黑土地具有黑色或暗黑色腐殖质表土层，性状好、肥力高^[1]。中国东北是世界四大黑土带之一，分布着广阔的黑土地资源^[2]，黑龙江省地处东北黑土区核心区域，松嫩平原、三江平原是我国重要的粮食生产基地，有着“中华大粮仓”的美称，在保障国家粮食安全方面有着重要地位，土地质量状况备受社会广泛关注，其中土壤养分状况是土壤肥力的重要影响因素^[3]。

土壤养分是指由土壤提供的植物生长所必需的营养元素，能直接或经转化后被植物根系吸收的矿质营养成分^[4-6]。通常讨论的土壤养分元素包括N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、B、Mo、Zn、Mn、Cu和Cl共13种元素，其中N、P、K为大量元素，Ca、Mg、S为中量元素，其他为微量元素^[7-9]。此外，Se、Ge、Si等有益元素也对植物生长有良好的促进作用^[10-13]。土壤养分是土壤肥力的物质基础，也是评价土壤自然肥力水平的重要内容，研究土壤养分元素的丰缺状况，对农业科学施肥有着重要参考意义^[14-16]。本文以三江平原东北部的抚远县为研究对象，研究该地区耕作层土壤中主要养分元素的含量和分布特征以及丰缺现状，为充分了解当地土地资源现状，促进土地资源科学管护提供基础资料。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

黑龙江省抚远市行政隶属于佳木斯市管辖，地处中国最东部乌苏里江和黑龙江交汇的三角地带，为冲积平原地貌，面积约6 047 km^2[17]。该区为寒温带大陆性季风气候，冬季漫长寒冷，夏季高温多雨，光照充足，地势平坦，耕地资源丰富，土质肥沃，是我国重要商品粮产地。研究区地层以第四系沉积覆盖为主，其中广泛分布为上更新统别拉洪河组，河流沿岸为第四系高低漫滩堆积层^[18]。区内土壤类型以白浆土、沼泽土和草甸土为主，局部地区分布有暗棕壤、泥炭土和新积土，为广义寒地黑土区^[19-20]。抚远市土地利用方式以耕地为主，其中北部多旱田，主要种植玉米、大豆，局部地区种植烤烟、甜菜等经济作物；南部以水田为主，主要种植水稻^[21]。区内水系较为发育，分布有较大面积的沼泽湿地，地表水及地下水资源丰富。抚远市社会经济以农业为主，前锋农场、前哨农场、二道河农场等现代化农场发展建设良好，区内工业不发达，生态环境良好。抚远市是著名的边贸口岸城市，水运发达，通往周边县市的公路也较为发达，交通便利。

1.2 数据来源

本文研究所采用数据资料主要来源于“三江平原东部粮食主产区1∶250 000土地质量地球化学调查”取得成果，项目采集样品主要为表层和深层土壤。本次研究样品为表层土壤取样，取样密度为每平方公里1件，以1∶50 000 km网格为取样单元布设采样点，选择代表性土地利用方式采集样品，沼泽湿地区适当减小取样密度。样品采集避开道路、建筑物、垃圾堆等人为扰动明显地区，采用刻槽方式采集表层0 ~ 20 cm土壤，以保证土样上下的均匀性，50 m范围内采3处以上多点取样，均匀混合成一件样品，去除植物残枝、砾石等杂物后，以四分法取1 000 g装入样品袋，详细记录采样点号、样袋号、坐标、样品颜色、质地及周边环境等信息。样品自然晾晒干燥后，分批次集中送至指定地点进行单样加工及样品组合，每4 km²为一个大格，组合成一件分析样品，送至具有专业资质的检测机构进行测试分析。

1.3 样品检测及数据分析

样品的分析测试工作由黑龙江省地质矿产实验测试研究中心完成，共完成分析测试表层土壤组合样品1 538件，分析测试了营养有益、有毒有害及酸碱度等54项元素指标，其中K、Ca、Mg、Fe、Al等主要造岩元素为氧化物形式，样品分析测试参照行业相关标准执行，本文讨论的14项元素指标采用的分析方法及检出限和精密度见表 1。

试验数据采用迭代循环剔除离群数据方法计算元素背景值，认定为该区表层土壤养分元素的背景值。采用Excel、MapGIS67、ArcGIS10.2、GeoIPAS4.0等应用软件对数据资料进行多元统计分析并编辑图件，统计研究区内土壤元素地球化学特征。以样品分析数据代表的大格作为基础评价单元，参照DZ/T0295—2016《土地质量地球化学评价规范》^[22]中土壤养分地球化学等级划分标准，进行土壤养分元素丰缺现状研究。引用规范中Ca、Mg、Fe以氧化物形式计，本文中以CaO、MgO、TFe₂O₃讨论。

