硫是植物必需营养元素中仅次于氮、磷、钾的中量元素，是生命物质的重要结构组分，在植物的代谢和生长发育进程中参与重要的生理功能^[1]。作物对硫元素的需求量和磷相当，有些作物需硫量甚至还超过磷，在缺硫条件下作物的正常生长发育会严重受阻^[2]。土壤中的有效硫是作物硫素营养的主要来源，植物根系主要通过吸收土壤中的有效硫获取硫素营养，由于作物产量水平的提升，作物从土壤中携带出的硫越来越多，如果不能得到及时的补充，势必会造成土壤中硫元素缺乏现象，从而影响作物正常的生长发育^[3]。土壤中的硫含量取决于大气硫沉降、成土母质、灌溉、施肥、种植制度、气候等因素。土壤缺硫的地区有亚洲、大洋洲、非洲、西欧和北美，几乎遍及世界各地^[4]。相关研究结果表明，我国大部分农区都存在缺硫土壤^[5]。近几年随着生态环境保护力度的加大，大气硫沉降已经逐渐减少，因此目前硫素养分的补充主要通过施肥途径。我国已成为世界第一大硫矿进口国，硫素的对外依存度较高^[6]。在我国，硫素养分作为稀缺资源，科学合理地分区域重点应用必然成为解决硫素资源亏缺的主要途径。西安市作为陕西省的省会城市，城市发展与农业生产用地矛盾日渐突出，为了调和这一矛盾，增加耕地复种指数并提高单位面积产量成为主要选择，而连年高强度的作物种植必然会造成土壤硫素持续大量消耗，如果外源补充不及时，就会导致土壤硫素呈净亏缺趋势。因此，明确西安市土壤有效硫含量空间分布特征对区域作物硫素养分管理具有重要意义。

进入 20 世纪 90 年代，我国学者相继对江西、安徽、吉林、黑龙江等省份的土壤有效硫状况进行了研究。陶其骧等^[7]采集了江西省 16 个县市 9 种主要母质的 609 个农田耕层土样，进行了土壤有效硫含量测定，明确了江西省不同地貌、成土母质以及土属对土壤有效硫含量的影响。钱晓华等^[8]在获取安徽省耕地土壤有效硫基础数据和硫肥试验研究结果的基础上，以地统计学特征分析和新的土壤有效硫分级指标统计为手段，研究了安徽省土壤有效硫时空变化特点和区域性分布现状，掌握了耕地土壤硫养分丰缺状况及供给水平。崔帅等^[9]采集吉林省不同生态区 8 种主要土壤类型的 232 个表层（0～20 cm）土壤样品，利用地统计学方法分析土壤有效硫含量的空间分布特征，比较不同类型土壤有效硫含量差异，并建立土壤有效硫和有机质、全氮的相关关系。吴英等^[10]对黑龙江省不同类型土壤的全硫和有效硫含量进行了研究，明确了黑龙江省不同土壤类型全硫和有效硫含量的范围以及土壤硫素丰缺状况。从前人研究来看，目前主要从省级尺度上阐明土壤硫素的空间变异性以及影响因素，而从市域尺度上对于土壤硫素的研究较少。

本研究拟从市域尺度出发，采集西安市不同区县土壤耕层样品，测定土壤有效硫、有机质、全氮、有效磷、速效钾含量和 pH 值等数量型指标，调查土壤类型、成土母质、地貌类型等概念性指标，比较不同概念型指标下土壤有效硫含量的差异，利用相关性分析探讨土壤有效硫与土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量和 pH 值等数量型指标之间的关系，结合地理信息系统技术阐明土壤有效硫的空间分布特征，以期为西安市不同区域作物硫素营养管理实践提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

