滴灌條件下施鎂的生物有效性及其移動(dòng)分布

梁艷

摘要 [目的]以番茄為供試植物，探討在赤紅壤中滴灌施肥條件下鎂對(duì)作物生長(zhǎng)的影響以及滴施鎂肥后鎂在土壤中水平方向和垂直方向上的移動(dòng)規(guī)律。[方法]以硫酸鎂為鎂源，通過(guò)滴灌系統(tǒng)施入，設(shè)3個(gè)不同用量處理，在不同的生長(zhǎng)時(shí)期測(cè)定。[結(jié)果]隨著施鎂量（0～6 g/盆）的增加，與CK相比，施用鎂肥能增加植株的干重和果實(shí)的鮮重，而滴施鎂肥各處理的番茄株高增加33.69%～37.19%，其中D6.4處理（施鎂量4 g/盆）植株干重增加28.55%，達(dá)到0.05水平顯著差異。在整個(gè)生長(zhǎng)期滴施鎂肥各處理的相對(duì)葉綠素和植株葉片含鎂量都能保持在較高的水平。在生長(zhǎng)中后期，隨著滴施鎂肥量的增加，滴施鎂肥各處理的植株葉片含鎂量增加31.0%～101.6%，與CK相比達(dá)到0.05顯著水平。土柱模擬滴施硫酸鎂試驗(yàn)結(jié)果表明，滴施3個(gè)濃度水平的硫酸鎂后，土層交換性鎂含量在水平方向上都呈先遞減后遞增的趨勢(shì)，在10～15 cm土層鎂含量達(dá)到最低，其后在15 cm以下的土層中鎂含量逐漸升高；而在垂直方向上都呈先急劇減少然后緩慢增加的趨勢(shì)，其中在0～5、5～10 cm土層中交換性鎂含量的下降幅度較大，在10 cm以下土層中交換性鎂含量變化趨于平緩。[結(jié)論]與不施鎂肥處理相比，施用鎂肥能促進(jìn)番茄的生長(zhǎng)。滴施不同濃度的鎂肥，土層交換性鎂含量在水平方向上呈先遞減后遞增的趨勢(shì)，在垂直方向上呈先急劇減少然后緩慢增加的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 滴灌；鎂肥；分布；番茄

中圖分類(lèi)號(hào) S275.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）16-05066-05

鎂元素在植物體內(nèi)含量為0.05%～0.70%，在光合作用中發(fā)揮重要作用。植物中鎂的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源主要是土壤，其供應(yīng)的豐缺與土壤中有效鎂含量最為密切，但與成土母質(zhì)、土壤中酸度、離子組成和陽(yáng)離子交換量有關(guān)[1]。

由于我國(guó)南方地區(qū)地處熱帶、亞熱帶，高溫多雨，土壤中鎂素淋失嚴(yán)重。除少數(shù)土壤外，該地區(qū)的磚紅壤、赤紅壤和紅壤丘陵旱地上的土壤有效鎂含量低，土壤供鎂能力弱[2]。隨著氮、磷、鉀肥用量的增加， 土壤鎂素自身不平衡將日益嚴(yán)重， 鎂已成為提高作物產(chǎn)量與品質(zhì)的限制因素[3]。國(guó)外學(xué)者Winsor等[4]田間試驗(yàn)表明， MgSO4·7H2O葉面噴施比土壤施用能更有效地控制番茄失綠癥狀的發(fā)生，并且提議施鎂比減少鉀肥用量更能預(yù)防缺鎂癥狀的發(fā)生。我國(guó)對(duì)土壤鎂素的研究比較晚。趙冰等[5]研究表明，施用鎂肥可明顯提高番茄生長(zhǎng)后期的葉綠素含量、株高及掛果數(shù)量，而且果實(shí)產(chǎn)量和生物量的增產(chǎn)效果明顯。

滴灌施肥技術(shù)是利用滴灌設(shè)施將作物需要的養(yǎng)分、水分最低限度地供給，使其限定在作物根域25 cm左右，能隨意地控制水分、肥料，滿(mǎn)足作物生長(zhǎng)的需要[6]。我國(guó)是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家和肥料消耗大國(guó)，農(nóng)業(yè)用水的有效利用率只有30%～40%，氮肥利用率僅為30%～50%，因此發(fā)展灌溉施肥技術(shù)對(duì)于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的潛力具有舉足輕重的作用。近年來(lái)，滴灌施肥技術(shù)在國(guó)外得到大力推廣[7]，國(guó)內(nèi)對(duì)滴灌施肥技術(shù)的也有大面積的推廣應(yīng)用，如在棉花、西瓜、玉米、番茄、橙、香蕉、荔枝、黃皮等大田作物上有相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用。

