展。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

渭干河-庫車河三角洲綠洲（以下簡稱渭-庫河綠洲）位于中國西北，地處新疆天山以南，地理坐標為81°28'30″—84°5'6″E，39°29'51″—42°38'1″N，海拔1500～2000 m。渭-庫河綠洲長約194 km，南北跨距大約是322 km，總面積達到53500 km2。其中平原和山地各占總面積的52.5%、47.5%[19]。該平原由庫車河水系沉積而成，綠洲面積狹小且呈零星狀分布，大部分地區都屬于荒漠鹽堿灘。渭-庫河綠洲位于中緯度地區，距離海洋最遠，氣候特征以大陸性暖溫帶干旱氣候為主，具有冬天冷夏天熱、降水稀少、蒸發量大、氣溫變化大、氣候干燥、風沙頻繁等特征[20]。該研究區的年平均氣溫較高，總之，降水量少，氣候干燥，冬季寒冷而漫長，夏季溫暖，季節差異大，并且大風與沙塵天氣較為常見。研究區以灌淤土、潮土、灌耕棕漠土為主，約占耕地面積的96%，植物類型較少，結構單一，主要以鹽生植被為主，且夾雜分布于耕地邊緣或者綠洲內部。

1.2 樣品的采集與處理

結合研究區的實際情況，在種植棉花的土地上使用GPS確定點位之后進行均勻取樣，這樣做是便于數據處理和統計分析，同時還記錄了點位的地理坐標、海拔和土地利用類型等。將采集到的這60個土壤樣品經過風干、搗碎之后，對它進行篩選，同時剔除實驗樣品中細小的、已經斷了的植物須根、和土壤以外的侵入體、生物腐體等。采集到的土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法測定，pH采用酸度計法來測定，微量元素Fe、Mn、Cu、Zn均采用火焰原子吸收分光光度法來測定。在該研究區中總共記錄了13000多個點，每個采樣點分別收集了不同深度的土層樣品，通過分析整理原始資料，只選取了0～20 cm的土層，然后在這些點中選取了60個點（如圖1所示），對該研究區的土壤pH與微量元素之間的相關性進行了分析。

1.3 試驗方法與數據處理

首先對數據進行篩選，其次再對土壤的屬性數據進行描述性統計。通過分析和處理，將整個數據中的異常值以均值代替或者將異常值剔除。統計分析指標常采用以下幾項：最小值、最大值、平均值、偏度、峰度、變異系數和方差。然后再對數據進行相關性分析，分別獲得該研究區的土壤有機質和pH與微量元素之間的相關分析散點圖。

2 結果與分析

2.1 土壤屬性元素統計分析

對該研究區土壤中的pH、有機質以及四種微量元素進行統計分析，得出這6種土壤屬性的統計特征值。由表1可知，該研究區的種植棉花的土壤中有機質的平均含量為10.16 g/kg；其次，土壤pH 7.1～8.6之間，屬于堿性；有效錳和有機質的峰度值均小于0，表示其正態分布曲線較平坦，是平頂峰。其余的指標，如pH、有效鐵、有效銅、有效鋅的峰度值都大于0，表明其正態分布曲線較陡峭，為尖頂峰。有機質和pH的偏度值均小于0，表示其正態分布曲線左偏，左端的極端值較多。其次，有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅的偏度值全都大于0，表明這4種微量元素的正態分布曲線是往右偏，大多數極端值都分布在右端。變異系數能夠很明顯的反映隨機變量的離散程度。一般來講，變異系數小于10%為弱變異；變異系數大于10%小于100%為中等變異；變異系數大于100%為強變異[21]。其中，有機質和4種微量元素的變異性均屬于中等強度的變異，說明這4種微量元素含量受施肥、耕作和種植等人為活動的影響。唯獨只有pH的變異系數小于10%，屬于弱變異性。

圖1 采樣點布設

表1 土壤有機質、pH和微量元素的描述性統計特征

2.2 4種微量元素與有機質的相關性分析

土壤中的有機質與微量元素是土壤的基本組成部分。筆者對該研究區的60個土壤樣品中的微量元素與有機質做的相關分析散點圖。由圖2可知，該研究區中的有效鐵、有效銅、有效鋅的含量都隨著有機質含量的升高而下降，而有效錳的含量隨著有機質含量的升高而上升。其次，有效鐵和有效銅與有機質呈極顯著負相關關系，即隨著有機質含量的增高，有效鐵和有效銅的含量在逐漸減少；而有效錳和有效鋅與有機質之間的相關性不明顯，均沒有達到顯著水平。其主要原因是該研究區的土壤性質發生了改變。由此可見，合理使用有機肥，以改善土壤中的微量元素的有效性，有利于各種作物對微量元素的吸收。

