昭通市植烟土壤交换性钙镁特征分析

黄云志，杨 拥，刘光锐，马武彪，马 鸿，胡家田，李月蓉，黄 河*，李枝武

(1.红塔烟草(集团)有限责任公司，云南 玉溪 653100；2.云南省农业科学院农业环境资源研究所，云南 昆明 650205)

【研究意义】昭通市地处云、贵、川三省交界，位于云岭高原与四川盆地结合部，属典型的山地构造地形，具有亚热带、暖温带共存的高原季风立体气候特征[1-2]。昭通市作为云南省主要的烤烟种植区之一，植烟土壤具有零星分散、立体分布的特点[3-4]。土壤中的钙镁不仅是重要的中量营养元素，而且是主要的碱金属元素，影响土壤中的矿质养分平衡状况和酸碱性[5]。【前人研究进展】关于植烟土壤大量营养元素的研究较早且广泛，但对于植烟土壤中量营养元素的含量、丰缺状况、影响因素的研究较少[6-7]。钙镁元素以离子形态被烟株吸收，在烤烟生产发育和烟叶产质量形成过程中起着重要作用。钙是构成细胞壁的主要成分，促进烟株根茎生长发育和调节细胞代谢[8]。镁是叶绿素和蛋白质合成的主要成分，对于烟叶的光合作用和叶片的成熟落黄有重要作用[9]。植烟土壤钙镁元素受土壤环境影响烟株的吸收代谢，进而引起烟草生理功能障碍，生长发育受阻，降低烟草抗病能力及烟叶产质量[10-11]。【本研究切入点】尽管目前多数植烟土壤中量元素钙镁的含量丰富，但植烟土壤钙镁含量的变化特征不仅反映了土壤的矿质养分的供应水平和有效性，而且一定程度上反映成土母质、风化程度、气候条件等对植烟土壤的影响。【拟解决的关键问题】为了探究昭通市植烟土壤交换性钙镁含量及分布特征，利用 GPS 定位在昭通市烤烟种植区采集代表性植烟土壤样品，测定土壤交换性钙、交换性镁含量及交换性钙镁比，分析各县(区)植烟土壤交换性钙镁含量分布及差异性，相关分析土壤酸碱性和土壤肥力与交换性钙镁之间关系，为昭通市烤烟生产的科学施肥管理提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验区域

研究区域为昭通市烤烟种植区，可植烟面积约为3.73 hm2，主要分布在巧家、鲁甸、昭阳、永善、彝良、大关、镇雄和威信8个县(区)。

1.2 植烟土壤采集与检测

依据昭通市植烟土壤类型和植烟情况，考虑不同生态环境和气候条件，选取代表性的植烟土壤地块，共在昭通市8个县(区)、61个植烟乡(镇)内共选择242个村委会，在这些村委会的342个代表性植烟地块内开展土壤取样(表1)，并将所有土壤取样点进行GPS定位(图1)，“S”形5点采样法采集0～20 cm耕层土壤，四分法混匀后风干、磨细、过筛制成土样。土壤取样在烤烟种植的施肥前完成。检测pH、有机质、交换性钙和交换性镁。土壤理化指标检测方法：土壤pH用玻璃电极法测定；有机质用重铬酸钾氧化法测定；交换性钙、交换性镁用火焰原子吸收光度法测定。

表1 昭通市土壤取样点分布情况

1.3 数据分析

参照《全国第二次土壤普查土壤养分划分指标》和中国植烟土壤养分丰缺指标[12-13]，将土壤交换性钙和土壤交换性镁含量等级分为5个等级：很低、低、中等、高、很高。应用Excel 2017、SPSS18.0等统计分析软件对植烟土壤数据进行Pearson相关分析和方差分析，对昭通市植烟土壤交换性钙镁含量进行分析评价。

2 结果与分析

2.1 昭通市植烟土壤交换性钙镁含量状况

土壤中钙镁的含量受到母质、气候、风化程度、淋溶作用和耕作培肥等因素影响, 其含量的变异较大。由图2可知，昭通市植烟土壤交换性钙含量分布于237.30～6097.00 mg·kg-1，平均值2076.21 mg·kg-1，整体处于较高水平，土壤交换性钙小于400 mg·kg-1很低含量的占比为1.50%，400～800 mg·kg-1低含量的占比为8.98%，800～1200 mg·kg-1中等含量的占比为13.47%，1200～2000 mg·kg-1高含量的占比为30.54%，大于2000 mg·kg-1很高含量的占比为45.51%。由图3可知，昭通市植烟土壤交换性镁含量分布于26.93～782.20 mg·kg-1，平均值270.19 mg·kg-1。昭通市植烟土壤交换性镁含量整体处于中高含量范围，土壤交换性镁小于50 mg·kg-1很低含量的占比为4.19%，50～100 mg·kg-1低含量的占比为6.59%，100～200 mg·kg-1中等含量的占比为30.54%，200～400 mg·kg-1高含量的占比为36.82%，大于400 mg·kg-1很高含量的占比为21.86%。

