甘肃陇东地区紫花苜蓿草地土-草矿质养分 含量及其相关性

李满红，师尚礼，张英俊，鱼小军

(1.甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业 可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070；2.中国农业大学，北京 100083)

土壤养分是土地生产力的基础，是植物生长的必要条件，也是衡量土壤质量好坏的重要指标[1]，其质量的优劣直接关系到农产品的质量安全，人类的健康以及社会经济的可持续发展[2]。紫花苜蓿(Medicagosativa)是一种多年生豆科植物，粗蛋白质含量高[3]。氮是植物体内许多重要有机化合物的组分，对植物生命活动，产量形成和品质优劣均有非常重要的作用[4-5]，土壤磷素含量高低一定程度反映了土壤中磷素的贮量和供应能力。迄今为止，国内外专家学者对土壤重金属和作物中矿质元素的研究越来越多[6-10]。我国学者对草地土壤微量元素特征也进行了一些研究，其中潘峰等[11]对陇东塬区土壤和农作物微量元素富集能力的分析认为，根部对其富集能力高于地上部分。近年来，我国学者对紫花苜蓿和土壤养分相关性也进行了一些研究，贾芸等[12]研究表明，紫花苜蓿的叶片N、P含量与土壤N、P含量均无显著相关性，而紫花苜蓿叶片的N∶P值与土壤P含量呈显著性相关。韩冬梅[13]在其研究中发现，植物全磷含量与土壤全磷含量呈正相关，植物钾与土壤全钾为负相关。也有研究报道土壤全磷和速效磷都与产量具有显著的正相关关系，但是针对土壤全量与苜蓿全量养分相关性的研究较少，结论也不尽相同[14]。

目前，针对农作物和土壤营养元素含量和相关性的研究主要集中在N、P、K速效养分及其肥料效应方面，对其全量含量和相关性的研究较少。微量元素Fe、Mn、Cu、Zn的研究多集中在对土壤性质的变异特性及其重金属污染等方面，偏重于其全量的分析，对紫花苜蓿和土壤有效量的含量特征和相关性的研究还较少。通过测定土壤和苜蓿中N、P、K和微量元素Fe、Mn、Cu、Zn含量的高低，并分析其在土壤和苜蓿中含量的特征及相关性，以期为评价陇东地区苜蓿草地土-草养分的亏缺、土壤元素供给特征、苜蓿品质及健康水平提供依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

研究区位于甘肃省陇东地区的庆阳市和平凉市，属于甘肃黄土高原沟壑区，区内塬(梁)川(沟)相间，塬川高差400 m，塬区土壤以黄棉土为主，平均海拔1 200～1 800 m，由于受泾河及其支流的侵蚀，地貌呈塬、梁、峁、坪、沟、谷相间分布,地形比较破碎。选择苜蓿种植面积较大的平凉市泾川县，海拔930～1 462 mm，年平均气温10℃，年降水量555 mm，年日照时数2 274 h；庄浪县，海拔1 400～2 857.5 m，年平均气温8.1℃，无霜期 159 d，年降水量510 mm，年日照时数2 179 h；环县，海拔1 200～1 700 m，年平均气温9.0℃，年降水量430 mm，年日照时数2 600 h；合水县，海拔979～1 682 m，年平均气温7.5℃，年降水量562.8 mm，年日照时数2 400 h进行试验。

1.2 样品采集

对研究区为高原沟壑地形特征和土壤为黄绵土为主的调查基础上，兼顾苜蓿的刈割次数和苜蓿生长的年限等特征，分别在环县的洪德乡、樊家川、天池乡，合水的固城、段家集、何家畔，泾川的丰台、高平、汭丰，庄浪的盘安、卧龙、南湖进行采样，测定苜蓿和土壤大量和微量元素的含量。采样时间为2013年10月初(表1)。

表1 试验地取样点的位置

1.3 土壤样品

采集0～20 cm土壤，每个采样点选择当地具有代表性的苜蓿种植区地块，每个地块采用5点取样法取样后组成1个混合样品，每个采样点采集3个混合土壤，充分混合，用四分法分取1 kg的土壤样本，用土钻采集土壤样品，测定其大量元素和微量元素的含量。由于草地的建植年份和草地管理方式不同，减少误差，采样点远离路边、沟边及肥堆边，土壤样品去除石块等杂质后在实验室自然阴干、碾碎，过 2 mm尼龙筛，密封备用。试验共采集土壤样品36个。

1.4 苜蓿样品

于2013年10月初在紫花苜蓿的初花期，刈割紫花苜蓿植株作为样品，留茬高度为5 cm，试验共采集苜蓿样品36株。样品消除表面黏附物后，放入烘箱中进行105℃杀青，65℃烘干至恒重。

1.5 试验方法与数据处理

1.5.1 分析测试方法 土壤中全氮含量采用浓H2SO4-加速剂消煮流式分析仪测定，土壤全磷含量采用HClO4- H2SO4消煮-钼锑抗比色法测定，土壤全钾含量采用氢氧化钠熔融-火焰光度法测定，土壤微量有效元素测定采用DTPA-TEA浸提，原子吸收火焰法测定有效性 Cu、Zn、Fe、Mn含量[15-16]。各项指标测定重复3次。

