水田和旱地土壤交換性鎂的特征差異

2022-06-16 03:24:01張世昌吳良泉張衛清許煒東楊文浩張衛強普正仙王芳

安徽農業科學 2022年11期

張世昌吳良泉張衛清許煒東楊文浩張衛強普正仙王芳

摘要明確水田和旱地土壤交換性鎂的供應能力及影響因素，為科學施用鎂肥提供依據。通過對福建省漳州市詔安縣400組不同利用方式的典型耕地土壤進行分析，研究水田、旱地2種土壤交換性鎂供應能力的差異性及其機理。結果表明，全縣土壤交換性鎂平均含量僅為46.9 mg/kg，各鄉鎮間存在較大差異，其中土壤交換性鎂平均含量最高的鄉鎮是橋東，平均含量達91.3 mg/kg，最低的鄉鎮是白洋，平均含量僅為17.9 mg/kg;水田土壤為51.9 mg/kg，旱地土壤為32.5 mg/kg，水田土壤交換性鎂的供應能力高于旱地;稻—稻—菜水旱輪作方式的土壤交換性鎂含量平均為70.58 mg/kg，稻—稻輪作方式為47.85 mg/kg，大豆—甘薯旱地輪作方式為28.91 mg/kg，不同耕作方式對土壤交換性鎂供應能力有較大影響。進一步分析土壤交換性鎂與理化性狀關系得出，土壤交換性鎂與有機質、陽離子交換量、黏粒、粉粒等呈極顯著正相關（ P <0.01），與砂粒含量呈極顯著負相關。綜合得出，詔安縣土壤交換性鎂含量處于較低水平，各鄉鎮間分布不平衡，且供應能力較弱，可能會影響作物正常生長，因此，合理增施鎂肥，特別是旱地土壤，可以有效降低缺鎂造成的影響，對農業可持續發展具有重要意義。

關鍵詞水田;旱地;交換性鎂;耕作方式

中圖分類號 S153? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）11-0145-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.11.038

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Differences in Soil Exchangeable Mg Characteristics between Paddy Soil and Upland Soil

ZHANG Shi-chang1， WU Liang-quan2，3，ZHANG Wei-qing1 et al

（1.General Station of Farming Soil and Fertilizer， Fujian Province，Fuzhou，Fujian 350003;2.College of Resources and Environmental Sciences， Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002;3.International Magnesium Institute，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002）

Abstract The supply capacity and influencing factors of exchangeable magnesium in paddy and upland soil were definited， which provided basis for scientific application of magnesium fertilizer. Based on the analysis of 400 groups of typical cultivated soil samples in Zhaoan County， Zhangzhou City， Fujian Province and their different utilization patterns，the differences of physical and chemical properties of paddy and upland soils and the effects of different utilization modes on the supply capacity of exchangeable magnesium were studied. The results showed that the average content of exchangeable magnesium in the whole county was 46.9 mg/kg， there were great differences among towns， the highest average content was 91.3 mg/kg in Qiaodong， the lowest was 17.9 mg/kg in Baiyang; 51.9 mg/kg in paddy soil and 32.5 mg/kg in upland soil. The average of exchangeable magnesium content in rice-rice-vegetable rotation was 70.58， 47.85 mg/kg in rice-rice paddy field and 28.91 mg/kg in soybean-sweet potato upland soil. The supply capacity of exchangeable magnesium on different planting modes had significant influence. Further analysis of the relationship between exchangeable magnesium and physical and chemical properties of soil showed that the content of exchangeable magnesium in soil was positively correlated with， organic matter， cation exchange capacity， clay， silt， sand （ P ?< 0.01）， and negatively correlated with the content of sand. Put it all together， the exchangeable magnesium content of soil in Zhaoan County was low， and its supply capacity was weak，which might affect the normal growth of crops. Therefore， reasonable application of magnesium fertilizer， especially dry land soil， could effectively reduce the impact of magnesium deficiency， which was of great significance to the sustainable development of agriculture.