據(jù)報(bào)道，淋溶和排水是土壤鎂損失的主要途徑，其損失量達(dá)3.0～39.0 kg/hm2，多雨地區(qū)和砂質(zhì)土壤鎂的淋溶損失更嚴(yán)重，淋失量高達(dá)90 kg/hm2[8]。劉安勛等[9]研究表明，水溶性的硫鎂肥（MgSO4·H2O）較鎂石粉（MgCO3）、輕燒氧化鎂（MgO）和硼泥等鎂肥易在土壤中淋溶損失， 不宜在多雨地區(qū)施用。李延等[10-11]研究也表明，由于Mg2+的淋失量易隨降雨量的提高而增加，成為紅壤鎂素貧乏的重要原因之一。所以，了解施鎂后鎂在土壤中的分布顯得特別重要。

通過(guò)滴灌系統(tǒng)施用鎂肥，補(bǔ)充作物生長(zhǎng)所需的鎂營(yíng)養(yǎng)，更好地解決了南方山地果園中普遍缺鎂的問(wèn)題。筆者以需鎂敏感的番茄為供試作物，研究滴灌施肥條件下鎂對(duì)作物生長(zhǎng)的影響，為鎂肥在滴灌系統(tǒng)中的應(yīng)用及提高鎂的有效性提供一定的理論依據(jù)。同時(shí)，將從滴施硫酸鎂后鎂在土壤中水平方向和垂直方向上移動(dòng)，探討滴灌施肥條件下鎂元素在土壤中遷移規(guī)律，為今后滴灌系統(tǒng)合理施用鎂肥提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 滴灌條件下施鎂的生物有效性研究

1.1.1 供試土壤。供試土壤為赤紅壤，取自華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物營(yíng)養(yǎng)系校內(nèi)實(shí)習(xí)基地。土壤理化性質(zhì)為pH 6.25，交換性Mg 18.11 mg/kg，堿解氮72.54 mg/kg，速效鉀113.19 mg/kg，有效磷11.04 mg/kg。土壤經(jīng)風(fēng)干輾碎后，過(guò)3 mm土篩，封存待用。土壤pH測(cè)定采用電位法（水土比為2.5∶ 1.0）；交換性鈣、鎂測(cè)定采用乙酸銨交換-原子吸收分光光度法；有效磷測(cè)定采用鹽酸-氟化銨法；速效鉀測(cè)定采用乙酸銨浸提-火焰光度法；堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法。

1.1.2 供試作物。供試番茄品種為華南農(nóng)大夏鉆石。

1.1.3 供試容器。黑色定植袋規(guī)格為上口徑30 cm，下口徑28 cm，高23 cm，每盆裝土10 kg。

1.1.4 滴灌系統(tǒng)組成。滴灌系統(tǒng)設(shè)置圖見(jiàn)圖1。滴灌系統(tǒng)由100 L塑料桶，Φ32 mm PVC管、自吸泵、壓力表、過(guò)濾器、各種規(guī)格的PVC給水配件接頭以及流量為2.3 L/h的外鑲式壓力補(bǔ)償式滴頭連接而成。每個(gè)定植袋裝1個(gè)滴頭進(jìn)行灌水。施肥時(shí)使用滴瓶，將硫酸鎂分別配成溶液，以滴灌形式滴入各定植袋中。

1.1.5 試驗(yàn)場(chǎng)所。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物營(yíng)養(yǎng)系溫室。

1.1.6 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。以硫酸鎂作為鎂源，設(shè)置3個(gè)不同用量處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。試驗(yàn)中，將硫酸鎂（MgSO4·7H2O）配成溶液，通過(guò)滴灌系統(tǒng)施入（表1）。在定植后第10、20、30、40、50和60天，滴施鎂肥處理。施肥時(shí)使用滴瓶，將肥料配成溶液以滴灌形式滴入各處理。

1.1.7 試驗(yàn)實(shí)施。在2008年4月9日播種。5月14日選取生長(zhǎng)一致的番茄幼苗，移栽到黑色定植袋中，每袋1株。在番茄移苗后90 d收獲。各處理氮磷鉀用量一致，按每盆N 1.50 g、P2O5 1.00 g、K2O 1.50 g的施肥量[12]，施用尿素3.40 g、過(guò)磷酸鈣8.30 g和氯化鉀2.50 g。具體氮磷鉀養(yǎng)分分配見(jiàn)表2。每盆施用泥炭200 g，作為疏松改土物質(zhì)。供試肥料為尿素（農(nóng)用級(jí)），含N質(zhì)量分?jǐn)?shù)46.0%；過(guò)磷酸鈣（農(nóng)用級(jí)），含P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù) 12.0%；氯化鉀（農(nóng)用級(jí)），含K2O 質(zhì)量分?jǐn)?shù)60.0%；施硫酸鎂（MgSO4·7H2O，化學(xué)純），含MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)16.4%。