西安市是陕西省会，属于关中平原城市群核心城市以及全国西部地区重要的中心城市。西安地处关中盆地中部，北濒渭河，南依秦岭^[11]。地理坐标介于 33°42′—34°44′N 和 107°40′—109°49′ E 之间。辖境东西长 204 km，南北宽 101 km，总面积约 101.08×10⁴ hm²。该区属暖温带大陆性季风气候区，气候温和湿润，冷热、干湿四季分明。年平均气温 6.4～13.4℃，年平均降水量 537.5～1028.4 mm^[12]。土壤类型主要包括褐土、黄绵土、潮土、水稻土、新积土、红黏土等 10 余种，成土母质主要为黄土母质。研究区主要种植作物包括冬小麦、夏玉米、蔬菜、葡萄和猕猴桃等，典型种植制度为冬小麦-夏玉米连作。最新统计数据显示，截至 2021 年年底，西安市粮食播种面积 25.76 万 hm²，粮食产量为 141.92 万 t，蔬菜产量为 362.80 万 t，水果产量为 101.01 万 t。

1.2 研究方法

1.2.1 土壤样品采集方法

土样采集时间为 2020 年夏玉米收获后、冬小麦施肥前。土壤样品采集于西安市辖区农用地，按照每 667 hm² 采集 1 个样点的标准，共采集样点 526 个（采样点分布情况见图1），采样深度为 0～20 cm。采样时利用全球定位系统进行定位，采用“梅花形”五点取样法采集耕层土样，混合后采用四分法最终获得 1 kg 左右样品。采样过程中，调查采样点地理环境、作物种植情况等信息。所有土样采集后装入布袋，运回实验室待自然风干后，挑除石子、草根等杂物，研磨过 1 mm 筛后备用。

1.2.2 土壤样品检测方法

土壤养分含量测定参照《有效硫含量采用氯化钙浸提-氯化钡比浊法》（NY/T1121—2006）测定，土壤 pH 值测定采用电位法，土壤有机质测定采用重铬酸钾硫酸容量法，土壤全氮测定采用凯氏蒸馏法，土壤有效磷测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，土壤速效钾测定采用乙酸铵提取-火焰光度法。

1.2.3 土壤有效硫含量分级标准

Donahue 等^[13]指出禾谷类和豆科作物的土壤缺硫阈值为土壤有效硫含量≤ 12 mg/kg，依据国内土壤有效硫含量分级相关报道^[8，14-16]，确定土壤有效硫含量分级标准：土壤有效硫含量≤ 12 mg/ kg，土壤含硫量低，需要施硫肥；12 mg/kg<土壤有效硫含量≤ 16 mg/kg，土壤含硫量中低，一般作物不需施硫肥，对需硫多的作物如油菜、芝麻、大蒜等可以考虑施用硫肥；16 mg/kg<土壤有效硫含量≤ 30 mg/kg，土壤含硫量中等，不需施硫肥；30 mg/kg<有效硫含量≤ 50 mg/kg，土壤含硫量较高，供硫能力较强；有效硫含量 >50 mg/kg，土壤含硫量很高，供硫能力强。

1.3 数据处理

本研究通过 3 倍标准差法剔除特异值，即样本平均值加减 3 倍标准差，在此区间以外的数据均定为特异值，最终保留有效样点 509 个。通过 SPSS 23.0 进行数据统计分析、相关性分析、方差分析以及邓肯多重比较等；应用 OriginPro 2022 绘制数据散点图；应用 ArcGIS 10.2 绘制采样点分布图并完成有效硫含量普通克里格空间插值、面积统计和制图。

