不同土屬交換態(tài)養(yǎng)分含量的研究

不同土屬交換態(tài)養(yǎng)分含量的研究

1農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤元素交換的因子分析鈣、鎂、鐵、錳、銅和鋅是植物所必需的養(yǎng)分。一般把它們在土壤中的交換態(tài)含量作為可供植物吸收利用的含量指征。由于土壤屬性和元素地球化學(xué)屬性上的差異,這些元素在空間分布上具有明顯的異質(zhì)性特征。它們在土壤中的分布在很大程度上受到土壤發(fā)生學(xué)特性的影響,致使不同土壤類型下元素的交換態(tài)含量存在較大的差異。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中,土壤中量、微量營養(yǎng)元素的含量分布不僅受到成土母質(zhì)、成土過程、地形地貌、地下水礦化度等自然因子(結(jié)構(gòu)性因子)的影響,還受到作物布局、耕作、施肥、灌溉、環(huán)境污染等人為因子(隨機性因子)的影響,但總體來說土壤的基本屬性(土屬)是表征土壤中量、微量營養(yǎng)元素含量差異的一個重要的結(jié)構(gòu)單元。本研究的主要目的是對沈陽市郊區(qū)耕地土壤不同土屬鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅的交換態(tài)含量狀況進行分析,探索不同土屬與元素交換態(tài)含量之間的內(nèi)在關(guān)系,以期為土壤—作物系統(tǒng)中營養(yǎng)元素的合理調(diào)控,指導(dǎo)中、微量元素肥料施用提供科學(xué)依據(jù)。2研究領(lǐng)域的總結(jié)和研究方法2.1陰山山地地貌研究區(qū)域為沈陽市的東陵區(qū)、蘇家屯區(qū)、于洪區(qū)、新城子區(qū)。位于東徑123°1′~123°47′,北緯41°28′~42°10′;東西長68.7km;南北長81.2km。區(qū)域地勢為東北面向西南傾斜,東高西低,東部為構(gòu)造剝蝕丘陵地貌、其它為山前沖積扇和沖積平原。東部主要為棕壤分布區(qū)、中部和西部主要為草甸土和水稻土分布區(qū),共分33個土屬。有58個農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn),主要以城郊型農(nóng)業(yè)為主,主要作物為蔬菜、水稻、玉米,耕地面積174742hm2,其中水田68947hm2,旱地105795hm2。2.2元素含量測定共采集1994個耕地土壤樣品,采樣深度為0cm~20cm,每個樣點按S型取5點混合,代表耕地面積為80hm2~100hm2。交換態(tài)鈣、鎂測定采用1mol/LNH4OAc浸提,原子吸收分光光度法測定;交換態(tài)鐵、錳、銅、鋅測定采用DTPA浸提,原子吸收分光光度法測定(島津6200A)。交換態(tài)鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅的測定波長分別為285.2nm、422.7nm、248.5nm、279.5nm、324.7nm、213.8nm。元素交換態(tài)含量測定結(jié)果包含元素的水溶態(tài)含量。結(jié)果匯總和制圖應(yīng)用MicrosoftExcel和SPSS10.0軟件包。3結(jié)果與討論3.1土壤中微量元素的含量圖1是土壤交換態(tài)鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅的分布頻率圖。交換態(tài)鎂、鐵、錳基本符合正態(tài)分布,交換態(tài)鈣、銅、鋅為偏態(tài)分布。在6種元素中,交換態(tài)鎂的變幅最小,其它各元素的變幅均較大。