1.1.8 測(cè)定項(xiàng)目。分別于定植后第60、70天，從每盆取番茄上位葉（從上面數(shù)6～7葉） 和下位葉（從下面數(shù)3～4葉），采用SPAD透射型活體葉綠素儀（日本）測(cè)定相對(duì)葉綠素含量；收獲時(shí)，摘取全部果實(shí)，稱(chēng)果實(shí)鮮重，測(cè)定果實(shí)中鎂含量。

在番茄生長(zhǎng)期間，分3次（分別為定植后30、60和80 d），在每株掛果部位鄰近的第二簇和第三簇處的葉片，分析葉片中鎂含量。收獲時(shí)，將番茄植株沿土壤表面剪斷，將地上部和地下部烘干，稱(chēng)重，測(cè)定植株各部分鎂含量。采用乙酸銨交換-原子吸收分光光度法，測(cè)定收獲后土壤的交換性鎂含量。

1.2 滴灌條件下鎂的移動(dòng)和分布研究

1.2.1 供試土壤。供試土壤是赤紅壤，取自華南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物營(yíng)養(yǎng)系校內(nèi)實(shí)習(xí)基地。土壤經(jīng)風(fēng)干輾碎后，過(guò)2 mm土篩，封存待用。

1.2.2 試驗(yàn)裝置。試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖2。試驗(yàn)選擇8段外徑90.0 mm、內(nèi)徑84.4 mm的PVC排水管作為土柱，最上層一段高8.0 cm（最上層裝土5.0 cm），下面7段各為5.0 cm， PVC管柱總長(zhǎng)43.0 cm。每2節(jié)管中間連接處用膠帶纏繞，以防止土壤溶液外漏。裝土?xí)r按1.3 g/cm3容重，從下往上逐層裝土。每個(gè)土柱裝風(fēng)干土2.9 kg。用尼龍網(wǎng)封底口，在尼龍網(wǎng)上墊濾紙。柱下端用放一濾紙的尼龍網(wǎng)布扎緊， 底端用一塑料布圍上成漏斗狀，承接滲漏液于容器中[13]。

1.2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。參照華南農(nóng)業(yè)大學(xué)果菜營(yíng)養(yǎng)液配方，分別設(shè)置12、24和36 mg/L 3個(gè)鎂肥濃度水平（表3），研究滴施硫酸鎂對(duì)土壤垂直方向和水平方向上交換性鎂分布的影響，共6個(gè)處理。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。

1.2.4 試驗(yàn)實(shí)施。滴灌施肥通過(guò)與馬氏瓶連接的膠管上醫(yī)用滴頭往土柱中心滴施肥液，滴灌所需肥液量為0.9 L。在試驗(yàn)過(guò)程中，始終保持土壤表面無(wú)積水。當(dāng)土柱底部開(kāi)始滲水時(shí)停止滴灌（約7 h），平衡5 h后開(kāi)始取樣。土柱取樣以5.0 cm土柱為一層，共8層，拆開(kāi)各層之間的膠帶后，分層取出，風(fēng)干后過(guò)2 mm篩待測(cè)。

1.2.5 測(cè)定項(xiàng)目。測(cè)定每層土壤中交換性鎂含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理 使用Excel 2003、SAS 8.1軟件對(duì)所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、做圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴施鎂肥對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響

2.1.1 株高。從圖3可以看出，各處理都表現(xiàn)出株高隨著生育期的延長(zhǎng)而增加。5月24日～6月23日階段為前期快速生長(zhǎng)期。與CK相比，到6月23日滴施鎂肥各處理株高都平均提高15.75 cm，增幅達(dá)20.83%。到7月14日番茄株高增長(zhǎng)緩慢，與CK相比，滴施鎂肥各處理平均提高株高25.00 cm，達(dá)到0.05顯著差異水平。在8月14日，番茄生長(zhǎng)漸趨穩(wěn)定，與CK相比，滴施鎂肥的各處理平均提高30.00 cm。

