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        吉林中部黑土區(qū)土壤—作物系統(tǒng)營養(yǎng)元素地球化學特征

        2014-07-18 20:08:44唐麗靜王冬艷李月芬付強楊小琳
        山東農(nóng)業(yè)科學 2014年5期
        關鍵詞:全量營養(yǎng)元素黑土

        唐麗靜 王冬艷 李月芬 付強 楊小琳

        摘要:為研究吉林中部黑土區(qū)營養(yǎng)元素地球化學特征,在研究區(qū)進行了系統(tǒng)的野外調(diào)查和土壤-玉米籽粒樣品的采集。在對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計對比的基礎上,對研究區(qū)九種營養(yǎng)元素全量、有效態(tài)含量及玉米籽粒中營養(yǎng)元素含量的空間分布特征進行了分析,并對研究區(qū)土壤營養(yǎng)狀況進行了評價。結(jié)果表明:K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、B元素有效態(tài)含量充足,Mo元素有效態(tài)含量缺乏,不同區(qū)域營養(yǎng)元素空間分布存在差異;Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態(tài)呈顯著正相關,K、Ca、B元素有效態(tài)含量隨pH值的升高而升高,F(xiàn)e、Mn、Mo元素有效態(tài)含量隨pH值的升高而降低。針對研究區(qū)有效Mo缺乏的現(xiàn)象,可以通過施用鉬肥、降低土壤pH值等的方法,增加有效態(tài)鉬的含量。

        關鍵詞:吉林中部;黑土區(qū);土壤-作物系統(tǒng);營養(yǎng)元素;地球化學特征

        中圖分類號:Q781文獻標識號:A文章編號:1001-4942(2014)05-0072-05

        吉林中部黑土區(qū)是東北平原黑土地的核心地帶,也是世界上著名的黃金玉米帶。該區(qū)黑土土層深厚,營養(yǎng)良好,是我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。但隨著植被的破壞、化肥的過度使用以及傳統(tǒng)耕作習慣的影響,該區(qū)土壤中的營養(yǎng)成分有了一定程度的缺失。因此,有必要對黑土區(qū)土壤的營養(yǎng)狀況進行調(diào)查與分析。土壤是植物獲得營養(yǎng)元素的主要來源[1],近年來,有關土壤與作物營養(yǎng)及營養(yǎng)施肥的研究備受關注[2~7]。元素在土壤-作物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化具有一定的規(guī)律性[8~13],研究土壤-作物系統(tǒng)中營養(yǎng)元素的地球化學特征,對指導研究區(qū)的合理施肥、作物合理種植規(guī)劃及保障作物的正常生長有著重要意義。

        1材料與方法

        1.1樣品采集

        本次研究以吉林中部黑土區(qū)的公主嶺-梨樹、九臺-德惠、榆樹-松原地區(qū)為工作區(qū)。以1∶5萬地形圖為參照,結(jié)合工作區(qū)地形地貌,使用GPS進行野外定位,設定采樣點62個,樣品采集時間為9月底。

        表層土壤樣品采集時,在玉米根系周圍連續(xù)取20 cm深土柱,每個采樣點的樣品由該點周圍50 m范圍內(nèi)的10個采樣點的土壤樣品組成,充分混合后用四分法取樣,取1 kg放入樣品袋。土壤樣品自然晾干后,過20目篩后送實驗室測試。

        玉米籽粒樣品采樣點與土壤采樣點相對應,選取6~10株為代表株,采摘玉米穗,室內(nèi)自然風干,人工脫粒,晾干后玉米樣品總質(zhì)量不少于5 kg。

        1.2樣品的分析測試

        表層土壤樣品中營養(yǎng)元素的全量、有效量的測試在中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所完成,測試分析方法及檢出限如表1和表2所示。玉米籽粒樣品中營養(yǎng)元素的含量采用ICP-AES和X-熒光光譜儀等方法測試,測試工作在河南巖礦測試中心完成。

        1.3數(shù)據(jù)處理方法

        采用SPSS 19.0和Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理與分析。

        2結(jié)果與分析

        2.1研究區(qū)營養(yǎng)元素全量含量特征

        作物的生長發(fā)育需要不斷吸收各種營養(yǎng)元素。按照作物對每種營養(yǎng)元素的需求量,可將營養(yǎng)元素分為大量、中量、微量營養(yǎng)元素。以K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B、Zn、Mo九種元素為研究對象,分別對其全量的測試數(shù)據(jù)進行正態(tài)檢驗,結(jié)果均服從正態(tài)分布,故統(tǒng)計時采用算術平均值。

