李歡 黃勇 閆廣新 鄭祺愷 黃丹 李迪 王宇辰

摘 要：土壤微量元素有效態(tài)含量不僅影響作物產(chǎn)量，還能夠影響作物品質(zhì)。選取昌平、平谷、房山和通州4處種植區(qū)，采集作物根系土樣品80份，探討土壤中有效銅、有效鋅、有效鐵、有效硫、有效錳、有效鉬和有效硼等7種有效態(tài)的含量特征和豐缺狀況，并對(duì)其影響因素進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：土壤中有效銅、有效鋅含量豐富，有效鐵、有效硫含量較豐富，有效錳含量中等，有效鉬、有效硼含量較缺乏。土壤微量元素有效態(tài)含量的高低受元素全量、pH值、有機(jī)質(zhì)含量等多種因素的共同影響，銅、鋅、硫、鉬元素的全量與有效態(tài)之間呈正相關(guān)性;pH值與有效硼之間呈正相關(guān)性，與其他元素有效態(tài)之間呈負(fù)相關(guān)性;有機(jī)質(zhì)與有效鋅、有效硫、有效錳以及有效硼之間存在較為顯著的正相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：微量元素有效態(tài);農(nóng)用地;分級(jí)評(píng)價(jià);影響因素

Content characteristics and influencing factors of available trace elements in agricultural soil in Beijing

LI Huan， HUANG Yong， YAN Guangxin， ZHENG Qikai， HUANG Dan， LI Di， WANG Yuchen

（Beijing Institute of Ecological Geology，Beijing 100120， China）

Abstract： The available content of soil trace elements can not only affect crop yield， but also crop quality. Four planting areas， Changping， Pinggu， Fangshan and Tongzhou， are selected to collect 80 samples of crop root soil. The content characteristics is discussed including abundance and deficiency of seven available forms in soil， such as available Cu， available Zn， available Fe， available S， available Mn， available Mo and available B， and their influencing factors are analyzed. The results show： the soil in the study area is rich in available Cu and available Zn， fairly rich in available Fe and available S， medium in available Mn， and lacking in available Mo and available B. The available content of soil trace elements is affected by many factors， such as total element content， pH value， organic matter content and so on. There is a positive correlation between the contents of Cu， Zn， S and Mo and the available state. There is a positive correlation between pH and available B， and a negative correlation with the effective state of other elements. There is a significant positive correlation between organic matters and available Zn， available S， available Mn and available B.

Keywords： effective state of trace elements; agricultural land; graded evaluation; influencing factor

土壤中微量元素主要來(lái)自巖石和礦物，但大氣沉降物、農(nóng)業(yè)施肥也在一定程度上影響著微量元素的分布特征（黃昌勇，2000）。硼、鉬、銅、鋅、錳和鐵等是作物生長(zhǎng)不可缺少的微量元素，這類(lèi)元素的豐缺狀況直接影響到作物的生長(zhǎng)發(fā)育（黃增奎等，1995;楊紹聰?shù)龋?001）。作物在生長(zhǎng)過(guò)程中缺乏微量元素，會(huì)出現(xiàn)不同的生理缺素癥，如玉米缺鋅出現(xiàn)花葉條紋病、桑樹(shù)缺鐵出現(xiàn)黃化病、蘿卜缺硼出現(xiàn)褐色心腐?。▌⒈蟮?，2008），煙株缺少微量元素直接影響煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)及香味成分的含量（張文婧等，2012），荔枝缺少微量元素會(huì)出現(xiàn)低產(chǎn)、不穩(wěn)產(chǎn)的情況（沈慶慶等，2013）。由于微量元素全量?jī)H是貯存指標(biāo)，并不能代表其有效性，因此，關(guān)于微量元素有效態(tài)的研究工作越來(lái)越受到重視。

