貴州中部山區植煙土壤交換性鈣鎂含量分布特征

宋文靜　孟霖　王程棟等

摘要：利用 GPS 定位在貴州中部山區采集了165 個代表性土壤樣品，對貴州中部山區不同成土母質發育形成的不同土層中土壤交換性鈣 （Ca） 和交換性鎂 （Mg） 的剖面分布進行了比較分析，結果表明：（1）貴州中部山區煙田耕層土壤交換性Ca含量平均值為9.00 cmol/kg，變異系數64.71 %，交換性Ca缺乏和較缺乏（<6 cmol/kg）的土樣占土樣總數的34.21%；土壤交換性Mg含量平均值為1.70 cmol/kg，變異系數79.95%，交換性Mg缺乏和較缺乏（<1.6 cmol/kg）的土樣占土樣總數的59.01%。（2）植煙土壤交換性Ca和Mg含量在不同成土母質間存在顯著性差異，第四紀紅土發育形成的土壤交換性Ca和Mg含量較高，而溝谷堆積物發育形成的土壤交換性Mg含量較低。（3）在剖面垂直分布上，不同成土母質發育形成的土壤交換性Ca含量均表現出自上而下依次遞減的規律，而不同成土母質發育形成的土壤交換性Mg含量分布規律不明顯。（4）植煙土壤交換性Ca和Mg含量隨海拔高度的升高而呈下降趨勢，低海拔土壤的交換性Ca、Mg含量顯著高于高海拔地區。從本試驗結果可推論，土壤的成土母質和海拔高度是影響土壤交換性Ca和Mg含量分布的主要因素。

關鍵詞：貴州中部山區；土壤交換性鈣；土壤交換性鎂；成土母質；分布

中圖分類號： S151.9；S158.2 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）03-0334-04

Ca和Mg是烤煙生長所必需的中量營養元素，對烤煙的生長發育、生理代謝、產質量均有重要影響，其在土體中的遷移過程也可表征營養元素的淋溶強度[1-3]。相關研究表明，煙葉Ca和Mg含量和土壤中交換性Ca和Mg含量呈顯著正相關[4]；土壤交換性Ca有利于煙株對硼和氯素的吸收，而土壤交換性Mg有利于煙葉總糖的積累，對氮和磷素的吸收有一定的抑制作用[5]。也有相關研究表明，降低土壤中交換性Mg的含量可能會提高煙葉中鉀含量，從而使得煙葉鉀和Mg含量達到較好的平衡[6]。

成土母質在土壤形成和發育上具有重要的作用，能直接影響土壤的礦物組成和土壤顆粒組成，并在很大程度上影響著土壤的理化性質以及肥力。有研究表明，成土母質在闡述土壤養分空間變異上比其他因素更為重要，土壤Ca和Mg含量分布也受成土母質的影響[7]。土壤交換性Ca和Mg的剖面分布在一定程度上可以反映土壤中營養元素的輸入、輸出和循環[8]。相關研究表明，土壤交換性Ca和Mg剖面分布受不同土地利用方式變更條件下植被變化與根系深度變化等對土壤理化性質的綜合影響[9]。就植煙土壤而言，現有研究多集中于耕層土壤交換性Ca和Mg含量的空間分布及影響因素上[10-13]，但在土壤交換性Ca和Mg分布與海拔高度、成土母質及其在煙田剖面中垂直分布方面的報道較少。本試驗重點研究了貴州中部山區煙田土壤的交換性Ca和Mg含量與成土母質、海拔高度之間的關系以及在剖面中的垂直分布特征，旨在為植煙土壤的科學施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域

貴州中部山區屬喀斯特低山丘陵地貌，位于105°33′～108°12′E和25°35′～27°13′N之間，研究區域海拔范圍為850～1 400 m，是我國傳統中間香型烤煙最典型生態區[14]。研究選取遵義縣、余慶縣、凱里縣、黔西縣、貴定縣、開陽縣、西秀縣共7縣，為貴州中部山區典型烤煙風格特征的代表性取樣區。

