李衛(wèi)東，陳永波，黃光昱，張朝陽(yáng)，胡百順，秦 邦，劉淑琴，陳 娥，熊 倩

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恩施州耕地土壤剖面理化特征及養(yǎng)分分布變化規(guī)律①

李衛(wèi)東，陳永波*，黃光昱，張朝陽(yáng)，胡百順，秦 邦，劉淑琴，陳 娥，熊 倩

(恩施州硒應(yīng)用技術(shù)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究院，湖北恩施 445000)

對(duì)恩施州利川市齊岳山蔬菜、汪營(yíng)糧食、恩施市芭蕉茶葉基地等3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)土壤剖面的理化特征及養(yǎng)分分布規(guī)律進(jìn)行了研究。3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)土壤容重在1.23 ~ 1.43 g/cm3之間，為壤土或砂壤土；電導(dǎo)率23.57 ~ 38.83 μS/cm，無(wú)鹽堿化；pH 4.22 ~ 6.61，偏酸性或強(qiáng)酸性；有機(jī)質(zhì)12.97 ~ 52.88 g/kg、銨態(tài)氮16.09 ~ 31.72 mg/kg、有效磷1.59 ~ 185.56 mg/kg、速效鉀0 ~ 131.03 mg/kg；總硒0.30 ~ 1.32 mg/kg，有效硒0.02 ~ 0.23 mg/kg，屬富硒土壤。剖面有效養(yǎng)分從表層到底層呈下降趨勢(shì)，絕對(duì)系數(shù)2在0.132 9 ~ 0.939 9之間，不同養(yǎng)分差異大，剖面間分布規(guī)律基本一致。該項(xiàng)研究是土壤質(zhì)量長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)工作，目的是監(jiān)測(cè)不同施肥方式對(duì)蔬菜、糧食、茶葉基地土壤質(zhì)量變化的影響，為修復(fù)土壤、提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量提供參考。

恩施州；土壤剖面；理化特征；總硒；有效硒；分布規(guī)律

根據(jù)2010—2013年恩施州耕地質(zhì)量調(diào)查結(jié)果，恩施州現(xiàn)有耕地面積31.6萬(wàn)hm2，其中pH<5.5的強(qiáng)酸性土壤面積達(dá)到50.13%[1-2]。隨著土壤環(huán)境污染的加劇，土壤性質(zhì)惡化，微生態(tài)結(jié)構(gòu)失衡，造成作物連作障礙[3]，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全造成了嚴(yán)重威脅。硒是維護(hù)人體健康的有益元素，在富硒地區(qū)，植物中的硒主要來(lái)源于富硒土壤。恩施州擁有世界唯一的獨(dú)立硒礦床，硒儲(chǔ)量多達(dá)64萬(wàn)噸，以此為中心形成了一個(gè)富硒生物圈，土壤含硒量均值達(dá)0.6 mg/kg[4]，遠(yuǎn)高于0.15 mg/kg的全國(guó)平均水平[5-8]。但相關(guān)研究表明：在富硒土壤中的農(nóng)產(chǎn)品很多不能達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)，主要是土壤環(huán)境的變化造成了硒的有效性降低，而Cd、Al、Pb、Cu等毒害元素的活性增強(qiáng)，給農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)帶來(lái)危害[1]。

