江蘇省如皋市土壤中量元素含量有效性評價①

李巧玲，蘇建平，闞建鸞，周志宏

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江蘇省如皋市土壤中量元素含量有效性評價①

李巧玲，蘇建平*，闞建鸞，周志宏

(江蘇省如皋市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江蘇如皋 226500)

為平衡施肥提供依據(jù)，本文應(yīng)用GPS定位技術(shù)采集了江蘇省如皋市290個代表性土樣，并對土樣中鈣、鎂、硫、硅4種中量元素有效態(tài)含量進(jìn)行了檢測和評價。結(jié)果顯示，全市土壤交換性鈣、交換性鎂、有效硫和有效硅平均含量分別為4 570、403、26和144 mg/kg。如皋市土壤交換性鈣、鎂含量豐富，但在各土系土壤間分布不均。有效硫和有效硅同時存在缺乏和過高現(xiàn)象。整體來看，有近1% 的土壤缺硅，約14% 的土壤缺硫。土壤交換性鎂和有效硅的含量為中等變異，交換性鈣和有效硫的含量屬于高度變異。相關(guān)分析顯示，4種中量元素有效性與土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量存在不同程度的相關(guān)性。如皋市土壤中量元素有效性不僅與成土母質(zhì)關(guān)系密切，同時受土壤理化性狀以及肥料施用的重要影響。今后中量元素肥料的施用應(yīng)考慮多種因素，以實現(xiàn)平衡施肥。

江蘇如皋；土壤；中量元素；有效性評價

隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也不斷向著優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的方向轉(zhuǎn)變。土壤是作物中量元素的主要來源，農(nóng)作物對中量元素的需要量僅次于氮、磷、鉀[1]。中量元素鈣、鎂、硫、硅參與作物多個生理代謝和多種化合物的合成，其供應(yīng)狀況直接影響作物的生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)[2-6]。長期耕作導(dǎo)致土壤中量元素失衡，因此中量元素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用越來越受到人們的關(guān)注[7-8]。前人對中量元素的研究大多集中在植煙土壤，比如付亞麗等[9]對云南紅河煙區(qū)土壤中微量元素含量進(jìn)行了分析，范東升等[10]對廣西河池植煙土壤中量微量營養(yǎng)元素豐缺狀況進(jìn)行了研究，蔡寒玉等[11]研究了麗江植煙土壤中微量營養(yǎng)元素狀況并提出施肥對策。為確保產(chǎn)量和品質(zhì)，糧食作物耕層土壤中量元素營養(yǎng)狀況值得深入研究。如皋市是江蘇省的農(nóng)業(yè)大市，以往的研究中，對如皋土壤耕層養(yǎng)分變化的研究多偏向于大量元素養(yǎng)分[12-13]和微量元素養(yǎng)分[14]，而對土壤中量元素養(yǎng)分變化的研究幾乎為零。本研究依據(jù)全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心對全國土壤中量元素含量等級劃分相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對如皋市各土系耕層土壤鈣、鎂、硫、硅4種中量元素有效態(tài)含量及分布進(jìn)行了分析評價，不僅為進(jìn)一步優(yōu)化施肥技術(shù)提供依據(jù)，而且對于保護(hù)土壤環(huán)境意義重大。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

江蘇省如皋市位于長江三角洲沖積平原，地處32°00′~ 32°30′ N，120°20′ ~ 120°50′ E，總面積1 593 km2，其中耕地面積8. 25 × 104hm2。研究區(qū)屬于北亞熱帶濕潤季風(fēng)性氣候區(qū)，年均溫14.6℃，年均降雨量1 060 mm，全年降水主要集中在6月下旬至9月上旬，具有日照充足、氣候溫和、雨量充沛、光熱水高峰基本同季的氣候特征。全市地勢較為平坦，氣候條件無明顯差異，但在地質(zhì)背景、土壤性質(zhì)、種植習(xí)慣和社會經(jīng)濟(jì)條件等方面地域差異較明顯。成土母質(zhì)主要為淺湖相沉積物、江淮古沖積物和長江新沖積物，主要土壤類型為雛形土(潮土)和水耕人為土(水稻土)。根據(jù)中國土壤系統(tǒng)分類的方法，將如皋市土壤分為白蒲系、搬經(jīng)系、東陳系、郭園系、磨頭系、下原系、營房系、張黃港系和長青沙系9個土系[15]。各土系土壤主要理化性質(zhì)如表1所示。

表1 如皋市各土系表層土壤主要理化性質(zhì)

