昭通市植煙土壤交換性鈣鎂特征分析

黃云志，楊 擁，劉光銳，馬武彪，馬 鴻，胡家田，李月蓉，黃 河*，李枝武

(1.紅塔煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司，云南 玉溪 653100；2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，云南 昆明 650205)

【研究意義】昭通市地處云、貴、川三省交界，位于云嶺高原與四川盆地結(jié)合部，屬典型的山地構(gòu)造地形，具有亞熱帶、暖溫帶共存的高原季風(fēng)立體氣候特征[1-2]。昭通市作為云南省主要的烤煙種植區(qū)之一，植煙土壤具有零星分散、立體分布的特點(diǎn)[3-4]。土壤中的鈣鎂不僅是重要的中量營養(yǎng)元素，而且是主要的堿金屬元素，影響土壤中的礦質(zhì)養(yǎng)分平衡狀況和酸堿性[5]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】關(guān)于植煙土壤大量營養(yǎng)元素的研究較早且廣泛，但對于植煙土壤中量營養(yǎng)元素的含量、豐缺狀況、影響因素的研究較少[6-7]。鈣鎂元素以離子形態(tài)被煙株吸收，在烤煙生產(chǎn)發(fā)育和煙葉產(chǎn)質(zhì)量形成過程中起著重要作用。鈣是構(gòu)成細(xì)胞壁的主要成分，促進(jìn)煙株根莖生長發(fā)育和調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝[8]。鎂是葉綠素和蛋白質(zhì)合成的主要成分，對于煙葉的光合作用和葉片的成熟落黃有重要作用[9]。植煙土壤鈣鎂元素受土壤環(huán)境影響煙株的吸收代謝，進(jìn)而引起煙草生理功能障礙，生長發(fā)育受阻，降低煙草抗病能力及煙葉產(chǎn)質(zhì)量[10-11]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】盡管目前多數(shù)植煙土壤中量元素鈣鎂的含量豐富，但植煙土壤鈣鎂含量的變化特征不僅反映了土壤的礦質(zhì)養(yǎng)分的供應(yīng)水平和有效性，而且一定程度上反映成土母質(zhì)、風(fēng)化程度、氣候條件等對植煙土壤的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】為了探究昭通市植煙土壤交換性鈣鎂含量及分布特征，利用 GPS 定位在昭通市烤煙種植區(qū)采集代表性植煙土壤樣品，測定土壤交換性鈣、交換性鎂含量及交換性鈣鎂比，分析各縣(區(qū))植煙土壤交換性鈣鎂含量分布及差異性，相關(guān)分析土壤酸堿性和土壤肥力與交換性鈣鎂之間關(guān)系，為昭通市烤煙生產(chǎn)的科學(xué)施肥管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)域

研究區(qū)域為昭通市烤煙種植區(qū)，可植煙面積約為3.73 hm2，主要分布在巧家、魯?shù)?、昭陽、永善、彝良、大關(guān)、鎮(zhèn)雄和威信8個縣(區(qū))。

1.2 植煙土壤采集與檢測

依據(jù)昭通市植煙土壤類型和植煙情況，考慮不同生態(tài)環(huán)境和氣候條件，選取代表性的植煙土壤地塊，共在昭通市8個縣(區(qū))、61個植煙鄉(xiāng)(鎮(zhèn))內(nèi)共選擇242個村委會，在這些村委會的342個代表性植煙地塊內(nèi)開展土壤取樣(表1)，并將所有土壤取樣點(diǎn)進(jìn)行GPS定位(圖1)，“S”形5點(diǎn)采樣法采集0～20 cm耕層土壤，四分法混勻后風(fēng)干、磨細(xì)、過篩制成土樣。土壤取樣在烤煙種植的施肥前完成。檢測pH、有機(jī)質(zhì)、交換性鈣和交換性鎂。土壤理化指標(biāo)檢測方法：土壤pH用玻璃電極法測定；有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀氧化法測定；交換性鈣、交換性鎂用火焰原子吸收光度法測定。

表1 昭通市土壤取樣點(diǎn)分布情況

1.3 數(shù)據(jù)分析

參照《全國第二次土壤普查土壤養(yǎng)分劃分指標(biāo)》和中國植煙土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)[12-13]，將土壤交換性鈣和土壤交換性鎂含量等級分為5個等級：很低、低、中等、高、很高。應(yīng)用Excel 2017、SPSS18.0等統(tǒng)計分析軟件對植煙土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析和方差分析，對昭通市植煙土壤交換性鈣鎂含量進(jìn)行分析評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 昭通市植煙土壤交換性鈣鎂含量狀況

