池紅杏

(西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127)

洛川不同土地利用方式下土壤微量元素分布研究

池紅杏

(西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127)

以洛川蘋果園與農(nóng)田土壤為研究對(duì)象，分析不同土地利用方式下土壤表層和土壤剖面微量元素含量變化特征。結(jié)果表明:不同的土地利用方式對(duì)土壤微量元素含量變化的影響差異顯著。蘋果園表層土壤中Mn、Zn、Cu、As四種微量元素的含量均高于農(nóng)田，微量元素的分異類型在蘋果園和農(nóng)田土壤中體現(xiàn)出明顯的差異性;在蘋果園與農(nóng)田土壤剖面中，各微量元素的分布規(guī)律因元素種類而異。

微量元素;蘋果園;農(nóng)田;洛川

微量元素是土壤的重要組成成分，是表征土壤環(huán)境質(zhì)量的重要因子［1］，近年來(lái)微量元素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用已得到廣泛關(guān)注，其在促進(jìn)作物生長(zhǎng)代謝、提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)等方面具有十分重要的作用［2］。土壤微量元素的組成及空間變化特征直接反映了土壤發(fā)育、成土及其演化過(guò)程［3］，土壤微量元素的空間變異規(guī)律是土壤成土母質(zhì)和人為過(guò)程長(zhǎng)期共同作用的結(jié)果［4］。洛川是全國(guó)重要的蘋果基地，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重點(diǎn)縣，蘋果園與農(nóng)田是本地區(qū)兩種較為普遍的土地利用方式，探討這兩種土地利用方式下土壤微量元素含量的變化，對(duì)比研究其對(duì)土壤微量元素的影響，對(duì)該區(qū)果樹合理施肥，提高產(chǎn)量和品質(zhì)以及維持土壤微量元素肥力平衡和充分發(fā)揮微量元素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

洛川位于延安以南，是黃土高原面積最大、土層最厚的塬區(qū)［5］。平均海拔 1 072 m，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫 9℃ ～10℃，年降水量 623.2 mm，無(wú)霜期167d，年積溫 3 729℃，日照率 56%，輻射總量 5.17×105J/cm2。平坦的塬面和較佳的水熱組合使該地區(qū)成為陜西重要的旱作農(nóng)業(yè)和果業(yè)基地。

1.2 樣品采集與分析

選擇典型的蘋果林地土壤和典型的耕作土壤為研究對(duì)象，兩剖面點(diǎn)相距約1 000 m，具有相同的自然環(huán)境(地形、氣候、母質(zhì))。選定取樣點(diǎn)后，挖掘120cm ×100cm ×120cm樣坑，去掉表層松散層土壤，每5cm自上而下連續(xù)采土樣，在每個(gè)剖面取20個(gè)土樣，共40個(gè)。

土壤元素含量用荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的X－Ray熒光光譜儀(PW2403)測(cè)定，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加入標(biāo)準(zhǔn)樣品(GSS－1)并對(duì)部分樣品進(jìn)行重復(fù)測(cè)定，分析結(jié)果在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)。該實(shí)驗(yàn)在陜西師范大學(xué)環(huán)境演變實(shí)驗(yàn)室完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 表層土壤微量元素含量變化特征