由图4可知，昭通市植烟土壤交换性钙镁比呈正态分布，昭通市植烟土壤钙镁比分布于1.81～50.27，平均值10.01。植烟土壤钙镁比小于5的占比为26.95%，5～10的占比为39.82%，10～20的占比为22.75%，20～30的占比为7.48%，大于30的占比为3.00%。昭通市植烟土壤钙镁比大于10而可能引起镁的缺乏占比为33.23%。

2.2 昭通市植烟土壤交换性钙、镁含量分布特征及变异性

从表2可知，昭通市不同县(区)植烟土壤交换性钙含量为巧家>永善>镇雄>威信>鲁甸>彝良>昭阳>大关，其中西部县(区)巧家和永善显著高于其余县(区)；中部县(区)昭阳、彝良和大关差异不显著；东部县(区)镇雄和威信差异不显著。植烟土壤交换性钙含量属于高等变异性，变异系数在32.19%～55.64%。各县(区)中鲁甸和威信的土壤交换性钙含量的变异性相对较小，其余县(区)的变异性差异不大。植烟土壤交换性钙含量呈明显的波动变化且变异系数较大，这可能是受成土母质和气候条件的影响。昭通市不同县(区)植烟土壤交换性镁含量为巧家>永善>鲁甸>昭阳>大关>威信>彝良>镇雄，总体呈自西向东递减趋势。植烟土壤交换性镁含量属于高等变异性，变异系数在48.82%～93.29%。各县(区)中大关的土壤交换性镁含量的变异性大，其余县(区)的变异系数差异较小。植烟土壤交换性镁的变异性大于交换性钙的，这与植烟土壤的水分条件和降雨分布有关，镁离子的移动性大于钙离子，易随水发生淋失、迁移和淀积。昭通市不同县(区)植烟土壤交换性钙镁比为镇雄>彝良>威信>大关>永善>巧家>鲁甸>昭阳，总体呈自北向南递增趋势。植烟土壤交换性钙镁比属于高等变异性，变异系数在46.58%～88.96%。各县(区)中鲁甸和昭阳的土壤交换性钙镁比的变异性相对较小，其余县(区)的变异系数较大。

表2 昭通市植烟土壤交换性钙镁分布特征及变异性

2.3 昭通市植烟土壤交换性钙、镁含量的相关性分析

通过对昭通市植烟土壤的pH、有机质的测定，分析其与土壤交换性钙、交换性镁的相关性。从表3可见，植烟土壤pH值与交换性钙、交换性镁呈极显著正相关，与交换性钙镁比呈显著正相关。土壤交换性钙和镁同为碱金属离子，土壤中碱金属水解产生羟基，使土壤pH值升高，因此土壤pH值较高时，交换性钙和交换性镁含量丰富。植烟土壤有机质含量与交换性钙呈显著正相关，与交换性镁的相关性不显著。这可能是土壤交换性钙受成土母质影响较大，而土壤交换性镁受水热条件和施肥影响较大。植烟土壤交换性钙与交换性镁呈极显著正相关，相关系数0.406，土壤交换性钙与钙镁比呈极显著负相关，相关系数-0.496，钙在土壤中聚积的同时也可能伴随着镁的溶解和迁移。

表3 植烟土壤pH、有机质与交换性钙、镁的相关性

2.4 植烟土壤酸碱性与交换性钙、镁含量的关系

由图5可知，土壤酸碱性与交换性钙和交换性镁含量呈正相关关系，并且随土壤pH值升高，土壤交换性钙含量增加幅度大于交换性镁的，表现为植烟土壤交换性钙镁比随pH增加而升高。强酸性植烟土壤交换性钙和交换性镁含量相对较低，平均含量分别为1063和175 mg·kg-1，交换性钙镁比平均值为8.5。微酸性植烟土壤交换性钙和交换性镁平均含量分别为1585和236 mg·kg-1，交换性钙镁比平均值最低，为8.3。研究表明土壤pH值在5.5～6.5，土壤中镁的可交换性强，微酸性土壤适宜于镁以交换态存在，交换性钙镁比降低。中性和微碱性植烟土壤交换性钙含量显著增加，其平均含量分别为2422和3127 mg·kg-1，交换性钙含量增幅大于交换性镁，中性土壤交换性钙镁比10以上的占比为39.83%，微碱性土壤为45.31%。