交換態(tài)鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅含量的平均值和中數(shù)分別為3.252g/kg/2.853g/kg、0.429g/kg/0.438g/kg、61.78mg/kg/67.71mg/kg、42.99mg/kg/44.89mg/kg、3.629mg/kg/3.219mg/kg、1.932mg/kg/1.378mg/kg。交換態(tài)鎂、鐵、錳的中數(shù)略大于平均值,說明其受到極值的影響較小;交換態(tài)鈣、銅、鋅的中數(shù)均小于平均值,說明其分布在不同程度上受到高含量極值的影響。研究表明,交換態(tài)鈣主要受沈陽市郊區(qū)西北部碳酸鹽草甸土區(qū)高鈣含量的影響,該區(qū)域土壤交換態(tài)鈣含量一般都在5g/kg以上;城市近郊菜田區(qū)和污水灌溉區(qū)土壤交換態(tài)銅、鋅含量均較高(冶煉廠附近的土壤交換態(tài)銅含量與市郊區(qū)土壤全銅含量的背景值接近)。由于成土母質(zhì)和城市環(huán)境污染,致使土壤交換態(tài)鈣、銅、鋅表現(xiàn)為非正態(tài)分布(圖1)。據(jù)有關(guān)文獻確定的對中性和石灰性土壤中作物缺素或潛在性缺素下土壤中營養(yǎng)元素含量劃分的一般標(biāo)準,耕地土壤交換態(tài)鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅的缺素臨界含量可分別確定為0.8g/kg、0.06g/kg、10.0mg/kg、7.0mg/kg、0.2mg/kg、1.0mg/kg。據(jù)此看來,沈陽市郊耕地土壤有效鈣、鎂、鐵、銅的含量很豐富,基本不會發(fā)生作物缺素的現(xiàn)象;僅有5%左右的土壤為缺錳或潛在性缺錳;有效鋅缺乏、中等、較高的樣本各占約1/3,說明耕地土壤缺鋅或潛在性缺鋅問題是比較嚴重的。有23.4%的樣本交換態(tài)銅含量為4.0mg/kg以上,有11.64%的樣本交換態(tài)鋅含量超過4.0mg/kg,集中在近郊菜田區(qū),有可能造成蔬菜重金屬污染等,這已是一個值得關(guān)注的問題。3.2土壤土壤元素交換態(tài)鈣、錳、鋅、鋅的分布特性從不同土屬交換態(tài)鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅平均含量圖(圖2)上可以看出,不同土屬元素含量差異較大。交換態(tài)鈣含量較高的土屬為碳酸鹽草甸土亞類下的4個土屬,各土屬交換態(tài)鈣的平均含量在6g/kg以上;含量較低的為風(fēng)沙土,平均含量在2g/kg以下,棕壤的各土屬交換態(tài)鈣含量也相對較低。各土屬交換態(tài)鎂含量差異不大,含量較高的為壤質(zhì)草甸土、黃土狀棕壤、潮棕壤;風(fēng)沙土和砂質(zhì)土壤含量較低。交換態(tài)鐵含量較高的為風(fēng)沙土、壤質(zhì)草甸土?、草甸土田水稻土和棕壤田水稻土屬編號:1.酸性巖類棕壤性土(27)2.耕型酸性巖類棕壤性土(22)3.基性巖類棕壤性土(15)4.耕型基性巖類棕壤性土(3)5.石灰?guī)r類棕壤性土(2)6.酸性巖類棕壤(4)7.坡積棕壤(4)8.耕型坡積棕壤(40)9.黃土狀棕壤(9)10.耕型黃土狀棕壤(126)11.耕型紅土棕壤(4)12.耕型坡積洪積棕壤(44)13.耕型坡積洪積潮棕壤(218)14.耕型淤積潮棕壤(4)15.棕壤型菜園土(18)16.耕型沙地固定風(fēng)沙土(5)17.沙丘固定風(fēng)沙土(3)18.砂質(zhì)草甸土(3)19.耕型砂質(zhì)草甸土(33)20.壤質(zhì)草甸土(3)21.耕型壤質(zhì)草甸土(399)22.粘質(zhì)草甸土(7)23.耕型粘質(zhì)草甸土(24)24.草甸土型菜園土(134)25.耕型壤質(zhì)碳酸鹽草甸土(19)26.耕型粘質(zhì)碳酸鹽草甸土(90)27.耕型硫酸鹽鹽化草甸土(2)28.耕型堿化草甸土(2)29.草甸沼澤土(5)30.碳酸鹽草甸沼澤土(9)31.