2 结果与分析

2.1 不同区（县）土壤有效硫含量统计特征

表1 列出了西安市不同区（县）土壤有效硫含量。从表1 可以看出，全市土壤有效硫含量平均值为 21.03 mg/kg，中位数为 14.05 mg/kg，中位数小于平均值，说明平均值受全市土壤样本中有效硫数据的极值尤其是最大值影响较大。按土壤有效硫含量分级标准，全市土壤有效硫含量的平均值属于中等水平，但与 20 世纪 90 年代我国南方 10 省土壤有效硫含量平均值 34.3 mg/kg 相比仍然偏低^[17]。有效硫含量变异系数达到 81.09%，属于中度变异 （介于 10%～100%）。全市土壤有效硫含量变异系数较大，说明全市 0～20 cm 耕层土壤有效硫分布变异较大。从各区县土壤有效硫含量来看，高陵区和长安区土壤有效硫含量平均值较大，分别达到了 42.05 和 42.63 mg/kg，与其他区（县）土壤有效硫含量平均值相比，差异具有显著性（P<0.05）。灞桥区、临潼区以及鄠邑区土壤有效硫含量平均值较小，分别为 12.04、11.47 以及 13.56 mg/kg，阎良区土壤有效硫含量平均值最小，为 9.37 mg/kg，显著低于除临潼、鄠邑区外的其他区县土壤有效硫含量平均值（P<0.05）。鄠邑区土壤有效硫分布变异程度最大，变异系数为 111.35%，属于强度变异（≥100%），长安区土壤有效硫分布变异程度最小，变异系数为 29.63%，属于中度变异（介于 10%～100%）。全市土壤有效硫含量数据峰度值为 1.402（<3），说明数据分布呈扁平状态，没有明显的尖峰。偏度值为 1.323 说明土壤有效硫含量的数据呈左偏分布，数据向极小值方向相对集中。

注：同列不同字母表示差异达 5% 显著水平。表4、5、6 同。

2.2 土壤有效硫含量空间分布

图2 为各区（县）土壤有效硫含量在不同等级水平上的面积占比情况。从图2 可看出，全市土壤含硫量低（土壤有效硫含量≤ 12 mg/kg）的土壤面积占比为 33.3%，高于其他等级水平的面积占比，含硫量中低（12 mg/kg<土壤有效硫含量≤ 16 mg/kg） 的土壤面积占比为 23.5%，含硫量低和中低土壤面积合计占比为 56.8%，已占到全市农用地土壤面积的一半以上。其中，阎良区含硫量低的土壤面积占比最高，为 100%，鄠邑区和临潼区含硫量低的土壤面积占比过半，分别为 62.3% 和 53.2%，灞桥区、蓝田县和长安区含硫量低的土壤面积占比也较大，分别为 34.7%、27.2% 和 18.6%，全市仅有高陵区和周至县不存在含硫量低的土壤。蓝田县 54.3% 的农用地土壤有效硫含量处于 12～16 mg/kg 的中低水平，周至县 78.2% 的农用地土壤有效硫含量处于 16～30 mg/kg 的中等水平，高陵区 62.2% 的农用地和长安区 53.4% 的农用地土壤有效硫含量处于 30～50 mg/kg 的较高水平。

采用普通克里格插值法获得了全市土壤有效硫含量空间分布，结果见图3。从图3 可看出，全市缺硫土壤呈分散状分布，主要分布于东北部和中部偏西地区，此外，东部沿秦岭北麓一带也存在部分缺硫土壤。全市耕层土壤的有效硫含量具有明显的空间分异，土壤有效硫含量自西向东总体呈现 “高—低—高—低”的变化趋势。

2.3 土壤有效硫含量的影响因素

对采样点位的土壤类型、成土母质、地貌类型 3 个概念型指标进行统计分析和单因素方差分析，对采样点位的海拔、pH 值、有机质、全氮、有效磷、速效钾 6 个数量型指标进行 Pearson 相关性分析，以掌握不同因素对土壤有效硫含量的影响。

2.3.1 概念型指标对土壤有效硫含量影响程度

研究区不同土壤类型、地貌类型、成土母质与土壤有效硫含量的方差分析（F 检验）见表2。从表2 可以看出，不同的土壤类型、地貌类型、成土母质的土壤有效硫含量存在极显著差异 （P<0.01），说明各因子对其变异均有极显著影响。F 值为组间均方与组内均方的比值，表示不同分组间样本均数的差异；F 值越大，表明不同分组间的差异越明显。从表2 可看出，成土母质的 F 值最大，为 25.865，说明不同成土母质土壤有效硫含量差异性较大，地貌类型的 F 值最小，为 4.413，说明不同地貌土壤有效硫含量差异性较小。

