设施农业土壤大量和微量元素等级评价与空间变异特征研究

2019-05-28周婧张延发袁敏敏江军梁李阳阳陈泽窦志高辉

安徽农学通报 2019年8期

周婧张延发袁敏敏江军梁李阳阳陈泽窦志高辉

摘要：采用GPS定位取土与实验室测定及地理制图等方法，分析了某产业园区设施农业土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等大量元素和总硼、总锰、总钼、总硒等微量元素描述性统计特征，进行了等级评价，并阐述了其空间变异特征。结果表明：（1）园区设施农业土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾平均值分别为39.4g/kg、1.05g/kg、90.6mg/kg、56.0mg/kg、107.7mg/kg，皆为中等变异强度，其中有机质变异强度最小，有效磷则最大;总硼、总锰、总钼、总硒平均值分别为24.1mg/kg、271.2mg/kg、0.30mg/kg、0.30mg/kg，其中总硼、总锰为弱变异，总钼、总硒为中等变异。（2）土壤有机质、有效磷含量较丰富，全氮、碱解氮、速效钾偏缺。总硒含量高于土壤环境背景值，总硼、总锰、总钼含量均低于背景值。（3）南部区域土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量普遍高于北部，总硼、总锰高值区主要集中在南部区域，总钼、总硒高值区则位于北部。

关键词：设施农业;大量元素;微量元素;等级评价;空间变异

中图分类号 S153 文献标识码 A 文章编号 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

土壤為作物生长提供了重要介质，为蚯蚓等土壤动物与微生物的活动提供了空间，并可作为环境缓冲器累积有利或有害因子，土壤质量是直接决定农产品品质的一项重要因素[1，2]。随着人们生活水平的不断提高，市场对蔬菜等农产品质量的要求日益升高，加强对产地土壤的科学管理与质量监控已成为确保绿色农产品生产的一项重要工作[3，4]。由于设施农业土壤管理水平不高，时常导致耕作障碍、土壤动物稀缺、微生物种类减少、土壤活性下降等一系列土壤环境问题[5，6]。本研究以江苏省扬州市江都区小纪镇现代农业产业园区为例，基于GPS定位测土试验等结果，对该农产品基地土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等含量及总硼、总锰、总钼、总硒等微量元素进行描述性统计分析与等级评价及地理制图，初步明晰了产业园区设施农业土壤大量和微量元素含量现状与空间分布特征，以期为针对性开展耕作管理工作和可持续利用土壤提供理论依据。

1 研究区概况

现代农业产业园区位于江苏省扬州市江都区小纪镇。园区气候四季分明，日照充足，雨量丰沛。园区现有面积730hm2，其中设施栽培面积547hm2，是省、市“菜篮子”生产基地。

2 材料與方法

2.1 土样采集利用GPS仪记录每块农田的经纬度坐标，取样深度为0～20cm，每个样点采用五点采样法，作为1个土壤样本，共设置30个取样点，样点分布见图1。将土样编号、风干、粉碎、过筛、装袋，测定其土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等大量元素及总硼、总锰、总钼、总硒等微量元素含量。

2.2 测定方法有机质采用油浴加热-重铬酸钾氧化容量法[7]，全氮采用凯氏定氮法[8]，碱解氮采用碱解扩散法[9]，有效磷采用钼锑抗比色法[10]，速效钾采用乙酸铵浸提火焰光度法[11]，硼、锰、钼、硒等微量元素采用微波消解[12]、ICP-MS等离子质谱法测定。计算分析与地理制图采用Excel、SPSS、ArcGIS 10.3等软件完成。

3 结果与分析

3.1 土壤大量和微量元素描述性统计特征由表1可知，对于大量元素而言，产业园区土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾平均值分别为39.4g/kg、1.05g/kg、90.6mg/kg、56.0mg/kg、107.7mg/kg，其中有机质变异系数最小，碱解氮、有效磷、速效钾变异系数较大，有效磷最大。变异系数越大，其在不同农田土壤中含量分布越不均匀、参差不一，说明受到人类耕作管理等活动影响越大[12]。当变异系数（CV）≤10%时为弱变异性，10%

对于微量元素而言，总硼、总锰、总钼、总硒平均值分别为24.1mg/kg、271.2mg/kg、0.30mg/kg、0.30mg/kg。其中总硼、总锰变异系数较小，总锰最小，而总钼、总硒变异系数较大，总硒最大。说明钼、硒在土壤中分布不均匀，不同农田间差异大。土壤中总硼、总锰元素皆为弱变异强度，总钼、总硒则为中等变异强度。