表1 表層土壤微量元素含量變化 mg/kg

果樹體內(nèi)微量元素的主要供給源是土壤，而土壤微量元素主要來(lái)自成土母質(zhì)，其含量主要由成土母質(zhì)和成土過(guò)程所決定［7］。由表1可以看出，蘋果園表層土壤中的微量元素含量與全國(guó)平均值相比，有一定差異。其中Mn元素含量為637.7～653.7 mg/kg，含量略高于全國(guó)平均值且 K 值為1.075，接近標(biāo)準(zhǔn)值。Zn元素在土層分布中并不均勻，在0～5 cm土層含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)全國(guó)平均值，K值為2.125，表明該研究區(qū)表層土壤Zn元素相對(duì)富集。Cu元素在0～5 cm深度相對(duì)富集，隨深度增加含量遞減，但各層含量均高于全國(guó)平均值，K值為1.3左右，即含量接近標(biāo)值類。As元素分布均勻，含量略高于全國(guó)均值。植物吸收的微量元素，主要與土壤中微量元素含量有關(guān)，因而農(nóng)田對(duì)土壤中微量元素的含量也有很大影響。由表1可知，Mn元素含量為610～615.7 mg/kg，略高于全國(guó)平均值。Zn元素含量為 58.9～60.6 mg/kg，由上至下呈少量遞增趨勢(shì)，含量略低于全國(guó)平均值。Cu元素含量為22.7～23.4 mg/kg，隨土層深度增加而遞增，含量略低于全國(guó)平均值，K值為0.955。As元素分布均勻，含量略高于全國(guó)均值。

標(biāo)準(zhǔn)差用來(lái)描述一組數(shù)據(jù)偏離平均值的程度，反映了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定與波動(dòng)、集中與分散的狀況。由表1可知，蘋果園表層土壤中Mn、Zn、Cu三種微量元素標(biāo)準(zhǔn)差均大于農(nóng)田土壤，而As元素標(biāo)準(zhǔn)差則是農(nóng)田大于蘋果園。表明在表層土壤，蘋果園中 Mn、Zn、Cu三種微量元素含量變化波動(dòng)較大，分布不均勻，而農(nóng)田土壤中這三種微量元素含量變化波動(dòng)較小，分布相對(duì)于蘋果園較均勻;而As元素含量分布則正好相反。說(shuō)明不同的土地利用方式對(duì)土壤中微量元素的含量影響各不相同，各微量元素在研究區(qū)土壤中的分布因元素種類而異。變異系數(shù)Cv反映了隨機(jī)變量的離散程度。一般認(rèn)為Cv≤0.2 為弱分異型;0.2 ＜Cv≤0.5 為中等分異型;Cv＞0.5為強(qiáng)分異型［8－9］。由表1可知，研究區(qū)蘋果園土壤中微量元素大致可以分為3種類型。強(qiáng)分異型元素為Zn，元素含量變化波動(dòng)較大，由62.3～381.8 mg/kg不等。中等分異型元素為Cu，元素含量變化波動(dòng)也較大，相對(duì)小于Zn元素。弱分異型元素為Mn、As元素，含量在平均值附近波動(dòng)，變幅較小。研究區(qū)農(nóng)田土壤中微量元素的變異情況只有一種類型，即Mn，Zn，Cu、As四種元素都屬于弱分異型，元素含量在平均值附近波動(dòng)，數(shù)值間變化極小。

對(duì)比分析蘋果園與農(nóng)田的微量元素含量可以看出，蘋果園土壤中Mn，Zn，Cu、As四種元素含量都大于農(nóng)田土壤中的含量，且都高于全國(guó)平均值。兩種土地利用方式下4種微量元素的豐度從大到小的順序與全國(guó)土壤平均值中其豐度的順序相一致。

2.2 土壤剖面微量元素含量分布

將從蘋果園與農(nóng)田土壤中采集的剖面土樣分組處理，將0～20 cm土樣分為一組，20～40 cm分為一組，40～60 cm分為一組，60～80 cm分為一組，80～110 cm分為一組，共分為五組，取各組平均值，分別做出剖面含量變化圖，見圖1、圖2。并計(jì)算出蘋果園與農(nóng)田剖面各微量元素的標(biāo)準(zhǔn)差(表2)。

