設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤大量和微量元素等級(jí)評(píng)價(jià)與空間變異特征研究

周婧 張延發(fā) 袁敏敏 江軍梁 李陽(yáng)陽(yáng) 陳澤 竇志 高輝

摘? 要：采用GPS定位取土與實(shí)驗(yàn)室測(cè)定及地理制圖等方法，分析了某產(chǎn)業(yè)園區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等大量元素和總硼、總錳、總鉬、總硒等微量元素描述性統(tǒng)計(jì)特征，進(jìn)行了等級(jí)評(píng)價(jià)，并闡述了其空間變異特征。結(jié)果表明：（1）園區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀平均值分別為39.4g/kg、1.05g/kg、90.6mg/kg、56.0mg/kg、107.7mg/kg，皆為中等變異強(qiáng)度，其中有機(jī)質(zhì)變異強(qiáng)度最小，有效磷則最大;總硼、總錳、總鉬、總硒平均值分別為24.1mg/kg、271.2mg/kg、0.30mg/kg、0.30mg/kg，其中總硼、總錳為弱變異，總鉬、總硒為中等變異。（2）土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷含量較豐富，全氮、堿解氮、速效鉀偏缺。總硒含量高于土壤環(huán)境背景值，總硼、總錳、總鉬含量均低于背景值。（3）南部區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量普遍高于北部，總硼、總錳高值區(qū)主要集中在南部區(qū)域，總鉬、總硒高值區(qū)則位于北部。

關(guān)鍵詞：設(shè)施農(nóng)業(yè);大量元素;微量元素;等級(jí)評(píng)價(jià);空間變異

中圖分類(lèi)號(hào) S153 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2019）08-0074-04

Abstract：The paper adopted methods such as GPS positioning，laboratory measurement and geographic mapping to analyzed the contents of macro elements such as organic matter（OM），total nitrogen（TN），alkali-hydrolysable nitrogen（AHN），available phosphorous（AP），available potassium（AK）and trace elements such as total boron，total manganese，total molybdenum and total selenium of facility agriculture soil in industrial park. The paper also analyzed its spatial variability characteristics and graded their evaluations. Results were as follows：（1）The average content of OM was 39.4 g/kg，TN 1.05 g/kg，AHN 90.6 mg/kg，AP 56.0 mg/kg，and AK 107.7 mg/kg，all of which were moderately variable in intensity. The variation intensity of OM was the smallest and the AP was the largest. The average values of total boron，total manganese，total molybdenum and total selenium were 24.1 mg/kg，271.2 mg/kg，0.30 mg/kg，and 0.30 mg/kg respectively. Total boron and total manganese were weak variations，total molybdenum and total selenium were medium variation.（2）The content of OM and AP were abundant，and TN，AHN and AK were lacking. The total selenium content was higher than the background value of the soil environment，and the total boron，total manganese and total molybdenum content were much smaller than the background value.（3）The content of OM，TN，AHN，AP and AK in the southern region soil was generally higher than that in the north. The total values of total boron and total manganese were mainly concentrated in the southern region while the total molybdenum and total selenium were located in the north.

Key words：Facility agriculture;Macro elements;Trace elements;Grade evaluation;Spatial variation

土壤為作物生長(zhǎng)提供了重要介質(zhì)，為蚯蚓等土壤動(dòng)物與微生物的活動(dòng)提供了空間，并可作為環(huán)境緩沖器累積有利或有害因子，土壤質(zhì)量是直接決定農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的一項(xiàng)重要因素[1，2]。隨著人們生活水平的不斷提高，市場(chǎng)對(duì)蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的要求日益升高，加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)地土壤的科學(xué)管理與質(zhì)量監(jiān)控已成為確保綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的一項(xiàng)重要工作[3，4]。由于設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤管理水平不高，時(shí)常導(dǎo)致耕作障礙、土壤動(dòng)物稀缺、微生物種類(lèi)減少、土壤活性下降等一系列土壤環(huán)境問(wèn)題[5，6]。本研究以江蘇省揚(yáng)州市江都區(qū)小紀(jì)鎮(zhèn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)為例，基于GPS定位測(cè)土試驗(yàn)等結(jié)果，對(duì)該農(nóng)產(chǎn)品基地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等含量及總硼、總錳、總鉬、總硒等微量元素進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析與等級(jí)評(píng)價(jià)及地理制圖，初步明晰了產(chǎn)業(yè)園區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤大量和微量元素含量現(xiàn)狀與空間分布特征，以期為針對(duì)性開(kāi)展耕作管理工作和可持續(xù)利用土壤提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)位于江蘇省揚(yáng)州市江都區(qū)小紀(jì)鎮(zhèn)。園區(qū)氣候四季分明，日照充足，雨量豐沛。園區(qū)現(xiàn)有面積730hm2，其中設(shè)施栽培面積547hm2，是省、市“菜籃子”生產(chǎn)基地。