由表2可知，产业园区土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、总硼和总锰间皆达到极显著正相关关系。而总钼、总硒与其它元素之间并无明显相关关系，其中总钼和全氮、碱解氮、有效磷、总硼、总锰均呈负相关关系，而总硒则和有机质、有效磷、速效钾、总硼、总锰呈负相关关系。

3.2 土壤大量和微量元素等级评价

3.2.1 土壤大量元素等级评价土壤大量元素分级标准主要针对有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾的含量进行分级。表3为产业园区内30个土壤样本的养分分级评价情况。

3.2.1.1 有机质按土壤养分分级标准（>40.0g/kg属极丰富，30.0～40.0g/kg属丰富），极丰富占36.7%，丰富占63.3%，有机质含量总体较优。

3.2.1.2 全氮全氮指土壤中各种形态氮素含量之和。按土壤养分分级标准（1.5～2.0g/kg属丰富，1.0～1.5g/kg属一般，0.75～1.0g/kg属缺），丰富、一般、缺等级分别占6.7%、36.7%、56.7%，说明土壤中全氮含量总体缺乏。

3.2.1.3 碱解氮碱解氮在土壤中不够稳定，易受土壤水气热条件和生物活动影响而发生变化，但它能反映近期土壤的氮素供应能力。按土壤养分分级标准（>150mg/kg属极丰富，120～150mg/kg属丰富，90～120mg/kg属一般，60～90mg/kg属缺，<60mg/kg属极缺），极丰富、一般、缺、极缺分别占6.7%、33.3%、56.7%、3.3%。

3.2.1.4 有效磷按土壤养分分级标准（>40.0mg/kg属极丰富，20.0～40.0mg/kg属丰富），极丰富土壤占56.7%，丰富土壤占43.3%，有效磷含量总体较优。

3.2.1.5 速效钾按土壤养分分级标准（>200mg/kg属极丰富，150～200mg/kg属丰富，100～150mg/kg属一般，50～100mg/kg属缺），极丰富、丰富、一般、缺分别占6.7%、10%、30%、53.3%，速效钾一般和缺占主体。

3.2.2 土壤微量元素等级评价采用土壤环境背景值[14-16]标准，对土壤微量元素丰缺状况进行评价。产业园区总硼、总锰、总钼平均值24.1mg/kg、271.2mg/kg、0.30mg/kg，均低于土壤环境背景值。总硒平均值为0.30mg/kg，高于土壤环境背景值，超过土壤环境背景值的样本数达11个，占36.7%，总体情况较好。

3.3 土壤大量和微量元素空间变异特征采用普通克吕格空间插值法，分别对产业园区内土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等大量元素和总硼、总锰、总钼、总硒等微量元素进行地理制图，如图2所示。由图2可知，整体而言，产业园区南部地区大量元素含量普遍较北部高。有机质在北部地区也存在小范围高值区，中部地区含量较少。总硼、总锰均为南部高于北部，总钼、总硒则与之相反。

4 小结与讨论

4.1 小结本研究区设施农业土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、总钼、总硒均为中等变异强度，而总硼、总锰则为弱变异。园区土壤有机质、有效磷含量较丰富，全氮、碱解氮、速效钾偏缺。总硒含量整体高于土壤环境背景值，而总硼、总锰、总钼含量均低于背景值。南部地区土壤大量元素和总硼、总锰含量普遍高于北部，而总钼、总硒高值区则位于北部。

4.2 讨论（1）设施农业土壤质量备受人们关注。本研究对研究区内30个土壤样本大量和微量元素进行了等级评价研究，初步揭示了该产业园区土壤主要养分含量等级状况，但取样粒度仍较粗，尚难以精准反映不同农田的土壤元素细微差异状况，下一步可扩大供试样本数量，并扩大至0～60cm作分层深度分析。

（2）土壤生物蚯蚓具有改善土壤耕层结构、生产天然优质肥料和累积重金属等作用。笔者选取了3个田块，仅发现1条蚯蚓，表明产业园区农田土壤中蚯蚓数量极少。可以通过释放蚯蚓，进一步改良土壤，优化土质，提升地力，改变片面依赖有机肥和无机肥的状况，提升土壤质量和农产品质量安全水平。

参考文献

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