土壤元素有效量，指的是元素易溶于水的形态组分，其活性程度强，可以直接被植物吸收^[1]。总体来说，与土壤元素总量相比，有效量具有更直接的生态环境意义，能够更有效地反映植物营养元素的供给能力^[2]。元素有效量受多种因素的影响，如元素全量、土壤pH、有机质、地质背景、土壤类型等^[3-5]，同时反映不同地球表生环境下元素有效量的特征和影响因素^[6-7]。研究土壤养分元素有效量，可为指导科学施肥、提高土壤肥力提供重要依据^[8]。Cu和Zn既是养分元素，又是重金属元素，而重金属元素有效量的分析，对生态环境评价具有指导意义^[9]。

1 研究区概况与研究方法 1.1 研究区概况

青州市是山东省潍坊市辖区的县级市，地理极值坐标118°10′20″ ~ 118°46′30″ E，36°24′27″ ~ 36°57′ 25″N，总面积1 561.9 km²，地处鲁西隆起区的东南部边缘、鲁中山区和鲁北平原交接处，总的地势是西南高、东北低。其西南部发育古生代寒武纪、奥陶纪地层，地貌以上升剥蚀为主；东南部小面积发育新生代新近纪地层，地貌以剥蚀夷平为主；其他区域广布新生代第四系，表现为堆积地形，系由山前、山间坳陷，处于下降或相对下降所形成的坡洪积裙、冲洪积扇组成的倾斜平原。土壤类型包括潮土、砂姜黑土、粗骨土、褐土4类^[10](图 1)。

1.2 样品采集与加工

在研究区内均匀布设土壤采样点，每4 km²采集

土样1件，实际共采集样品390件，采样深度0 ~ 20 cm。采样时，在布设的采样点上，以GPS定位点为中心，向四周辐射50 ~ 100 m范围内等量采集3 ~ 5个子样混合成1件土样。采集的各分样点土壤掰碎，挑出根系、秸秆、石块、虫体等杂物，充分混合后，四分法留取1 kg装入干净结实的棉布袋。样品悬挂在木质样品架上自然风干，用木棍或塑料棍碾压，并将植物残体、石块等侵入体剔除干净，全部过2 mm孔径的尼龙筛，混匀后取不少于500 g移交实验室。

1.3 样品处理与测试

样品测试工作由山东省地矿局海岸带地质环境保护重点实验室完成。测试项目包括土壤pH、有机质及N、P、K、Cu、Zn、Mo、B 7种养分元素的全量和有效量，并严格按照《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)^[11]进行样品处理与测试，样品处理和分析方法见表 1。测试中，样品报出率为100%；采用国家一级标准物质控制准确度及精密度，绝对偏差和相对偏差均不超差，合格率为100%。测试同时进行了样品内部密码抽查，合格率为100%。

1.4 数据处理

以原始数据的标准离差与平均值之比计算变异系数。利用Microsoft Excel 2010软件，反复剔除平均值±3倍标准离差的离散值后的算术平均值作为研究区背景值。pH值在进行统计前，先将土壤pH值换算成[H⁺]浓度进行统计计算，然后再换算成pH值。变量之间采用SPSS 22.0软件做Pearson相关性分析。利用MapGiS 6.7中的泛克立格法进行养分空间分布制图。

2 结果 2.1 土壤养分元素全量、pH和有机质含量

表 2列出了研究区表层土壤养分元素全量、pH和有机质含量。变异系数(CV)反映数据的离散程度，变异系数越大，数据空间分布差异性越大^[12-13]。研究区养分元素全量、pH和有机质含量变异性依次为：有机质 > N > Mo > P > Cu > Zn > B > K > pH。与山东省表层土壤背景值相比^[14]，比值为0.93 ~ 1.34，研究区N、P、Zn、B、有机质相对丰富，K、Cu、Mo相对缺乏，pH以碱性为主。

2.2 土壤养分元素有效量及分级

以《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)^[11]中养分指标有效量等级划分标准的中等下限为临界值，结合统计描述结果(表 3)来衡量研究区土壤养分元素有效量背景值的大小，可见，有效钼和有效硼的背景值低于临界值，总体含量低，而其他元素的有效量背景值高于临界值，总体含量高。有效量变异性依次为：有效锌 > 有效磷 > 有效铜 > 速效钾 > 碱解氮 > 有效钼> 有效硼，其中除有效硼属于中等变异外，其他元素有效量均为强变异，离散程度高，分布极不均匀。

基于上述评价规范，将土壤养分元素有效量划分为5个等级(表 4)，利用泛克立格法对有效量进行空间插值，空间分布见图 3。碱解氮各分级区域主要呈斑状或点状不规律分布，丰富区在研究区南部相对集中，缺乏区主要呈斑状分布于研究区西部；有效磷、速效钾、有效铜、有效锌总体上呈现西低东高的空间分布趋势；有效钼和有效硼在研究区内处于偏低水平，与表 3的统计描述结果相对应。