2.3 4種微量元素與pH的相關性分析

土壤pH也稱土壤酸堿度，它反映的是土壤溶液中H+的濃度和OH-的濃度之比，它是土壤的重要化學性質，能夠決定土壤的保肥和供肥能力，影響農作物的正常生長，所以對該研究區土壤樣品中的pH與微量元素進行相關性分析。由圖3可知，土壤pH與有效錳呈極顯著負相關關系，與有效鋅呈顯著負相關。即隨著pH的增高，有效錳和有效鋅的含量逐漸減少，兩者相比，有效錳減少的幅度較為明顯。因此，根據該研究區土壤的性質，合理調節土壤酸堿度，提高土壤中有效錳和有效鋅的含量，使作物中的營養物質達到平衡狀態，從而提高作物的產量和質量。

圖2 土壤有機質與微量元素的相關關系

圖3 土壤pH與微量元素的相關關系

3 結論與討論

以研究區采樣點的監測數據為基礎，研究土壤有機質和pH與微量元素之間的相關性特征。從以上分析可以得出，土壤中的有機質和pH是影響土壤微量元素的2個重要指標。

（1）該研究區中的有效鐵、有效銅、有效鋅的含量都隨著有機質含量的升高而下降，而有效錳的含量隨著有機質含量的升高而上升。其次，有效鐵和有效銅與有機質呈極顯著負相關關系，即隨著有機質含量的增高，有效鐵和有效銅的含量在逐漸減少；而有效錳和有效鋅與有機質之間的相關性不明顯，均沒有達到顯著水平。

（2）土壤pH與有效錳呈極顯著負相關關系，與有效鋅呈顯著負相關。即隨著pH的增高，有效錳和有效鋅的含量逐漸減少，兩者相比，有效錳減少的幅度較為明顯。因此，根據該研究區土壤的性質，合理調節土壤酸堿度，提高土壤中有效錳和有效鋅的含量，使農作物中的營養物質達到平衡狀態，以期提高作物的產量和質量。

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Correlation Analysis of pH Value and Trace Elements of Cotton Planting Soil in Ugan-Kuqa River Delta Oasis

Mahpirat Nabi1,2,Yusup Mamat1
(1School of Geographic Science and Tourism,Xinjiang Normal University,Urumqi 830054,Xinjiang,China;2College of Resources and Environment Science,Xinjiang University,Urumqi 830046,Xinjiang,China)

To adjust the content of trace elements in cotton planting soil,and improve the accuracy of fertilization,thus to achieve the purpose of protection of the environmental quality and agricultural resources, the authors obtained the properties data of the soil based on field GPS location,sample measuring and analysis. Using Ugan-Kuqa river oasis cotton soil as the research object,the authors analyzed the correlation between soil organic matter,pH value and four kinds of trace elements by the method of correlation analysis module and the statistical analysis module.The results showed that organic matter was significantly and negatively correlated with available iron and available copper,and the correlation coefficient was-0.557 and-0.458, respectively,while its relationship with available manganese and available zinc was not obvious,which did not reach the significant level.Soil pH value was significantly and negatively correlated with available manganese, and the correlation coefficient was-0.406,and was negatively correlated with available zinc,and the correlation coefficient was-0.274.In the process of production,we should reasonably use organic fertilizer, adjust soil pH value,and keep nutrients in crops balance according to the nature of soil in the study area,and itwould be beneficial to the absorption of trace elements,and increase crop yield to ensure the sustainable development of agricultural production in the northwest arid areas.

Ugan-Kuqa River Oasis;SOM;pH Value;Trace Elements;Correlation Analysis

S136

：A論文編號：cjas16110033

國家自然科學基金項目“新疆渭干河綠洲種棉土壤適宜性評價研究”(41261056)；國家自然科學基金項目“新疆白刺屬植物生態效益及栽培技術研究”(31260048)。

買合甫拉提·乃比，女，1993年出生，新疆伊犁人，碩士，研究方向為自然地理學。通信地址：830046新疆烏魯木齊市勝利路14號新疆大學資源與環境科學學院，Tel：0991-2559680，E-mail：794845744@qq.com。

玉蘇甫·買買提，男，1960年出生，新疆阿圖什人，副教授，本科，主要從事干旱區綠洲農業研究。通信地址：830054新疆烏魯木齊市新醫路102號新疆師范大學地理科學與旅游學院，Tel：0991-2559680，E-mail：yusup@xjnu.edu.cn。

2016-11-24，

：2017-02-13。