2.3.2 数量型指标与土壤有效硫含量相关性分析

对土壤有效硫含量和采样点位海拔、土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量以及土壤 pH 值进行 Pearson 相关性分析，结果见表3。从表3 可看出，土壤有效硫含量和 pH 值的相关系数为-0.172，呈极显著负相关，这与戴平安等^[18]对湖南柑桔园土壤 pH 值和土壤有效硫含量相关性的研究结果相一致。土壤有效硫含量和土壤有机质及全氮含量的相关系数分别为 0.253 和 0.240，呈极显著正相关，这与郝庆菊等^[19]研究认为三江平原土壤有机质含量是影响土壤硫含量重要因素的结论相一致。土壤有效硫含量与采样点海拔高度、土壤有效磷及速效钾含量没有显著相关性。土壤有效硫含量与土壤 pH 值、有机质和全氮含量的关系见图4～6。从图4 可看出，大部分土壤样点土壤有效硫含量随土壤 pH 值升高而逐渐降低，这可能由于土壤酸度增加有利于土壤全硫元素的活化，从而促使土壤有效硫含量提升^[20]。从图5 和 6 可看出，大部分土壤样点土壤有效硫含量随土壤有机质和全氮含量的升高而逐渐升高。

2.3.3 不同土壤类型对土壤有效硫含量的影响

全市主要包括褐土、黄绵土、潮土、水稻土、新积土、红黏土等 10 余种土壤类型，统计结果显示，全市 6 种主要耕作土壤类型之间有效硫含量差异显著。从表4 可看出，水稻土的土壤有效硫含量最高，为 35.54 mg/kg，与褐土、黄绵土以及红黏土 3 种土壤类型相比，具有显著性差异（P<0.05），红黏土的土壤有效硫含量最低，为 14.73 mg/kg，与水稻土、新积土和潮土相比，具有显著性差异 （P<0.05），全市不同土壤类型土壤有效硫含量从高到低分别为水稻土 >新积土 >潮土 >黄绵土 >褐土 >红黏土。水稻土的土壤有效硫含量最高，这与钱晓华等^[8]对安徽省不同土壤类型下土壤有效硫含量的研究结果基本一致。

注：** 代表在 0.01 水平相关性极显著。

2.3.4 不同地貌对土壤有效硫含量的影响

全市不同地貌之间土壤有效硫含量情况见表5。从表5 可看出，全市平原区土壤有效硫含量最高，为 22.17 mg/kg，与山地相比具有显著性差异（P<0.05）。山地区土壤有效硫含量最低，为 9.42 mg/kg，全市不同地貌类型土壤有效硫含量从高到低顺序是平原 >台塬 >丘陵 >山地。平原与台塬区域土壤有效硫含量较高，主要是由于该区域地势平坦，人类农业生产活动频繁，长期的人为耕作和施肥促进了土壤有效硫含量的提升，加之平原地区土壤主要由渭河干流和支流冲积和洪积形成，土壤肥沃，土质优良，因此土壤有效硫含量较高。丘陵和山地区域由于成土主要是岩石风化物，土层较薄，加之坡地水土流失等因素，因此土壤贫瘠，土壤有效硫含量较低，丘陵和山地区域土壤有效硫含量接近于禾谷类和豆科作物土壤缺硫阈值（有效硫含量≤ 12 mg/kg），因此该区域农用地在土壤养分管理中应注重硫素养分的补充。

2.3.5 不同成土母质对土壤有效硫含量的影响

不同母质、母岩发育的土壤，其有效硫含量不同。全市不同成土母质下土壤有效硫含量情况见表6。从表6 可看出，洪积母质下土壤有效硫含量最高，为 40.82 mg/kg，显著高于黄土母质和坡积母质（P<0.05）。坡积母质下土壤有效硫含量最低，为 10.47 mg/kg。全市不同成土母质土壤有效硫含量从高到低分别是洪积母质 >冲积母质 >黄土母质 >坡积母质。洪积母质和冲积母质成土土壤多为山洪或河水夹带泥沙沉积而成，因此这两种成土母质一般母质层较深厚，养分丰富，形成的土壤肥沃，硫素含量相应较高^[21]。