從自然源分析，土壤類(lèi)型、酸堿度、有機(jī)質(zhì)、土壤質(zhì)地和海拔等因素均會(huì)影響土壤中微量元素有效態(tài)的分布特征（吳彩霞等，2008;蘇春田等，2015;鄧邦良等，2016;李珊等，2017;Kumar et al.，2020）;從人為源分析，農(nóng)業(yè)施肥與灌溉、礦山開(kāi)發(fā)、土地整理與開(kāi)墾等人類(lèi)活動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致微量元素含量的變化（謝岳等，2018;Paloma et al.，2021;趙云峰等，2020;馬學(xué)利，2021）。因此，需從不同角度探索影響農(nóng)用地土壤微量元素有效態(tài)含量狀況與分布特征的因素。

北京市的農(nóng)用地主要有果園、耕地、林地等，其中北京北部山前的丘陵地帶是蘋(píng)果、大桃、板栗等特色果業(yè)的集中種植區(qū)，南部的平原區(qū)則是小麥、玉米、蔬菜等大宗作物的集中種植區(qū)。通過(guò)選取以蘋(píng)果為特色的昌平種植區(qū)、以大桃為特色的平谷種植區(qū)、以小麥為特色的房山種植區(qū)和通州種植區(qū)為研究區(qū)，在掌握土壤微量元素有效態(tài)含量狀況與豐缺特征的基礎(chǔ)上，從多個(gè)角度對(duì)影響有效態(tài)含量的因素進(jìn)行了分析，旨在為科學(xué)精準(zhǔn)使用微肥、提升作物產(chǎn)量和品質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 研究區(qū)概況

北京市的地勢(shì)西北高東南低，基本構(gòu)成西、北、東三面環(huán)山，東南低緩呈一平川的地形概貌。北京市河系屬海河流域，河網(wǎng)發(fā)育，區(qū)內(nèi)從東到西分布有薊運(yùn)河、潮白河、北運(yùn)河、永定河和大清河五大水系。屬暖溫帶、半干旱、落葉闊葉林與森林草原—褐色土地帶，垂直地帶性土壤為山地草甸土—棕壤—褐土—潮土（郭莉等，2012;2017）。溫帶大陸性季風(fēng)氣候，2018年全區(qū)年平均降雨量546.5 mm，年平均氣溫13.6℃，年平均風(fēng)速2.0 m·s-1。種植結(jié)構(gòu)主要為冬小麥、玉米、蔬菜等，另有蘋(píng)果、大桃、葡萄、西瓜等特色農(nóng)業(yè)。

為了使研究工作更具有代表性，能夠反映出研究區(qū)內(nèi)不同種植結(jié)構(gòu)下的土壤有效態(tài)的分布特征（賈三滿(mǎn)等，2021），在西北部的昌平（流村鎮(zhèn)—南口鎮(zhèn)一帶）、東北部的平谷（峪口鎮(zhèn)—?jiǎng)⒓业赕?zhèn)一帶）、西南部的房山（琉璃河鎮(zhèn)—石樓鎮(zhèn)一帶）、東南部的通州（牛堡屯—漷縣一帶），各選定1處種植區(qū)開(kāi)展研究（圖1）。其中昌平種植區(qū)（簡(jiǎn)稱(chēng)“CP”）面積46 km2，海拔70～200 m，土壤類(lèi)型以洪積沖積物褐土性土為主，種植結(jié)構(gòu)以蘋(píng)果為主;平谷種植區(qū)（簡(jiǎn)稱(chēng)“PG”）面積100 km2，海拔40～150 m，土壤類(lèi)型以洪積沖積物褐土、褐土性粗骨土、酸性巖類(lèi)淋溶性褐土、潮褐土為主，種植結(jié)構(gòu)以大桃為主;房山種植區(qū)（簡(jiǎn)稱(chēng)“FS”）面積72 km2，海拔20～50 m，土壤類(lèi)型以復(fù)石灰性褐土、壤質(zhì)潮土、濕潮土型水稻土為主，種植結(jié)構(gòu)以小麥和玉米為主;通州種植區(qū)（簡(jiǎn)稱(chēng)“TZ”）面積57 km2，海拔10～30 m，土壤類(lèi)型以壤質(zhì)潮土、黏質(zhì)潮土為主，種植結(jié)構(gòu)以小麥和玉米為主。

