貴州中部山區(qū)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(qū)采集了165 個代表性土壤樣品，對貴州中部山區(qū)不同成土母質(zhì)發(fā)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(jié)果表明：（1）貴州中部山區(qū)煙田耕層土壤交換性Ca含量平均值為9.00 cmol/kg，變異系數(shù)64.71 %，交換性Ca缺乏和較缺乏（<6 cmol/kg）的土樣占土樣總數(shù)的34.21%；土壤交換性Mg含量平均值為1.70 cmol/kg，變異系數(shù)79.95%，交換性Mg缺乏和較缺乏（<1.6 cmol/kg）的土樣占土樣總數(shù)的59.01%。（2）植煙土壤交換性Ca和Mg含量在不同成土母質(zhì)間存在顯著性差異，第四紀紅土發(fā)育形成的土壤交換性Ca和Mg含量較高，而溝谷堆積物發(fā)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(zhì)發(fā)育形成的土壤交換性Ca含量均表現(xiàn)出自上而下依次遞減的規(guī)律，而不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤交換性Mg含量分布規(guī)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(qū)。從本試驗結(jié)果可推論，土壤的成土母質(zhì)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(guān)鍵詞：貴州中部山區(qū)；土壤交換性鈣；土壤交換性鎂；成土母質(zhì)；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(yǎng)元素，對烤煙的生長發(fā)育、生理代謝、產(chǎn)質(zhì)量均有重要影響，其在土體中的遷移過程也可表征營養(yǎng)元素的淋溶強度[1-3]。相關(guān)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(guān)[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(guān)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(zhì)在土壤形成和發(fā)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(zhì)以及肥力。有研究表明，成土母質(zhì)在闡述土壤養(yǎng)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(zhì)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(yǎng)元素的輸入、輸出和循環(huán)[8]。相關(guān)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(zhì)的綜合影響[9]。就植煙土壤而言，現(xiàn)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(zhì)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(qū)煙田土壤的交換性Ca和Mg含量與成土母質(zhì)、海拔高度之間的關(guān)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(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

貴州中部山區(qū)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(qū)域海拔范圍為850～1 400 m，是我國傳統(tǒng)中間香型烤煙最典型生態(tài)區(qū)[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(qū)典型烤煙風格特征的代表性取樣區(qū)。

1.2 樣品采集

在典型煙田內(nèi)，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(nèi)，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(fā)生層分別采集農(nóng)化樣和環(huán)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(jīng)室內(nèi)風干、去雜，研磨后過100目篩。土壤容重環(huán)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(yǎng)分含量豐缺判定根據(jù)全國第二次土壤普查肥力評價標準[18-19]（表1）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析，用Microsoft Excel 2010軟件繪圖。

2 結(jié)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(qū)煙田耕層土壤交換性Ca含量平均值為9.00 cmol/kg，變異系數(shù)64.71 %。交換性Ca缺乏和較缺乏（<6 cmol/kg）的土樣占土樣總數(shù)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(qū)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(qū)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(shù)79.95%。交換性Mg缺乏和較缺乏（<1.6 cmol/kg）的土樣占土樣總數(shù)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(qū)域土樣總體缺乏，各取樣區(qū)域比例由高至低的地區(qū)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(zhì)耕層土壤交換性Ca和Mg含量

貴州中部山區(qū)基本上均屬于混合巖石區(qū)，成土母巖主要為碳酸巖或碳酸巖夾碎屑巖，局部地區(qū)有碎屑巖、淺變質(zhì)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(zhì)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(zhì)一般為各類巖性風化物、第四紀紅土經(jīng)過搬運后在溝谷中堆積而成。本研究將貴州中部山區(qū)土壤的成土母質(zhì)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(qū)不同成土母質(zhì)土壤耕層交換性Ca和Mg含量分析結(jié)果見圖1，不同成土母質(zhì)發(fā)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(zhì)相比，第四紀紅土發(fā)育形成的土壤交換性Ca含量較高，與其他2類成土母質(zhì)發(fā)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(fā)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(zhì)土壤交換性Ca和Mg含量剖面垂直分布