3 讨论

由于南方地区雨水充沛且集中，土壤中的 SO₄ ^2- 易于淋溶和下渗从而造成硫素营养缺乏，因此，国内外土壤硫素研究往往将注意力放在南方，尤其放在南方酸性土壤上，而对于北方干旱半干旱地区土壤硫素的状况并未予以充分重视。本研究通过对西安市农用地土壤有效硫含量的调查发现，虽然全市土壤有效硫含量的平均值达到了中等水平，但由于土壤有效硫含量空间分异性较强，不同地区之间土壤有效硫含量差异明显，仍有许多地区土壤有效硫含量处于低或中低水平，面积占比达到了 56.8%，且土壤有效硫含量低于禾谷类和豆科作物土壤缺硫阈值（有效硫含量≤ 12 mg/kg）的面积占比也达到了 33.3%。在西安市土壤有效硫缺乏的农用地，冬小麦和大豆种植极有可能由于土壤硫素缺乏而产生作物缺素症状。西安市部分农用地土壤硫素缺乏主要还是与耕作及施肥等人为因素相关，随着耕地复种指数的提高、高产品种以及高产栽培技术的推广应用，农田土壤硫素的输出不断增加，而投入却不断减少，从而加剧了土壤硫素输出与投入的不平衡，促使土壤硫素含量不断减少；20 世纪 80 年代以前，虽然硫素从未当作植物养分而纳入施肥的内容，但由于那时氮肥施用主要以硫酸铵为主，磷肥施用主要以过磷酸钙为主，而这两种肥料中都含有硫元素，因此在施用氮磷肥的过程中也将大量硫素带入土壤，土壤硫素有逐年增加的趋势。但是 20 世纪 80 年代后，高浓度复合肥和配方肥由于施用简单等特点而被农田大量应用，复合肥中的原料主要是尿素、磷铵以及氯化钾或硫酸钾，以氯化钾为钾素来源的复合肥由于价格相对较低更易被粮食种植户应用，因此在部分地区粮食作物生产中，以化肥方式投入土壤的硫素日趋减少，同时传统有机硫素投入也明显不足，从而导致该地区土壤有效硫含量降低，当然，有关缺硫土壤对于粮食生产的影响程度还有待进一步调查研究。

4 结论

（1）西安市土壤有效硫含量平均值为 21.03 mg/kg，按照土壤有效硫含量分级标准，属于中等水平，与 20 世纪 90 年代我国南方 10 省份土壤有效硫含量平均值 34.3 mg/kg 相比仍然偏低。

（2）西安市耕层土壤有效硫含量具有明显的空间分异，自西向东总体呈现“高-低-高-低”的变化趋势，含硫量低和中低的土壤面积合计占比为 56.8%。针对西安市部分农区土壤硫素缺乏现象，在土壤养分管理中，应当推荐使用含硫复合肥或者补施硫肥，从而降低作物缺硫风险。

（3）土壤类型、成土母质、地貌类型均对土壤有效硫含量具有显著影响，其中以成土母质的影响最显著。不同土壤类型中水稻土、新积土和潮土的有效硫含量较高，不同地貌类型中平原和台塬区域土壤有效硫含量较高，不同成土母质中洪积和冲积母质下土壤有效硫含量较高。

（4）土壤 pH 值、土壤有机质、土壤全氮均与土壤有效硫含量存在极显著相关性。土壤有效硫含量和 pH 值呈极显著负相关，大部分土壤样点有效硫含量随土壤 pH 值升高而逐渐降低；土壤有效硫含量与土壤有机质和全氮含量呈极显著正相关，大部分土壤样点有效硫含量随土壤有机质和全氮含量升高而逐渐升高。

参考文献