        2.2研究區(qū)營養(yǎng)元素有效態(tài)含量特征

        土壤營養(yǎng)元素以有效態(tài)的形式被植物吸收,元素有效態(tài)的含量相對來說更能反映土壤的營養(yǎng)供應水平[12]。分別對九種營養(yǎng)元素有效態(tài)含量的測試數(shù)據(jù)進行正態(tài)檢驗,結(jié)果均服從正態(tài)分布,故統(tǒng)計時采用算術平均值(表4)。

        從表4可以看出,九種營養(yǎng)元素有效態(tài)空間離散程度由高到低排序為Mn>Fe>Zn>Cu>B>Ca>Mo>Mg>K。從變異系數(shù)來看,有效態(tài)Mo的變異系數(shù)為88.57%,屬于強分異型,說明有效態(tài)Mo在研究區(qū)含量分布不均勻。其他營養(yǎng)元素有效態(tài)為從弱分異型到中等分異型,說明這幾種營養(yǎng)元素有效態(tài)在研究區(qū)分布比較均勻。根據(jù)土壤肥力分級標準,K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效態(tài)含量很充足,B元素有效態(tài)含量適中,Mo元素有效態(tài)含量不足,說明B、Mo元素的活化率相對較低[13]。為保障土壤營養(yǎng)供應水平,可以有針對性地施用肥料以滿足作物生長要求。

        比較三個工作區(qū)營養(yǎng)元素有效態(tài)含量特征(表5),K、Ca、Mg有效態(tài)平均含量差異不大,F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn有效態(tài)含量以公主嶺-梨樹地區(qū)最高,B、Mo有效態(tài)含量以九臺-德惠地區(qū)最高。從變異系數(shù)來看,K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B、Zn有效態(tài)在三個工作區(qū)均為弱分異型到中等分異型,說明這八種營養(yǎng)元素有效態(tài)含量空間差異較小。有效態(tài)Mo含量在公主嶺-梨樹地區(qū)空間差異較小,但在九臺-德惠、榆樹-松原地區(qū)空間差異相對較大。根據(jù)土壤肥力分級標準(表6),Mo元素有效態(tài)含量在三個工作區(qū)相對偏低;B元素含量適中;Zn元素有效態(tài)含量在公主嶺-梨樹、榆樹-松原地區(qū)含量豐富,在九臺-德惠地區(qū)含量適中。

        2.3研究區(qū)玉米籽粒營養(yǎng)元素含量特征

        對玉米籽粒中九種營養(yǎng)元素的測試數(shù)據(jù)進行正態(tài)檢驗,結(jié)果均服從正態(tài)分布,故統(tǒng)計時采用算術平均值(表7、表8)。

        從表7和表8可以看出,研究區(qū)依然是Mo元素在玉米籽粒中的含量差異較大,其他營養(yǎng)元素在玉米籽粒中的含量總體上趨于一致。Cu、Zn又被稱為微量重金屬元素,若含量超標,則會對人體健康帶來危害。根據(jù)《中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY861-2004》,Cu≤10 mg/kg, Zn≤50 mg/kg,與表中數(shù)據(jù)相比較,Cu、Zn元素含量均未超標。

        2.4土壤營養(yǎng)元素全量、有效態(tài)含量及玉米籽粒元素含量與土壤pH值的相關性

        元素在土壤-作物系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換吸收受土壤pH、土壤元素全量、土壤水分等多種因素的影響。全量是元素有效態(tài)含量的重要來源,有效態(tài)含量是植物營養(yǎng)元素的來源,而土壤pH在元素的遷移轉(zhuǎn)換中起著重要作用[14~17],因此,著重探討全量、有效態(tài)含量、玉米籽粒中元素含量與土壤pH之間的關系。endprint

        對九種營養(yǎng)元素全量與有效態(tài)相關性進行分析,Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態(tài)之間呈顯著或極顯著正相關,說明這4種元素有效態(tài)含量受全量影響較大,增施相應肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中會有直接效用。針對研究區(qū)有效Mo缺乏現(xiàn)象,增施相應肥料為補充營養(yǎng)的重要途徑。而K、Fe、Cu、B、Zn元素呈現(xiàn)的相關性不明顯(表9)。

        對土壤pH值與有效態(tài)含量相關性進行分析,K、Ca、B元素有效態(tài)含量隨pH值升高而升高,呈顯著或極顯著相關;Fe、Mn、Mo元素有效態(tài)含量隨pH值的升高而降低,呈顯著或極顯著負相關。因此,可以通過降低土壤pH值,增加Mo元素有效態(tài)含量。Mg、Cu、Zn元素有效態(tài)含量與pH值有一定相關性,但不明顯。