1.2 樣品采集和分析

采用GPS定位技術(shù)，遵循均勻性、代表性原則于2015年在如皋市共布置290個采樣點(diǎn)(圖1)，采集各點(diǎn)0 ~ 20 cm耕層土壤。野外采集的土壤樣品在室內(nèi)風(fēng)干，再按分析要求研磨成不同粒度，供分析用。用乙酸銨交換，原子吸收分光光度法測定土壤中交換性鈣、鎂含量；磷酸鹽浸提，分光光度計測定有效態(tài)硫含量；有效態(tài)硅含量用檸檬酸浸提，分光光度計測定[16]。土壤基本化學(xué)性質(zhì)(有機(jī)質(zhì)、pH、全氮、有效磷和速效鉀)采用常規(guī)方法測定[16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，應(yīng)用統(tǒng)計軟件SPSS 21.0檢驗各土系土壤間中量元素有效態(tài)含量的差異、分析土壤中量元素與其他性質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系。繪圖采用ArcGIS 10.2 軟件實現(xiàn)。

1.4 土壤中量元素有效態(tài)分級

根據(jù)土壤中量元素養(yǎng)分供應(yīng)能力和作物對中量元素的需求，依據(jù)全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心對全國土壤中量元素含量等級劃分，將土壤中量元素有效態(tài)分為極低、低、中、豐富和高共5個等級(表2)。

圖1 土壤樣點(diǎn)分布圖

表2 土壤中量元素有效態(tài)分級

2 結(jié)果

2.1 如皋市土壤中量元素有效態(tài)含量

按照土壤中量元素有效態(tài)分級標(biāo)準(zhǔn)(表2)，交換性鈣、交換性鎂、有效硫和有效硅的缺乏臨界值分別為400、100、15和70 mg/kg。由表3可知，鈣、鎂、硫、硅4種元素有效態(tài)含量在如皋市各土系間變化很大。土樣交換性鈣和鎂含量均在臨界值以上，有效硫和有效硅含量低于臨界值的土樣占總土樣數(shù)分別為14.48% (42個)和1.03%(3個)。長青沙系(12 433 mg/kg)、營房系(9 398 mg/kg)和張黃港系(8 765 mg/kg)土壤交換性鈣含量顯著高于其他土系(<0.05)。白蒲系土壤交換性鎂含量為最高(518 mg/kg)，與其他各土系差異顯著(<0.05)。張黃港系土壤交換性鎂含量最低。長青沙系土壤有效硫含量顯著高于其他各土系(< 0.05)。有效硅含量最高為白蒲系(183 mg/kg)，其次為長青沙系(168 mg/kg)和搬經(jīng)系(162 mg/kg)。郭園、磨頭、張黃港系土壤有效硅含量相對其他土系較低。全市土壤交換性鈣、交換性鎂、有效硫和有效硅平均含量分別是4 570、403、26和144 mg/kg。在土壤科學(xué)研究中，可根據(jù)土壤性質(zhì)的變異系數(shù)對其變異程度進(jìn)行分類：變異系數(shù)在0 ~ 15% 為小變異，16% ~ 35% 為中等變異，>35% 為高度變異[17]。本研究中土壤交換性鎂和有效硅含量的變異系數(shù)分別為26.72% 和29.35%，為中等變異，交換性鈣和有效硫含量的變異系數(shù)分別為70.46% 和47.46%，屬于高度變異，這表明土壤理化性狀和不同農(nóng)業(yè)利用方式對不同土系土壤中量元素含量影響很大。

表3 如皋市土壤中量元素有效態(tài)含量

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列不同小寫字母表示各土系間中量元素差異顯著(<0.05)；下同。

2.2 如皋市土壤中量元素分級評價

參照表2中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如皋市土壤中量元素各級含量出現(xiàn)頻率如表4所示，交換性鈣和鎂均處在豐富級以上水平，其中71.38% 的土樣交換性鈣和85.52% 的土樣交換性鎂含量位于高級水平。4.14% 和10.34%的土樣有效硫分別分布在極低級和低級水平，有效硫處于中級水平的土樣出現(xiàn)頻率高達(dá)57.24%，有效硫分布在豐富和高水平的土樣分別占22.76% 和5.52%。有25.86% 的土樣有效硅處于中級水平，有效硅分布在豐富級水平的土樣占68.28%，有效硅過高的土樣出現(xiàn)頻率為4.83%，另有1.03% 土樣有效硅含量處于低水平。

