Mehlich 3法测定新疆土壤速效磷和速效钾的可行性研究

曹晓倩,吕新

(石河子大学农学院资环系/新疆兵团绿洲生态农业重点实验室,石河子832003)

Mehlich 3法测定新疆土壤速效磷和速效钾的可行性研究

曹晓倩,吕新

(石河子大学农学院资环系/新疆兵团绿洲生态农业重点实验室,石河子832003)

为了评价Mehlich 3法(M3法)测定新疆土壤速效磷、钾的可行性,取290份新疆不同质地类型的碱性或偏碱性土壤,分别采用M3法和常规方法测土壤速效磷、钾的含量并分析其相关性。通过盆栽棉花生物试验,采用M3法测定土壤速效磷、钾的含量并分析其与棉花苗期生长的相关性。结果表明:在壤土、砂土和粘土中,2种方法测得的土壤速效磷的相关系数分别为0.9478、0.9237和0.9312,速效钾的相关系数分别为0.8488、0.9442和0.9413,均呈显著相关;土壤速效磷与棉花苗期株高、干重和棉花植株磷含量的相关系数分别为0.5647、0.5994和0.5355,相关性均不显著,但土壤速效钾与株高、干重和棉花植株钾含量的相关性均达到了显著水平,相关系数分别为0.8438、0.8585和0.7828。结论:M3法适于新疆碱性或偏碱性土壤中大量元素速效 P、K的测定,可在生产及科研中应用推广。

Mehlich 3方法;相关性;速效磷;速效钾

为了快速获取土壤养分、解决精确农业中高密度和全面的农田信息采集的需要,以及给农民创造更多的经济效益,土壤养分速测正趋向成为“精准农业”的重点范畴。但是,随着测土配方施肥的深入开展,土壤养分测定的工作量越来越大,如何提高土壤养分测定速度和质量,对提高测土配方施肥效率和效果意义重大。常规标准测定方法测试精度高,但操作过程复杂,化学浸提剂一次只能提取一种元素,费时费力,难以满足快速和批量化的要求[1]。Mehlich 3法(M3法)于1982年由 Mehlich[2]提出,并在美国、加拿大、澳大利亚等国被广泛研究与应用[3-8]。该方法与常规方法测定土壤养分相关性的研究报道较少,结果表明其测定值与对应的常规测定方法有极好的相关性[9-10]。Sims[11]认为M3试剂可作为全球各类土壤的通用浸提剂。M3法的浸提能力较强,且适用范围广,包括酸性、中性、石灰性和碱性土壤[12-14]。

新疆地属我国北方地区,土壤复杂多变,目前对新疆土壤微量元素和微肥施用的研究已有较多报道[15],但对大量微量元素的快速测定法还未见报道。本研究旨在系统分析M3法在我国新疆地区应用代替常规方法的可行性,研究M3法测定土壤养分的精确度,以期提高测土环节的工作效率,建立M3法测定土壤有效养分的方法技术规范;并应用M3法初步分析土壤速效磷、钾和棉花苗期的株高、干重和植株磷、钾含量的相关性。

1 材料与方法

1.1 土壤样品

290份农田土壤样品取自新疆兵团农八师149团的19个连队和1个良种连队。针对每个采样区,选择每个连队土壤质地代表性强并具有不同肥力水平的土壤。土壤质地主要为砂土、粘土和壤土,各类土壤高、中、低肥力水平各占1/3。土样的采集深度均为0～20 cm,采集土样2.0 kg左右。土样经自然风干后,过2 mm尼龙筛,备用。

1.2 盆栽生物实验

1.2.1 试验地点 石河子大学农学院实验站。

1.2.2 试验作物 常规棉花品种。

1.2.3 试验处理 采用农八师149团不同质地和肥力的土壤,设3个处理,每个处理3次重复。每个处理装土2 kg(盆的大小:直径20 cm,高25 cm)。

1.3 测定方法

1.3.1 土壤pH值的测定 290个土壤样品p H值的测定(土液比1∶5):电位法,2次重复。

1.3.2 常规方法 土壤速效磷的测定:用0.5 mol/L NaHCO3作为浸提剂,钼锑抗比色法(Olsen法)测定;土壤速效钾的测定:1 mol/L中性乙酸铵(NH4OAc)浸提-火焰分光光度法。