1.2 樣品采集

在典型煙田內，耕層采用隨機多點法取樣，各點采樣充分混勻，四分法留取2 kg土壤作為待測樣品。在相同的典型煙田地塊內，挖掘標準土壤剖面（寬1.0～1.2 m×深1.2～1.5 m），按劃分的發生層分別采集農化樣和環刀樣用于測定土壤容重。

1.3 土壤樣品分析及交換性鈣鎂含量分級標準

土樣經室內風干、去雜，研磨后過100目篩。土壤容重環刀樣于105 ℃烘干測定。土壤交換性Ca和Mg含量采用 1 mol/L NH4OAc浸提，利用原子吸收分光光度計（上海-4530F型）測定，測定波長分別為285.2 nm 和422.7 nm[15-17]。土壤養分含量豐缺判定根據全國第二次土壤普查肥力評價標準[18-19]（表1）。

1.4 數據處理

采用 SPSS 17.0統計軟件進行數據分析，用Microsoft Excel 2010軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 煙田耕層土壤交換性Ca和Mg含量總體狀況

從表2可以看出，貴州中部山區煙田耕層土壤交換性Ca含量平均值為9.00 cmol/kg，變異系數64.71 %。交換性Ca缺乏和較缺乏（<6 cmol/kg）的土樣占土樣總數的34.21%，貴定、西秀、遵義和開陽存在交換性鈣缺乏和較缺乏的煙田，缺乏和較缺乏總比例由高至低的地區依次為貴定、西秀、遵義和開陽，分別為90.91%、8000%、28.58%和11.11%。余慶、凱里、黔西土壤交換性Ca含量較高，均高于10 cmol/kg，平均含量依次為14.48、14.18、10.20 cmol/kg。

由表3可知，貴州中部山區煙田耕層土壤交換性Mg含量為 0.02～11.82 cmol/kg，平均為1.70 cmol/kg，變異系數79.95%。交換性Mg缺乏和較缺乏（<1.6 cmol/kg）的土樣占土樣總數的59.01%，各植煙點普遍都存在交換性Mg缺乏的煙田，其中西秀區域土樣總體缺乏，各取樣區域比例由高至低的地區依次為西秀、貴定、余慶、開陽、黔西、遵義和凱里，缺乏和較缺乏總比例分別為100.00%、91.91%、56.47%、5555%、47.05%、42.86%、2000%。貴定、西秀土壤交換性Mg平均含量較低，均低于0.8 cmol/kg，平均含量分別為0.70、0.63 cmol/kg。endprint

2.2 不同成土母質耕層土壤交換性Ca和Mg含量

貴州中部山區基本上均屬于混合巖石區，成土母巖主要為碳酸巖或碳酸巖夾碎屑巖，局部地區有碎屑巖、淺變質變巖、頁巖、黏土巖分布。典型煙田所處的地形部位主要有山坡和溝谷兩大類，山坡上的成土母質一般為各類巖性風化物殘積-坡積物和第四紀紅土，溝谷中的成土母質一般為各類巖性風化物、第四紀紅土經過搬運后在溝谷中堆積而成。本研究將貴州中部山區土壤的成土母質類型劃分為第四紀紅土、巖類風化殘積-坡積物和溝谷堆積物三大類。

貴州中部山區不同成土母質土壤耕層交換性Ca和Mg含量分析結果見圖1，不同成土母質發育而來的土壤交換性Ca和Mg含量存在一定的差異。與其他成土母質相比，第四紀紅土發育形成的土壤交換性Ca含量較高，與其他2類成土母質發育的土壤間的差異達顯著水平；土壤交換性Mg含量以第四紀紅土和巖類風化殘積-坡積物發育形成的土壤較高，溝谷堆積物土壤交換性Mg含量較低。