大量施用化肥、農(nóng)藥、除草劑等農(nóng)事操作及酸雨等因素對(duì)土壤造成的破壞已為科研工作者逐步認(rèn)識(shí)，各種土壤修復(fù)技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生[9]，但多種修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用往往只針對(duì)土壤表面，而忽略了對(duì)土壤深層的影響。土壤是地球表面的一層疏松物質(zhì)，由巖石風(fēng)化而成，能生長(zhǎng)植物。土壤的理化性質(zhì)包括顏色、容重、pH、電導(dǎo)率及有機(jī)質(zhì)、大量元素、中量元素和微量元素等各種養(yǎng)分，其形成受到母質(zhì)、氣候、生物、地理、時(shí)間及人為等因素的影響[10]。土壤剖面是從地面向下挖掘所裸露的一段垂直切面，耕地土壤一般分為耕作層、犁底層、心土層和底土層，不同層次具有各自的理化性質(zhì)[11-13]，土壤垂向剖面是研究成土母質(zhì)地球化學(xué)特征及其成土過(guò)程中“地球化學(xué)特征”遷移、變化的最佳手段。劉銀飛等[14]研究表明多種微量元素垂向分布受常量元素的控制，As、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn與土壤中Fe等組分具有顯著相關(guān)性；梁若玉等[15]研究表明：土壤中全硒含量在剖面上的分布呈現(xiàn)出上高下低的規(guī)律，土壤中有效硒在土壤剖面表現(xiàn)出上高下低、上低下高、上下相近等3種趨勢(shì)。為了了解恩施州土壤質(zhì)量的變化規(guī)律，對(duì)因地制宜采取修復(fù)措施提供依據(jù)，我們結(jié)合國(guó)家土壤質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心的“國(guó)家土壤質(zhì)量長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)觀測(cè)”項(xiàng)目，根據(jù)恩施州的特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展，選取了不同海拔高度的糧食基地(馬鈴薯)、蔬菜基地(甘藍(lán))、茶葉基地作為觀測(cè)點(diǎn)，按照要求對(duì)土壤進(jìn)行取樣、監(jiān)測(cè)，分析土壤剖面理化特征和養(yǎng)分分布規(guī)律，為長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)不同施肥方式對(duì)土壤質(zhì)量的變化影響研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 采樣地點(diǎn)

蔬菜土壤基地觀測(cè)點(diǎn)：恩施州利川齊岳山汪營(yíng)鎮(zhèn)林口村三組24號(hào)，108°37'E，30°16'N，海拔1 619 m，表層壤土，為多年甘藍(lán)、白菜種植基地，因根腫病嚴(yán)重，于2015—2016年采用機(jī)械深翻；糧食基地觀測(cè)點(diǎn)：恩施州利川市汪營(yíng)鎮(zhèn)白泥塘村2組，108°43'E，30°16'N，海拔1 092 m，表層沙壤土，為多年馬鈴薯、玉米種植基地；茶園觀測(cè)點(diǎn)：恩施市芭蕉侗族鄉(xiāng)燈籠壩村香樹(shù)林組，109°23'E，30°06'N，海拔645 m，表層壤土，為多年來(lái)茶葉種植基地。

1.2 剖面取樣方法

在監(jiān)測(cè)點(diǎn)2 hm2范圍內(nèi)確定3個(gè)土壤剖面點(diǎn)，每點(diǎn)相隔0.5 km以上，每個(gè)剖面深100 cm，大小以方便取樣為宜，分0 ~ 20、20 ~ 40、40 ~ 60、60 ~ 80、80 ~ 100 cm 5個(gè)層次采樣，每層采土壤約1 kg，風(fēng)干后磨細(xì)，過(guò)2 mm篩，貯存?zhèn)溆?，取其?0 g左右過(guò)0.15 mm篩，供總硒測(cè)定用。

1.3 理化指標(biāo)及養(yǎng)分測(cè)定

土壤理化性質(zhì)指標(biāo)均參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》進(jìn)行分析測(cè)定，其中土壤容重按環(huán)刀法測(cè)定，土壤 pH按水土比 2.5︰1 電位法測(cè)定，電導(dǎo)率用電導(dǎo)率儀法測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定，銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀用HM-GP02型高智能測(cè)土配方施肥儀測(cè)定。

土壤總硒按NY/T 1104-2006《土壤中全硒的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定：稱取過(guò)0.15 mm篩的土壤樣品0.1 g(精確到0.001 g)于微波消解罐中，加入HNO37 ml，HF 1 ml，消解后在電熱板上150 ℃趕酸至1 ml以下，再加5 ml HCl，加熱揮發(fā)至1 ml以下，用5% HCl定容至50 ml，用氫化物原子熒光法測(cè)定。

土壤有效硒的測(cè)定：稱取過(guò)2 mm篩的土壤樣品1.0 g(精確到0.001 g)于15 ml離心管中，加入0.1 mol/L磷酸二氫鉀溶液10 ml，在超級(jí)恒溫混勻儀上30 ℃、1 500 r/min下振蕩70 min，3 000 r/min離心15 min，取上清液5 ml于微波消解罐中，加入HNO37 ml，雙氧水 1 ml，消解后在電熱板上150 ℃趕酸至1 ml以下，再加5 ml HCl，加熱揮發(fā)至1 ml以下，用5% HCl定容至10 ml，用氫化物原子熒光法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