土壤中鈣鎂的含量受到母質(zhì)、氣候、風(fēng)化程度、淋溶作用和耕作培肥等因素影響, 其含量的變異較大。由圖2可知，昭通市植煙土壤交換性鈣含量分布于237.30～6097.00 mg·kg-1，平均值2076.21 mg·kg-1，整體處于較高水平，土壤交換性鈣小于400 mg·kg-1很低含量的占比為1.50%，400～800 mg·kg-1低含量的占比為8.98%，800～1200 mg·kg-1中等含量的占比為13.47%，1200～2000 mg·kg-1高含量的占比為30.54%，大于2000 mg·kg-1很高含量的占比為45.51%。由圖3可知，昭通市植煙土壤交換性鎂含量分布于26.93～782.20 mg·kg-1，平均值270.19 mg·kg-1。昭通市植煙土壤交換性鎂含量整體處于中高含量范圍，土壤交換性鎂小于50 mg·kg-1很低含量的占比為4.19%，50～100 mg·kg-1低含量的占比為6.59%，100～200 mg·kg-1中等含量的占比為30.54%，200～400 mg·kg-1高含量的占比為36.82%，大于400 mg·kg-1很高含量的占比為21.86%。

由圖4可知，昭通市植煙土壤交換性鈣鎂比呈正態(tài)分布，昭通市植煙土壤鈣鎂比分布于1.81～50.27，平均值10.01。植煙土壤鈣鎂比小于5的占比為26.95%，5～10的占比為39.82%，10～20的占比為22.75%，20～30的占比為7.48%，大于30的占比為3.00%。昭通市植煙土壤鈣鎂比大于10而可能引起鎂的缺乏占比為33.23%。

2.2 昭通市植煙土壤交換性鈣、鎂含量分布特征及變異性

從表2可知，昭通市不同縣(區(qū))植煙土壤交換性鈣含量為巧家>永善>鎮(zhèn)雄>威信>魯?shù)?彝良>昭陽>大關(guān)，其中西部縣(區(qū))巧家和永善顯著高于其余縣(區(qū))；中部縣(區(qū))昭陽、彝良和大關(guān)差異不顯著；東部縣(區(qū))鎮(zhèn)雄和威信差異不顯著。植煙土壤交換性鈣含量屬于高等變異性，變異系數(shù)在32.19%～55.64%。各縣(區(qū))中魯?shù)楹屯诺耐寥澜粨Q性鈣含量的變異性相對較小，其余縣(區(qū))的變異性差異不大。植煙土壤交換性鈣含量呈明顯的波動變化且變異系數(shù)較大，這可能是受成土母質(zhì)和氣候條件的影響。昭通市不同縣(區(qū))植煙土壤交換性鎂含量為巧家>永善>魯?shù)?昭陽>大關(guān)>威信>彝良>鎮(zhèn)雄，總體呈自西向東遞減趨勢。植煙土壤交換性鎂含量屬于高等變異性，變異系數(shù)在48.82%～93.29%。各縣(區(qū))中大關(guān)的土壤交換性鎂含量的變異性大，其余縣(區(qū))的變異系數(shù)差異較小。植煙土壤交換性鎂的變異性大于交換性鈣的，這與植煙土壤的水分條件和降雨分布有關(guān)，鎂離子的移動性大于鈣離子，易隨水發(fā)生淋失、遷移和淀積。昭通市不同縣(區(qū))植煙土壤交換性鈣鎂比為鎮(zhèn)雄>彝良>威信>大關(guān)>永善>巧家>魯?shù)?昭陽，總體呈自北向南遞增趨勢。植煙土壤交換性鈣鎂比屬于高等變異性，變異系數(shù)在46.58%～88.96%。各縣(區(qū))中魯?shù)楹驼殃柕耐寥澜粨Q性鈣鎂比的變異性相對較小，其余縣(區(qū))的變異系數(shù)較大。