1.2? 樣品采集與分析測(cè)試

在作物成熟季節(jié)采集根系土樣品，共計(jì)80份。其中昌平種植區(qū)采樣點(diǎn)布設(shè)在蘋(píng)果園，采集樣品20份;平谷種植區(qū)采樣點(diǎn)布設(shè)在桃園，采集樣品30份;房山和通州種植區(qū)采樣點(diǎn)布設(shè)在小麥地，分別采集樣品16份和14份。采樣深度為0～20 cm，每件土壤樣品為5個(gè)子樣的混合樣，混合后樣品質(zhì)量大于1000 g。

樣品加工包括樣品干燥、過(guò)篩與拌勻、稱(chēng)重與裝袋、送樣分析、裝箱入庫(kù)等環(huán)節(jié)。將土壤樣品進(jìn)行自然風(fēng)干，風(fēng)干過(guò)程中要適時(shí)翻動(dòng)，用木棒將大土塊敲碎以防止黏連結(jié)塊。將風(fēng)干后的樣品平鋪在制樣板上，用木棍碾壓，剔除植物殘?bào)w、石塊等。利用2 mm的孔徑篩對(duì)樣品進(jìn)行過(guò)篩，剔除未通過(guò)的大顆粒碎石;對(duì)于土質(zhì)結(jié)核進(jìn)行揉搓，直至通過(guò)篩子。采用對(duì)角線折疊法對(duì)過(guò)篩后的樣品進(jìn)行拌勻，確保每件加工后的樣品質(zhì)量大于500 g。一部分樣品送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)試，另一部分裝入樣品瓶進(jìn)行入庫(kù)保存。整個(gè)加工環(huán)節(jié)避免與金屬器皿接觸，如采樣、制樣使用不銹鋼、木、竹或塑料工具，過(guò)篩使用尼龍篩，儲(chǔ)存樣品使用塑料瓶或玻璃瓶。

樣品分析測(cè)試由中國(guó)冶金地質(zhì)總局第一地質(zhì)勘查院完成，測(cè)試樣品為粒度2 mm及以下的風(fēng)干土，參考DD 2005-03《生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)樣品分析技術(shù)要求》、DZ/T 0258-2014《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1∶250 000）》、DZ/T 0295-2016《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，具體檢出限、分析方法及標(biāo)準(zhǔn)號(hào)見(jiàn)表1。質(zhì)控過(guò)程中使用的一級(jí)標(biāo)樣為GBW07459，GBW07460，GBW07413a，GBW07414a，分析測(cè)試質(zhì)量均符合相關(guān)規(guī)范要求。

1.3? 數(shù)據(jù)處理與圖件編制

算術(shù)平均值、中位值、標(biāo)準(zhǔn)離差、變異系數(shù)、最小值和最大值等基本參數(shù)統(tǒng)計(jì)及箱線圖繪制在Excel中完成，相關(guān)性分析在SPSS 19.0軟件中完成，在MapGIS 6.7軟件平臺(tái)上進(jìn)行相關(guān)圖件編制。

2? 結(jié)果與討論

2.1? 土壤微量元素有效態(tài)的含量狀況

研究區(qū)土壤微量元素有效態(tài)的含量特征見(jiàn)表2。不同微量元素的有效態(tài)含量之間存在一定差異，有效銅含量為0.497～120 mg·kg-1，平均為8.26 mg·kg-1;有效鋅含量為0.020～31.6 mg·kg-1，平均為6.27 mg·kg-1;有效鐵含量為1.75～140 mg·kg-1，平均為19.3 mg·kg-1;有效硫含量為6.72～697 mg·kg-1，平均為35.0 mg·kg-1;有效錳含量為0.684～69.1 mg·kg-1，平均為13.8mg·kg-1;有效鉬含量為0.023～0.318 mg·kg-1，平均為0.144 mg·kg-1;有效硼含量為0.074～1.45 mg·kg-1，平均為0.483 mg·kg-1。