每個(gè)取樣點(diǎn)所有數(shù)據(jù)均采用 3 個(gè)剖面的平均值來(lái)表示，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析使用Excel 2007。

2 結(jié)果與分析

土壤剖面容重、pH、電導(dǎo)率、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀、總硒、有效硒含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 利川齊岳山蔬菜基地、汪營(yíng)馬鈴薯基地、芭蕉茶葉基地觀測(cè)點(diǎn)土壤剖面的理化性質(zhì)和養(yǎng)分分布

2.1 土層容重的剖面分布規(guī)律

土壤容重也稱“土壤假比重”，是一定容積的土壤(包括土粒及粒間的孔隙)烘干后的重量與同容積水重的比值，根據(jù)土壤容重可以計(jì)算出任何單位土壤的重量，對(duì)土壤修復(fù)措施的實(shí)施有著重要意義。齊岳山、汪營(yíng)、芭蕉3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)0 ~ 100 cm土壤的平均容重分別為1.23、1.40、1.33 g/cm3，不同土壤層次與容重的相關(guān)性分別為= 0.001 1+ 1.257，2= 0.361 5；= 0.000 9+ 1.35，2= 0.250 8；= 0.001 4+ 1.249，2= 0.203 6，呈弱正相關(guān)，即表層土容重最小，往深層容重增加，但變化不明顯。

2.2 土壤pH的剖面分布規(guī)律

土壤pH對(duì)土壤肥力和植物生長(zhǎng)具有很大影響，在酸性環(huán)境中，Al、Cd、Pb、Fe、Mn等元素活性增強(qiáng)，對(duì)植物產(chǎn)生毒害；在中性或弱堿性環(huán)境中，有利于Ca、Mg、Se等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)。齊岳山、汪營(yíng)、芭蕉3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)0 ~ 100 cm土壤的平均pH分別為6.36、5.19、4.98，不同土壤層次與pH的相關(guān)性分別為= 0.007 4+5.918，2=0.956 2；= 0.010 4+4.567，2=0.939 9；= 0.016 3+ 3.998，2=0.860 2，具有良好的相關(guān)性，即隨著土壤深度增加，pH呈上升趨勢(shì)。0 ~ 20 cm的表層土壤由于受到施肥、酸雨等因素的影響較大，酸化程度較為嚴(yán)重，越往深層，影響越小，3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)中，除齊岳山的土壤為6.0以上的弱酸性外，汪營(yíng)、芭蕉均為pH 5.55以下的強(qiáng)酸性土壤，芭蕉茶園表層土pH達(dá)到4.22。

2.3 土壤電導(dǎo)率的剖面分布規(guī)律

土壤電導(dǎo)率是反映土壤水溶性鹽的一個(gè)重要指標(biāo)，含鹽量越高，電導(dǎo)率越大。齊岳山、汪營(yíng)、芭蕉3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)0 ~ 100 cm土壤的平均電導(dǎo)率分別為28.31、29.39、29.65 μS/cm，土質(zhì)良好，沒(méi)有鹽漬化現(xiàn)象。不同土壤層次與電導(dǎo)率的相關(guān)性分別為= 0.007 6+ 27.849，2= 0.009 6；= –0.074 8+ 34.137，R= 0.132 9；= –0.074 8+ 34.137，2= 0.132 9，呈弱正相關(guān)，即隨著土層的加深，電導(dǎo)率無(wú)明顯變化。

2.4 土壤有機(jī)質(zhì)含量的剖面分布規(guī)律

土壤有機(jī)質(zhì)是指存在于土壤中的所有含碳的有機(jī)化合物，含量的多少是衡量土壤肥力高低的一個(gè)重要指標(biāo)，它和礦物質(zhì)緊密地結(jié)合在一起，在一般耕地耕層中只占土壤干重的0.5% ~ 2.5%。齊岳山、汪營(yíng)、芭蕉3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)0 ~ 100 cm土壤的平均有機(jī)質(zhì)含量分別為15.47、16.97、27.03 g/kg，不同土壤層次與有機(jī)質(zhì)含量的相關(guān)性分別為= –0.059 9+ 19.064，2= 0.919 0；= –0.131 8+ 24.87，2= 0.884 8；= –0.377 9+ 47.71，2= 0.583 7，相關(guān)性良好，即表層土壤有機(jī)質(zhì)高，越往深層有機(jī)質(zhì)含量下降。

