吉林中部黑土区土壤—作物系统营养元素地球化学特征

唐丽静　王冬艳　李月芬　付强　杨小琳

摘要：为研究吉林中部黑土区营养元素地球化学特征，在研究区进行了系统的野外调查和土壤-玉米籽粒样品的采集。在对数据进行统计对比的基础上，对研究区九种营养元素全量、有效态含量及玉米籽粒中营养元素含量的空间分布特征进行了分析，并对研究区土壤营养状况进行了评价。结果表明：K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、B元素有效态含量充足，Mo元素有效态含量缺乏，不同区域营养元素空间分布存在差异；Ca、Mg、Mn、Mo元素全量与有效态呈显著正相关，K、Ca、B元素有效态含量随pH值的升高而升高，Fe、Mn、Mo元素有效态含量随pH值的升高而降低。针对研究区有效Mo缺乏的现象，可以通过施用钼肥、降低土壤pH值等的方法，增加有效态钼的含量。

关键词：吉林中部；黑土区；土壤-作物系统；营养元素；地球化学特征

中图分类号：Q781文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）05-0072-05

吉林中部黑土区是东北平原黑土地的核心地带，也是世界上著名的黄金玉米带。该区黑土土层深厚，营养良好，是我国农业可持续发展的重要保障。但随着植被的破坏、化肥的过度使用以及传统耕作习惯的影响，该区土壤中的营养成分有了一定程度的缺失。因此，有必要对黑土区土壤的营养状况进行调查与分析。土壤是植物获得营养元素的主要来源[1]，近年来，有关土壤与作物营养及营养施肥的研究备受关注[2～7]。元素在土壤-作物系统中的迁移转化具有一定的规律性[8～13]，研究土壤-作物系统中营养元素的地球化学特征，对指导研究区的合理施肥、作物合理种植规划及保障作物的正常生长有着重要意义。

1材料与方法

1.1样品采集

本次研究以吉林中部黑土区的公主岭-梨树、九台-德惠、榆树-松原地区为工作区。以1∶5万地形图为参照，结合工作区地形地貌，使用GPS进行野外定位，设定采样点62个，样品采集时间为9月底。

表层土壤样品采集时，在玉米根系周围连续取20 cm深土柱，每个采样点的样品由该点周围50 m范围内的10个采样点的土壤样品组成，充分混合后用四分法取样，取1 kg放入样品袋。土壤样品自然晾干后，过20目筛后送实验室测试。

玉米籽粒样品采样点与土壤采样点相对应，选取6～10株为代表株，采摘玉米穗，室内自然风干，人工脱粒，晾干后玉米样品总质量不少于5 kg。

1.2样品的分析测试

表层土壤样品中营养元素的全量、有效量的测试在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所完成，测试分析方法及检出限如表1和表2所示。玉米籽粒样品中营养元素的含量采用ICP-AES和X-荧光光谱仪等方法测试，测试工作在河南岩矿测试中心完成。

1.3数据处理方法

采用SPSS 19.0和Excel 2010软件进行数据统计处理与分析。

2结果与分析

2.1研究区营养元素全量含量特征

作物的生长发育需要不断吸收各种营养元素。按照作物对每种营养元素的需求量，可将营养元素分为大量、中量、微量营养元素。以K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B、Zn、Mo九种元素为研究对象，分别对其全量的测试数据进行正态检验，结果均服从正态分布，故统计时采用算术平均值。

2.2研究区营养元素有效态含量特征

土壤营养元素以有效态的形式被植物吸收，元素有效态的含量相对来说更能反映土壤的营养供应水平[12]。分别对九种营养元素有效态含量的测试数据进行正态检验，结果均服从正态分布，故统计时采用算术平均值（表4）。

从表4可以看出，九种营养元素有效态空间离散程度由高到低排序为Mn>Fe>Zn>Cu>B>Ca>Mo>Mg>K。从变异系数来看，有效态Mo的变异系数为88.57%，属于强分异型，说明有效态Mo在研究区含量分布不均匀。其他营养元素有效态为从弱分异型到中等分异型，说明这几种营养元素有效态在研究区分布比较均匀。根据土壤肥力分级标准，K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效态含量很充足，B元素有效态含量适中，Mo元素有效态含量不足，说明B、Mo元素的活化率相对较低[13]。为保障土壤营养供应水平，可以有针对性地施用肥料以满足作物生长要求。