2 材料與方法

2.1 土樣采集 利用GPS儀記錄每塊農(nóng)田的經(jīng)緯度坐標(biāo)，取樣深度為0～20cm，每個(gè)樣點(diǎn)采用五點(diǎn)采樣法，作為1個(gè)土壤樣本，共設(shè)置30個(gè)取樣點(diǎn)，樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。將土樣編號(hào)、風(fēng)干、粉碎、過(guò)篩、裝袋，測(cè)定其土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等大量元素及總硼、總錳、總鉬、總硒等微量元素含量。

2.2 測(cè)定方法 有機(jī)質(zhì)采用油浴加熱-重鉻酸鉀氧化容量法[7]，全氮采用凱氏定氮法[8]，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法[9]，有效磷采用鉬銻抗比色法[10]，速效鉀采用乙酸銨浸提火焰光度法[11]，硼、錳、鉬、硒等微量元素采用微波消解[12]、ICP-MS等離子質(zhì)譜法測(cè)定。計(jì)算分析與地理制圖采用Excel、SPSS、ArcGIS 10.3等軟件完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤大量和微量元素描述性統(tǒng)計(jì)特征 由表1可知，對(duì)于大量元素而言，產(chǎn)業(yè)園區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀平均值分別為39.4g/kg、1.05g/kg、90.6mg/kg、56.0mg/kg、107.7mg/kg，其中有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)最小，堿解氮、有效磷、速效鉀變異系數(shù)較大，有效磷最大。變異系數(shù)越大，其在不同農(nóng)田土壤中含量分布越不均勻、參差不一，說(shuō)明受到人類(lèi)耕作管理等活動(dòng)影響越大[12]。當(dāng)變異系數(shù)（CV）≤10%時(shí)為弱變異性，10%

對(duì)于微量元素而言，總硼、總錳、總鉬、總硒平均值分別為24.1mg/kg、271.2mg/kg、0.30mg/kg、0.30mg/kg。其中總硼、總錳變異系數(shù)較小，總錳最小，而總鉬、總硒變異系數(shù)較大，總硒最大。說(shuō)明鉬、硒在土壤中分布不均勻，不同農(nóng)田間差異大。土壤中總硼、總錳元素皆為弱變異強(qiáng)度，總鉬、總硒則為中等變異強(qiáng)度。

由表2可知，產(chǎn)業(yè)園區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、總硼和總錳間皆達(dá)到極顯著正相關(guān)關(guān)系。而總鉬、總硒與其它元素之間并無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系，其中總鉬和全氮、堿解氮、有效磷、總硼、總錳均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而總硒則和有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、總硼、總錳呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3.2 土壤大量和微量元素等級(jí)評(píng)價(jià)

3.2.1 土壤大量元素等級(jí)評(píng)價(jià) 土壤大量元素分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀的含量進(jìn)行分級(jí)。表3為產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)30個(gè)土壤樣本的養(yǎng)分分級(jí)評(píng)價(jià)情況。

3.2.1.1 有機(jī)質(zhì) 按土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（>40.0g/kg屬極豐富，30.0～40.0g/kg屬豐富），極豐富占36.7%，豐富占63.3%，有機(jī)質(zhì)含量總體較優(yōu)。