2.3 如皋市土壤中量元素有效態(tài)與其他土壤性質(zhì)的相關(guān)性

如皋市土壤中量元素有效性受pH、有機(jī)質(zhì)以及大量元素的影響不盡一致。經(jīng)相關(guān)性分析可得(表5)，土壤交換性鈣含量與pH和全氮含量呈極顯著正相關(guān)(= 0.348**，= 0.000；= 0.191**，= 0.001)；交換性鎂含量與有機(jī)質(zhì)和全氮含量為極顯著正相關(guān)關(guān)系(= 0.329**，= 0.000；= 0.156**，= 0.008)，與速效鉀含量呈顯著正相關(guān)(= 0.132*，= 0.024)。土壤有效硫含量與全氮和速效鉀含量為極顯著正相關(guān)關(guān)系(= 0.233**，= 0.000；= 0.185**，= 0.002)，而與pH之間呈極顯著負(fù)相關(guān)(= –0.269**，=0.000)。土壤有效硅含量極顯著正相關(guān)于有機(jī)質(zhì)、全氮和速效鉀含量(= 0.216**，= 0.000；= 0.218**，= 0.000；= 0.199**，= 0.001)。4種中量元素有效態(tài)含量與有效磷含量之間的相關(guān)關(guān)系均未達(dá)顯著水平。

表4 如皋市土壤中量元素各級含量出現(xiàn)頻率

進(jìn)一步對土樣按有機(jī)質(zhì)含量高低分為4組，比較4種中量元素在組間的差異(表6)。結(jié)果顯示，4種中量元素有效態(tài)含量均隨有機(jī)質(zhì)含量增加呈升高趨勢。各組間交換性鈣含量差異不顯著(<0.05)；有機(jī)質(zhì)含量>25 g/kg時交換性鎂含量最高，交換性鎂含量最低值出現(xiàn)在有機(jī)質(zhì)含量<10 g/kg組，且與其他3組差異顯著(<0.05)；有機(jī)質(zhì)含量>25 g/kg時有效硅含量顯著高于其他3組(<0.05)；有效硫含量則以有機(jī)質(zhì)含量<10 g/kg時顯著低于其他3組(<0.05)。

表5 如皋市土壤中量元素有效態(tài)含量與其他土壤性質(zhì)的相關(guān)性

表6 土壤中量元素有效態(tài)含量與有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系

3 討論

通過對如皋市各土系土壤中量元素的分析可知，長青沙系、營房系和張黃港系土壤交換性鈣含量顯著高于其他土系，原因是這3個土系由長江新沖積物母質(zhì)發(fā)育而成，具有強(qiáng)烈的石灰反應(yīng)而含一定數(shù)量CaCO3[18]。各土系土壤交換性鎂含量較豐富可能與長期施用鉀肥有關(guān)，因為在作物吸收過程中，鉀和鎂之間具有拮抗作用[19-21]。張黃港系土壤交換性鎂含量最低，這可能與其土壤偏砂性而交換性鎂易流失有關(guān)[22]。與其他各土系相比，長青沙系土壤有效硫含量為最高，可能因為該土系土壤質(zhì)地偏黏且有機(jī)質(zhì)含量較其他土系高，故硫的含量較高。白蒲系、長青沙系和搬經(jīng)系土壤有效硅含量較其他土系高。究其原因，發(fā)育在淺湖相沉積物上的白蒲和搬經(jīng)兩個土系，成陸時間較早，硅元素活性較好；發(fā)育于長江新沖積物上的長青沙系，雖成陸時間短，但表層土質(zhì)地黏重，硅素易積累。郭園、磨頭、張黃港3個土系土壤有效硅含量較低的原因可能是其土壤偏砂性，因此供硅能力較低[23]。分析結(jié)果表明，如皋市土壤交換性鎂和有效硅含量為中等變異，交換性鈣和有效硫含量屬于高度變異，這反映了各土系由于自然或人為因素的差異造成農(nóng)業(yè)土壤有效中量元素存在較大差異。

交換性鈣鎂是土壤中主要的交換性鹽基，為植物可利用的鈣鎂，同時鈣、鎂、硫既是作物營養(yǎng)元素又是品質(zhì)元素[24]，平衡其在土壤中的有效態(tài)含量至關(guān)重要。本研究分析結(jié)果顯示，如皋市土壤交換性鈣鎂較豐富，基本不存在缺鈣和缺鎂現(xiàn)象。交換性鈣鎂平均含量不僅遠(yuǎn)高于浙江省東部地區(qū)土壤[25]、福建地區(qū)蔬菜地土壤[7]，而且高于貴州部分植煙區(qū)土壤[3]。有效硫平均含量與浙江地區(qū)農(nóng)田土壤[25]相當(dāng)，低于湖南地區(qū)長期施肥的水稻土[19]以及四川植煙土壤[26]。如皋市是江蘇省沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)大市，水稻種植面積較大，而水稻是典型的硅酸植物，硅素營養(yǎng)對于其生長極為重要。本研究顯示該市土壤有效硅含量較豐富，這與馬同生[23]的研究結(jié)論一致，并且高于浙江省大部分地區(qū)[23]、湖南省水稻土[19]和海南省農(nóng)田土壤[27]，低于上海地區(qū)農(nóng)田土壤[28]。但考慮到如皋市土壤有效硅含量變異較大，因此依然存在缺硅風(fēng)險。本研究表明土壤交換性鈣含量與pH為極顯著正相關(guān)關(guān)系，并且pH對交換性鈣含量的影響比交換性鎂大，這與廖勇等[20]試驗結(jié)果類似。土壤有效硅含量與pH相關(guān)性未達(dá)顯著水平的結(jié)果與前人[11,22]的研究結(jié)論不完全一致，可能是由于樣本數(shù)量不夠大。陳建國等[19]研究認(rèn)為土壤pH高時硫的有效性較低，反之則硫的有效性較高，本研究也得到相似的結(jié)論。