Key words Paddy soil;Upland soil;Exchangeable magnesium;Planting mode

鎂是植物葉綠素中心原子，核糖體亞單位橋接載體以及許多酶（如RNA聚合酶、ATP酶、蛋白激酶、磷酸酶、谷胱甘肽合酶和碳酸酵素等）蛋白的必需組分。土壤交換性鎂含量主要受成土母質、氣候條件、地理環境、人為活動等的影響，這些因素均會影響土壤交換性鎂的總體供應能力[1-2]。加之傳統栽培措施對中微量元素，尤其是鎂肥投入不足，進一步加劇了土壤交換性鎂缺乏，已成為集約化農業生產中的一個重要限制因子。尤其是華南酸性土壤區，降雨量大，還存在土壤鎂淋失的風險，而土壤缺鎂嚴重影響了該地區作物產量和品質的提升[3]。在此生產背景下，提高土壤交換性鎂含量及土壤鎂的有效性、改善作物鎂營養狀況已成為目前農業生產中亟待解決的問題。

國內外已對土壤類型、成土母質、海拔、河流走向與土壤交換性鎂含量的關系進行了研究。李巧玲等[4]研究表明，土壤交換性鎂含量與有機質、全氮含量呈極顯著正相關，與速效鉀含量呈顯著正相關。黃鴻翔等[1]在南方7種不同土壤類型采集126個樣品，結果表明土壤交換性鎂含量表現為水稻土最高，供應能力最好，而紅土質紅壤最低。土壤交換性鎂含量還受成土母質和海拔的影響，土壤交換性鎂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最高，溝谷堆積物土壤交換性鎂含量較低;土壤交換性鎂含量隨海拔的升高而呈下降趨勢[5]。河流南岸地帶土壤交換性鎂含量高于北岸地帶土壤交換性鎂含量，其原因有河流的走向是從東北流向西南，在地勢上由東北向西南降低，流域南岸鎂含量分布受河流影響較大，另一方面，流河南岸地帶屬河流灌區，由于土壤的淋溶作用使河水中含有一定數量的鎂，河水通過灌溉而進入到土壤，使得土壤中交換性鎂含量提高[6]。由此可見，土壤交換性鎂含量受到自然因素的影響很大，且關于自然因素對土壤交換性鎂含量的影響研究已較為深入，而人為因素（耕作方式）對土壤交換性鎂含量的影響研究還十分缺乏。因此，筆者通過分析水田、旱地2種土壤類型的交換性鎂含量差異及影響因素，探討不同耕作方式下的交換性鎂含量的差異及造成差異可能的因素，為進一步優化鎂肥施用技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

詔安縣位于福建省南部沿海，閩粵交界處，毗鄰廣東省饒平縣，地理坐標為116°55′～117°22′E、23°35′～24°11′N。主要河流有東溪和西溪。詔安縣陸域面積1 293.6 km2，縣城區規劃面積100 km2，海岸線長88 km，海域面積273 km2，耕地面積21 933 hm2，園地面積23 333 hm2。詔安縣年均氣溫21.3 ℃，無霜期長349 d以上，年均降雨量1 442.3 mm，集中在4—9月，尤以6—8月最多。7—9月為臺風季節，臺風暴雨為境內主要災害。

1.2 土壤調查樣點

在福建省漳州市詔安縣采集典型耕作土壤樣品，該數據庫總共包括400組數據，包含土壤交換性鎂、交換性鉀、交換性鈣、pH、有機質、陽離子交換量、黏粒、粉粒和砂粒含量等信息。該土壤數據被分成2種類型，水田土壤（ n =258）和旱地土壤（ n =142），旱地土壤的主要耕作方式為大豆—紅薯輪作體系，水田土壤主要的耕作方式為早稻—晚稻或早稻—晚稻—蔬菜輪作體系。土壤主要為花崗巖和流紋巖風化而來。