貴州中部山區(qū)不同成土母質(zhì)發(fā)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(zhì)發(fā)育形成的土壤在土層數(shù)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(fā)育形成的土壤較淺，發(fā)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(fā)生層一般劃分出5層左右；第四紀紅土發(fā)育的土壤pH值較高，黏粒含量高，發(fā)生層一般劃分出4層。不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤交換性Ca含量均表現(xiàn)出由上而下逐次遞減的規(guī)律，其中，第四紀紅土發(fā)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(zhì)，而不同母質(zhì)發(fā)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(zhì)發(fā)育形成的土壤交換性Mg含量表現(xiàn)出自上而下依次遞減的規(guī)律不明顯，與其他2個母質(zhì)相比較，溝谷堆積物發(fā)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(qū)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(guān)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(jié)論

土壤交換性Ca和Mg含量主要受成土母質(zhì)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(tài)過程的變化及Ca和Mg的生物有效性[25]。本研究結(jié)果表明，貴州中部山區(qū)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(qū)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(dǎo)致土壤交換性Ca和Mg含量較低。針對貴州中部山區(qū)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(qū)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(jīng)石灰?guī)r和白云巖山體會溶解一部分鈣鎂帶入經(jīng)過的煙田的耕作層。

本研究結(jié)果還表明，不同成土母質(zhì)發(fā)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(zhì)比較，第四紀紅土發(fā)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(fā)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(fā)育的土壤類型中黏粒較多，黏粒與有機質(zhì)形成復(fù)合體降低了Ca和Mg的淋失。尚斌等研究表明，第四紀紅土發(fā)育的土壤有機質(zhì)含量較高，而黏粒與有機質(zhì)形成復(fù)合體降低了有機質(zhì)的礦化，促進了土壤有機質(zhì)的積累[14]；李軍等研究表明，石灰?guī)r母質(zhì)和頁巖母質(zhì)發(fā)育的土壤各種養(yǎng)分含量均較高，這主要是其土壤黏粒較多，而花崗巖母質(zhì)和砂巖母質(zhì)發(fā)育的土壤砂粒較多，因此土壤養(yǎng)分含量相對較低[22]。同時不同母質(zhì)發(fā)育的土壤交換性Ca和Mg含量不同，與土壤的礦物類型有關(guān)，不同的土壤礦物土壤交換性Ca和Mg含量存在本質(zhì)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(guān)性，邱學禮等研究發(fā)現(xiàn)，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(jié)果與其基本一致。徐宜民等研究表明，貴州中部山區(qū)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(dǎo)致貴州中部山區(qū)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(zhì)類型影響土層深度和養(yǎng)分的剖面分布，第四紀紅土發(fā)育形成的土壤土層較深且各個發(fā)生學層次養(yǎng)分含量較高，溝谷堆積物和巖類風化殘積-坡積物發(fā)育形成的土壤土層相對較淺且各個發(fā)生學層次養(yǎng)分含量較低[28]。本研究對不同成土母質(zhì)發(fā)育土壤的研究表明，典型剖面交換性Ca含量表現(xiàn)出自上而下依次遞減的規(guī)律，而不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤交換性Mg含量表現(xiàn)出自上而下依次遞減的規(guī)律不明顯。對于農(nóng)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(yǎng)分的遷移和轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在表土層，長期施肥導(dǎo)致表土層養(yǎng)分含量升高，自然降雨由山上向下流動，流經(jīng)石灰?guī)r和白云巖山體會溶解一部分Ca、Mg帶入經(jīng)過的煙田的耕作層。對不同成土母質(zhì)發(fā)育土壤的研究表明，典型剖面交換性Ca含量表現(xiàn)出自上而下依次遞減的規(guī)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(shù)量越來越少，導(dǎo)致典型剖面交換性Ca含量表現(xiàn)出自上而下依次遞減的規(guī)律。endprint

貴州中部山區(qū)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(fā)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(fā)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(zhì)發(fā)育的土壤交換性Ca含量均呈由上往下逐次遞減的規(guī)律，而不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的土壤交換性Mg含量分布特征規(guī)律不明顯。

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