2.1.2 相對(duì)葉綠素含量。從表4可以看出，在7月4日，與CK相比，施用鎂肥各處理的上位葉和下位葉的相對(duì)葉綠素含量分別提高27.44%～31.03%和16.26%～35.57%。滴施鎂肥的各處理都能將上位葉相對(duì)葉綠素含量維持在49.70以上，與CK相比達(dá)到0.05顯著差異水平，而下位葉處理與CK差異不顯著。到7月14日，與CK相比，滴施鎂肥的3個(gè)處理的上位葉相對(duì)葉綠素含量平均提高了9.70以上，差異在0.05水平顯著，而下位葉的相對(duì)葉綠素含量提高了15.61%～31.38%，但只有D6.4處理達(dá)到0.05水平顯著差異。

2.1.3 葉片含鎂量。葉片鎂含量是反映植株中葉片鎂素含量水平的重要指標(biāo)之一。從表5可以看出，隨著生育期的變化，滴施鎂肥的D6.4、D6.6 2個(gè)處理葉片中的鎂含量呈現(xiàn)隨著生育期的延長(zhǎng)而持續(xù)增加的趨勢(shì)，而CK和D6.2 2個(gè)處理葉片中的鎂含量則呈現(xiàn)隨著生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)先下降后增長(zhǎng)的趨勢(shì)。在整個(gè)生育期，滴施鎂肥條件下3個(gè)處理都將番茄植株的鎂含量維持在較高水平。在8月14日，D6.4和D6.6 2個(gè)處理達(dá)到最大值，與CK處理間差異在0.05水平顯著，而D6.2與CK處理差異不顯著。

2.1.4 植株含鎂量。從表6可以看出，施加鎂肥都能提高植株地上部和地下部鎂含量，而對(duì)植株果實(shí)鎂含量的影響較小。隨著施鎂量的增加，植株地上部和地下部鎂含量呈現(xiàn)出升高的趨勢(shì)。滴施鎂肥的3個(gè)處理地上部和地下部含鎂量分別比CK提高1.57和0.82 mg/g，達(dá)到0.05顯著差異水平，其中植株地上部鎂含量和地下部鎂含量都以D6.6處理最高，分別比CK提高了50.68%和50.87%。

2.1.5 果實(shí)鮮重。施鎂肥對(duì)番茄果實(shí)鮮重的影響，其中以D6.4處理的果實(shí)鮮重最大，達(dá)到113.11 g/株，CK、D6.2、D6.6果實(shí)鮮重分別為103.63、110.85、108.05 g/株，各處理之間差異不顯著。

2.1.6 植株干重。從圖4可以看出，施鎂肥都能提高番茄植株的干重，其中滴施鎂肥的3個(gè)處理以D6.4處理對(duì)植株干重的影響最大，比CK高28.55%。滴施鎂肥的3個(gè)處理與CK差異在0.05水平顯著，但各處理間差異不顯著。

2.1.7 土壤中交換性鎂含量。從圖5可以看出，施鎂肥都能提高番茄收獲后土壤中交換性鎂含量。隨著施鎂量的增加，土壤中交換性鎂含量呈升高的趨勢(shì)。滴施鎂肥的3個(gè)處理與CK間差異在0.05水平顯著，且滴施鎂肥的3個(gè)處理間差異也較顯著，D6.4處理交換性鎂含量比D6.2處理高20.37 mg/kg，而D6.6處理交換性鎂含量比D6.4處理高12.72 mg/kg。

注： 圖中數(shù)據(jù)為3個(gè)重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，具有相同字母的數(shù)據(jù)間無(wú)顯著差異（DMRT，P=0.05）。

2.2 滴灌條件下鎂的移動(dòng)和分布

2.2.1 滴施不同濃度的硫酸鎂對(duì)交換性Mg在水平方向上分布的影響。從圖6可以看出，當(dāng)?shù)问?2 mg/L硫酸鎂時(shí)，在水平方向上交換性鎂含量呈現(xiàn)先緩慢下降再逐漸上升的趨勢(shì)，從0～5 cm到10～15 cm土層時(shí)交換性鎂含量下降了15.79 mg/kg，再到35～40 cm土層時(shí)交換性鎂含量增加了36.13 mg/kg，0～5 cm土層與5～10、10～15、15～20、35～40 cm土層的交換性鎂含量達(dá)到0.05水平顯著差異。

在滴施24 mg/L硫酸鎂的條件下，土層交換性鎂在水平方向上呈先急劇下降到緩慢上升再急劇上升的趨勢(shì)。在0～5 cm到5～10 cm土層交換性鎂含量下降了33.79 mg/kg，10～35 cm土層交換性鎂含量緩慢上升。到35～40 cm土層時(shí)，交換性鎂含量急劇上升，比30～35 cm土層提高了45.34%，與5～10、10～15、15～20、20～25、25～30、30～35 cm土層相比達(dá)0.05顯著水平，但與0～5 cm土層差異不顯著。