2.5 土壤銨態(tài)氮含量的剖面分布規(guī)律

銨態(tài)氮是易于被植物吸收的速效氮肥，齊岳山、汪營(yíng)、芭蕉3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)0 ~ 100 cm土壤的平均含量分別為21.98、19.51、23.23 mg/kg，根據(jù)土壤養(yǎng)分速測(cè)通用豐缺參考指標(biāo)，處于中低水平。不同土壤層次與銨態(tài)氮肥相關(guān)性分別為= –0.081 4+ 26.871，2= 0.377 8；= –0.072 8+ 23.88，2= 0.907 4；= –0.072 8+ 23.88，2= 0.907 4。汪營(yíng)、芭蕉2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)具有良好的相關(guān)性，均以0 ~ 20 cm的表層最高，向深層呈下降趨勢(shì)；齊岳山觀測(cè)點(diǎn)因兩年前曾用機(jī)械深層翻挖土壤，將底層上翻，相關(guān)性較差，即底層銨態(tài)氮含量也較高。

2.6 土壤有效磷含量的剖面分布規(guī)律

土壤中的有效磷是指能為當(dāng)季作物吸收利用的磷，其含量是土壤磷素供應(yīng)的指標(biāo)。齊岳山、汪營(yíng)、芭蕉3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)0 ~ 100 cm土壤有效磷的平均含量分別為13.87、46.97、8.01 mg/kg，整體處于中低等水平，但表層分別為37.32、185.56、31.84 mg/kg，齊岳山、芭蕉觀測(cè)點(diǎn)為中等水平，汪營(yíng)觀測(cè)點(diǎn)為極高等水平。不同層次與有效磷的相關(guān)性分別為= –0.336 8+ 34.078，2= 0.641 8；= –1.934 3+ 163.03，2= 0.612 1；= –0.306 8+ 26.422，2= 0.529 7，相關(guān)性較好，即表層以下含量迅速下降。

2.7 土壤速效鉀含量的剖面分布規(guī)律

速效鉀包括水溶性鉀和交換性鉀，能直接被植物根吸收，土壤速效鉀以土壤膠體所吸附的交換性鉀為主，其總量占到速效鉀的90% ~ 95% 以上，因此，也有直接以交換性鉀的測(cè)定結(jié)果作為速效鉀。土壤鉀元素主要取決于土壤鉀背景值和外源鉀。齊岳山、汪營(yíng)、芭蕉3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)0 ~ 100 cm土壤的平均含量分別為34.40、15.55、0.77 mg/kg，整體處于極低等水平，表層分別為131.03、50.97、2.8 mg/kg，分別為中、低和極低水平。不同土壤層次與速效鉀的相關(guān)性分別為= –1.377 2+ 117.03，2= 0.633 1；= –0.629 7+ 53.336，2= 0.804 2；= –0.033 4+ 2.775，2= 0.742 8，有較好的相關(guān)性，即表層以下隨著深度增加迅速下降。

2.8 土壤總硒含量的剖面分布規(guī)律

總硒反映了土壤中硒的貯量，包括水溶態(tài)、可交換態(tài)、結(jié)合態(tài)、元素態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)等，與植物含硒量有一定的相關(guān)性。齊岳山、汪營(yíng)、芭蕉3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)0 ~ 100 cm土壤總硒的平均含量分別為0.47、0.56、0.80mg/kg，均達(dá)到富硒土壤的標(biāo)準(zhǔn)。隨著土層加深，總硒含量呈下降的趨勢(shì)，不同層次與總硒的相關(guān)性分別為= –0.002 8+ 0.632，2= 0.704 4；= –0.003 4+ 0.764，2= 0.834 7；= –0.008 5+ 1.309，2= 0.700 2。

2.9 土壤有效硒的剖面分布規(guī)律

土壤有效硒是植物可以直接吸收利用的硒，主要包括硒酸鹽、亞硒酸鹽和有機(jī)硒小分子，為水溶態(tài)和可交換態(tài)，與植物含硒量具有良好的相關(guān)性。齊岳山、汪營(yíng)、芭蕉3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)0 ~ 100 cm土壤的平均含量分別為0.08、0.12、0.13 mg/kg，占總硒含量的19.35%、21.72%、16.78%。有效硒含量隨土壤深度變化不大，相關(guān)性分別為= 9×10–5+ 0.075 7，2= 0.112 5；= 5×10–5+ 0.117，2= 0.010 0；= –0.001 3+ 0.207，2= 0.463 6。