圖1 蘋果園土壤微量元素剖面含量

微量元素含量在剖面中的分布可用來(lái)判斷微量元素在土壤中遷移積聚的行為［10］。土壤中元素含量隨著土層深度的不同而不同，這不僅受成土母質(zhì)、成土環(huán)境和成土作用強(qiáng)度的影響，還受到人為因素的影響［11］。由圖1可知，研究區(qū)蘋果園土壤剖面不同深度土層中各微量元素含量具有較明顯的分布規(guī)律。其中，Zn和 Cu兩種元素的含量變化規(guī)律基本一致，其元素含量都是隨著土壤深度加深元素含量遞減，即這兩種元素都在表層土壤達(dá)到含量的最大值。而As元素的含量變化則相反，即隨著土層深度的增加含量增加，在底土層含量達(dá)到最大值。Mn元素的含量隨著土壤深度的增加而增加，在20～40 cm土層達(dá)到含量的最大值，從40 cm土層開始含量遞減。

圖2 農(nóng)田土壤微量元素剖面含量

由圖2可知，雖然農(nóng)田土壤中 Mn，Zn，Cu，As四種元素的含量各不相同，但是他們?cè)谕寥榔拭嬷械姆植家?guī)律有一定的相似性，即四種元素含量都隨土層深度的增加而遞增，至40～60 cm土層達(dá)到最大值，然后隨土層深度的增加含量遞減，但是最深土層含量均高于表層土壤含量，其中Mn和Zn的變化猶為明顯，Cu和 As的變化趨勢(shì)相對(duì)較弱。可知40～60 cm 土層為 Mn，Zn，Cu，As四種元素的富集層。

表2 蘋果園與農(nóng)田微量元素剖面標(biāo)準(zhǔn)差

由表2可知，Mn、Zn、Cu三種微量元素的標(biāo)準(zhǔn)差都是農(nóng)田＞蘋果園，即農(nóng)田中這三種土壤微量元素的變化波動(dòng)較大，As元素標(biāo)準(zhǔn)差則是蘋果園 ＞農(nóng)田，即蘋果園中As元素含量變化波動(dòng)較大。

由于陜西洛川地處我國(guó)黃土高原東部塬區(qū)，其發(fā)育的土壤微量元素含量沒(méi)有較大的差別，且降水量與溫度、地形等成土環(huán)境相同，故造成蘋果園與農(nóng)田土壤微量元素含量差異的原因可能是人為因素的影響。水體－土壤－植物構(gòu)成相互聯(lián)系和相互影響的生態(tài)系統(tǒng)，不同元素在土壤剖面中的含量及分布差異明顯，主要是受不同作物和耕作方式的影響［12］。耕作方式的不同導(dǎo)致微量元素遷移的深度不同。耕地被年復(fù)一年的翻耕，而蘋果園的管理則相對(duì)比較簡(jiǎn)單，僅在樹下非定期的局部施肥，不必頻繁的翻動(dòng)［13］。耕地表層受到人為耕作的擾動(dòng)，使得耕地表層中的土壤微量元素向下遷移，而由于蘋果林地表層大量的枯枝落葉使得土壤中腐殖質(zhì)含量較高，因此導(dǎo)致農(nóng)田耕地表層土壤微量元素含量較蘋果林地含量低。

3 結(jié)論

(1)蘋果園表層土壤中 Mn、Zn、Cu、As四種微量元素含量均高于農(nóng)田土壤微量元素含量，其中，蘋果園表層土壤微量元素分異類型為三種:強(qiáng)分異型元素為Zn，中分異型元素為Cu，弱分異型元素為 Mn和 As;農(nóng)田表層土壤中四種微量元素都屬于弱分異型。

(2)在蘋果園土壤剖面中，Zn和 Cu兩種元素含量都隨著土層深度的增加而遞減，而As元素含量則隨著土層深度的增加而遞增，Mn元素主要聚積在20－40cm土層;在農(nóng)田土壤剖面中，隨著土層深度的增加，四種微量元素含量都是先增加后遞減，遷移聚積在40～60cm土層。

(3)不同的土地利用方式對(duì)土壤微量元素分布影響差異顯著，在表層土壤中，Mn、Zn、Cu三種微量元素的分布波動(dòng)性是蘋果園大于農(nóng)田，而在土壤剖面中，這三種微量元素的分布波動(dòng)性是農(nóng)田大于蘋果園，As元素的分布變化完全相反。

［1］馬媛，師慶東，楊建軍，等.干旱區(qū)典型流域土壤微量元素的空間變異特征研究［J］.干旱區(qū)地理，2006，29(5):682－687.