1.3.3 M3法 土壤速效磷、速效钾用M3浸提剂浸提。用钼锑抗比色法测定土壤速效磷;用火焰分光光度法测定土壤速效钾。

2 结果与分析

2.1 土壤pH值的测定结果

由表1可见,在290个土样中,其中3个土壤样品p H值<7.5,最小为6.6,256个土壤样品p H值为7.5～8.2,31个土样样品p H值>8.2,最大值为8.7,结果表明所取土样为偏碱性及碱性土。

表1 土壤样品的pH值(土液比1∶5)Tab.1 The pH values of the soil samples(soil∶liquid=1∶5)

2.2 土壤速效磷与速效钾测定结果相关性分析

采用线性、对数、指数、二项式、乘幂5种方程拟合方式比较常规方法与M3方法测定本试验土壤有效养分[16]。y为M3方法测定值,x为常规方法测定值,取 r值最大的拟合方程,作为二者相关性结果。

2.2.1 土壤速效磷的测定结果比较

根据土壤pH值测定结果,新疆兵团农八师149团土壤普遍呈碱性、偏碱性,偏酸性和中性土壤极少。因此将其一概作石灰性土壤处理,直接用石灰性土壤分析方法Olsen法进行三类土壤速效磷的测定。

从图1中可以看出,M3-钼锑抗比色法与常规法(Olsen法)测定壤土土壤速效磷的结果之间存在极显著的相关性,相关系数 r=0.9478(P<0.01)。求得的回归方程为 y=1.6183x+2.7226(x为常规法测定值,y为M3法测定值)。常规方法测定的速效磷变幅(n=17)为5.36～89.86 mg/kg,均值为37.63 mg/kg,M3法测定的速效磷变幅(n=17)为8.29～149.87 mg/kg,均值为 63.61 mg/kg,为常规方法测定的速效磷均值的1.69倍。

从图2中可以看出,M3-钼锑抗比色法与常规法(Olsen法)测定砂土土壤速效磷的结果之间存在极显著的相关性,相关系数 r=0.9237(P<0.01)。求得的回归方程为 y=1.7327x-2.2877(x为常规法测定值,y为M3法测定值)。常规方法测定的速效磷变幅范围(n=36)为3.43～157.33 mg/kg,均值为41.79 mg/kg;M3法测定的速效P变幅范围(n=36)为 5.49～260.34 mg/kg,均值为 70.14 mg/kg,为常规方法测定的速效磷均值的1.68倍。

图1 壤土速效磷测定方法相关性分析Fig.1 The relationship of doras available P between two tested methods

从图3中可以看出,M3-钼锑抗比色法与常规法(Olsen法)测定粘土土壤速效磷含量的结果之间存在极显著的相关性,相关系数 r=0.9312(P<0.01)(n=19),两种方法之间可以通过二次方程互相换算,y=0.0018x2+1.4196x+5.6846(x为常规法测定值,y为M3法测定值)。常规法测得的速效磷的变幅为15.07～143.47 mg/kg,平均值为70.28 mg/kg;M3方法测定值为18.86～265.33 mg/kg,平均值为117.26 mg/kg,为常规方法测定的速效磷均值的1.67倍。

