青阳县土壤硒空间分布特征及富硒区土壤肥力质量评价.pdf
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1、山西农业科学 2023,51(9):1069-1077Journal of Shanxi Agricultural Sciences青阳县土壤硒空间分布特征及富硒区土壤肥力质量评价王文艺 1,管青松 2,储茵 3,刘明学 3,朱江 3(1.合肥经济学院 人工智能学院,安徽 合肥 230061;2.泾县畜牧兽医水产服务中心,安徽 泾县 242000;3.安徽农业大学 资源与环境学院,安徽 合肥 230036)摘要:在安徽省青阳县全县范围内共采集911个样点的土壤样品测定土壤全硒含量,并对筛选出的富硒土壤进行土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾和有效磷等养分的含量测定;利用 GIS中克里金插值技术,依
2、据安徽省对富硒土壤的划分标准,研究该县土壤中硒含量的特点、富硒土壤分级及空间分布特征,并利用指数和法对富硒土壤的土壤肥力水平进行评价,旨在研究青阳土壤硒含量及富硒土壤的养分状况,为当地富硒农业的发展提供科学依据。结果表明,青阳县土壤中硒含量在 0.14413.989 mg/kg,平均为 0.368 mg/kg,是安徽土壤背景值(0.234 mg/kg)的1.57倍;其中,硒含量大于 0.29 mg/kg的富硒土壤约占青阳县土壤的 64%,其富硒土壤主要分布于新河、木镇、丁桥、酉华等乡镇,在空间分布上呈现由东向西、由北向南递减的片状分布特征。指数和法显示,青阳县富硒土壤的肥力水平IFI值为79.
3、9780.80,属于中等偏低水平。综合而言,安徽省青阳县具有丰富的富硒土壤资源,需要加强富硒土壤的肥力管理,提高其肥力水平。关键词:青阳县;富硒土壤;GIS;克里金插值技术;土壤肥力中图分类号:S158 文献标识码:A 文章编号:10022481(2023)09106909Spatial Distribution Characteristics of Soil Selenium in Qingyang County and Soil Fertility Quality Evaluation of Selenium-Rich AreasWANG Wenyi1,GUAN Qingsong2,CHU
4、 Yin3,LIU Mingxue3,ZHU Jiang3(1.School of Artificial Intelligence,Hefei University of Economics,Hefei 230061,China;2.Animal Husbandry,Veterinary and Aquatic Products Service Center of Jingxian County,Jingxian 242000,China;3.College of Resources and Environment,Anhui Agricultural University,Hefei 230
5、036,China)Abstract:In this study,a total of 911 soil samples were collected throughout Qingyang county in Anhui province and the content of organic matter,total nitrogen,alkali-hydrolysable nitrogen,available potassium,and available phosphorus in the selenium-rich soil picked out was examined.Accord
6、ing to the classification standard of selenium-rich soil in Anhui province,the characteristics of selenium content,grading and spatial distribution of selenium-rich soil were studied by using Kriging interpolation technique in GIS and moreover,the soil fertility level of selenium-rich soil was evalu
