渭-库河绿洲种棉土壤pH与微量元素的相关性分析

买合甫拉提·乃比，玉苏甫·买买提

（1新疆师范大学地理科学与旅游学院，乌鲁木齐830054；2新疆大学资源与环境科学学院，乌鲁木齐830046）

渭-库河绿洲种棉土壤pH与微量元素的相关性分析

买合甫拉提·乃比1,2，玉苏甫·买买提1

（1新疆师范大学地理科学与旅游学院，乌鲁木齐830054；2新疆大学资源与环境科学学院，乌鲁木齐830046）

为了调整微量元素在种植棉花的土壤中的含量，以及提高施肥的精度，最终达到保护环境质量和农业资源的目的。笔者通过GPS野外定位、量取样品、分析样品等步骤，获取土壤属性数据。运用相关分析模块和统计分析模块，将渭-库河绿洲的种植棉花的土壤作为研究对象，分别分析了土壤中的有机质和pH与四种微量元素之间的相关性特征。结果表明：该研究区中的土壤有机质与有效铁和有效铜呈极显著负相关关系，相关系数分别为-0.557和-0.458，而与有效锰和有效锌之间的相关性不明显，均没有达到显著水平。土壤pH与有效锰呈极显著负相关关系，相关系数为-0.406，与有效锌呈显著负相关，相关系数为-0.274。在生产过程中，应该根据研究区土壤的性质，在合理使用有机肥的同时，适当调节土壤酸碱度，平衡作物中的营养物质，有利于各种作物对微量元素的吸收，从而提高农作物的产量以及质量，保证西北干旱区农业生产的可持续发展。

渭-库河绿洲；土壤有机质；pH；微量元素；相关性分析

0 引言

土壤中的有机质是指存在于土壤中的含有碳的有机物质。土壤有机质是土壤固相部分的重要组成部分，尽管土壤有机质的含量仅占土壤总量的一小部分，但是它对土壤的形成、土壤肥力以及环境保护和农业林业的可持续发展等方面都有重要作用。其次，土壤pH会对土壤养分的有效性产生一定的影响。在不同的土壤pH的条件下，植物中富含的营养元素的有效性以及存在形态也存在差异，陆欣[1]关于土壤pH与微量元素之间关系的报道称，土壤中的微量元素如硼、锰、锌、铁、铜等离子的有效性和其存在形态与土壤酸碱度之间有着非常密切的关系，在酸性土壤中，铁元素和锰元素的溶解度逐渐增加，而在含有石灰的土壤中，pH过高的时候，铁、锰、锌、铜、硼的有效性逐渐降低。土壤中所有的微量元素作为农作物中营养物质的重要组成部分，它的丰缺程度将直接影响到农作物的正常生长发育。同时，一些微量元素如锌和铜等含量过高时容易造成重金属污染，导致生态环境遭到破坏甚至危害人类健康生[2-3]。自从20世纪70年代末开始，国内外许多知名学者将地统计学分析的方法应用在了土壤属性的空间变异研究当中，并且也取得了丰富的成果。张朝生等[4]将天津市平原区作为研究对象，对该研究区土壤中的微量元素含量的空间自相关关系进行了研究；张泽浦等[5]将北京东郊作为研究范围，对当地污灌土壤表层中所含的微量元素含量的小尺度分异进行了条件模拟研究；徐尚平等[6]使用克里格方法，将内蒙地区作为研究区域，研究了土壤微量元素的空间结构。近来，赵良菊[7]、史文娇等[8]还利用地统计学与GIS技术相结合的方法研究了土壤中微量元素的变异规律及其空间分布特征，并分析了影响其分布的主要因素。国内外对于在不同类型的土地利用背景下，考虑其各向异性，用地统计学方法研究干旱区土壤微量元素的空间变异的研究还较少[9]。在国内研究土壤微量元素相关性的学者并不是很多，主要集中在对容重、机械组成、土壤水分等方面的研究，更加侧重于以人-地关系为主线，基于养分的变异结构以及相关特性来探讨并且优化土壤养分的分布状况，促使合理规划农业结构，使农业的可持续发展得到进一步提升。这些研究都将有助于加深人们对土壤生态过程和发生之间的关系的认识，用来明确环境因素对土壤的反馈机理，同时也为精耕细作技术提供新的思路[10]。虽然土壤中的微量元素的含量仅仅占总量的百分之几，但是微量元素对生物体和非生物体的作用却不容忽视，当微量元素在生物体内缺乏时，会抑制生物体的正常生长发育，甚至会成为降低土壤质量的主要因素，并且会影响其产品的质量，最终将影响人类的健康状况。而当微量元素在土壤中的含量过高时，会造成土壤重金属污染等环境问题。所以在出现上述现象时应该根据当地的实际情况采取相应的补给措施，这对于保证植物正常生长、保护土壤生态环境以及土地利用，特别是对提高干旱区的土地利用效率具有非常重要的意义。近年来，地统计学方法已经被证明是分析土壤特性的空间分布规律及其特征的有效方法，许多学者把地统计学方法应用在了土壤微量元素的研究领域当中[11-14]。由于土壤中的微量元素在不同的时段和地区内，受气候、生物、土壤、水文和母质等因素的影响，呈现出不同的空间变异规律[15-18]。该区地形较为复杂，土壤类型多样，过渡区域难且具有渐变性，难以反映区域化变量的空间变异性。以往对于该研究区中的有机质与微量元素之间的研究起步稍晚，大部分主要停留在对土壤空间特性的描述上，因此，笔者主要利用GS+软件和ArcGIS中的地统计分析模块，分析该区土壤有机质和微量元素的空间分布规律，对其之间的相关性进行分析，以期推动中国西北干旱区绿洲农业的可持续发展。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