1.3 測定項目與方法

土壤交換性K、Ca、Mg用 1 mol/L醋酸銨浸提-原子吸收分光光度法測定;土壤pH用水浸提（水土比2.5∶1.0），電位法測定;有機質含量用重鉻酸鉀濃硫酸外加熱法測定;陽離子交換量用中性醋酸鹽法測定;土壤顆粒含量用吸管法測定。

1.4 數據處理

數據處理采用Excel及SPSS軟件進行計算和統計分析，并制作相關圖表。

2 結果分析

2.1 土壤理化性狀

全縣土壤理化性狀見表1。由表1可知，詔安縣土壤交換性鎂含量平均為46.9 mg/kg，為0.1～456.1 mg/kg，75%土樣的土壤交換性鎂低于58.2 mg/kg，土壤缺鎂相對嚴重;土壤pH平均為5.5，有機質含量平均為20.2 g/kg，交換性鉀含量平均為55.1 mg/kg，交換性鈣含量平均為717.1 mg/kg，陽離子交換量平均為5.4 cmol（+）/kg，交換性鎂飽和度平均為8.1%;交換性鉀/鎂比平均為6.9，交換性鈣/鎂比平均為90.3，遠超適宜作物生長的比值范圍，易發生缺鎂現象;在土壤組成的黏、粉、砂中，黏粒比例平均為6.2%，粉粒比例平均為16.2%，砂粒比例平均為77.6%，土壤相對偏砂。

2.2 耕地土壤交換性鎂含量及分布

詔安縣不同鄉鎮耕地土壤交換性鎂平均含量存在較大差異（表2）。土壤交換性鎂平均含量最高的鄉鎮是橋東，平均含量達91.3 mg/kg，最低的鄉鎮是白洋，平均含量僅為17.9 mg/kg。土壤交換性鎂平均含量大于60.0 mg/kg的鄉鎮是四都、橋東2個鄉鎮，土壤交換性鎂平均含量小于30.0 mg/kg的鄉鎮有梅州、白洋、紅星、秀篆4個鄉鎮，在30.0～60.0 mg/kg的鄉鎮有金星、梅嶺、建設、太平、官陂、深橋、旅游、西潭8個鄉鎮。表明耕地土壤交換性鎂含量存在明顯的鄉鎮差異，可能是因為受成土母質、土壤類型、氣候條件和人為因素的影響所致。

2.3 土壤交換性鎂含量與土壤理化性狀的關系

2.3.1 與土壤陽離子交換量和有機質的關系。

從圖1可以看出，土壤陽離子交換量在3～13 cmol（+）/kg，與土壤交換性鎂含量呈極顯著正相關，隨著土壤陽離子交換量的增加土壤交換性鎂含量相應提高，表明土壤陽離子交換量增加有利于提高土壤交換性鎂含量。土壤有機質含量在5～40 g/kg，與土壤交換性鎂含量呈極顯著正相關，隨著土壤有機質的增加，土壤交換性鎂也相應增加。

2.3.2 與土壤黏粒、粉粒和砂粒的關系。

圖2表明，土壤交換性鎂含量與黏粒、粉粒含量呈極顯著線性正相關，表明土壤黏粒、粉粒含量增加時，有利于提高土壤鎂有效性;土壤砂粒含量與土壤交換性鎂含量呈極顯著線性負相關，表明隨著土壤砂粒含量的增加，土壤交換性鎂含量顯著下降。

2.4 不同類型土壤的理化性狀分析

由圖3可知，水田土壤交換性鎂含量平均為51.9 mg/kg，旱地土壤平均為32.5 mg/kg，水田土壤交換性鎂含量高于旱地。圖4表明，水田和旱地土壤pH基本相同，在土壤有機質、CEC、黏粒、粉粒含量中，表現為水田高于旱地，而砂粒含量則是旱地高于水田。