表2 昭通市植煙土壤交換性鈣鎂分布特征及變異性

2.3 昭通市植煙土壤交換性鈣、鎂含量的相關(guān)性分析

通過對昭通市植煙土壤的pH、有機(jī)質(zhì)的測定，分析其與土壤交換性鈣、交換性鎂的相關(guān)性。從表3可見，植煙土壤pH值與交換性鈣、交換性鎂呈極顯著正相關(guān)，與交換性鈣鎂比呈顯著正相關(guān)。土壤交換性鈣和鎂同為堿金屬離子，土壤中堿金屬水解產(chǎn)生羥基，使土壤pH值升高，因此土壤pH值較高時，交換性鈣和交換性鎂含量豐富。植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量與交換性鈣呈顯著正相關(guān)，與交換性鎂的相關(guān)性不顯著。這可能是土壤交換性鈣受成土母質(zhì)影響較大，而土壤交換性鎂受水熱條件和施肥影響較大。植煙土壤交換性鈣與交換性鎂呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.406，土壤交換性鈣與鈣鎂比呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)-0.496，鈣在土壤中聚積的同時也可能伴隨著鎂的溶解和遷移。

表3 植煙土壤pH、有機(jī)質(zhì)與交換性鈣、鎂的相關(guān)性

2.4 植煙土壤酸堿性與交換性鈣、鎂含量的關(guān)系

由圖5可知，土壤酸堿性與交換性鈣和交換性鎂含量呈正相關(guān)關(guān)系，并且隨土壤pH值升高，土壤交換性鈣含量增加幅度大于交換性鎂的，表現(xiàn)為植煙土壤交換性鈣鎂比隨pH增加而升高。強(qiáng)酸性植煙土壤交換性鈣和交換性鎂含量相對較低，平均含量分別為1063和175 mg·kg-1，交換性鈣鎂比平均值為8.5。微酸性植煙土壤交換性鈣和交換性鎂平均含量分別為1585和236 mg·kg-1，交換性鈣鎂比平均值最低，為8.3。研究表明土壤pH值在5.5～6.5，土壤中鎂的可交換性強(qiáng)，微酸性土壤適宜于鎂以交換態(tài)存在，交換性鈣鎂比降低。中性和微堿性植煙土壤交換性鈣含量顯著增加，其平均含量分別為2422和3127 mg·kg-1，交換性鈣含量增幅大于交換性鎂，中性土壤交換性鈣鎂比10以上的占比為39.83%，微堿性土壤為45.31%。

2.5 植煙土壤有機(jī)質(zhì)與交換性鈣、鎂含量的關(guān)系

由圖6可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量與交換性鈣含量呈正相關(guān)，與交換性鎂含量呈負(fù)相關(guān)，表現(xiàn)為植煙土壤交換性鈣鎂比隨有機(jī)質(zhì)含量增加而升高。土壤有機(jī)質(zhì)含量低時，土壤交換性鎂豐富，其平均含量達(dá)304 mg·kg-1，交換性鈣鎂比值低，平均值為7.4。土壤有機(jī)質(zhì)中高含量時，土壤交換性鈣鎂含量差異不顯著，其交換性鈣鎂比分別為8.1和8.9。土壤有機(jī)質(zhì)含量很高時，土壤交換性鈣含量顯著增加，平均含量為2510 mg·kg-1；交換性鎂含量顯著降低，平均含量為249 mg·kg-1。土壤有機(jī)質(zhì)含量很高的交換性鈣鎂比10以上的占比為56.99%。

3 討 論

由于地區(qū)間成土母質(zhì)、氣候條件、農(nóng)藝措施和施肥管理的差異，不同植煙土壤交換性鈣和交換性鎂變化幅度有所不同[14]。昭通市植煙土壤交換性鈣和交換性鎂含量變幅較小，并且其含量處于適宜范圍。土壤鈣含量的變化主要取決于鈣的輸入量和輸出量的相對大小，鈣的輸入主要包括成土母質(zhì)的風(fēng)化、遷移、累積和植物殘體的歸還；鈣的輸出主要包括風(fēng)化遷移、侵蝕損失和植物吸收，主要受非生物條件控制[15]。此外，不同土壤中鈣含量的分布特征可能與土壤水分條件差異、微生物活動強(qiáng)弱和植物生產(chǎn)力高低等因素有關(guān)。不同土壤中鎂含量的分布特征主要與植物吸收、土壤礦化和微生物固持等因素有關(guān)。研究表明，由于植物對鎂的選擇性吸收，鎂易在土壤耕層發(fā)生富集。鎂是土壤中主要的鹽基堿金屬元素，土壤鹽分狀況會間接影響鎂含量的變化，且土壤鹽分對于鎂含量的影響顯著大于對鈣含量的影響[16-17]。雨季土壤含水率高，土壤中的有機(jī)物分解產(chǎn)生還原性物質(zhì)，土壤鎂活性增強(qiáng)，易淋溶流失[18]。