7、ated by index sum method to study soil selenium content and nutrient status in selenium-rich soil in Qingyang county and provide scientific basis for development of local selenium-rich.The results showed that the selenium content in Qingyang county ranged from 0.144 mg/kg to 13.989 mg/kg,and the ave
8、rage value was 0.368 mg/kg,which was 1.57 times of the background value of 0.234 mg/kg in Anhui province.For the soil in this county,selenium-rich soil with selenium content higher than 0.29mg/kg accounted for about 64%of soil of Qingyang and the selenium-rich soil was mainly distributed in the town
9、ships such as Xinhe,Muzhen,Dingqiao,Youhua.The spatial distribution showed a flake characteristic with gradual decreasing trend from east to west and north to south.The index sum method indicated that the IFI value of the fertility level of selenium-rich soil in Qingyang county was at the medium to
10、low level of 79.97-80.80.In conclusion,Qingyang county in Anhui province had abundant selenium rich soil resources,and it was necessary to strengthen the fertility management of selenium-rich soil and improve the fertility level.Key words:Qingyang county;selenium-rich soil;GIS;Kriging interpolation
11、technique;soil fertility硒(Se)是与人体健康息息相关且必需的微量元素之一。硒在地壳中含量极少且在全球范围内doidoi:10.3969/j.issn.1002-2481.2023.09.12收稿日期:2023-06-24基金项目:安徽省自然科学基金课题(1908085MD102);国家自然科学基金项目(31770595)作者简介:王文艺(1973-),女,安徽池州人,讲师,主要从事计算机应用研究工作。通信作者:朱江(1962-),女,山东烟台人,副教授,主要从事土壤环境研究工作。1069山西农业科学 2023 年第 51 卷第 9 期分布很不均匀,我国近 3/4 的国
12、土为缺硒、低硒地区,且呈现东南部和西北部要高于中部地区的趋势1。硒在医学上不仅具有治疗疾病的价值,而且还有防病强身之功效,缺硒会导致人体免疫机能下降,长期缺乏还会导致克山病和大骨节病等地方性疾病,但高量摄入硒又会使人或动物机体产生慢性中毒2。从土壤植物机体食物链中获取硒元素是人类获得这一重要元素的有效途径,而食物中硒的含量又很大程度上依赖于土壤环境中硒的含量。为了给人类提供安全有效的富硒农产品3-6,也因为富硒农产品的高附加值可使农民收入增加并促进农村经济的发展7,因而,关于富硒土壤的研究工作倍受各级政府和学界重视8。前人的调查研究表明,安徽省青阳县有着非常丰富的富硒土壤9,具备开发富硒农产品