2.3 不同成土母質土壤交換性Ca和Mg含量剖面垂直分布

貴州中部山區不同成土母質發育的典型煙田土壤剖面各層次的交換性Ca和Mg含量見表4。不同成土母質發育形成的土壤在土層數和土壤厚度上有較大差異，巖類風化殘積-坡積物形成的土壤由于一般位于山坡上，由其發育形成的土壤較淺，發生層一般劃分出3～4層；溝谷堆積物形成的土壤多位于河谷中，其形成的土壤較深，發生層一般劃分出5層左右；第四紀紅土發育的土壤pH值較高，黏粒含量高，發生層一般劃分出4層。不同成土母質發育形成的土壤交換性Ca含量均表現出由上而下逐次遞減的規律，其中，第四紀紅土發育形成的土壤耕作層（Ap層）交換性Ca含量略高于其他2個母質，而不同母質發育形成的土壤黏化層或雛形層（B層）交換性Ca含量差異不顯著；而不同成土母質發育形成的土壤交換性Mg含量表現出自上而下依次遞減的規律不明顯，與其他2個母質相比較，溝谷堆積物發育形成的土壤Ap層、B層交換性Mg含量較低，兩者差異顯著。

2.4 不同海拔典型煙田耕作層土壤交換性Ca和Mg含量分布

貴州中部山區典型煙田的土壤分布于 800～1 300 m海拔范圍，土壤交換性Ca、Mg含量隨海拔高度的變化見圖2。土壤交換性Ca和Mg含量Ca/Mg比值隨海拔高度升高呈下降趨勢。土壤交換性Ca/Mg比值隨海拔的升高而降低的趨勢較小，土壤交換性Ca/Mg比值與海拔高度相關性不顯著。表明海拔高度影響交換性Ca和Mg含量的分布。

3 討論與結論

土壤交換性Ca和Mg含量主要受成土母質及土壤形成過程中遷移過程的影響[20-21]，人為耕作制度對土壤交換性Ca和Mg的含量也有一定的影響[22-24]。同時，土壤交換性Ca/Mg比值的大小反映了土壤生態過程的變化及Ca和Mg的生物有效性[25]。本研究結果表明，貴州中部山區典型煙田土壤約1/3的土壤交換性Ca缺乏和較缺乏，同時1/2以上的土壤交換性Mg缺乏和較缺乏。主要原因為貴州屬于多雨省份，而貴州中部山區的貴定和西秀多以山地和丘陵為主，溝谷地更有利于水分的保持，土壤含水量相對較高；貴定和西秀的土壤pH值較低，均值分別為5.30和5.24，土壤Ca和Mg淋失程度較高，導致土壤交換性Ca和Mg含量較低。針對貴州中部山區土壤交換性Ca和Mg含量偏低的情況，煙田可施用鈣鎂磷肥，以滿足烤煙對交換性Ca和Mg的需求。貴州中部山區不缺Ca和Mg，原因可能是有施用鈣鎂磷肥的習慣；其次可能是自然降雨由山上向下流動，流經石灰巖和白云巖山體會溶解一部分鈣鎂帶入經過的煙田的耕作層。

本研究結果還表明，不同成土母質發育而來的土壤交換性Ca和Mg含量存在一定的差異。與其他成土母質比較，第四紀紅土發育形成的土壤交換性Ca含量較高；而第四紀紅土和巖類風化殘積-坡積物發育形成的土壤交換Mg含量較高，溝谷堆積物土壤交換Mg含量較低。主要是第四紀紅土發育的土壤類型中黏粒較多，黏粒與有機質形成復合體降低了Ca和Mg的淋失。尚斌等研究表明，第四紀紅土發育的土壤有機質含量較高，而黏粒與有機質形成復合體降低了有機質的礦化，促進了土壤有機質的積累[14]；李軍等研究表明，石灰巖母質和頁巖母質發育的土壤各種養分含量均較高，這主要是其土壤黏粒較多，而花崗巖母質和砂巖母質發育的土壤砂粒較多，因此土壤養分含量相對較低[22]。同時不同母質發育的土壤交換性Ca和Mg含量不同，與土壤的礦物類型有關，不同的土壤礦物土壤交換性Ca和Mg含量存在本質的差異[26]。