2.2.2 土壤速效钾的测定结果比较

比较M3法浸提-原子吸收分光光度法与常规方法(1 mol/L中性乙酸铵浸提-火焰分光光度法)测定壤土,砂土和粘土速效钾的结果见图4～6。

从图4中可以看出,M3法浸提与常规方法(用1 mol/L中性乙酸铵浸提)的结果之间存在极显著的相关性,相关系数 r=0.8488(P<0.01)。求得的回归方程为 y=13.262x0.6166(x为常规法测定值,y为M3法测定值)。常规方法测定的速效 K变幅(n=30)为 94.52～209.09 mg/kg,均值为 150.13 mg/kg;M3法测定的速效钾变幅(n=30)为207.14～435.71 mg/kg,均值为290.77 mg/kg,为常规方法测定的速效钾均值的1.94倍。

图3 粘土速效磷测定方法相关性分析Fig.3 The relationship of clay available P between two tested methods

图4 壤土速效钾测定方法相关性分析Fig.4 The relationship of doras available K between two tested methods

从图5中可以看出,M3法浸提与常规方法(用1 mol/L中性乙酸铵浸提)的结果之间存在极显著的相关性,相关系数 r=0.9442(P<0.01)。求得的回归方程为 y=8.9028x0.6831(x为常规法测定值,y为M3法测定值)。常规方法测定的速效 K变幅(n=19)为 70.40～181.96 mg/kg,均值为 134.16 mg/kg;M3法测定的速效 K变幅(n=19)为159.52～350.00 mg/kg,均值为251.19mg/kg,为常规方法测定的速效钾均值1.87倍。

从图6中可以看出,M3法浸提与常规方法(用1 mol/L中性乙酸铵浸提)的结果之间存在极显著的相关性,相关系数 r=0.9413(P<0.01)。求得的回归方程为 y=5.0633x0.8057(x为常规法测定值,y为M3法测定值)。常规方法测定的速效 K变幅(n=20)为 68.39～338.74 mg/kg,均值为 177.35 mg/kg;M3法测定的速效钾变幅(n=20)为150.00～511.90 mg/kg,均值为326.47 mg/kg,为常规方法测定的速效钾均值1.84倍。

图5 砂土速效钾测定方法相关性分析Fig.5 The relationship of sandy soil available K between two tested methods

图6 粘土速效钾测定方法相关性分析Fig.6 The relationship of clay available K between two tested methods

2.3 M3法测定的土壤速效磷、钾与棉花生长的相关性

通过棉花盆栽试验,探索M3法测定的土壤速效磷、钾与棉花苗期株高、干重及棉花苗期植株磷、钾含量的相关性。棉花苗期的生长状况及测定土壤、植株 P、K含量见表2。用DPS7.55软件对 M3法测得的土壤速效磷、钾和棉花苗期的株高、干重和棉花植株磷、钾含量进行相关性分析(表3)。从表3可以看出,土壤速效磷与棉花苗期株高、干重和棉花植株磷含量的相关系数分别为0.5647、0.5994和0.5355,但是相关性均不显著。然而,土壤速效钾与株高、干重和棉花植株钾含量的相关性均达到了极显著水平,且相关系数也较大,分别为0.8438、0.8585和0.7828。

表2 棉花苗期的生长状况及测定土壤、植株P、K含量Tab.2 Effect of the cotton growth during seedling stage and P,Kcontents on plant and soil

表3 相关性分析Tab.3 The correlation analysis

3 讨论

根据对上述290份取自新疆石河子新疆兵团149团的壤土、砂土和粘土不同肥力水平的碱性或偏碱性土壤的分析结果,可以看出M3法与常规法在测定土壤的速效磷、钾含量之间均达到了极显著的相关性,相关系数为0.8488～0.9478。韩秀英[17]在山西不同肥力水平的石灰性土壤和李酉开等[18]对华北平原(北京、河北、陕西、山西、山东、天津等省市)p H为7.5～8.7的61个石灰性土壤样品中的研究结果均表明M3-P的测定结果与Olsen-P测定结果之间,M3-K的测定结果与N H4OAC-K的测定结果之间都达到了极显著的相关水平。宋建兰等[19]在东北、华北、西北、西南等地47个中性、碱性土壤中,均得出了M3浸提剂与常规浸提剂在测定土壤速效磷测定结果之间有很好的相关性。