2.5 耕作方式對土壤交換性鎂含量的影響

耕作方式對土壤交換性鎂含量有極顯著影響（圖5），稻—稻—菜輪作土壤交換性鎂含量為70.58 mg/kg，稻—稻耕作方式土壤交換性鎂含量為47.85 mg/kg，大豆—甘薯耕作方式土壤交換性鎂含量為28.91 mg/kg，稻—稻（稻—稻—菜）耕作方式的土壤交換性鎂含量高于大豆—甘薯耕作方式。進一步分析了稻—稻（稻—稻—菜）耕作方式和大豆—甘薯耕作方式的土壤理化性狀，稻—稻耕作方式的土壤交換性鎂含量、pH、陽離子交換量、有機質、黏粒和粉粒等含量均高于大豆—甘薯耕作方式，而砂粒含量則低于大豆—甘薯耕作方式。綜合分析得出，稻—稻耕作方式土壤交換性鎂含量及供應能力高于大豆—甘薯耕作方式。

3 討論

3.1 ?土壤交換性鎂的豐缺程度

土壤交換性鎂含量是衡量土壤中鎂的豐缺程度和鎂肥效應大小的重要指標。對于大多植物而言，土壤交換性鎂含量60 mg/kg為缺鎂臨界值[7]。該研究結果表明，詔安縣農田耕層（0～20 cm）土壤交換性鎂含量在0.1～456.1 mg/kg，平均含量為46.9 mg/kg。按照以上土壤交換性鎂含量臨界值判斷，大部分詔安縣土壤交換性鎂含量處于缺鎂狀況。然而，詔安縣在大量施用氮、磷和鉀肥的情況下，特別是鉀肥的施用增加了作物對鎂營養的需求，土壤交換性鉀/鎂比平均為6.9，遠高于適宜植物吸收的范圍，從而進一步加劇了農作物缺鎂現象。目前，詔安縣在農作物上大量施用有機肥、秸稈還田，對農作物缺鎂有所緩解，但土壤交換性鎂含量還是無法得到有效補充，農作物缺鎂得不到根本解決。所以，農業生產中應增加鎂肥，重視土壤鎂營養的補充，以避免農作物發生缺鎂現象。

3.2 土壤理化性狀對交換性鎂含量的影響

該研究結果表明，土壤交換性鎂含量與陽離子交換量呈極顯著正相關，這與前人的研究結果一致[8-9]。隨著交換性陽離子含量的增加，土壤交換性鹽基（鈣、鎂、鉀、鈉）含量也同步增加，從而增加了土壤交換性鎂含量。此外，土壤交換性鎂與有機質呈極顯著正相關，與侯玲利等[10]在茶園土壤研究的結果相符。說明土壤交換性陽離子及有機質是影響詔安土壤交換性鎂的重要因素。從土壤特性來看，土壤交換性鎂與土壤黏粒、粉粒含量呈極顯著正相關，而與砂粒含量呈極顯著負相關，與林齊民等[8]在福建省主要土壤研究結果相一致。考慮到土壤腐殖質絕大部分集中于黏粒和粉粒級復合體，而腐殖質形成的有機膠體對離子具有交換吸附作用，可以吸附更多的鎂離子，而黏粒、粉粒含量越高，腐殖質含量越多，吸附鎂離子的能力也就越強。因此，施用鎂肥時，應考慮土壤有機質含量、陽離子交換量等性質對鎂有效性的影響。