2 结果与分析 2.1 土壤养分元素地球化学参数特征

研究区表层土壤各养分元素地球化学参数特征见表 2，其中土壤有机质（SOM）含量采用土壤有机碳（SOC）含量乘以Van Bemmelen因数求得^[23]。区内土壤有机质含量丰富，平均值达到46.9 g/kg，最大值高达182.7 g/kg，变异系数为0.398，在研究区内分布不均匀；B、K元素变异系数小于0.15，在该区内呈均匀分布；Mo、Cu、Zn及CaO、MgO、TFe₂O₃的变异系数介于0.15 ~ 0.3，该区域内分布较均匀；而Cl、Mn、N、P、S 5种元素变异系数均大于0.3，表明在区内分布不均匀，其中Mn元素变异较显著，可能存在局部异常区。

研究区内发育6种土壤类型，各元素指标含量也有差异。白浆土区N、S、Ca、Mg及土壤有机质含量相对较低，这与白浆土地表黑土层较薄且有明显白浆化层阻碍养分交流有关。草甸土、沼泽土中大、中养分元素及有机质含量较丰富，腐殖土层较厚，且水分较充沛，适宜作物生长。暗棕壤主要分布于山林地区，表层土壤有机质含量丰富，这一区域母质层较浅，土壤中Ca、Mg等造岩元素氧化物含量较高。新积土主要分布在河滩地，其母质主要为河流沉积物，含砂砾石，Fe、Mn、Mg等矿质元素含量较丰富。泥炭土分布在江河沿岸低洼区，多为荒草地，长期积水发育形成泥炭层，有机质含量最为丰富。各土壤类型成因及成土母质不同，且土地利用方式存在差异，经地表自然或农耕活动干扰后，导致其中各元素含量差异。

2.2 土壤养分元素分布特征

元素地球化学图可直观反映元素的含量及分布特征，本次研究使用GeoIPAS4.0软件编制元素地球化学图，计算模型为幂指数加权，指数因子为10，网格间距为2 km，2.5倍网格间距为搜索半径，图例采用11级累计频率分级。

2.2.1 大量养分元素及有机质

大量养分元素是植物生长所必需且需要量相对较多的元素，本次主要讨论的大量养分元素为N、P、K，以及土壤肥力相关的土壤有机质，抚远地区土壤N、P、K及有机质含量分布特征见图 1。

研究区表层土壤中N元素分布不均匀，含量主要在1.63 ~ 3.33 g/kg(10% 和90% 分位数，以下同)，高含量区主要分布在通江、乌苏里江、别拉洪河沿岸部分地区及浓桥镇西部地区，低含量区主要分布在北部通江乡–抓吉镇–寒葱沟镇一带地区。表层P元素含量主要在0.55 ~ 1.09 g/kg，高含量区主要分布在浓桥镇西部及通江、乌苏里江沿岸一带地区，低含量区主要分布在西南部前锋农场及东南部石头山一带地区。该区表层土壤K元素分布较为均匀，含量主要在17.9 ~ 20.4 g/kg，高含量区主要分布在抚远镇–通江乡一带黑龙江沿岸地区及西南部前锋农场一带地区，低含量区主要分布在乌苏里江、别拉洪河沿岸。该区表层土壤有机质分布不均匀，含量主要在28.4 ~ 63.6 g/kg，总体呈现南高北低，浓桥镇西部及浓江和乌苏里江下游沿岸地区也呈高背景分布。研究区内N、P和有机质呈较好正相关，分布特征较为相似，且均与K呈一定程度的负相关。研究区大面积农场区耕地由草甸沼泽开垦形成，垦前水草丰茂，中温带向寒温带过渡的气候特征促进了土壤腐殖质的发育和累积，形成了有机质的高背景场分布，奠定了优质土壤肥力基础。

2.2.2 中量养分元素

在植物所必需的养分元素中需要量中等的元素有Ca、Mg和S(图 2)。研究区表层土壤Ca元素含量以CaO计，含量主要在6.6 ~ 10.1 g/kg，较高含量区主要分布在西北部黑龙江和南部与饶河县相接地区，其他地区呈较均匀分布。表层土壤中Mg元素含量以MgO计，含量主要在7.2 ~ 10.4 g/kg，北部和东部江河沿岸地区含量略高，其他地区较为均匀。研究区表层土壤中S元素分布不均匀，含量主要在178 ~ 358 mg/kg，高背景场主要分布于浓桥镇及北部、东部江河沿岸地区，该区内S元素与有机质呈显著正相关，分布特征也较为相近。表层黑土中中量元素受流水作业影响较为明显，推测流水冲击夹带大量岩屑砂石在河漫滩堆积，岩屑中造岩元素含量较高，致使部分漫滩地带Ca、Mg呈现局部高背景。