3.2.1.2 全氮 全氮指土壤中各種形態(tài)氮素含量之和。按土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（1.5～2.0g/kg屬豐富，1.0～1.5g/kg屬一般，0.75～1.0g/kg屬缺），豐富、一般、缺等級(jí)分別占6.7%、36.7%、56.7%，說(shuō)明土壤中全氮含量總體缺乏。

3.2.1.3 堿解氮 堿解氮在土壤中不夠穩(wěn)定，易受土壤水氣熱條件和生物活動(dòng)影響而發(fā)生變化，但它能反映近期土壤的氮素供應(yīng)能力。按土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（>150mg/kg屬極豐富，120～150mg/kg屬豐富，90～120mg/kg屬一般，60～90mg/kg屬缺，<60mg/kg屬極缺），極豐富、一般、缺、極缺分別占6.7%、33.3%、56.7%、3.3%。

3.2.1.4 有效磷 按土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（>40.0mg/kg屬極豐富，20.0～40.0mg/kg屬豐富），極豐富土壤占56.7%，豐富土壤占43.3%，有效磷含量總體較優(yōu)。

3.2.1.5 速效鉀 按土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（>200mg/kg屬極豐富，150～200mg/kg屬豐富，100～150mg/kg屬一般，50～100mg/kg屬缺），極豐富、豐富、一般、缺分別占6.7%、10%、30%、53.3%，速效鉀一般和缺占主體。

3.2.2 土壤微量元素等級(jí)評(píng)價(jià) 采用土壤環(huán)境背景值[14-16]標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)土壤微量元素豐缺狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。產(chǎn)業(yè)園區(qū)總硼、總錳、總鉬平均值24.1mg/kg、271.2mg/kg、0.30mg/kg，均低于土壤環(huán)境背景值。總硒平均值為0.30mg/kg，高于土壤環(huán)境背景值，超過(guò)土壤環(huán)境背景值的樣本數(shù)達(dá)11個(gè)，占36.7%，總體情況較好。

3.3 土壤大量和微量元素空間變異特征 采用普通克呂格空間插值法，分別對(duì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等大量元素和總硼、總錳、總鉬、總硒等微量元素進(jìn)行地理制圖，如圖2所示。由圖2可知，整體而言，產(chǎn)業(yè)園區(qū)南部地區(qū)大量元素含量普遍較北部高。有機(jī)質(zhì)在北部地區(qū)也存在小范圍高值區(qū)，中部地區(qū)含量較少。總硼、總錳均為南部高于北部，總鉬、總硒則與之相反。

4 小結(jié)與討論

4.1 小結(jié) 本研究區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、總鉬、總硒均為中等變異強(qiáng)度，而總硼、總錳則為弱變異。園區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷含量較豐富，全氮、堿解氮、速效鉀偏缺。總硒含量整體高于土壤環(huán)境背景值，而總硼、總錳、總鉬含量均低于背景值。南部地區(qū)土壤大量元素和總硼、總錳含量普遍高于北部，而總鉬、總硒高值區(qū)則位于北部。

4.2 討論 （1）設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量備受人們關(guān)注。本研究對(duì)研究區(qū)內(nèi)30個(gè)土壤樣本大量和微量元素進(jìn)行了等級(jí)評(píng)價(jià)研究，初步揭示了該產(chǎn)業(yè)園區(qū)土壤主要養(yǎng)分含量等級(jí)狀況，但取樣粒度仍較粗，尚難以精準(zhǔn)反映不同農(nóng)田的土壤元素細(xì)微差異狀況，下一步可擴(kuò)大供試樣本數(shù)量，并擴(kuò)大至0～60cm作分層深度分析。

（2）土壤生物蚯蚓具有改善土壤耕層結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)天然優(yōu)質(zhì)肥料和累積重金屬等作用。筆者選取了3個(gè)田塊，僅發(fā)現(xiàn)1條蚯蚓，表明產(chǎn)業(yè)園區(qū)農(nóng)田土壤中蚯蚓數(shù)量極少。可以通過(guò)釋放蚯蚓，進(jìn)一步改良土壤，優(yōu)化土質(zhì)，提升地力，改變片面依賴(lài)有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥的狀況，提升土壤質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平。

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（責(zé)編：王慧晴）