在滴施36 mg/L硫酸鎂的條件下，土層交換性鎂含量呈先遞減再增加的趨勢(shì)，從0～5 cm到15～20 cm土層交換性鎂含量下降了61.33%，15～20 cm土層交換性鎂含量逐漸上升，到35～40 cm土層時(shí)上升了41.83 mg/kg，其中5～10、10～15、15～20、20～25、25～35 cm土層與0～5、35～40 cm土層間差異在0.05水平顯著。

2.2.2 滴施不同濃度的硫酸鎂對(duì)交換性Mg在垂直方向上分布的影響。從圖7可以看出，當(dāng)?shù)问?2 mg/L硫酸鎂時(shí)，在垂直方向上交換性鎂含量呈先急劇下降再緩慢上升的趨勢(shì)，從0～5 cm到5～10 cm土層交換性鎂含量急劇下降了24.70 mg/kg，以后的土層交換性鎂含量緩慢上升，與0～5 cm土層相比，其他土層的交換性鎂含量達(dá)到0.05水平顯著差異。

滴施不同濃度的硫酸鎂對(duì)交換性鎂在垂直方向上分布的影響在滴施24 mg/L硫酸鎂的條件下，土層交換性鎂含量呈先急劇下降再緩慢上升的趨勢(shì)，從0～5 cm到5～10 cm土層交換性鎂含量下降了45.49 mg/kg，差異達(dá)到0.05顯著水平，而其他各土層的交換性鎂含量雖有升有降，但差異不顯著。

在滴施36 mg/L硫酸鎂的條件下，土層交換性鎂含量呈先遞減再緩慢增加的趨勢(shì)，從0～5 cm到5～10 cm土層交換性鎂含量急劇下降，下降了66.13 mg/kg，與0～5 cm土層相比，其他土層差異在0.05水平顯著。

3 結(jié)論與討論

近年來(lái)，由于長(zhǎng)期偏重施用氮、磷、鉀等肥料，含鎂和有機(jī)肥的施用量逐年下降，同時(shí)隨著農(nóng)作物品種的改良，復(fù)種指數(shù)和作物單位面積產(chǎn)量的不斷提高，每年有大量的鎂和鉀從土壤中提取而得不到相應(yīng)的補(bǔ)充，使得土壤鎂、鉀養(yǎng)分消耗不斷擴(kuò)大，最終導(dǎo)致土壤養(yǎng)分供應(yīng)的失去平衡[14]。研究表明，施用鎂肥對(duì)于植株生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)效應(yīng)。在滴灌條件下，隨著施鎂量（0～6 g/盆）的增加，各處理株高有遞增的趨勢(shì)，可見(jiàn)不同的鎂肥施用量對(duì)提高株高有明顯的影響。相對(duì)于CK，滴施鎂肥處理的番茄株高增加33.69%～37.19%，施用鎂肥后植株的干重和果實(shí)的鮮重都有增加的趨勢(shì)，其中以施用D6.4處理為最優(yōu)，表現(xiàn)為植株干重最重與CK間差異達(dá)到0.05顯著水平。此外，在整個(gè)生長(zhǎng)期的滴施鎂肥各處理的相對(duì)葉綠素和植株葉片含鎂量都能維持在較高水平。這與趙冰等[5]研究結(jié)果相符。

華南地區(qū)的紅壤鎂素主要損失途徑以淋溶為主。有土柱淋溶模擬試驗(yàn)表明，赤紅壤中Mg2+淋失率（Mg2+淋失量占淋洗前土柱交換性鎂總量的比例） 為24.63%，與K+相當(dāng)（26.84%，CK計(jì)算值）[10]。但是，關(guān)于滴灌條件下施用鎂肥的淋溶情況沒(méi)有報(bào)道。研究表明，在距滴頭水平方向上，隨著鎂濃度的增加，滴施鎂肥處理的交換性鎂含量呈先遞減后遞增的趨勢(shì)，在10～15 cm土層達(dá)到最低，最后逐漸升高；而在距滴頭垂直方向上，隨著土層深度的增加，土壤中交換性鎂含量呈先急劇減少后緩慢增加的趨勢(shì)，在0～5、5～10 cm土層中交換性鎂含量下降幅度較大，到10 cm以下土層時(shí)交換性鎂含量變化趨于平緩。

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