马 旭，高 翔，梁 飞

（1.新疆兵团第六师农业技术推广站，新疆五家渠831300；2.石河子工程职业技术学院；3.新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所）

0 引言

土壤微量元素有效性是表征土壤环境质量的重要因子，其有效态含量水平显著影响农作物的生长、代谢、产量和品质及人类的健康[1]。植物体生命活动所需的锰（Mn）、硼（B）、锌（Zn）、钼（Mo）和铁（Fe）等微量元素主要来源于土壤，土壤供给微量元素的丰缺程度会直接影响植物的生理功能，还可能诱发各种病症[2]。受成土过程因素与人为因素的共同作用，一定区域、尺度与时间内土壤微量元素的分布均具有高度的空间异质性，这种空间异质性是在不同区域、尺度与时间内合理调节微量元素循环及精准施肥的基础[3]。微量元素作为土壤的重要组成成分，是表征土壤质量的重要因子，目前对土壤微量元素的研究呈现多元化，主要集中在土壤微量元素的含量分布特征及评价[4]。李海峰等[5]研究表明新疆绿洲内部农田土壤有效Fe、Cu、Mn、Zn含量显著高于绿洲边缘各样地，新垦农田土壤有效Fe、Cu、Zn含量均低于对照样地，农田土壤微量元素有效性与土壤有机质存在显著的正相关关系。陈延华等[6]研究发现1988～2018年褐

土区耕地中微量元素和重金属含量数值分布在合理范围，褐土区的中微量元素尚未出现缺乏现象。田立文等[7]研究发现新疆阿克苏地区有效铜处于极高水平，有效铁及锌含量处于高水平等级，全区土壤有效锰含量相对较低，整体处于中等偏下水平，个别县土壤有效锰含量为低等级，但是缺乏对北疆粮食主产区土壤微量元素状况的研究，尤其缺少对近十年新型耕作方式和灌溉施肥条件变化后耕地土壤微量元素的研究。新疆奇台地区是粮食作物主产区，今年该区域玉米产量不断打破我国玉米高产记录，同时奇台农场土壤基础资料保持较完整，保存有2007年和2021年两次土壤分析的数据。因此，开展耕地土壤微量元素特征分析，掌握区域土壤微量元素性状及土壤肥力特征可为北疆粮食主产区的科学施肥和土壤质量管理工作提供数据依据。

1 区域概况及数据来源

1.1 研究区域概况

奇台农场总场位于新疆维吾尔自治区昌吉州奇台县境内，属大陆性干旱气候，海拔在843～2 202 m中山带，年降雨量约180 mm，年平均气温4～7℃，年平均日照时数3 070.7 h，年≥10℃有效积温3 112.9℃·d[8]。农场年播种面积约2.53万hm2，土壤类型为黑钙土，土壤质地以壤土为主。农场被誉为“兵团粮仓”，是兵团重要的粮食生产基地和国家级小麦标准化生产示范基地，主要种植作物有小麦、玉米、马铃薯、食葵、打瓜、甜菜等。

1.2 数据来源

数据来源于2007年测土配方数据和2021年第三次全国土地调查土壤养分调查数据，数据指标包括有效锌、有效锰、有效铁、有效硼和有效钼，相关微量元素评价因子测定方法参见《土壤农业化学分析方法》[9]，作物产量水平来源于新疆生产建设兵团第六师统计年鉴。

1.3 数据处理

对土壤微量元素含量的均值、相对标准偏差进行分析，根据测土配方施肥规范[10]和《耕地质量等级》（GB/T 33469-2016）[11]，以及以往在全疆各地所作的肥料试验结果，新疆农科院土壤肥料研究所提出了新疆农田土壤微量元素含量评价指标（表1）和主要养分含量分级指标体系（表2），这一指标对指导当前作物优质高产科学施肥具有重要意义[12]。

表1 土壤主要微量元素含量分级指标表

表2 土壤主要养分含量分级指标

2 数据分析

2.1 微量元素变化状况

土壤微量元素是作物营养物质的重要组成部分，其丰缺状况直接影响作物的生长发育，同时，一些微量元素如铜、锌等含量过高易造成重金属污染，破坏生态环境甚至危害人类健康[13]。对照分级标准，对土壤微量元素含量进行分析评价，准确描述区域内土壤微量元素的空间变异特征，对调节微量元素循环、改善种植物产量与品质以及精准施肥配方卡的制定均具有重要意义[3]。由表3可知，2007～2021年奇台农场土壤微量元素发生了一定的变化。

表3 土壤主要微量元素含量分级指标

（1）有效锌的变化特征。锌是许多植物体内酶的组分或活化剂，能够促进蛋白质的代谢、促进生殖器官的发育，能提高植物的抗逆性等。奇台农场土壤中有效锌由2007年的2.03 mg/kg降低到了2021年的0.95 mg/kg，降幅超过53.2%，由高锌水平降低为中锌水平。因此，区域应该合理施用锌肥，同时控制磷肥施用。

（2）有效锰的变化特征。锰在植物体内有多种生理作用，是许多酶的催化剂，是维持植物正常生长所必须的微量营养元素之一。植物吸收的锰主要是二价锰（Mn2+），不具有生物有效性的三价及四价Mn离子则不能被植物吸收。奇台农场土壤中有效锰由2007年的6.33 mg/kg，增加到了2021年的15.17 mg/kg，增加幅度超过139.7%，由中锰水平变为高锰水平。