土壤酸堿性是土壤的重要屬性，對于土壤鈣鎂的有效性有明顯的影響。土壤處于強(qiáng)酸性環(huán)境時，土壤中的硅鋁酸鹽、鐵鋁水合氧化物、交換性鋁是產(chǎn)生H+的主要來源，抑制土壤交換性鈣鎂堿金屬元素的活性[19]。土壤酸堿性對交換性鈣鎂的影響主要為土壤膠體上吸附鈣鎂的淋溶和流失[20]。土壤pH值下降，土壤膠體吸附鈣鎂的溶出率增加，相應(yīng)增加土壤鈣鎂離子活性，同時也加速鈣鎂離子在土壤中的遷移和流失，這與鄧小華等[21]的研究結(jié)果一致；土壤pH值升高，土壤鈣鎂的形態(tài)發(fā)生變化，土壤膠體吸附的鈣鎂離子的溶解度降低，導(dǎo)致鈣鎂離子在土壤中的遷移和流失減少而不斷富集，這與曹勝等[22]的研究結(jié)果一致。在降水量大或灌溉次數(shù)過多的情況下，造成土壤營養(yǎng)物質(zhì)的吸附能力降低，加速土壤鈣鎂的流失而發(fā)生缺乏現(xiàn)象[25]。適量施用石灰不僅可以補(bǔ)充鈣，而且可以調(diào)節(jié)土壤酸堿性，消除土壤鐵、鋁毒害。堿性土壤中，交換性鈣含量整體偏高，由于烤煙根系從土壤中吸收鈣、鎂、鉀等元素的機(jī)理作用相同，較高含量的鈣會對烤煙吸收鎂、鉀產(chǎn)生拮抗作用，抑制烤煙根系對鎂、鉀的吸收利用，鈣鎂比大于10時，造成煙株吸收鎂離子受限，引發(fā)缺鎂癥狀[23-24],對于出現(xiàn)缺鎂癥狀的烤煙，采用葉面噴施方法對鎂進(jìn)行補(bǔ)充。

土壤有機(jī)質(zhì)與粘土、氧化物形成顆粒有機(jī)物或有機(jī)膜，具有較大的表面積和高度的表面活性，能夠有效增強(qiáng)土壤粘粒對鈣鎂的吸附；土壤有機(jī)質(zhì)殘體中含有氨基酸和羧酸，具有羧基、羰基及醌基等多種官能團(tuán)，帶有大量負(fù)電荷，不僅可以與帶正電荷的交換性鈣鎂離子發(fā)生靜電吸附作用，而且與其形成穩(wěn)定的絡(luò)合物、螯合物，有效提高鈣鎂的吸附固持能力[25-26]。土壤中的鈣離子容易與腐殖質(zhì)結(jié)合、凝聚，形成比較穩(wěn)定的腐殖酸鈣，有利于相互促進(jìn)土壤中有機(jī)質(zhì)和鈣的積累[27-28]。

4 結(jié) 論

昭通市植煙土壤交換性鈣鎂含量在土壤空間的分布不均勻，存在較大的變異性。植煙土壤交換性鈣、交換性鎂含量整體偏高，平均值分別為2076.21和270.19 mg·kg-1，土壤鈣鎂比值大于10而引起的鎂潛在性缺乏占比33.23%。植煙土壤交換性鎂的變異性大于交換性鈣，植煙土壤交換性鈣鎂比總體呈由北向南遞增趨勢。植煙土壤pH與交換性鈣、交換性鎂呈極顯著正相關(guān)，交換性鈣含量增幅大于交換性鎂，植煙土壤交換性鈣鎂比隨pH增加而升高。植煙土壤有機(jī)質(zhì)與交換性鈣呈顯著正相關(guān)，與交換性鎂呈負(fù)相關(guān)，植煙土壤交換性鈣鎂比隨有機(jī)質(zhì)含量增加而升高。植煙土壤微酸性和有機(jī)質(zhì)含量中高等級時，交換性鈣鎂比值低于10，土壤鈣、鎂離子活性強(qiáng)，有利于烤煙吸收利用。調(diào)節(jié)植煙土壤酸堿性，培肥土壤，適量補(bǔ)充葉面鎂肥協(xié)調(diào)養(yǎng)分平衡，有利于提高煙葉質(zhì)量。