中陽縣壩地土壤微量元素的分布特征研究

向云,呂春娟,劉秀珍

(山西農業(yè)大學 資環(huán)學院,山西 太谷030801)

壩地是坡面侵蝕泥沙經水力搬運后在溝道壩區(qū)淤積而成的土地,是一種特殊的農地,是土壤侵蝕的產物。它具有兼顧控制區(qū)域水土流失、減輕下游地區(qū)洪澇災害、提高作物單產等多項功能[1～2]。過去的研究只注重淤地壩的修筑及壩系建設,對壩地土壤理化特征、養(yǎng)分特征和水肥調控的研究甚少[3～4]。目前,國內外農業(yè)關于壩地土壤的研究與應用正方興未艾[5～6]?？茖W研究和生產實踐證實,許多微量元素為有機體正常生命活動所必需,在有機體的生活和生長中起到重要作用,土壤微量元素供給不足,往往成為限制農產品產量進一步提高的障礙因素。微量元素不僅是土壤學和農業(yè)化學研究中一個新的生長點,當微量元素供給不足或者過多時,還會影響人和動物的健康,有時還會導致地方病的發(fā)生。本文以中陽縣洪水溝壩地土壤為研究對象,探討了壩地土壤的微量元素的供應狀況,試圖摸清壩地土壤不同部位、不同層次土壤有效態(tài)微量元素的分布規(guī)律,為合理施用微肥提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

洪水溝小流域位于中陽縣 ,東經 111°06′22″,北緯 37°27′27″,該流域屬黃土丘陵溝壑區(qū)。成土母質為第三世紀粘土和第四世紀馬蘭黃土,溝底有基出露,多為砂巖,洪水溝流域地處中緯度,屬溫帶大陸季風氣候,四季分明。多年平均氣溫8℃,最高氣溫35.6℃,最低氣溫-24.3℃,光照豐富,年日照時數(shù)為2715 h,全年有效總輻射量568 100 J·cm-2,≥10℃的積溫2906.4℃。平均風速3～4 m·s-1,無霜期145～170 d,年平均降水量 500 mm左右,蒸發(fā)量2008.9 mm。洪水溝流域有淤地壩54座,其中骨干壩2座,小型壩52座,流域平均壩高18 m,總庫容587.68萬m3,控制面積23.87 km2,溝道形狀成“V”字形,主溝道長 11.0 km,土壤侵蝕模數(shù)為15 000 t·km-2,現(xiàn)已攔泥465.31萬 t,共淤地85.67 hm2,主要種植玉米、高粱。

2 研究方法

土壤樣品采自中陽洪水溝11號壩地,分別在壩前、壩中、壩尾挖掘土壤剖面,采集0～20 cm、20～ 40 cm 、40～ 60 cm、60～80 cm、80～ 100 cm、100～130 cm 、130～160 cm 、160～200 cm 土壤樣品24個。土樣風干后過1 mm篩,測定其土壤有效銅、錳、鐵、鋅。土壤有效銅、錳、鐵、鋅:DTPA 浸提,原子吸收分光光度法測定[7],試驗結果采用Excel和SPSS軟件進行統(tǒng)計分析。

3 結果與分析

3.1 壩地土壤有效態(tài)銅、鋅、鐵、錳的垂直特征

土壤微量元素的有效態(tài)含量分布反映了該地區(qū)土壤及環(huán)境狀況的一個重要側面[8],根據(jù)土壤微量養(yǎng)分供應能力和作物對微肥的效應,參照表1我國土壤有效態(tài)微量元素含量的分級標準[9～10],將壩地土壤有效態(tài)微量元素含量分為很低、低、中等、高、很高五級。

表1 土壤微量元素分級標準/mg·kg-1Table1 The grade standards of soil trace-elements/mg·kg-1

在土壤學中,根據(jù)變異系數(shù)值對土壤性質的變異程度進行分類,變異系數(shù)0%～15%為弱變異性,15%～35%為中等變異性,大于35%為高度變異性[11]。由圖 1、圖2和表2可以看出,土壤中有效態(tài)銅、鋅、鐵、錳隨土壤深度的增加呈現(xiàn)出鋸齒變化特征,四種元素的谷底和峰值出現(xiàn)的土層深度一致,谷底均出現(xiàn)在 20～40 cm、80～100 cm處的土壤中銅、錳、鐵、鋅含量都最低,不同層次土壤中有效銅130～160 cm最高,為0.41 mg·kg-1;80～100 cm最低為 0.25 mg·kg-1,變異系數(shù)為18.97%,土壤有效鋅含量0～20 cm最高為0.96 mg·kg-1;80～100 cm 最低為0.42 mg·kg-1。變異系數(shù)32.91%,說明有效銅剖面上有一定波動,但變幅不大,有效性鋅波動較大,但都屬于中等變異。土壤有效態(tài)錳含量 0～20 cm最高,為11.23 mg·kg-1,80～100 cm 最低為7.51 mg·kg-1,變異系數(shù)11.95%,土壤有效性鐵含量100～130 cm最高為7.45 mg·kg-1,80～100 cm最低,為5.21 mg·kg-1,變異系數(shù)12.56%,說明有效態(tài)錳和有效性鐵在剖面上波動很小,變幅也小,屬于弱變異。這與壩地土壤由不同年份的淤積層累積形成有直接的關系,同時說明坡面侵蝕土壤微量元素養(yǎng)分與壩地微量元素養(yǎng)分有很大的關系。