（3）有效铜的变化特征。铜是植物生长发育的必需元素，它广泛参与植物生长发育过程中的多种代谢，对维持植物正常代谢及发育起着重要的作用。摄入过量铜元素会对人体健康产生一定危害，过量的铜元素会对植物产生毒害作用[14]。奇台农场土壤中有效铜由2007年的0.90 mg/kg增加到了2021年的1.42mg/kg，增加幅度57.8%，由中锰水平变为高锰水平，区域应该控制铜肥的施用，防止铜污染的出现。

（4）有效铁的变化特征。土壤中全铁含量大多在2%以上，远高于植物的需求量，但正常土壤中铁的有效性很低，只有极少部分铁能被植物吸收利用。奇台农场土壤中有效铁由2007年的5.99 mg/kg增加到了2021年的19.90 mg/kg，增加幅度超过232.25%，由中铁水平变为高铁水平。

（5）有效硼的变化特征。硼是植物最缺乏的微量元素，疏松的土壤普遍缺硼。在疏松土壤中水溶性硼很容易滤过土壤剖面而无法被植物利用，充足的硼对农作物的高产和高质量都非常关键。奇台农场土壤中有效硼由2007年的4.13 mg/kg降低到了2021年的1.32 mg/kg，降幅超过68.0%，2007和2021年均处于极高硼水平。

（6）有效钼的变化特征。钼是微量元素，是作物所需要的肥料之一，缺钼会影响植物正常生长。一般植物需钼量较低，但变幅很大。正常植物的含钼量为0.2～20 mg/kg。奇台农场土壤中有效钼由2007年的0.72 mg/kg降低到了2021年的0.21mg/kg，降幅超过76.7%。虽然2007和2021年均处于高钼水平，但是2021的0.21 mg/kg已经接近中钼水平，且区域钼含量最低点为0.09 mg/kg，已经处于极低水平，因此应该根据作物和具体土壤情况合理补充钼肥。

2.2 土壤容重、盐分和有机质现状分析

土壤容重是土壤主要的结构特性之一，在一定程度上影响土壤水、肥、气、热的分布，直接影响作物生长发育。土壤盐渍化是目前世界农业面临的主要环境问题之一，土壤中过多的盐分会降低土壤质量，限制作物生长。土壤有机质具有协调土壤养分、水分和气、热的功能，是土壤肥力的重要指标[15]。奇台农场2021年耕地土壤平均容重为1.21 g/cm3，变幅0.67～1.52 g/cm3；平均土壤含盐0.10%，变幅0.05～0.22%；平均有机质22.93 g/kg，变幅2.67～79.89 g/kg。整体上看，奇台农场土壤容重较小，适合耕种，部分点位容重过大或过小需要进一步改良；土壤盐分含量均较低，区域土壤盐碱化问题不是耕地主要影响因素；有机质整体处于中肥力范围，区域土壤有机质还有进一步提升空间。

表4 2021年耕层土壤容重和有机质现状特征

2.3 土壤氮磷钾现状

氮磷钾是各种农作物在生长发育阶段中不可缺少的重要元素，也是土壤养分的一个重要组成部分，在一定程度上可代表土壤的供肥水平，与土壤肥力和农业生产过程密切相关[16]。奇台农场2021年耕地土壤全氮平均值为1.35 g/kg，变幅0.60～3.84 g/kg，处于中氮水平；有效磷平均值为27.74 mg/kg，变幅8.00～101.00 mg/kg，整体处于高磷水平，但是空间变幅较大；速效钾平均值为462.44 mg/kg，变幅112.00～1 385.00 mg/kg，整体处于极高钾水平，但是空间变幅较大，部分农田处于中钾水平。

表5 2021年耕层土壤氮磷钾现状特征

3 结果与建议

奇台农场2007～2021年土壤微量元素均发生了一定的变化，其中土壤中有效锌降低到了0.95 mg/kg，降幅超过53.2%；有效锰增加到了15.17 mg/kg，增加幅度超过139.7%；有效铜增加到2021年的1.42 mg/kg，增加了57.8%；有效铁增加幅度超过232.25%，2021年达到19.90 mg/kg；有效硼降幅超过68.0%，但处于极高硼水平；有效钼降幅超过76.7%；耕地土壤平均容重为1.21g/cm3，土壤含盐0.10%，平均有机质22.93 g/kg，土壤全氮1.35 g/kg，有效磷27.74 mg/kg，速效钾为462.44 mg/kg。整体上分析2021年奇台农场耕地平均容重适中，盐分较低，有机质、全氮和有效锌处于中水平，有效磷、有效锰、有效铜、有效铁和有效锰处于高水平，速效钾和有效硼处于极高水平；区域土壤养分状况整体呈现上升趋势，优于全疆耕地质量养分平均水平[17]。

由于区域土壤各项养分指标的变幅均较大，因地制宜的施肥是区域科学施肥的关键，做到因缺补缺，平衡施肥。（1）继续推进秸秆还田工作，通过合理推广棉花秸秆还田技术，提升耕地有机质和全氮含量；（2）应控制磷钾肥用量，通过灌溉施肥技术在作物需肥关键期合理施用磷肥钾肥，做到因缺补缺；（3）适当增加锌肥的施用和补充，根据作物类型补充适量的钼肥，控制铜和锰的施用量。对于铁和硼做到因缺补缺，关键生育期补充；（4）结合灌溉施肥方式转变，改变传统施肥理念，推广新型施肥技术和理念。