土壤交換性Ca和Mg含量與海拔高度具有一定的相關性，邱學禮等研究發現，土壤交換性Ca、Mg含量隨海拔高度的升高而呈下降趨勢研究[27]，本研究結果與其基本一致。徐宜民等研究表明，貴州中部山區降雨量隨海拔高度的升高而增加，煙田坡度相對越陡，土壤中交換性Ca、Mg的淋失程度越高，導致貴州中部山區植煙土壤交換性Ca和Mg含量隨海拔高度的升高而降低。

母質類型影響土層深度和養分的剖面分布，第四紀紅土發育形成的土壤土層較深且各個發生學層次養分含量較高，溝谷堆積物和巖類風化殘積-坡積物發育形成的土壤土層相對較淺且各個發生學層次養分含量較低[28]。本研究對不同成土母質發育土壤的研究表明，典型剖面交換性Ca含量表現出自上而下依次遞減的規律，而不同成土母質發育形成的土壤交換性Mg含量表現出自上而下依次遞減的規律不明顯。對于農田來說，施肥主要集中在表土層，而土壤的微生物群落大部分也在表土層，所以土壤養分的遷移和轉化主要發生在表土層，長期施肥導致表土層養分含量升高，自然降雨由山上向下流動，流經石灰巖和白云巖山體會溶解一部分Ca、Mg帶入經過的煙田的耕作層。對不同成土母質發育土壤的研究表明，典型剖面交換性Ca含量表現出自上而下依次遞減的規律[29-30]，因隨著土壤深度的增加，人為施肥的影響也越來越小，殘留在土壤中的植物根系數量越來越少，導致典型剖面交換性Ca含量表現出自上而下依次遞減的規律。endprint

貴州中部山區植煙土壤交換性Ca和Mg含量隨海拔高度的升高呈下降趨勢；第四紀紅土發育形成的土壤交換性Ca含量較高；而第四紀紅土和巖類風化殘積-坡積物發育形成的土壤交換性Mg含量較高，溝谷堆積物土壤交換性Mg含量較低；不同成土母質發育的土壤交換性Ca含量均呈由上往下逐次遞減的規律，而不同成土母質發育形成的土壤交換性Mg含量分布特征規律不明顯。

參考文獻：

[1]李品芳，白海峰，郭世文，等. 栗鈣土碳酸鈣含量的空間分布特征[J]. 土壤學報，2014，51（2）：402-406.

[2]陳留美，張甘霖. 土壤時間序列的構建及其在土壤發生研究中的意義[J]. 土壤學報，2011，48（2）：419-428.

[3]Pang J L，Huang C C. Mid-Holocene soil formation and the impact of dust input in the middle reaches of the Yellow River，Northern China[J]. Soil Science，2006，171（7）：552-563.

[4]張大庚，李天來，依艷麗，等. 沈陽市郊溫室土壤鈣素特征的初步研究[J]. 水土保持學報，2009，23（4）：200-203，212.

[5]侯玲利，陳 磊，郭雅玲，等. 福建省鐵觀音茶園土壤鎂素狀況研究[J]. 植物營養與肥料學報，2009，15（1）：133-138.

[6]侯玲利. 烏龍茶園土壤供鎂能力及鎂肥施用效果研究[D]. 福州：福建農林大學，2008.

[7]于群英. 安徽沿淮地區土壤交換性鎂含量及鎂對大豆營養的影響[J]. 安徽農學通報，2002，8（6）：60-62.

[8]許自成，黎妍妍，肖漢乾，等. 湖南煙區土壤交換性鈣、鎂含量及對烤煙品質的影響[J]. 生態學報，2007，27（11）：4425-4433.