13、的良好条件,但如何对富硒土壤进行分类管理、合理利用,使其能发挥出最大的经济效益,是目前当地农业部门所面临的重大问题10。同时,富硒土壤的肥力状况直接影响到富硒作物的生长与产量,对经济收益产生一定的影响,这也是富硒作物种植中一个不容忽视的问题11。Kriging插值法,又称空间自协方差最佳插值法,通过考虑某种属性在空间上的变异分布,确定对一个待插点值有影响的距离范围,然后用此范围内的采样点来估计待插点的属性值。其对于地下水模拟、土壤制图等领域是一种可靠的科学分析方法。笔者针对安徽省青阳县土壤硒空间分布特征及富硒区土壤肥力质量开展评价研究,通过测量该县土壤中硒元素含量并结合安徽省富硒土壤的分级标准
14、,利用 GIS 中克里金(Kriging)插值技术,对青阳县富硒土壤进行等级划分和空间分布特征分析。并在此基础上利用指数和法,对富硒土壤肥力水平进行评估,以期为当地富硒土壤的合理利用及富硒作物的生产开发提供参考依据。1 材料和方法1.1研究区域概况青阳县位于安徽省池州市,地理坐标为北纬3019 3051,东经 11741 11805,位于长江中下游南岸、皖南山区的北部,属于亚热带季风湿润气候,夏热冬凉、降水充沛,有丁桥镇、新河镇、酉华乡、乔木乡等 12个乡镇。县域内北部多为平原,南部多为山区,中间多为丘陵。水资源丰富,历年平均地表水约 18 亿 m3,其中 60%来自于降水。全县现有耕地约 2
15、万 hm2,农业种植以水稻、油料作物为主,以茶叶和中药材等为主要经济作物。由于该地区有着充沛的降水,能够满足农作物的灌溉要求,且春夏多雾,无霜期长,为各类作物生长提供了良好的条件。1.2研究方法采集青阳县耕层土壤,测定其硒含量,在此基础上分析青阳县土壤中硒含量的特点,并依据硒的分级方法对青阳县土壤进行富硒土壤的分级划分,利用 GIS 的克里金插值技术得到青阳县各级富硒土壤在空间上的分布图,同时利用指数和法,对青阳县富硒土壤的肥力水平进行评价。1.3样品采集与分析根据青阳县现有土地面积,于2021年8月在当地以20 hm2左右为采样点的密度,020 cm 为采样深度,对当地各类耕作区域内的耕层土
16、壤进行土壤样品的采集。在全县范围内共采集 911 个样点的土壤样品,进行土壤全硒含量的测定;同时对筛选出的富硒土壤进行土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾养分含量的测定。1.3.1样品采集与处理每一个土壤样本均来自选定区域的 7个采样点,一般依 S形选定,每个点取土 1 kg,将来自 7 个采样点的约 7 kg 土壤样品先进行机械混合,剔除石块、植物残渣等,然后采用 4分法得到 1 kg最终样品装袋贴标,通风背阳处自然风干。各项指标检测前需要将风干的样品进一步研磨筛分,得到粒径小于 0.15 mm 和粒径 1 mm 的样品,装入磨口瓶贴标备用。1.3.2测定项目及方法土壤全硒含量测定时先称
17、取 0.50 g的土壤样品置于聚四氟乙烯坩埚中,先用少量水进行润湿,然后依次加入 5 mL 的浓硝酸、2 mL 高氯酸和 2 mL 氢氟酸,再加热至发烟,由于硝酸挥发剧烈,需要适当补充,待整体基本蒸干后冷却,然后再用 15 mL 的盐酸浸取,转移至 25 mL比色管中并加入 2 g/L Fe3+盐溶液,用 5 mol/L 盐酸定容。取适量的溶液,于沸水浴中加热2030 min,冷却后用原子荧光光度计测定12。有机质含量的测定依据 GB 98341988土壤有机质测定方法,全氮含量测定采用 GB 71731987半微量开氏法,碱解氮含量采用碱解扩散法13测定,有效磷含量的测定采用GB 78531
18、987森林土壤有效磷测定方法,速效钾含量的测定采用GB 78561987森林土壤速效钾测定方法。1070王文艺等:青阳县土壤硒空间分布特征及富硒区土壤肥力质量评价1.4数据分析利用统计软件 SPSS 对数据进行相关性分析,利用 ArcGIS 10.8对数据处理生成含量与分级空间分布图。采用单因子肥力法和指数和法对土壤进行肥力评价。2 结果与分析2.1青阳县富硒土壤硒含量特点与分布青阳县不同类型土壤中硒含量如图 1所示。911个样点土中,包括水稻土、沙壤、壤土、泥页岩、花岗岩、花岗闪长岩等类型。由图 1可知,911个样点中水稻土中硒含量在 0.14413.989 mg/kg,平均值为 0.368
19、 mg/kg,此平均值是安徽土壤背景值(0.234 mg/kg)的 1.57 倍,说明青阳县水稻土中硒含量非常丰富。由图 1可知,不同类型土壤中硒含量差别很大,水稻土中硒含量远高于沙壤等其他类型土壤。参考邓军等14对安徽省富硒土壤的研究,根据安徽省重点地区富硒土壤资源调查报告对富硒土壤的划分标准(表 1),将 911个代表青阳县土壤样品中的硒含量进行分级划分,结果如表 2所示。由表 1可知,安徽省的分级标准中土壤中硒含量0.29 mg/kg的土壤即为富硒土壤。由表2可知,在青阳县全域范围内采集的 911个土壤样品中,有337 个样品中硒含量大于 0.35 mg/kg,为极丰富土壤;247 个土