渭干河-库车河三角洲绿洲（以下简称渭-库河绿洲）位于中国西北，地处新疆天山以南，地理坐标为81°28'30″—84°5'6″E，39°29'51″—42°38'1″N，海拔1500～2000 m。渭-库河绿洲长约194 km，南北跨距大约是322 km，总面积达到53500 km2。其中平原和山地各占总面积的52.5%、47.5%[19]。该平原由库车河水系沉积而成，绿洲面积狭小且呈零星状分布，大部分地区都属于荒漠盐碱滩。渭-库河绿洲位于中纬度地区，距离海洋最远，气候特征以大陆性暖温带干旱气候为主，具有冬天冷夏天热、降水稀少、蒸发量大、气温变化大、气候干燥、风沙频繁等特征[20]。该研究区的年平均气温较高，总之，降水量少，气候干燥，冬季寒冷而漫长，夏季温暖，季节差异大，并且大风与沙尘天气较为常见。研究区以灌淤土、潮土、灌耕棕漠土为主，约占耕地面积的96%，植物类型较少，结构单一，主要以盐生植被为主，且夹杂分布于耕地边缘或者绿洲内部。

1.2 样品的采集与处理

结合研究区的实际情况，在种植棉花的土地上使用GPS确定点位之后进行均匀取样，这样做是便于数据处理和统计分析，同时还记录了点位的地理坐标、海拔和土地利用类型等。将采集到的这60个土壤样品经过风干、捣碎之后，对它进行筛选，同时剔除实验样品中细小的、已经断了的植物须根、和土壤以外的侵入体、生物腐体等。采集到的土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定，pH采用酸度计法来测定，微量元素Fe、Mn、Cu、Zn均采用火焰原子吸收分光光度法来测定。在该研究区中总共记录了13000多个点，每个采样点分别收集了不同深度的土层样品，通过分析整理原始资料，只选取了0～20 cm的土层，然后在这些点中选取了60个点（如图1所示），对该研究区的土壤pH与微量元素之间的相关性进行了分析。

1.3 试验方法与数据处理

首先对数据进行筛选，其次再对土壤的属性数据进行描述性统计。通过分析和处理，将整个数据中的异常值以均值代替或者将异常值剔除。统计分析指标常采用以下几项：最小值、最大值、平均值、偏度、峰度、变异系数和方差。然后再对数据进行相关性分析，分别获得该研究区的土壤有机质和pH与微量元素之间的相关分析散点图。