另外,本研究结果还显示,M3法测得的土壤速效磷的平均量的绝对值是常规法测得的土壤速效磷的1.86倍以上,M3法测得的土壤速效钾的平均量的绝对值是常规法测得的土壤速效钾的1.84倍以上。且M3法测得的土壤速效磷、钾的变幅范围均比常规方法测得土壤速效磷、钾的变幅范围大。这与韩秀英[17]、李昆等[20]的研究结果一致。由此可见,M3方法与常规方法在碱性或偏碱性土壤上测定的速效磷、钾的相关性好,且稳定、可靠,可以在生产、科研中推广应用。

本研究结果表明,土壤速效磷与棉花苗期株高,干重及植株内磷含量的相关性虽呈一定相关性,但是变化并不显著,这可能与测磷时的外界环境(浸提温度)有关,也可能与磷元素、棉花本身和选择测定时期有关。首先测定的时期过早,作为双子叶作物,棉花早期生长所需要的磷元素主要是由胚乳供给的;另外,由于磷元素本身就是生命机体的构成元素,植物本身就含有大量磷,因而测定结果中呈一定的相关性,但变化并不显著。钾不参与植物体内重要有机物的组成,主要是为生命机体提供正离子,其参与作物抗病、逆性有关,参与植物光合作用、呼吸作用、气孔开放等植物生理过程。所以土壤中速效钾与棉花苗期的生长状况成极显著的相关,这可能与棉花苗期病害、抗逆、光照、温度条件等有关。

通过实施土壤养分快速获取的方法,精确施肥技术,不但可以提高化肥资源利用率,还可以降低成本,提高作物产量,减少环境污染。它是现有农业生产措施与现代高新技术的有机结合,精准农业是信息技术和人工智能技术在优化管理适当尺度的农业生产系统上的集成应用。

[1]刘肃,李酉开.Mehlich 3通用浸提剂的研究[J].土壤学报,1995,32(2):131-141.

[2]Mehlich A.Comprehensive methods in soil testing[M].Mimeo Agron Division:N C D A,1982,1-282

[3]Zbíral J,Němec P.Introduction of Mehlich 3 extractant into the Czech soil testing scheme[J].Communications in Soil Science and Plant Analysis,2000,31(11/14),2171-2182.

[4]Elrashidi M A,Mays M D,Lee C W.Assessment of Mehlich 3 and ammonium bicarbonate-DTPA extraction for simultaneous measurement of fifteen elements in soils[J].Communications in Soil Science and Plant Analysis,2003,34(19/20):2817-2838

[5]Mallarino A P.Field calibration for corn of the Mehlich 3 soil phosphorus test with colorimet ric and inductively coupled plasmaemission spectroscopydetermination methods[J].Soil Sci Soc Am J,2003,67(6):1928-1934.

[6]Wang J J,Harrell D L,Henderson R E,et al.Comparisons of soil test extractants for phosphorus,potassium,magnesium,sodium,zinc,copper,manganese,and iron in Louisiana soils[J].Communications in Soil Science and Plant Analysis,2004,35(1/2):145-160.

[7]CsathóP,Magyar M,Debreczeni K,et al.Correlation between soil P and wheat shoot P content s in a Network of Hungarian long term Field trials[J].Communications in Soil Science and Plant Analysis,2005,36(1):275-293.

[8]Elrashidi M A,Mays M D,Lee C W.Assessment of Mehlich 3 and ammonium bicarbonate-DTPA extraction for simultaneous measurement of fifteen elements in soils[J].Communications in Soil Science and Plant Analysis,2003,34(19/20):2817-2838.

[9]侯彦林,曾文,宋建国,等.土壤速效氮、磷、钾速测方法的改进Ⅰ新速测方法的建立[J].土壤通报,2000,31(5):238-240.

[10]于群英,段立珍.用Mehlich 3通用浸提剂法测定土壤有效磷和有效钾[J].安徽农业科学,2002,30(6):861-862,864.