［2］廖桂堂，李廷軒，王永東，等.不同尺度下低山茶園土壤主要微量元素的空間變異性［J］.土 壤，2008，40(2):257－263.

［3］趙志忠，畢華，楊元根，等.海南島西部地區(qū)磚紅壤中微量元素含量及其分布特征［J］.地球與環(huán)境，2005，33(2):69－73.

［4］李亮亮，依艷麗，凌國(guó)鑫，等.地統(tǒng)計(jì)學(xué)在土壤空間變異研究中的應(yīng)用［J］.土壤通報(bào)，2005，36(2) .

［5］陜西師范大學(xué)地理系.延安地區(qū)地理志［M］.西安:陜西人民出版社，1983.

［6］鄢明才，顧鐵新，遲清華，等.中國(guó)土壤化學(xué)元素豐度與表生地球化學(xué)特征［J］.物探與化探，1997，21(3):161 －167.

［7］張澤浦，王學(xué)軍.土壤微量元素含量空間分布的條件模擬［J］.土壤學(xué)報(bào)，1998，35(3):423 －429.

［8］雷志棟，楊詩(shī)秀，許志榮，等.土壤特性變異性初步研究［J］.水利學(xué)報(bào)，1985(9):10－21.

［9］趙良菊，肖洪浪，郭天文，等.甘肅省武威地區(qū)灌漠土微量元素的空間變異特征［J］.土壤通報(bào)，2005，36(4):536－540.

［10］徐金鴻，徐瑞松，苗莉，等.廣東紅壤微量元素含量及分布特征［J］.土壤通報(bào)，2006，37(5):964 －968.

［11］李月芬，王冬艷，尚媛，劉爽，郭長(zhǎng)春.琿春市蘋果梨主產(chǎn)區(qū)土壤微量元素地球化學(xué)特征研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué).2008，36(22):9637 －9639，9654.

［12］朱美玲，龐獎(jiǎng)勵(lì)，張衛(wèi)青，等.洛川塬區(qū)典型農(nóng)業(yè)土壤與蘋果園土壤重金屬分布調(diào)查與評(píng)價(jià)［J］.農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究，2009，25(2):142 －146.

［13］龐獎(jiǎng)勵(lì)，黃春長(zhǎng)，張旭，等.白鹿原人工果樹林地土壤和農(nóng)耕地土壤微形態(tài)對(duì)比研究［J］.土壤學(xué)報(bào)，2007，44(5):792 －800.

Study on Microelement Content in Soils for Different land Used in Luochuan

CHI Hong－xing
(College of Urban and Environment;Northwest University，Xi an 710127，Shaanxi)

The paper takes the apple orchard and farmland soil in Luochuan as the studied object and analyzes the distribution characteristic of microelements in surface soil and profile soil for different land.The results show that microelements in soils are obviously different for different land use. The contents of Mn，Zn，Cu，As in the surface soil of the apple orchard were higher than surface soil of farmland.The type of differentiation of microelement shows differences between the apple orchard and the farmland soil. In profile soils of the apple orchard and farmland，the distribution of microelement vary by element type.

Microelement;the apple orchard;the farmland and Luochuan

S153

A

1004－1184(2011)06－0136－03

2011－08－08

池紅杏(1987－)，女，內(nèi)蒙古赤峰人，在讀碩士研究生，研究方向:區(qū)域發(fā)展與環(huán)境影響評(píng)價(jià)。