2.2.3 微量养分元素

Fe、B、Mo、Zn、Mn、Cu、Cl为微量养分元素，研究区部分微量元素分布特征见图 3。微量元素在土壤中含量较低，但在作物生长过程中起着重要作用，微量元素过量或缺乏都可能影响作物的产量与质量。抚远地区表层土壤中Mo、Fe、Zn、Mn元素相关较显著，彼此间相关系数均在0.45以上，地球化学分布特征较为相似，在东部北部江河沿岸一带地区含量较高，西南部略低。B与其他元素呈负相关关系，元素总体呈北高南低分布特征，高背景场主要分布在西南前锋农场一带地区。Cu元素总体呈北高南低，但抓吉镇–浓江一带呈高背景分布。Cl元素分布不均匀，总体北高南低，高背景场分布于浓桥镇–抓吉镇以北地区，西南前锋农场一带呈低背景场分布。土壤母质是黑土层微量元素分布的主要影响因素，水系对部分元素有一定影响。

2.3 土壤养分元素丰缺状况 2.3.1 单指标土壤养分地球化学评价

参照DZ/T0295—2016《土地质量地球化学调查规范》中土壤养分地球化学等级划分标准(表 3)，对土壤养分元素进行地球化学评价，可直观反映土壤中各养分元素的丰缺现状。

研究结果(图 4)可见，抚远地区土壤有机质含量丰富–较丰富区占全区87.5%，中等区约占5.9%，较缺乏–缺乏仅占2.3%，且多分布于林地或沿江滩涂地区，农耕区有机质含量普遍富足，土壤肥力较好，大部分地区达到绿色食品产地土壤肥力分级中有机质含量Ⅰ级标准。大量养分元素中，N元素含量富足，丰富–较丰富区占全区92.8%，仅1.3% 为较缺乏–缺乏区；P元素在约半数地区呈丰富–较丰富状态，近1/3为中等区，较缺乏–缺乏区占14.5%，多分布于前锋农场–二道河农场一带地区；K元素含量主要呈现适中状态，北部局部地区较丰富。中量养分元素中，Ca、Mg元素以较缺乏为主；S元素总体适中，S丰富和S缺乏区均较小，中等含量区面积最大。微量养分元素中，B、Zn元素以缺乏–较缺乏为主；Mo元素主要呈丰富–较丰富状态；Cu元素中等以上占全区71.5%；Fe元素中等以上占61.6%；而Mn元素丰富–较丰富占全区48%，中等约占12.4%，缺乏–较缺乏占38.3%，另有1.3% 地区为Mn元素过量，主要分布在北部抚远镇–浓江乡一带地区，可能会对土地质量及农作物生长造成一定影响。在现代农业种植中可根据微量元素的丰缺情况适当补充施用微肥，根据不同作物生长特性有针对性制定配肥方案，提高综合肥力效应，促进农业综合生产力提升。

2.3.2 土壤养分地球化学综合评价

在对土壤N、P、K单指标养分地球化学等级评价的基础上，可计算土壤养分地球化学综合得分ƒ_养综表示土壤养分地球化学综合等级，直观显示土壤综合肥力质量。计算公式为：

$ {f}_{养综}={\displaystyle \sum _{i=1}^{n}{k}_{i}{f}_{i}} $

式中：k_i表示N、P、K权重系数，分别为0.4、0.4、0.2；$ {f}_{i}$表示N、P、K的单元素等级得分，单指标评价为一等到五等所对应得分为5分到1分；$ {f}_{养综}$≥4.5为一等，3.5 ~ 4.5为二等，2.5 ~ 3.5为三等，1.5 ~ 2.5为四等，＜1.5为五等。

经研究区土壤养分地球化学综合研究评价结果统计(图 5)，抚远市约15.7% 面积土壤养分地球化学综合等级为一等，二等分布面积最为广泛，约占全区61.4%，三等约占21.7%，四等零星分布，仅占约1.2%，无五等养分缺乏区域。该地区地貌主要为冲积平原，土壤层较厚，地表黑土层发育好，腐殖质含量高，土壤质地以黏壤土为主，含长石及云母矿物不丰富，矿物质风化和有机质分解释放K元素有限，K元素不丰富影响了研究区土壤养分的综合等级。

3 结论

1) 抚远市表层土壤元素含量及分布特征与土壤类型有关，成土母质及土壤成因不同造成表层土壤中元素含量差异，山地残坡积母质发育的暗棕壤地区Fe、Mg等矿质元素含量丰富，而平原沼泽土、草甸土、泥炭土分布区腐殖质层发育良好，有机质含量丰富。研究区水系发育，沿岸土壤中P、K、Mg等元素含量受河流影响明显。

2) 研究区土壤有机质较为富足，N、P、Mo、Mn含量较丰富，零星地区Mn元素过量，K含量较适中，Ca、Mg、B、Zn较缺乏。根据各元素丰缺状况建议在农耕种植中适量补充施用硼肥等微量元素肥料，以提高农业综合生产力。

3) 研究区土壤养分地球化学综合等级一等、二等共占全区77.1%，四等仅个别地区零星分布，研究区大部分地区土壤养分丰富，土壤肥力良好。