比较三个工作区营养元素有效态含量特征（表5），K、Ca、Mg有效态平均含量差异不大，Fe、Mn、Cu、Zn有效态含量以公主岭-梨树地区最高，B、Mo有效态含量以九台-德惠地区最高。从变异系数来看，K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B、Zn有效态在三个工作区均为弱分异型到中等分异型，说明这八种营养元素有效态含量空间差异较小。有效态Mo含量在公主岭-梨树地区空间差异较小，但在九台-德惠、榆树-松原地区空间差异相对较大。根据土壤肥力分级标准（表6），Mo元素有效态含量在三个工作区相对偏低；B元素含量适中；Zn元素有效态含量在公主岭-梨树、榆树-松原地区含量丰富，在九台-德惠地区含量适中。

2.3研究区玉米籽粒营养元素含量特征

对玉米籽粒中九种营养元素的测试数据进行正态检验，结果均服从正态分布，故统计时采用算术平均值（表7、表8）。

从表7和表8可以看出，研究区依然是Mo元素在玉米籽粒中的含量差异较大，其他营养元素在玉米籽粒中的含量总体上趋于一致。Cu、Zn又被称为微量重金属元素，若含量超标，则会对人体健康带来危害。根据《中华人民共和国农业行业标准NY861-2004》，Cu≤10 mg/kg， Zn≤50 mg/kg，与表中数据相比较，Cu、Zn元素含量均未超标。

2.4土壤营养元素全量、有效态含量及玉米籽粒元素含量与土壤pH值的相关性

元素在土壤-作物系统中的转换吸收受土壤pH、土壤元素全量、土壤水分等多种因素的影响。全量是元素有效态含量的重要来源，有效态含量是植物营养元素的来源，而土壤pH在元素的迁移转换中起着重要作用[14～17]，因此，着重探讨全量、有效态含量、玉米籽粒中元素含量与土壤pH之间的关系。endprint

对九种营养元素全量与有效态相关性进行分析，Ca、Mg、Mn、Mo元素全量与有效态之间呈显著或极显著正相关，说明这4种元素有效态含量受全量影响较大，增施相应肥料在农业生产中会有直接效用。针对研究区有效Mo缺乏现象，增施相应肥料为补充营养的重要途径。而K、Fe、Cu、B、Zn元素呈现的相关性不明显（表9）。

对土壤pH值与有效态含量相关性进行分析，K、Ca、B元素有效态含量随pH值升高而升高，呈显著或极显著相关；Fe、Mn、Mo元素有效态含量随pH值的升高而降低，呈显著或极显著负相关。因此，可以通过降低土壤pH值，增加Mo元素有效态含量。Mg、Cu、Zn元素有效态含量与pH值有一定相关性，但不明显。

对玉米籽粒中营养元素含量与土壤pH值的相关性进行分析，Mn元素与土壤pH值呈显著负相关，Mo元素与土壤pH值呈显著正相关，说明在酸性环境中有利于Mn元素的吸收，在碱性环境中有利于Mo元素的吸收，其他几种营养元素的吸收与土壤pH值的相关性不大。

表9土壤营养元素全量、有效态含量及玉米籽粒元素含量与土壤pH的相关性

元素1K1Ca1Mg1Fe1Mn1Cu1B1Zn1Mo全量-有效态1-0.68010.316*10.419**1-0.04910.286*10.04810.0861-0.02610.474**pH-有效态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水平上显著相关，**表示在0.01水平上显著相关。

3结论

3.1与吉林省土壤背景值相比，吉林中部黑土区的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B等营养元素含量相对比较丰富，Zn、Mo元素相对缺乏。但与全国土壤背景值相比，吉林中部黑土区Ca、Mg、Fe、Cu、B、Zn、Mo元素含量略低。