草甸土田水稻土(579)32.碳酸鹽草甸土田水稻土(69)33.棕壤田水稻土(68)(土屬的劃分系根據(jù)全國第2次土壤普查土壤分類資料確定,括號內(nèi)為樣本數(shù))圖2不同土屬交換態(tài)鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅平均含量土,各土屬交換態(tài)鐵含量超過80mg/kg;含量較低的土屬為碳酸鹽草甸土。交換態(tài)錳含量較高的有堿化草甸土、壤質(zhì)草甸土和棕壤田水稻土等;較低的為碳酸鹽草甸土。交換態(tài)銅含量較高的為菜園土和水稻土土屬。交換態(tài)鋅含量較高的為菜園土的2個土屬,平均含量超過4mg/kg;平均含量低于1mg/kg的為草甸沼澤土的2個土屬;大部分土屬交換態(tài)鋅的平均含量低于1.5mg/kg。不同質(zhì)地對土壤中元素交換態(tài)含量也有較大的影響,如砂質(zhì)草甸土土屬的交換態(tài)鈣、鎂、錳、銅的平均含量均低于壤質(zhì)草甸土(圖2)。沈陽市郊的碳酸鹽草甸土在地貌分區(qū)上屬于遼河沖洪積扇區(qū),成土母質(zhì)為碳酸鹽沖積物,各土層均有不同程度的石灰性反應(yīng),pH呈微堿性,土壤中碳酸鈣含量一般在30g/kg~80g/kg,由于成土母質(zhì)中碳酸鈣含量較高,因此這些土屬交換態(tài)鈣含量也較高。而棕壤是在構(gòu)造剝蝕地貌區(qū)形成的,成土母質(zhì)為非鈣質(zhì)母質(zhì),在棕壤形成過程中有較強的淋溶作用,鈣隨土壤滲漏水向下遷移,pH一般呈微酸性,因此棕壤各土屬的交換態(tài)鈣含量在區(qū)域分布中相對較低一些。研究表明,土壤中碳酸鈣含量與交換態(tài)鐵、錳、銅、鋅含量一般呈負相關(guān)關(guān)系,pH較高和含有碳酸鈣的土壤中交換態(tài)鐵、錳、銅、鋅含量顯著減少。因此土壤交換態(tài)鈣含量高的碳酸鹽草甸土的各土屬交換態(tài)鐵、錳、銅、鋅含量均較低。風(fēng)沙土的成土過程主要是風(fēng)成過程,成土母質(zhì)中全鐵含量高,因此其交換態(tài)鐵含量也較高。旱地土壤中,鐵一般以原生礦物和含水氧化物及其有機無機絡(luò)合物的形態(tài)存在,難溶于水,并且能固定可溶性磷酸鹽。但在淹水條件下,高價鐵很容易還原成亞鐵,一部分呈膠狀的氫氧化鐵,一部分形成碳酸鹽,還有一部分與土壤膠體結(jié)合成為溶解的低價鐵化合物。在相同母質(zhì)下發(fā)育的水稻土壤交換態(tài)鐵含量一般較旱地土壤高,因此草甸土田水稻土和棕壤田水稻土兩個土屬交換態(tài)鐵平均含量也較高。菜園土中交換態(tài)銅、鋅含量高的主要原因有兩個方面:一是大量施用有機肥,特別是施用了未經(jīng)無害化處理的城郊畜禽糞便及城市垃圾,而這些物質(zhì)中銅、鋅的含量較高;二是菜地農(nóng)藥使用量較大,農(nóng)藥中銅、鋅在土壤中殘留富集。這樣,輸入到菜田生態(tài)系統(tǒng)中的銅、鋅遠比由作物帶出系統(tǒng)外的銅、鋅多,從而導(dǎo)致了銅、鋅在土壤中的富集。另據(jù)南京、廣州、上海等地的研究,城郊菜田土壤中銅、鋅含量大大高于當(dāng)?shù)丨h(huán)境背景值,部分菜田已造成銅、鋅污染。蔬菜受到銅、鋅等重金屬污染后,對產(chǎn)量和外形無明顯影響,人吃了以后也不一定表現(xiàn)出中毒癥狀。但市郊土壤以生長葉菜類為主,葉菜類對重金屬的富集能力很強,對人的健康威脅更大。因此必須高度重視市郊菜園土壤的銅、鋅等重金屬污染問題。4土壤交換態(tài)鋅、鋅的有效措施沈陽市郊區(qū)耕地土壤交換態(tài)鈣、鎂、鐵、銅含量豐富,一般不致于發(fā)生作物缺素現(xiàn)象;僅有5%左右的土壤樣本缺錳和潛在性缺錳,主要土屬為碳酸鹽草甸土,在這些土壤上應(yīng)考慮化學(xué)錳肥的施用;有近1/3的土壤缺鋅。造成各土屬鈣、鎂、鐵、錳交換態(tài)含量差異的主要因素為成土母質(zhì)、成土