根據(jù)變異系數(shù)判定土壤微量元素有效態(tài)的空間分布特征，有效銅、有效鐵、有效硫的變異系數(shù)超過(guò)100%，說(shuō)明這些指標(biāo)在空間上的分布很不均勻;有效鉬的變異系數(shù)僅為37.9%，空間分布較均勻。

2.2? 土壤微量元素有效態(tài)的分級(jí)評(píng)價(jià)

根據(jù)DZ/T 0295-2016《土地質(zhì)量生態(tài)地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》對(duì)研究區(qū)土壤微量元素有效態(tài)含量狀況進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)，分為豐富、較豐富、中等、較缺乏、缺乏5個(gè)等級(jí)（表3）。

由評(píng)價(jià)結(jié)果（圖2）可知，根據(jù)含量高低可將土壤有效態(tài)大致劃分為4類(lèi)，第一類(lèi)是有效銅、有效鋅，土壤中有效態(tài)含量高，達(dá)到豐富等級(jí)以上的樣品數(shù)分別占81.3%、57.5%;第二類(lèi)是有效鐵、有效硫，土壤中有效態(tài)含量較高，達(dá)到較豐富等級(jí)以上的樣品占60%以上;第三類(lèi)是有效錳，土壤中有效態(tài)含量中等，各等級(jí)樣品占比較均勻;第四類(lèi)是有效鉬、有效硼，土壤中有效態(tài)含量較低，近60%的樣品數(shù)在較缺乏等級(jí)以下。

2.3? 土壤微量元素有效態(tài)之間的相關(guān)性分析

根據(jù)土壤有效態(tài)之間的Pearson相關(guān)性分析（表4）可以看出，多數(shù)元素有效態(tài)之間存在顯著相關(guān)性，僅有效銅與有效鐵、有效銅與有效硫、有效鋅與有效錳、有效硫與有效硼、有效錳與有效鉬、有效鉬與有效硼之間不存在相關(guān)性。有效銅與有效鋅、有效鐵與有效錳、有效硫與有效錳之間的相關(guān)性較強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了0.703（P<0.01）、0.628（P<0.01）、0.612（P<0.01）。需特別指出的是，有效硼與其他元素有效態(tài)之間呈負(fù)相關(guān)。

2.4? 不同種植區(qū)土壤微量元素有效態(tài)含量的對(duì)比分析

箱線圖能夠反映出不同含量區(qū)間的數(shù)值變化情況，直觀對(duì)比不同種植區(qū)土壤微量元素有效態(tài)的含量差別;其中上、下短橫線分別表示9/10和1/10分位數(shù)，箱體上限和下限分別表示3/4和1/4分位數(shù)，箱體內(nèi)部短線表示中位數(shù)。

由圖3可知，不同種植區(qū)土壤微量元素有效態(tài)的含量差異較大。昌平種植區(qū)位于北運(yùn)河流域，平谷種植區(qū)位于薊運(yùn)河流域，二者均位于北京北部山前的丘陵地帶，有效態(tài)含量特征既存在相似性，也存在一定差別;有效銅、有效硼含量相近，平谷種植區(qū)有效鋅、有效鐵、有效硫、有效錳、有效鉬的含量普遍高于昌平種植區(qū)，特別是有效錳的含量差異最為顯著。

房山種植區(qū)位于大清河流域，通州種植區(qū)位于北運(yùn)河流域，二者均位于第四系沖洪積形成的平原區(qū)，土壤特征明顯有別于昌平種植區(qū)和平谷種植區(qū)，因此，有效態(tài)含量特征的差異也較大;有效銅、有效鋅含量偏低，有效鐵、有效硼含量偏高。

2.5? 土壤微量元素有效態(tài)的影響因素分析

2.5.1? 土壤元素全量

土壤元素全量受成土母質(zhì)來(lái)源的影響較大，4個(gè)種植區(qū)的土壤監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，位于北京北部山前丘陵地帶的昌平種植區(qū)和平谷種植區(qū)土壤銅、鋅、鉬等金屬元素的全量高于平原區(qū)的房山種植區(qū)和通州種植區(qū)。