3 結(jié)論

本研究探索了恩施州利川市齊岳山蔬菜基地、汪營(yíng)馬鈴薯基地、恩施市芭蕉茶葉基地3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)土壤容重、電導(dǎo)率、pH等理化特征與有機(jī)質(zhì)、速效氮、有效磷、速效鉀、總硒、有效硒含量等養(yǎng)分在剖面中的分布變化規(guī)律。在表層到底層的0 ~ 100 cm以內(nèi)，容重在1.19 ~ 1.43 g/cm3之間，電導(dǎo)率在23.57 ~ 38.53 μS/cm之間，分布比較均勻一致，受人為活動(dòng)影響小，土層深度與數(shù)值變化呈弱正相關(guān)；pH表層最低，隨著深度增加而升高，恩施州土壤酸化嚴(yán)重，不僅表現(xiàn)在耕作層，也表現(xiàn)在耕層以下的土體中。有機(jī)質(zhì)、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀、總硒表層最高，隨著土層深度增加而迅速下降，土層深度與含量呈良好的相關(guān)性，說(shuō)明表層受施肥、耕作等人為因素影響很大?？偽?.30 ~ 1.20 mg/kg之間，有效硒在0.08 ~ 0.23 mg/kg之間，占總硒的14.15% ~ 31.15%，剖面有效硒的含量隨深度變化較小。

本文僅從恩施州不同栽培作物的3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)對(duì)土壤的部分理化特征和主要養(yǎng)分元素在剖面中的分布變化規(guī)律進(jìn)行了探索，初步了解了觀測(cè)點(diǎn)土壤的理化特征和養(yǎng)分分布變化規(guī)律，為恩施州耕地土壤質(zhì)量監(jiān)控和改良技術(shù)研究提供參考。今后還需要進(jìn)一步研究土壤中大量元素、中量元素和微量元素總量及有效成分含量在土壤剖面中的分布和變化規(guī)律，以期對(duì)合理改良土壤、測(cè)土配方施肥、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)起到積極的指導(dǎo)作用。

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Physicochemical Characteristics and Nutrient Profile Distribution of Cultivated Lands in Enshi Prefecture

LI Weidong, CHEN Yongbo*, HUANG Guangyu, ZHANG Chaoyang, HU Baishun, QIN Bang, LIU Shuqin, CHEN E, XIONG Qian

(Research Institute of Enshi Selenium Application Technology and Product Development, Enshi, Hubei 445000, China)

The physicochemical characteristics and nutrient profile distribution of vegetable soil in Qiyue mountain, grain soil in Wangying of Lichuan City and tea soil in Bajiao of Enshi City were studied. For the three observed points, soil bulk density was between 1.23–1.43 g/cm3, texture was loam or sandy loam, conductivity was 23.57–38.83 μS/cm with no salinization, pH was 4.22–6.61 with slightly or strongly acidity, organic matter was 12.97–52.88 g/kg, ammonium nitrogen was 16.09–31.72 mg/kg, available phosphorus was 1.59–185.56 mg/kg, available potassium was 0–131.03 mg/kg, total selenium was 0.30–1.32 mg/kg and available selenium was 0.02–0.23 mg/kg with Se-enrichment. The available nutrients were decreased with the increase of soil depth with the correlation coefficient2of 0.132 9–0.939 9, great difference existed in different nutrients but with the similar profile distribution. The purpose of this study is to monitor the effects of different fertilization methods on soil quality changes in vegetable, grain and tea bases, and to lay a foundation for soil restoration and improvement of agricultural product quality.

Enshi prefecture; Soil profile; Physicochemical properties; Total selenium; Available selenium; Distribution

州級(jí)人才專項(xiàng)(恩施州財(cái)農(nóng)發(fā)[2017]425號(hào))資助。

(545529518@qq.com)

李衛(wèi)東(1961—)，男，湖北恩施人，正高職高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事硒資源開(kāi)發(fā)利用研究。E-mail: 360842122@qq.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.06.011

S153

A