[11]SimsJ T.Comparison of Mehlick l and Mehlick 3 extactants for P,K,Ca,Mg,Mn,Cu and Zn in Atlantic Coastal plain soils[J].Commun,SSPA,1989,20(17/18):1707-1726.

[12]沈仁芳.Mehlich 3浸提磷与石灰性土壤速效磷的关系[J].土壤通报,1994,25(3):140-141.

[13]庞洁,韦真,沈方科.Mehlich 3法与常规分析方法在测定土壤有效P、K的比较研究[J].广西农业生物科学,2008,27(6):69-71.

[14]邵煌庭,马金占,甄清香.土壤有效磷、钾、锰、铜、铁[J].土壤通报,1994,25(3)142-144.

[15]王芳,王逸飞,孟新伟,等.新疆北疆土壤养分空间变异特性的初步研究[J].石河子大学学报:自然科学版,2004,22(1):39-42.

[16]王永欢,陈洪斌,王丽,等.Mehlich 3方法与常规方法测定土壤养分相关性初步研究[J].土壤通报,2008,39(4):917-920.

[17]韩秀英.Mehlich3法测定石灰性土壤有效养分的适用性研究[J].中国农业大学学报,2009,14(1):104-110.

[18]李西开,任桦.土壤超滤-氮,磷,钾中无机和有机组分的分配及相关研究[J].中国农业科学,1993,26(6):59-67.

[19]宋建兰,崔建宇,薛会英,等.Mehlich 3方法测定土壤有效养分的相关性研究[A].首届全国测土配方施肥技术研讨会论文集[C].北京:中国农业大学出版社,2007:118-122.

[20]李昆,代天飞,陈钢.土壤有效磷测定方法比较 [A].首届全国测土配方施肥技术研讨会论文集[C].北京:中国农业大学出版社,2007:123-129.

The Feasibility of Mehlich 3 Method on T esting Soil Available Pand Kin Xinjiang

CAO Xiaoqian,LÜXin
(Department of Resources and Environmental Science,College of Agriculture,Shihezi University/The Key Oasis Eco-Agriculture Laboratory of Xinjiang Production and Construction Group,Shihezi 832003,China)

In order to evaluate the feasibility of Mehlich3(M3)method in testing soil available P and Kin Xinjiang,we tested 290 soil samples both by M3 and standard testing method and analysis the relationship between them.In addition,through a field experiment,the correlation between soil available P,available Kcontents and plant growth during seedling stage was analyzed.The result showed that on loam,clay and sandy soil,the correlations of soil available P content by M3 were 0.9478,0.9237 and 0.9312 correlated to plant growth and the correlations of soil available K and cotton seedling growth were 0.8488,0.9442 and 0.9413 respectively.Plant height,dry weight and P content of the cotton seedling were not showing such high coefficient with the soil available P contents measured by M3,coefficients was ranked from 0.5355 to 0.5994.But the plant height,dry weight and K content in the cotton seed tested by M3 were very similar to the results measured by standard method with coefficients 0.8438,0.8585 and 0.7828 respectively.From the data mentioned above,we concluded that the M3 method can be used to test soil available P and Kin alkaline soil in Xinjiang and it can also be applied both in thefarmer’s practise and scientific research.

Mehlich 3 method;correlation;soil available P;soil available K

S151.95

A

1007-7383(2011)02-0140-05

2010-03-26

国家科技支撑计划(2006BAD21B02-2),新疆兵团重大科技专项 (2007zx03),国家自然科学基金项目(3076010),国家自然科学基金项目(30760104)

曹晓倩(1985-),女,硕士生,专业方向为绿洲生态和农业资源高效利用;e-mail:shannon0925@sina.com。

吕新(1964-),男,教授,博士生导师,从事绿洲生态和农业资源高效利用的研究;e-mail:lxshz@126.com。

文章编号:1007-7383(2011)02-0210-05