從土壤中微量元素有效態(tài)含量與全量的Pearson相關(guān)性分析（表5）可以看出，有效鐵、有效錳、有效硼與全量之間不存在顯著相關(guān)性，說(shuō)明這類(lèi)元素全量的高低并不能直接影響有效態(tài)的含量分布;而有效銅、有效鋅、有效硫、有效鉬與全量之間存在顯著正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.420～0.763（P<0.01），表明隨著土壤元素全量的升高，其有效態(tài)含量也相應(yīng)升高，全量是決定其有效態(tài)含量分布的重要因素。特別是有效銅，其與全量的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.763（P<0.01）。

2.5.2? 土壤pH值

pH是反映土壤理化性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，由圖3可知，昌平種植區(qū)和平谷種植區(qū)土壤pH值低于房山種植區(qū)和通州種植區(qū)

根據(jù)Pearson相關(guān)性分析結(jié)果（表6）可以看出，微量元素有效態(tài)含量與pH值之間普遍存在顯著相關(guān)性。其中有效硼與pH值之間呈正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.413（P<0.01），說(shuō)明pH值越大（堿性越強(qiáng)），土壤中有效硼含量越高;而其他元素有效態(tài)與pH值之間呈負(fù)相關(guān)性，相關(guān)性由強(qiáng)到弱分別為有效硫、有效鉬、有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅，說(shuō)明pH值越?。ㄋ嵝栽綇?qiáng)），有效態(tài)含量越高。土壤pH變化的本質(zhì)是土壤溶液中H+濃度發(fā)生變化，從而改變微量元素的化學(xué)形態(tài);土壤溶液中H+濃度升高，在H+的酸化作用下促進(jìn)無(wú)效態(tài)向有效態(tài)的轉(zhuǎn)化（鄧邦良等，2016;李旭暉等，2019）。

2.5.3? 土壤有機(jī)質(zhì)

通過(guò)對(duì)微量元素有效態(tài)與有機(jī)質(zhì)之間進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析（表7），有效鋅、有效硫、有效錳、有效硼與有機(jī)質(zhì)之間存在顯著正相關(guān)性，相關(guān)性系數(shù)為0.209（P<0.05）、0.398（P<0.01）、0.204（P<0.05）、0.206（P<0.05）;其他微量元素有效態(tài)與有機(jī)質(zhì)之間不存在相關(guān)性。多數(shù)研究結(jié)果也表明（張小桐等，2016;張浩等，2017），土壤有機(jī)質(zhì)是影響微量元素有效態(tài)含量分布的重要因素之一，有機(jī)質(zhì)含量升高對(duì)微量元素活性具有明顯的促進(jìn)作用。一般情況下，隨土壤中有機(jī)質(zhì)含量的升高，微量元素有效態(tài)含量也會(huì)相應(yīng)升高。

3? 結(jié)論

1）土壤微量元素有效態(tài)的分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，北京市農(nóng)用地土壤中有效銅、有效鋅含量豐富，有效鐵、有效硫含量較豐富，有效錳含量中等，有效鉬、有效硼含量較缺乏。

2）銅、鋅、硫、鉬元素的全量與有效態(tài)之間呈正相關(guān)性;pH值與有效硼之間呈正相關(guān)性，與其他元素有效態(tài)之間呈負(fù)相關(guān)性。位于北京北部山前丘陵地帶的昌平種植區(qū)和平谷種植區(qū)土壤銅、鋅、鉬等金屬元素的全量高于平原區(qū)的房山種植區(qū)和通州種植區(qū)，且土壤酸性強(qiáng)于房山種植區(qū)和通州種植區(qū)，因此，這在一定程度上造成了有效銅、有效鋅、有效鉬的含量高于房山種植區(qū)和通州種植區(qū)。

3）有機(jī)質(zhì)與有效鋅、有效硫、有效錳、有效硼之間存在較為顯著的正相關(guān)性。因此，可以通過(guò)施用有機(jī)肥提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量，進(jìn)而提升有效鋅、有效硫、有效錳、有效硼的含量。

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