不同土系、不同質(zhì)地的土壤其中量元素的有效性及含量不同，作物對不同的中量元素敏感程度和需求量也不同。本研究為如皋市中量元素肥料的科學(xué)有效施用提供了可靠依據(jù)。針對如皋市實際情況，部分地區(qū)在種植水稻、小麥等作物時應(yīng)當(dāng)適量增施硅肥，以提高結(jié)實率、抗倒伏、抗病蟲害[27,29-30]。在缺硫地區(qū)和喜硫作物(油菜、豆科、薯芋類等)栽培時酌情增施含硫元素肥料，以保證土壤養(yǎng)分的供需平衡。同時還要注意增施有機(jī)肥，以維持土壤中量元素平衡的重要養(yǎng)分補(bǔ)給源。此外，還應(yīng)根據(jù)作物喜好開展種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。今后，應(yīng)持續(xù)監(jiān)測土壤中量元素動態(tài)變化，在制定施肥方案時應(yīng)當(dāng)因地制宜設(shè)置中量元素肥料的施用量，繼續(xù)加大測土配方施肥技術(shù)推廣力度，通過平衡施肥來提高土壤養(yǎng)分的均衡供應(yīng)能力，促進(jìn)農(nóng)作物健康生長和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

由于受成土母質(zhì)、土壤理化性狀、肥料施用等影響，如皋市各土系土壤中鈣、鎂、硫、硅的有效態(tài)含量差異在全市范圍內(nèi)變異性較大?？傮w來說，如皋市土壤中交換性鈣和交換性鎂含量比較豐富，但分布不均勻；有效硫和有效硅同時存在缺乏和過高現(xiàn)象。有小部分地區(qū)土壤缺硅(約1%)，部分地區(qū)缺硫(約14%)。土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量不同程度地影響各土系土壤中量元素有效性。

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Availability Assessment of Medium Elements Contents in Soils of Rugao, Jiangsu

LI Qiaoling, SU Jianping*, KAN Jianluan, ZHOU Zhihong

(Rugao Agricultural Technology Promotion Center, Rugao, Jiangsu 226500, China)

In order to provide basis for balanced fertilization, a total of 290 topsoil samples in Rugao were collected using GPS positioning technology and the available contents of four medium elements of calcium, magnesium, sulfur and silicon in soils were analyzed and assessed. The results showed that the average contents of exchangeable calcium, exchangeable magnesium, available sulfur and available silicon in soils were 4 570, 403, 26 and 144 mg/kg, respectively. On the whole the contents of exchangeable calcium and exchangeable magnesium were abundant but they were not evenly distributed. Available sulfur and available silicon were both deficient and excessive. Nearly 1% of the samples were deficient in silicon, and about 14% of the samples were deficient in sulfur. According to relevant literature, the contents of exchangeable magnesium and available silicon were medium variation, and the contents of exchangeable calcium and available sulfur were great variation. The correlation analysis showed that there were different correlations between the availability of four medium elements and soil pH, organic matter, total nitrogen, available phosphorus and available potassium. It can be concluded that due to the influences of soil parent material, physicochemical properties, fertilization and agricultural utilization patterns, the content variabilities of soil medium elements were large in the whole city. In the future, more attentions should be paid to the reasonable application of medium element fertilizers to realize balanced fertilization.

Rugao of Jiangsu; Soil; Medium element; Availability assessment

江蘇省農(nóng)業(yè)委員會2015年測土配方施肥項目(蘇農(nóng)計〔2015〕36號)資助。

(rgstfz@qq.com)

李巧玲(1988—)，女，內(nèi)蒙古額濟(jì)納旗人，碩士，助理農(nóng)藝師，主要從事土壤肥料技術(shù)研究與推廣。E-mail：lql08907054@163.com

10.13758/j.cnki.tr.2019.02.008

S159

A