3.3 土壤類型對交換性鎂含量的影響

該研究結果顯示，全縣土壤交換性鎂含量平均為46.9 mg/kg，水田土壤為51.9 mg/kg，旱地土壤為32.5 mg/kg，水田土壤交換性鎂含量高于旱地，這與以往的研究結果基本相符[11-12]。水田與旱地土壤交換性鎂含量差異較大，一方面可能是由于水田土壤長期淹水，使黏粒經淋洗向下移動形成犁底層利于儲水，減少耕層水分向下移動，減少耕層交換性鎂向下淋洗，另一方面水田土壤的有機質、陽離子交換量、黏粒、粉粒含量較高，有利于對交換性鎂的吸附，減少耕地交換性鎂的損失。旱地土壤中砂粒含量較高，有利于水分向下移動，水分下移可能會帶走耕層土壤中的交換性鎂，這也是導致旱地土壤交換性鎂較低的原因。因此，應注重旱地土壤的鎂肥補充。

3.4 耕作方式對土壤交換性鎂含量的影響

該研究結果表明，稻—稻—菜耕作方式下的土壤交換性鎂含量為70.58 mg/kg，稻—稻耕作方式為47.85 mg/kg，大豆—甘薯耕作方式為28.91? mg/kg;不同耕作方式的土壤交換性鎂含量表現為稻—稻—菜>稻—稻>大豆—甘薯，這與前人的報道結果相一致[13-14]。稻—稻—菜耕作方式的土壤交換性鎂含量最高，可能與種植蔬菜時施用大量有機肥導致。區善漢等[15]研究表明，連續施用蝦肽肥3 年能提高0～20 cm 淺層土壤交換性鎂含量以及20～40 cm土壤交換性鎂含量明顯提高;馮煥德等[16]研究表明，與常規施肥處理相比，羊糞發酵肥替代50%化肥處理的土壤交換性鎂提升20%以上，達顯著差異;這與該研究結果相符合，因此，施用有機肥也是增加土壤交換性鎂的有效措施之一。

4 結論

全縣土壤交換性鎂含量平均僅為46.9 mg/kg，存在鎂缺乏現象，且各鄉鎮間存在較大差異，水田土壤高于旱地土壤，稻—稻（稻—稻—菜）耕作方式高于大豆—甘薯耕作方式。土壤交換性鎂含量與有機質、陽離子交換量、黏粒、粉粒等含量呈極顯著正相關（ P <0.01），與砂粒含量呈極顯著負相關。因此，實際生產過程中，應注意在旱地作物施用鎂肥。

參考文獻

[1] 黃鴻翔，陳福興，徐明崗，等.紅壤地區土壤鎂素狀況及鎂肥施用技術的研究[J].土壤肥料，2000（5）：19-23.

[2] 阮建云，管彥良，吳洵.茶園土壤鎂供應狀況及鎂肥施用效果研究[J].中國農業科學，2002，35（7）：815-820.

[3] CAKMAK I，YAZICI A M.Magnesium：A forgotten element in crop production [J].Better crops，2010，94：23-25.

[4] 李巧玲，蘇建平，闞建鸞，等.江蘇省如皋市土壤中量元素含量有效性評價[J].土壤，2019，51（2）：263-268.

[5] 宋文靜，孟霖，王程棟，等.貴州中部山區植煙土壤交換性鈣鎂含量分布特征[J].江蘇農業科學，2015，43（3）：334-337.

[6] 姜勇，張玉革，梁文舉，等.耕地土壤交換性鎂含量的空間變異性特征[J].沈陽農業大學學報，2003，34（3）：181-184.

[7] 胡靄堂.植物營養學：下冊[M].2版.北京：中國農業大學出版社，2003：200-220.

[8] 林齊民，陳舉鳴.福建省主要土壤類型的鎂素含量[J].福建農學院學報，1986，15（2）：132-140.

[9] 丁玉川，焦曉燕，聶督，等.山西農田土壤交換性鎂含量、分布特征及其與土壤化學性質的關系[J].自然資源學報，2012，27（2）：311-321.

[10] 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.

[11] 劉坤，周冀衡，李強，等.植煙土壤交換性鈣鎂含量及對煙葉鈣鎂含量的影響[J].西南農業學報，2017，30（9）：2065-2070.