        對玉米籽粒中營養(yǎng)元素含量與土壤pH值的相關性進行分析,Mn元素與土壤pH值呈顯著負相關,Mo元素與土壤pH值呈顯著正相關,說明在酸性環(huán)境中有利于Mn元素的吸收,在堿性環(huán)境中有利于Mo元素的吸收,其他幾種營養(yǎng)元素的吸收與土壤pH值的相關性不大。

        表9土壤營養(yǎng)元素全量、有效態(tài)含量及玉米籽粒元素含量與土壤pH的相關性

        元素1K1Ca1Mg1Fe1Mn1Cu1B1Zn1Mo全量-有效態(tài)1-0.68010.316*10.419**1-0.04910.286*10.04810.0861-0.02610.474**pH-有效態(tài)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水平上顯著相關,**表示在0.01水平上顯著相關。

        3結(jié)論

        3.1與吉林省土壤背景值相比,吉林中部黑土區(qū)的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B等營養(yǎng)元素含量相對比較豐富,Zn、Mo元素相對缺乏。但與全國土壤背景值相比,吉林中部黑土區(qū)Ca、Mg、Fe、Cu、B、Zn、Mo元素含量略低。

        3.2吉林中部黑土區(qū)K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效態(tài)含量充足,B元素有效態(tài)含量適中,Mo元素有效態(tài)含量缺乏,是影響玉米生長的限制性肥力因素,應采取相應的肥力措施。

        3.3K、Ca、Mg元素有效態(tài)含量在公主嶺-梨樹、九臺-德惠、榆樹-松原三個工作區(qū)差異不大,F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn元素有效態(tài)含量在公主嶺-梨樹地區(qū)最高,B、Mo元素有效態(tài)含量在九臺-德惠地區(qū)最高。

        3.4Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態(tài)呈顯著或極顯著正相關,K、Ca、B元素有效態(tài)含量與pH值呈顯著或極顯著正相關,F(xiàn)e、Mn、Mo元素有效態(tài)含量與pH值呈顯著或極顯著負相關。針對研究區(qū)有效態(tài)Mo缺乏現(xiàn)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元素有效態(tài)含量。

        參考文獻:

        [1]黃昌勇.土壤學[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000:192.

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        [15]賀行良,劉昌嶺,任宏波,等.青島嶗山茶園土壤微量元素有效量及其影響因素研究 [J].土壤通報,2008,39(5):1131-1134.

        [16]師剛強,趙藝,施澤明,等.土壤pH值與土壤有效養(yǎng)分關系探討 [J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學,2009,16(5):93-95.

        [17]劉全友,童依平,李繼云,等.多倫縣土壤營養(yǎng)元素有效態(tài)含量的影響因素研究 [J].生態(tài)學報,2000,20(6):1034-1037.

        山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學2014,46(5):77~81Shandong Agricultural Sciences山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學第46卷第5期劉淑云,等:山東諸城不同類型土壤養(yǎng)分變化趨勢及其與小麥產(chǎn)量關系的模擬研究endprint

        對九種營養(yǎng)元素全量與有效態(tài)相關性進行分析,Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態(tài)之間呈顯著或極顯著正相關,說明這4種元素有效態(tài)含量受全量影響較大,增施相應肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中會有直接效用。針對研究區(qū)有效Mo缺乏現(xiàn)象,增施相應肥料為補充營養(yǎng)的重要途徑。而K、Fe、Cu、B、Zn元素呈現(xiàn)的相關性不明顯(表9)。

        對土壤pH值與有效態(tài)含量相關性進行分析,K、Ca、B元素有效態(tài)含量隨pH值升高而升高,呈顯著或極顯著相關;Fe、Mn、Mo元素有效態(tài)含量隨pH值的升高而降低,呈顯著或極顯著負相關。因此,可以通過降低土壤pH值,增加Mo元素有效態(tài)含量。Mg、Cu、Zn元素有效態(tài)含量與pH值有一定相關性,但不明顯。

        對玉米籽粒中營養(yǎng)元素含量與土壤pH值的相關性進行分析,Mn元素與土壤pH值呈顯著負相關,Mo元素與土壤pH值呈顯著正相關,說明在酸性環(huán)境中有利于Mn元素的吸收,在堿性環(huán)境中有利于Mo元素的吸收,其他幾種營養(yǎng)元素的吸收與土壤pH值的相關性不大。

        表9土壤營養(yǎng)元素全量、有效態(tài)含量及玉米籽粒元素含量與土壤pH的相關性

        元素1K1Ca1Mg1Fe1Mn1Cu1B1Zn1Mo全量-有效態(tài)1-0.68010.316*10.419**1-0.04910.286*10.04810.0861-0.02610.474**pH-有效態(tài)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水平上顯著相關,**表示在0.01水平上顯著相關。