2 结果与分析

2.1 土壤属性元素统计分析

对该研究区土壤中的pH、有机质以及四种微量元素进行统计分析，得出这6种土壤属性的统计特征值。由表1可知，该研究区的种植棉花的土壤中有机质的平均含量为10.16 g/kg；其次，土壤pH 7.1～8.6之间，属于碱性；有效锰和有机质的峰度值均小于0，表示其正态分布曲线较平坦，是平顶峰。其余的指标，如pH、有效铁、有效铜、有效锌的峰度值都大于0，表明其正态分布曲线较陡峭，为尖顶峰。有机质和pH的偏度值均小于0，表示其正态分布曲线左偏，左端的极端值较多。其次，有效铁、有效锰、有效铜、有效锌的偏度值全都大于0，表明这4种微量元素的正态分布曲线是往右偏，大多数极端值都分布在右端。变异系数能够很明显的反映随机变量的离散程度。一般来讲，变异系数小于10%为弱变异；变异系数大于10%小于100%为中等变异；变异系数大于100%为强变异[21]。其中，有机质和4种微量元素的变异性均属于中等强度的变异，说明这4种微量元素含量受施肥、耕作和种植等人为活动的影响。唯独只有pH的变异系数小于10%，属于弱变异性。

图1 采样点布设

表1 土壤有机质、pH和微量元素的描述性统计特征

2.2 4种微量元素与有机质的相关性分析

土壤中的有机质与微量元素是土壤的基本组成部分。笔者对该研究区的60个土壤样品中的微量元素与有机质做的相关分析散点图。由图2可知，该研究区中的有效铁、有效铜、有效锌的含量都随着有机质含量的升高而下降，而有效锰的含量随着有机质含量的升高而上升。其次，有效铁和有效铜与有机质呈极显著负相关关系，即随着有机质含量的增高，有效铁和有效铜的含量在逐渐减少；而有效锰和有效锌与有机质之间的相关性不明显，均没有达到显著水平。其主要原因是该研究区的土壤性质发生了改变。由此可见，合理使用有机肥，以改善土壤中的微量元素的有效性，有利于各种作物对微量元素的吸收。

2.3 4种微量元素与pH的相关性分析

土壤pH也称土壤酸碱度，它反映的是土壤溶液中H+的浓度和OH-的浓度之比，它是土壤的重要化学性质，能够决定土壤的保肥和供肥能力，影响农作物的正常生长，所以对该研究区土壤样品中的pH与微量元素进行相关性分析。由图3可知，土壤pH与有效锰呈极显著负相关关系，与有效锌呈显著负相关。即随着pH的增高，有效锰和有效锌的含量逐渐减少，两者相比，有效锰减少的幅度较为明显。因此，根据该研究区土壤的性质，合理调节土壤酸碱度，提高土壤中有效锰和有效锌的含量，使作物中的营养物质达到平衡状态，从而提高作物的产量和质量。

图2 土壤有机质与微量元素的相关关系

图3 土壤pH与微量元素的相关关系

3 结论与讨论

以研究区采样点的监测数据为基础，研究土壤有机质和pH与微量元素之间的相关性特征。从以上分析可以得出，土壤中的有机质和pH是影响土壤微量元素的2个重要指标。

（1）该研究区中的有效铁、有效铜、有效锌的含量都随着有机质含量的升高而下降，而有效锰的含量随着有机质含量的升高而上升。其次，有效铁和有效铜与有机质呈极显著负相关关系，即随着有机质含量的增高，有效铁和有效铜的含量在逐渐减少；而有效锰和有效锌与有机质之间的相关性不明显，均没有达到显著水平。

（2）土壤pH与有效锰呈极显著负相关关系，与有效锌呈显著负相关。即随着pH的增高，有效锰和有效锌的含量逐渐减少，两者相比，有效锰减少的幅度较为明显。因此，根据该研究区土壤的性质，合理调节土壤酸碱度，提高土壤中有效锰和有效锌的含量，使农作物中的营养物质达到平衡状态，以期提高作物的产量和质量。

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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论文编号：cjas16110033

国家自然科学基金项目“新疆渭干河绿洲种棉土壤适宜性评价研究”(41261056)；国家自然科学基金项目“新疆白刺属植物生态效益及栽培技术研究”(31260048)。

买合甫拉提·乃比，女，1993年出生，新疆伊犁人，硕士，研究方向为自然地理学。通信地址：830046新疆乌鲁木齐市胜利路14号新疆大学资源与环境科学学院，Tel：0991-2559680，E-mail：794845744@qq.com。

玉苏甫·买买提，男，1960年出生，新疆阿图什人，副教授，本科，主要从事干旱区绿洲农业研究。通信地址：830054新疆乌鲁木齐市新医路102号新疆师范大学地理科学与旅游学院，Tel：0991-2559680，E-mail：yusup@xjnu.edu.cn。

2016-11-24，

：2017-02-13。