1.5.2 数据处理 应用 SPSS 17.0对所有数据进行统计分析，进行单因素方差分析(one-way ANOVA)、检验各样点之间指标的显著性以及相关性分析。图表采用WPS软件数据处理和图形绘制。文中数值均以平均值±标准误表示。各县苜蓿草地相同矿质元素均需进行土-草之间的相关性分析。

2 结果与分析

2.1 土壤矿质养分

陇东地区土壤全氮平均含量为1.21 g/kg，庄浪>环县，差异显著(P<0.05)，但二者与其他两县之间差异均不显著。全磷平均含量为0.43 g/kg，各样点间差异不显著(P>0.05)；全钾的平均含量为19.32 g/kg，各样点之间的差异不显著(P>0.05)；且土壤中氮、磷、钾含量，钾素最高(表2)。

土壤有效铁平均含量为10.00 mg/kg，庄浪的最大，为18.35 mg/kg，与合水、环县、泾川均差异显著(P<0.05)，但合水、环县、泾川之间差异不显著。有效态锰的平均含量为28.21 mg/kg，庄浪、泾川>环县、合水，差异显著(P<0.05)，但庄浪和泾川，合水和环县之间差异不显著。有效铜含量为1.91 mg/kg，泾川>环县，差异显著(P<0.05)，但环县、庄浪、合水之间差异不显著。有效锌的平均值为3.27 mg/kg，合水>庄浪、泾川、环县，差异显著(P<0.05)，但庄浪、泾川、环县之间差异不显著(P>0.05)。

表2 试验地各样点土壤矿质养分含量

注：同行不同小写字母者表示差异显著(P<0.05)，下同

2.2 紫花苜蓿矿质养分

紫花苜蓿全氮的平均含量为27.51 g/kg，环县的含量最高，为28.72 g/kg，大于合水，差异显著(P<0.05)，但二者与其他两县差异均不显著。全磷含量平均为0.51 g/kg，环县>合水，差异显著，但二者与其他两县差异均不显著。全钾平均含量为34.45 g/kg，样点之间的差异均不显著，且各样点苜蓿植株中氮、磷、钾含量，钾最高(表3)。

试验地苜蓿有效铁含量为2.88 mg/kg，泾川的含量最高，为5.23 mg/kg，合水含量最低，为1.53 mg/kg，两者差异显著(P<0.05)，但二者与其他两者差异不显著。有效锰的含量为0.63 mg/kg，各样点间差异不显著；有效铜平均含量为0.47 mg/kg，各样点之间差异不明显。有效锌平均含量为0.58 mg/kg，泾川>合水，差异显著(P<0.05)，但二者与其他两者差异不显著。且苜蓿中铁、锰、铜、锌平均含量整体表现为有效铁>有效锰、有效锌、有效铜(表3)。

表3 试验地各样点紫花苜蓿矿质养分含量

2.3 土壤和紫花苜蓿大量元素含量的相关性

在陇东地区土壤大量元素的含量和苜蓿大量元素的含量的相关性关系分析表明，合水县土壤全氮与苜蓿全氮的含量表现出显著负相关(P=0.026)；环县土壤全磷和苜蓿全磷的含量表现出极显著负相关(P=0.003)。

土壤微量元素和苜蓿微量元素含量的相关性分析表明，环县和泾川县土壤有效铁的含量和苜蓿有效铁的含量都表现出显著正相关(P<0.05)，泾川县土壤中有效锌的含量与苜蓿中有效锌的含量表现出极显著正相关(P=0.002)，其他样点并未表现出显著相关性(表4)。

表4 陇东地区土壤和苜蓿矿质养分含量的相关系数(N=72)

注：*表示差异显著(P<0.05)；**表示差异极显著(P<0.01)

3 讨论

3.1 土壤中营养元素含量特征

土壤养分是土壤肥力的重要组成，是作物高产稳产的基础条件。在水、热、气等条件协同适宜的前提下,土壤养分含量和供应状况直接影响作物生长发育和产量高低。土壤养分状况也是合理施肥的直接依据。

陇东地区土壤全氮平均含量为1.21 g/kg，较1983年[17]普查的0.80 g/kg和1998年甘肃省[18]土壤调查的0.92 g/kg分别升高0.41、0.29 g/kg，升幅分别为51.3%、31.5%，升幅明显。土壤全磷的平均含量为0.43 g/kg，比1983年0.7 g/kg和1998年0.74 g/kg分别降低0.27、0.31g/kg，降幅分别为38.6%、41.9%。降幅明显。土壤全钾平均含量19.32 g/kg，比1983年时的19.55 g/kg和1998年时的21.77 g/kg分别降低0.23、2.45 g/kg，降幅分别为1.2%、11.2%，降幅仍有增加。陇东地区氮适中、少磷、少钾,氮、磷肥施用不平衡的问题，土壤缺钾降幅仍然有所显现。