3.2吉林中部黑土区K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效态含量充足，B元素有效态含量适中，Mo元素有效态含量缺乏，是影响玉米生长的限制性肥力因素，应采取相应的肥力措施。

3.3K、Ca、Mg元素有效态含量在公主岭-梨树、九台-德惠、榆树-松原三个工作区差异不大，Fe、Mn、Cu、Zn元素有效态含量在公主岭-梨树地区最高，B、Mo元素有效态含量在九台-德惠地区最高。

3.4Ca、Mg、Mn、Mo元素全量与有效态呈显著或极显著正相关，K、Ca、B元素有效态含量与pH值呈显著或极显著正相关，Fe、Mn、Mo元素有效态含量与pH值呈显著或极显著负相关。针对研究区有效态Mo缺乏现象，可以施用含Mo元素的肥料及降低土壤pH值的方法增加Mo元素有效态含量。

参考文献：

[1]黄昌勇.土壤学[M].北京：中国农业出版社，2000：192.

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[4]王景安，张福锁.供锌水平对玉米幼苗生长发育及锌含量的影响[J].吉林农业大学学报，2000，22（1）：69-72.

[5]王景安，张福锁.缺锌与低锌对玉米苗期生长发育的影响[J].土壤肥料，1999（5）：18-20.

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[14]李先琨，苏宗明.桂西南不同地层土壤的元素地球化学特征[J].广西科学，2001，8（4）：301-307.

[15]贺行良，刘昌岭，任宏波，等.青岛崂山茶园土壤微量元素有效量及其影响因素研究 [J].土壤通报，2008，39（5）：1131-1134.

[16]师刚强，赵艺，施泽明，等.土壤pH值与土壤有效养分关系探讨 [J].现代农业科学，2009，16（5）：93-95.

[17]刘全友，童依平，李继云，等.多伦县土壤营养元素有效态含量的影响因素研究 [J].生态学报，2000，20（6）：1034-1037.

山 东 农 业 科 学2014，46（5）：77～81Shandong Agricultural Sciences山 东 农 业 科 学第46卷第5期刘淑云，等：山东诸城不同类型土壤养分变化趋势及其与小麦产量关系的模拟研究endprint

对九种营养元素全量与有效态相关性进行分析，Ca、Mg、Mn、Mo元素全量与有效态之间呈显著或极显著正相关，说明这4种元素有效态含量受全量影响较大，增施相应肥料在农业生产中会有直接效用。针对研究区有效Mo缺乏现象，增施相应肥料为补充营养的重要途径。而K、Fe、Cu、B、Zn元素呈现的相关性不明显（表9）。

对土壤pH值与有效态含量相关性进行分析，K、Ca、B元素有效态含量随pH值升高而升高，呈显著或极显著相关；Fe、Mn、Mo元素有效态含量随pH值的升高而降低，呈显著或极显著负相关。因此，可以通过降低土壤pH值，增加Mo元素有效态含量。Mg、Cu、Zn元素有效态含量与pH值有一定相关性，但不明显。

对玉米籽粒中营养元素含量与土壤pH值的相关性进行分析，Mn元素与土壤pH值呈显著负相关，Mo元素与土壤pH值呈显著正相关，说明在酸性环境中有利于Mn元素的吸收，在碱性环境中有利于Mo元素的吸收，其他几种营养元素的吸收与土壤pH值的相关性不大。

表9土壤营养元素全量、有效态含量及玉米籽粒元素含量与土壤pH的相关性

元素1K1Ca1Mg1Fe1Mn1Cu1B1Zn1Mo全量-有效态1-0.68010.316*10.419**1-0.04910.286*10.04810.0861-0.02610.474**pH-有效态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水平上显著相关，**表示在0.01水平上显著相关。

3结论

3.1与吉林省土壤背景值相比，吉林中部黑土区的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B等营养元素含量相对比较丰富，Zn、Mo元素相对缺乏。但与全国土壤背景值相比，吉林中部黑土区Ca、Mg、Fe、Cu、B、Zn、Mo元素含量略低。