圖1 土壤有效態(tài)鐵、錳含量Fig.1 The content of soil available Fe and Mn

圖 2 土壤有效態(tài)銅、鋅含量Fig.2 The content of soil effavailable Cu and Zn

表2 洪水溝壩地0～200cm土壤有效態(tài)銅、鋅、鐵、錳含量/mg·kg-1Table 2 The soil available state Cu,Zn,Fe,Mn ganses of 0～200 cm in Hongshuigou dam fields soil/mg·kg-1

3.2 壩地土壤有效態(tài)微量元素水平分布特征

洪水溝壩地不同部位土壤有效態(tài)銅、錳、鐵、鋅分布見表3。

由表3可以看出,壩前土壤中有效性銅、鋅、鐵、錳的含量最低,土壤有效銅和有效性鐵含量變化為:壩尾＞壩中＞壩前,變異系數(shù)為60.92%和21.33%,土壤有效銅屬高度變異性,有效態(tài)鐵屬中等變異性。根據(jù)表1分級標準,中陽洪水溝壩地土壤有效銅壩前低于臨界值,壩中、壩尾屬中等水平,土壤有效鐵屬中等水平。土壤有效態(tài)錳、有效態(tài)鋅含量分布為:壩中 ＞壩尾 ＞壩前,變異系數(shù)為17.12%和29.65%,均屬中等變異性,壩地土壤有效態(tài)錳屬中等水平,有效態(tài)鋅屬于低水平。

表 3 洪水溝壩地不同部位土壤有效態(tài)銅、鋅、鐵、錳分布/mg·kg-1Table3 The distribution of the different parts of soil effective state Cu,Zn,Fe,Mn ganese in Hongshuigou dam fields soil/mg·kg-1

土壤微量元素的有效態(tài)含量分布是母質、地形、地貌、氣候以及耕作施肥水平等各種因素綜合作用的結果,有效態(tài)微量元素含量在一定條件下說明土壤微量養(yǎng)分的供應水平[12]。由表4可知,中陽洪水溝壩地土壤有效態(tài)銅、錳、鐵、鋅變幅寬,離散度大,變異系數(shù)在22.48%～71.38%之間。這與土壤來源多樣,土壤理化性狀各異和長期不同農業(yè)利用方式有關[13]。土壤有效鐵平均含量為6.24 mg·kg-1,高于臨界值,但有10.71%的樣品有效鐵低于臨界值,89.29%屬于中等水平;土壤有效銅平均含量為0.33 mg·kg-1,略高于臨界值,有28.59%的樣品有效銅低于臨界值,有效銅屬于中等水平,出現(xiàn)頻率為71.42%,表明銅元素缺乏或潛在缺乏面積較大;土壤有效態(tài)錳平均含量高于臨界值,為9.87 mg·kg-1,屬于中等水平,表明洪水溝壩地有效態(tài)錳含量較豐富[14];土壤有效鋅平均含量為0.71 mg·kg-1,而鋅有近一半屬于低水平,出現(xiàn)頻率達42.86%,低于臨界值的頻率高達50.0%,由此可見鋅元素缺乏面積很大,缺鋅狀況十分嚴重,作物缺鋅會呈現(xiàn)不同的病癥[15],因此,應在壩地增施鋅肥。

表4 洪水溝壩地土壤有效態(tài)微量元素的含量統(tǒng)計特征值Table 4 The soil effective trace elements content characteristic value of statistics on Hongshuigou dam fields soil

4 結論與討論

(1)有效性錳、銅、鐵屬于中等水平;有效鋅屬于低等水平。因此,應對壩地土壤施用鋅肥,以達到農作物增產的目的,還應改變農作物種類,種植一些對鋅不敏感的農作物[16],使土壤中鋅得到補充。

(2)從剖面層次來看,土壤中有效態(tài)銅、鐵、錳在不同土層中差異不大,有效鋅差異較大,有效銅、有效鋅屬于中等變異性,有效鐵、有效錳屬于弱變異性。有效態(tài)銅、鋅、鐵、錳隨土層深度增加均呈現(xiàn)出鋸齒變化特征。

(3)壩地土壤在不同水平位置有效銅變異性最大,有效態(tài)錳、鐵、鋅屬于中等變異性。壩前土壤中有效性銅、鋅、鐵、錳的含量最低,應在壩前多施微肥,以滿足農作物對微量元素的需求。

(4)本研究僅對中陽縣洪水溝的典型壩地土壤進行了研究,有一定的局限性,對于其他壩地的土壤微量元素分布特征還有待進一步研究。

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