[9]鄭慶福，劉 艇，趙蘭坡，等. 東北黑土耕層土壤黏粒礦物組成的區域差異及其演化[J]. 土壤學報，2010，47（4）：734-746.

[10]蔡方平，胡雪峰，杜 艷，等. 安徽郎溪黃棕色土-紅土二元結構土壤剖面的成因與長江流域第四紀晚期古氣候演變[J]. 土壤學報，2012，49（2）：220-229.

[11]危 鋒，郝明德. 長期氮磷化肥配施對不同種植體系土壤交換性鎂分布與累積的影響[J]. 浙江大學學報：農業與生命科學版，2012，38（2）：204-210.

[12]徐 海，王益權，王 浩，等. 氮肥施用對石灰性土壤交換性鈣含量的影響[J]. 干旱地區農業研究，2011，29（5）：174-177，218.

[13]張玉革，梁文舉，姜 勇. 不同利用方式下潮棕壤交換性鈣鎂的剖面分布[J]. 應用生態學報，2008，19（4）：813-818.

[14]尚 斌，鄒 焱，徐宜民，等. 貴州中部山區植煙土壤有機質含量與海拔和成土母質之間的關系[J]. 土壤，2014，46（3）：446-451.

[15]魯如坤.土壤農業化學分析方法[M]. 北京：中國農業科技出版社，2000.

[16]中國科學院南京土壤研究所.土壤理化分析[M]. 上海：上海科學技術出版社，1978.

[17]張甘霖，龔子同. 土壤調查實驗室分析方法[M]. 北京：科學出版社，2012.

[18]中華人民共和國農業部. NY/T 1615—2008 石灰性土壤交換性鹽基及鹽基總量的測定[M]. 北京：中國農業出版社，2008.

[19]全國土壤普查辦公室. 中國土壤普查技術[M]. 北京：農業出版社，1992：85-116.

[20]陳江華，劉建利，李志宏，等. 中國植煙土壤及煙草養分綜合管理[M]. 北京：科學出版社，2008.

[21]秦 松，閆獻芳，馮勇剛，等. 貴州植煙土壤交換性鈣鎂特征研究[J]. 土壤通報，2005，36（1）：143-144.[HJ1.7mm]

[22]李 軍，梁洪波，宛 祥，等. 煙田土壤養分狀況及其與成土母質的關系研究[J]. 中國煙草科學，2013，34（3）：21-25.

[23]胡建新，袁家富，彭成林，等. 攀枝花煙區土壤交換性鈣、鎂含量評價[J]. 現代農業科技，2011，24（6）：274-275.

[24]Scarciglia F F，Terribile F，Colombo C. Micromorphological evidence of paleo-environmental changes in Northern Cilento（South Italy）during the Late Quaternary[J]. Catena，2003，54（3）：515-536.

[25]Chen T H，Xu H F，Xie Q Q. Characteristics and Genesis of maghemite in Chinese loess and paleosols[J]. Earth and Planetary Science Letters，2005，240（3/4）：790-802.

[26]姜 林，耿增超，李珊珊，等. 祁連山西水林區土壤陽離子交換量及鹽基離子的剖面分布[J]. 生態學報，2012，32（11）：3368-3377.

[27]邱學禮，高福宏，李忠環，等. 昆明市植煙土壤交換性鈣鎂特征分析[J]. 煙草科技，2013（1）：81-84.

[28]胡 寧，婁翼來，張曉珂，等. 保護性耕作對土壤交換性鹽基組成的影響[J]. 應用生態學報，2010，21（6）：1492-1496.

[29]Jobbagy E G，Jackson R B. The distribution of soil nutrients with depth：Global patterns and the imprint of plants[J]. Biogeochemistry，2001，53（1）：51-77.

[30]Jiang Y，Zhang Y G，Liang W J，et al. Pedogenic and anthropogenic influence on Calcium and Magnesium behaviors in Stagnic Anthrosols[J]. Pedosphere，2005，15（3）：341-346.endprint