3.2吉林中部黑土区K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效态含量充足，B元素有效态含量适中，Mo元素有效态含量缺乏，是影响玉米生长的限制性肥力因素，应采取相应的肥力措施。

3.3K、Ca、Mg元素有效态含量在公主岭-梨树、九台-德惠、榆树-松原三个工作区差异不大，Fe、Mn、Cu、Zn元素有效态含量在公主岭-梨树地区最高，B、Mo元素有效态含量在九台-德惠地区最高。

3.4Ca、Mg、Mn、Mo元素全量与有效态呈显著或极显著正相关，K、Ca、B元素有效态含量与pH值呈显著或极显著正相关，Fe、Mn、Mo元素有效态含量与pH值呈显著或极显著负相关。针对研究区有效态Mo缺乏现象，可以施用含Mo元素的肥料及降低土壤pH值的方法增加Mo元素有效态含量。

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山 东 农 业 科 学2014，46（5）：77～81Shandong Agricultural Sciences山 东 农 业 科 学第46卷第5期刘淑云，等：山东诸城不同类型土壤养分变化趋势及其与小麦产量关系的模拟研究endprint

对九种营养元素全量与有效态相关性进行分析，Ca、Mg、Mn、Mo元素全量与有效态之间呈显著或极显著正相关，说明这4种元素有效态含量受全量影响较大，增施相应肥料在农业生产中会有直接效用。针对研究区有效Mo缺乏现象，增施相应肥料为补充营养的重要途径。而K、Fe、Cu、B、Zn元素呈现的相关性不明显（表9）。

对土壤pH值与有效态含量相关性进行分析，K、Ca、B元素有效态含量随pH值升高而升高，呈显著或极显著相关；Fe、Mn、Mo元素有效态含量随pH值的升高而降低，呈显著或极显著负相关。因此，可以通过降低土壤pH值，增加Mo元素有效态含量。Mg、Cu、Zn元素有效态含量与pH值有一定相关性，但不明显。

对玉米籽粒中营养元素含量与土壤pH值的相关性进行分析，Mn元素与土壤pH值呈显著负相关，Mo元素与土壤pH值呈显著正相关，说明在酸性环境中有利于Mn元素的吸收，在碱性环境中有利于Mo元素的吸收，其他几种营养元素的吸收与土壤pH值的相关性不大。

表9土壤营养元素全量、有效态含量及玉米籽粒元素含量与土壤pH的相关性

元素1K1Ca1Mg1Fe1Mn1Cu1B1Zn1Mo全量-有效态1-0.68010.316*10.419**1-0.04910.286*10.04810.0861-0.02610.474**pH-有效态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水平上显著相关，**表示在0.01水平上显著相关。

3结论

3.1与吉林省土壤背景值相比，吉林中部黑土区的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B等营养元素含量相对比较丰富，Zn、Mo元素相对缺乏。但与全国土壤背景值相比，吉林中部黑土区Ca、Mg、Fe、Cu、B、Zn、Mo元素含量略低。

3.2吉林中部黑土区K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效态含量充足，B元素有效态含量适中，Mo元素有效态含量缺乏，是影响玉米生长的限制性肥力因素，应采取相应的肥力措施。

3.3K、Ca、Mg元素有效态含量在公主岭-梨树、九台-德惠、榆树-松原三个工作区差异不大，Fe、Mn、Cu、Zn元素有效态含量在公主岭-梨树地区最高，B、Mo元素有效态含量在九台-德惠地区最高。

3.4Ca、Mg、Mn、Mo元素全量与有效态呈显著或极显著正相关，K、Ca、B元素有效态含量与pH值呈显著或极显著正相关，Fe、Mn、Mo元素有效态含量与pH值呈显著或极显著负相关。针对研究区有效态Mo缺乏现象，可以施用含Mo元素的肥料及降低土壤pH值的方法增加Mo元素有效态含量。

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山 东 农 业 科 学2014，46（5）：77～81Shandong Agricultural Sciences山 东 农 业 科 学第46卷第5期刘淑云，等：山东诸城不同类型土壤养分变化趋势及其与小麦产量关系的模拟研究endprint