20、壤硒含量在 0.290.35 mg/kg,为丰富土壤。依采样点范围计,青阳县有 11 680 hm2土壤中硒含量达到丰富级别以上,约占当地土壤总面积的 64%左右,说明当地的富硒土壤资源确实十分丰富,适于富硒农产品的开发。在划定各样点硒含量的分级后,利用 GIS 克里金插值技术15-18,将各样点硒含量依分级以不同的颜色,结合经纬度数据,在当地的行政区划图上,生 成 点 位 图,得 到 了 青 阳 县 土 壤 富 硒 情 况 分 布图(图 2)。依据克里金插值方法,将 911 个样点所测的硒含量,分级别直接显示在青阳县区划图上,土壤中硒含量以 6 种颜色表示 6 个级别,直观地显示了硒在青阳县
21、土壤中的空间分布。从图 2 可以明显看出,青阳县的富硒土壤主要分布在青阳县的东北方向,呈现由东向西、由北向南递减的现象。同时从图中可以看出,在青阳县的土壤中,硒含量大于 3.0 mg/kg 的 极 丰 富 富 硒 土 壤 和 硒 含 量 小 于0.14 mg/kg 的硒严重缺乏土壤都有分布,且差异较大。而0.29 mg/kg0.140.200.200.290.290.350.35丰缺定义Definition of abundance极缺乏缺乏中等丰富极丰富地球化学定义Definition of geochemistry低值区低背景区背景区高背景区异常区表 2 青阳县富硒土壤分级分析(N=911
22、)Tab.2 Classification of selenium-rich soil in Qingyang county(N=911)项目Item样点数/个Number of samples占比/%Proportion面积/hm2Area极丰富Extreme abundance33736.996 740丰富Abundance24727.114 940中等Medium25628.105 120缺乏Scarcity717.791 420极缺乏Extreme scarcity0001071山西农业科学 2023 年第 51 卷第 9 期结合当地行政区划可以看出,富硒土壤主要集中在青阳县的丁桥镇、
23、新河镇、乔木乡南部、酉华乡和杨田镇东北部。蓉城镇、九华乡与朱备镇交界区及陵阳南部有小范围的点状分布。这些地方可以进行富硒土壤的开发利用,但也要因地制宜,合理进行生产。如新河镇土壤中富硒水平在全县是最高的,平均值达到了 0.55 mg/kg,是应当重点关注的富硒开发区域。新河镇土地以往主要以水田为主,可以进行富硒水稻的种植开发,实际上可考虑其他高附加值的经济作物的开发,如瓜果、药材等。酉华乡也是土壤中硒含量较高的乡,最高值 13.5 mg/kg就是出自该地区。当地四面环山,地处地质结构的“金三角”地区,矿产资源丰富,除了资源储量大的优质石灰石资源外,还具有铅、锌、锑、铜等金属资源19,所以,在进
24、行富硒产品的开发时,既需要考虑土壤给作物带来的硒含量超标的问题,同时由于当地矿产资源的开发,还应该考虑由此带来的富硒土壤的环境质量问题20。合理的开发硒资源,避开环境质量问题,是这个富硒土壤乡镇在富硒农业产品开发时需要特别关注的问题。除了硒之外,土壤肥力也是农产品开发必须要关注的另一重要因素。2.2青阳县富硒土壤肥力水平评价土壤肥力是土壤物理化学和生物性质的综合反映,肥力高低直接影响作物的生长以及农业生产的结构、布局和效益21-22。因此,研究土壤肥力水平,对富硒土壤进行适宜性评价,对富硒作物种植、富硒土壤改良特别是施肥方案的规划和设计都十分重要23-25。根据当地农业生产特点,选用了指数和法
25、26,对青阳县极丰富硒含量和丰富硒含量的土壤进行土壤肥力水平的评价。即以养分因子为主要参数来评价土壤的肥力。IFI=(Ii Wi)(1)其中,Ii 是单项肥力指数,表征单项养分因子的肥力水平;Wi是单项肥力指标在综合肥力指标中的权重。Ii=(养分分级比例养分等级分级赋值)(2)通过公式(1)计算可得到土壤肥力综合指数IFI值,将此值与肥力水平综合指数划分标准(表 3)作比对,即可以对当地富硒土壤的肥力水平作出评判。图 2青阳县地区富硒土壤分布Fig.2Distribution of selenium rich soil in Qingyang county表 3 土壤肥力综合等级Tab.3 C
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