2.3 土壤养分元素有效量在不同成土母质中的变化规律

根据研究区地层分布情况(图 1)，统计有效量在不同母质中的变化规律，由表 5可知，研究区内不同成土母质中的土壤有效磷、速效钾、有效铜、有效锌含量具有显著性差异，第四系、新近系土壤有效磷、有效铜含量显著高于其他母质，第四系土壤速效钾含量显著高于其他母质，新近系土壤有效锌含量显著高于其他母质，而碱解氮、有效钼、有效硼含量在不同成土母质中没有显著性差异。研究区土壤不同成土母质的土壤pH、有机质含量亦有显著性差异，奥陶系、寒武系土壤pH显著高于其他母质，奥陶系土壤有机质含量显著高于其他母质，即不同成土母质发育的土壤理化性质不同，与前人研究结论一致^[15]，其也是间接影响土壤养分元素有效量的重要因素^[16]。

2.4 土壤养分元素有效量在不同土壤类型中的变化规律

根据研究区土壤类型分布情况(图 1)，表 6统计了有效量在不同土壤类型中的变化规律。研究区内不同土壤类型中的土壤养分元素有效量多具有显著性差异，有效钼在褐土中含量最高，碱解氮在粗骨土中含量最高，速效钾、有效铜在砂姜黑土中含量最高，有效磷、有效锌、有效硼在潮土中含量最高。土壤类型不同，其理化性质也各不相同，研究区内粗骨土中的土壤pH和有机质均显著高于其他土壤类型。

3 讨论

元素全量通常对有效量具有制约影响^[17]。通过计算研究区内土壤元素全量与有效量的相关性，除Mo元素不相关外，其他元素全量与其有效量均在P < 0.01水平呈显著正相关，按相关系数大小排序为P(0.796) > N(0.716) > Zn(0.694) > Cu(0.433) > K(0.167) > B(0.139) > Mo(–0.018)，表明有效量很大程度上受全量的影响明显，且不同元素全量向有效量转化具有差异性。

pH和有机质是影响土壤养分元素有效量的重要因素^[18]。由表 7可知，土壤pH与7种元素的有效量均呈显著负相关。有研究认为，土壤pH的降低甚至酸化会引起某些元素的有效量增加^[19]。另外，pH会影响溶液、胶体中的离子组成和元素形态，进而对元素有效性产生影响^[20]。有机质含量与碱解氮、速效钾、有效锌、有效硼含量呈显著正相关，与其他元素有效量相关性不显著。随着有机质的积累，伴随有机质的络合固定作用^[21]，使这些元素有效量增加，尤其与碱解氮含量达极显著正相关，碱解氮包括矿物态氮和有机质中易分解的有机态氮，所以有机质含量高，则土壤熟化程度高，碱解氮含量也就高。

成土母质和土壤类型是分析土壤元素空间变异的主要因素^[22-23]，成土母质和土壤类型不同，土壤理化性质也各不相同，影响着土壤养分元素有效量。研究区西南部寒武纪和奥陶纪碳酸盐岩系地层，成土母质碳酸盐、盐基离子含量较高，使得土壤pH较高；另外西南部为山地丘陵区，植被发育，有利于土壤有机质的积累；东北部为平原区，主要发育新近纪和第四纪地层，也是主要工农业生产区，人为扰动对土壤酸碱度产生影响，同时缺少有机质的积累。研究区内褐土发育在低山丘陵坡麓、近山阶地和山前平原，粗骨土发育在西南部山地丘陵区的碳酸盐岩坡积风化物上，砂姜黑土发育在大型洼地，潮土发育在河流沉积物上，不同土壤类型的成土条件不同，导致了土壤理化性质的差异。粗骨土的土层浅薄、成土过程微弱，受成土母质和植被的影响大，使其pH和有机质显著高于其他土壤类型；潮土和砂姜黑土耕性好，质地适中，是农作物的高产稳产区，受人为扰动大(如耕作、施肥)，使得多数元素的有效量高于其他土壤类型。因此，结合有效量与pH、有机质含量的相关性分析结果可知，不同成土母质和土壤类型土壤养分元素有效量的差异，是由其土壤pH和有机质含量的差异导致的。

4 结论

研究区土壤养分元素有效钼和有效硼总体含量低，分别存在缺乏和较缺乏现象；碱解氮背景值略高于临界值，但分布不规律；有效磷、速效钾、有效铜、有效锌含量变异系数均大于100%，分布极不均匀，呈现西低东高的空间分布趋势。有效量除了受全量水平影响外，还受控于土壤其他理化性质，而不同成土母质和土壤类型导致了土壤理化性质的差异，最终对土壤养分元素有效量形成了差异性影响。