土壤有效铁平均含量为10.0 mg/kg，属于白由路等[19]报道得出的2等范围，表现为缺乏，土壤有效锰的平均含量为28.2 mg/kg，属于 5等范围，表现为极度充足，有效铜的平均含量为1.9 mg/kg属于2等偏3等的范围，表现为基本适中。土壤有效锌的平均含量为3.27 mg/kg，属于3等，表现为适中，由此可见，陇东地区土壤有效锰极度充足，有效铜、有效锌适中，有效铁缺乏。

3.2 苜蓿中营养元素含量特征

参照美国农学会、作物学会和土壤学会2004年出版的《Alfalfa management Guide》中的组织分析诊断表[20],对陇东地区紫花苜蓿营养现状进行评价。

诊断表中氮素适中下限为25 g/kg,釆样点氮素平均含量为27.51 g/kg。磷素适中下限为2.5g/kg,采样点磷元素最高含量为0.60 g/kg。钾诊断表中适中水平为2.25%～3.40%,钾元素平均为34.5 g/kg,高于高下限(34 g/kg) 0.5 g/kg，可见，陇东地区苜蓿的氮素含量高于诊断表低的上限，表现为适中，磷素明显低于诊断表低的上限值，表现为缺乏，钾素高于诊断表中高的下限值，表现为充足。

与诊断表相比，铁的最高含量为8.86 mg/kg,低于下限(30 mg/kg)，锰的最高水平为0.71 mg/kg,明显低于锰素下限(20 mg/kg，)，表现为缺乏。铜素最高含量为0.47 mg/kg,低于下限(3 mg/kg)，锌的最高含量0.66 mg/kg，低于下限(20 mg/kg)，可知，苜蓿中铁、锰、铜、锌的最高含量均低于诊断表中的下限值，该区苜蓿中铁、锰、铜、锌含量都表现为缺乏。

苜蓿植株中大量元素全钾含量最高、全氮次之，全磷最低。张英俊等[21]研究表明，苜蓿对K素的需求量高于其他任何一种元素且苜蓿的高产是建立在高K的基础上，这与结果相符。在任何一个采样点，苜蓿中微量元素含量由高到低的顺序为铁、锰、锌、铜，这与方勇等[22]报道结果相符，且有效铁含量明显高于其他微量元素，说明苜蓿对铁的需求量高于锰、铜、锌、铜。谢开云等[14]通过对甘肃紫花苜蓿的调查研究表明，甘肃省苜蓿植株中铁、锰、铜锌的含量整体表现为缺乏，这与此次研究结果一致。

3.3 土壤与苜蓿营养元素含量的相关性

郑子英[23]报道两年以上的紫花苜蓿对氮肥不敏感。贾恒义等[24]通过紫花苜蓿对氮、磷、钾肥的效应研究认为，氮肥对紫花苜蓿的生物性状表现为负效应。陈玉福等[25]的研究报道，随着氮肥用量的增加,苜蓿粗蛋白含量逐渐增加,但增加的幅度越来越低。Seight D H等[26]研究发现，在不同类型土壤上施磷肥苜蓿的增产效果不同,苜蓿对磷的响应很大程度上取决于土壤性质。贾芸等[12]研究报道，紫花苜蓿的叶片N，P含量与土壤N，P含量均无显著相关性，而紫花苜蓿的叶片N∶P值与土壤P含量呈显著性正相关。韩冬梅[13]研究表明植物全磷含量与土壤全磷含量呈正相关，植物钾与土壤全钾为负相关。可见，土壤氮与苜蓿氮、土壤磷与苜蓿磷是正相关还是负相关还有待进一步研究。该区土壤和紫花苜蓿的有效铁的含量呈显著正相关(P<0.05),土壤和紫花苜蓿有效锌的含量呈极显著正相关(P<0.01)。

4 结论

(1)土壤N素含量高于我国平均水平，表现适中，P素低于我国平均水平，表现为缺乏，K素略低于我国平均水平；土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn与白由路[19]建立的我国苜蓿地土壤养分5级标准相比，Fe、Mn、Cu、Zn含量表现为锰极富、锌中等、铁和铜缺乏。

(2)苜蓿大量元素N、P、K、Fe含量分别为27.51、0.51、34.45 g/kg，微量元素Mn、Cu、Zn含量分别为2.88、0.63、0.47和0.58 mg/kg，与《Alfalfa management Guide》[20]组织诊断表相比，N含量适中，P含量低，K含量最高，Fe、Mn、Cu、Zn含量均低，且由高到低的顺序为Fe>Mn>Zn>Cu。苜蓿对K素含量高于所测其他任何一种元素。

(3)土壤与苜蓿中的全磷含量呈高度相关(r=-0.738,P<0.01)，土壤与苜蓿全氮含量呈中度相关(r=-0.522，P<0.05)，土壤与苜蓿有效铁含量呈中度相关(r=0.61,P<0.05)，土壤与苜蓿有效锌含量呈相关(r=0.742,P<0.05)，其余元素均未呈现出相关关系。