        3結(jié)論

        3.1與吉林省土壤背景值相比,吉林中部黑土區(qū)的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B等營養(yǎng)元素含量相對比較豐富,Zn、Mo元素相對缺乏。但與全國土壤背景值相比,吉林中部黑土區(qū)Ca、Mg、Fe、Cu、B、Zn、Mo元素含量略低。

        3.2吉林中部黑土區(qū)K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效態(tài)含量充足,B元素有效態(tài)含量適中,Mo元素有效態(tài)含量缺乏,是影響玉米生長的限制性肥力因素,應采取相應的肥力措施。

        3.3K、Ca、Mg元素有效態(tài)含量在公主嶺-梨樹、九臺-德惠、榆樹-松原三個工作區(qū)差異不大,F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn元素有效態(tài)含量在公主嶺-梨樹地區(qū)最高,B、Mo元素有效態(tài)含量在九臺-德惠地區(qū)最高。

        3.4Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態(tài)呈顯著或極顯著正相關,K、Ca、B元素有效態(tài)含量與pH值呈顯著或極顯著正相關,F(xiàn)e、Mn、Mo元素有效態(tài)含量與pH值呈顯著或極顯著負相關。針對研究區(qū)有效態(tài)Mo缺乏現(xiàn)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元素有效態(tài)含量。

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        山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學2014,46(5):77~81Shandong Agricultural Sciences山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學第46卷第5期劉淑云,等:山東諸城不同類型土壤養(yǎng)分變化趨勢及其與小麥產(chǎn)量關系的模擬研究endprint

        對九種營養(yǎng)元素全量與有效態(tài)相關性進行分析,Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態(tài)之間呈顯著或極顯著正相關,說明這4種元素有效態(tài)含量受全量影響較大,增施相應肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中會有直接效用。針對研究區(qū)有效Mo缺乏現(xiàn)象,增施相應肥料為補充營養(yǎng)的重要途徑。而K、Fe、Cu、B、Zn元素呈現(xiàn)的相關性不明顯(表9)。

        對土壤pH值與有效態(tài)含量相關性進行分析,K、Ca、B元素有效態(tài)含量隨pH值升高而升高,呈顯著或極顯著相關;Fe、Mn、Mo元素有效態(tài)含量隨pH值的升高而降低,呈顯著或極顯著負相關。因此,可以通過降低土壤pH值,增加Mo元素有效態(tài)含量。Mg、Cu、Zn元素有效態(tài)含量與pH值有一定相關性,但不明顯。

        對玉米籽粒中營養(yǎng)元素含量與土壤pH值的相關性進行分析,Mn元素與土壤pH值呈顯著負相關,Mo元素與土壤pH值呈顯著正相關,說明在酸性環(huán)境中有利于Mn元素的吸收,在堿性環(huán)境中有利于Mo元素的吸收,其他幾種營養(yǎng)元素的吸收與土壤pH值的相關性不大。

        表9土壤營養(yǎng)元素全量、有效態(tài)含量及玉米籽粒元素含量與土壤pH的相關性

        元素1K1Ca1Mg1Fe1Mn1Cu1B1Zn1Mo全量-有效態(tài)1-0.68010.316*10.419**1-0.04910.286*10.04810.0861-0.02610.474**pH-有效態(tài)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水平上顯著相關,**表示在0.01水平上顯著相關。

        3結(jié)論

        3.1與吉林省土壤背景值相比,吉林中部黑土區(qū)的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、B等營養(yǎng)元素含量相對比較豐富,Zn、Mo元素相對缺乏。但與全國土壤背景值相比,吉林中部黑土區(qū)Ca、Mg、Fe、Cu、B、Zn、Mo元素含量略低。

        3.2吉林中部黑土區(qū)K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn元素有效態(tài)含量充足,B元素有效態(tài)含量適中,Mo元素有效態(tài)含量缺乏,是影響玉米生長的限制性肥力因素,應采取相應的肥力措施。

        3.3K、Ca、Mg元素有效態(tài)含量在公主嶺-梨樹、九臺-德惠、榆樹-松原三個工作區(qū)差異不大,F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn元素有效態(tài)含量在公主嶺-梨樹地區(qū)最高,B、Mo元素有效態(tài)含量在九臺-德惠地區(qū)最高。

        3.4Ca、Mg、Mn、Mo元素全量與有效態(tài)呈顯著或極顯著正相關,K、Ca、B元素有效態(tài)含量與pH值呈顯著或極顯著正相關,F(xiàn)e、Mn、Mo元素有效態(tài)含量與pH值呈顯著或極顯著負相關。針對研究區(qū)有效態(tài)Mo缺乏現(xiàn)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元素有效態(tài)含量。

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