2.5 植烟土壤有机质与交换性钙、镁含量的关系

由图6可知，土壤有机质含量与交换性钙含量呈正相关，与交换性镁含量呈负相关，表现为植烟土壤交换性钙镁比随有机质含量增加而升高。土壤有机质含量低时，土壤交换性镁丰富，其平均含量达304 mg·kg-1，交换性钙镁比值低，平均值为7.4。土壤有机质中高含量时，土壤交换性钙镁含量差异不显著，其交换性钙镁比分别为8.1和8.9。土壤有机质含量很高时，土壤交换性钙含量显著增加，平均含量为2510 mg·kg-1；交换性镁含量显著降低，平均含量为249 mg·kg-1。土壤有机质含量很高的交换性钙镁比10以上的占比为56.99%。

3 讨 论

由于地区间成土母质、气候条件、农艺措施和施肥管理的差异，不同植烟土壤交换性钙和交换性镁变化幅度有所不同[14]。昭通市植烟土壤交换性钙和交换性镁含量变幅较小，并且其含量处于适宜范围。土壤钙含量的变化主要取决于钙的输入量和输出量的相对大小，钙的输入主要包括成土母质的风化、迁移、累积和植物残体的归还；钙的输出主要包括风化迁移、侵蚀损失和植物吸收，主要受非生物条件控制[15]。此外，不同土壤中钙含量的分布特征可能与土壤水分条件差异、微生物活动强弱和植物生产力高低等因素有关。不同土壤中镁含量的分布特征主要与植物吸收、土壤矿化和微生物固持等因素有关。研究表明，由于植物对镁的选择性吸收，镁易在土壤耕层发生富集。镁是土壤中主要的盐基碱金属元素，土壤盐分状况会间接影响镁含量的变化，且土壤盐分对于镁含量的影响显著大于对钙含量的影响[16-17]。雨季土壤含水率高，土壤中的有机物分解产生还原性物质，土壤镁活性增强，易淋溶流失[18]。

土壤酸碱性是土壤的重要属性，对于土壤钙镁的有效性有明显的影响。土壤处于强酸性环境时，土壤中的硅铝酸盐、铁铝水合氧化物、交换性铝是产生H+的主要来源，抑制土壤交换性钙镁碱金属元素的活性[19]。土壤酸碱性对交换性钙镁的影响主要为土壤胶体上吸附钙镁的淋溶和流失[20]。土壤pH值下降，土壤胶体吸附钙镁的溶出率增加，相应增加土壤钙镁离子活性，同时也加速钙镁离子在土壤中的迁移和流失，这与邓小华等[21]的研究结果一致；土壤pH值升高，土壤钙镁的形态发生变化，土壤胶体吸附的钙镁离子的溶解度降低，导致钙镁离子在土壤中的迁移和流失减少而不断富集，这与曹胜等[22]的研究结果一致。在降水量大或灌溉次数过多的情况下，造成土壤营养物质的吸附能力降低，加速土壤钙镁的流失而发生缺乏现象[25]。适量施用石灰不仅可以补充钙，而且可以调节土壤酸碱性，消除土壤铁、铝毒害。碱性土壤中，交换性钙含量整体偏高，由于烤烟根系从土壤中吸收钙、镁、钾等元素的机理作用相同，较高含量的钙会对烤烟吸收镁、钾产生拮抗作用，抑制烤烟根系对镁、钾的吸收利用，钙镁比大于10时，造成烟株吸收镁离子受限，引发缺镁症状[23-24],对于出现缺镁症状的烤烟，采用叶面喷施方法对镁进行补充。

土壤有机质与粘土、氧化物形成颗粒有机物或有机膜，具有较大的表面积和高度的表面活性，能够有效增强土壤粘粒对钙镁的吸附；土壤有机质残体中含有氨基酸和羧酸，具有羧基、羰基及醌基等多种官能团，带有大量负电荷，不仅可以与带正电荷的交换性钙镁离子发生静电吸附作用，而且与其形成稳定的络合物、螯合物，有效提高钙镁的吸附固持能力[25-26]。土壤中的钙离子容易与腐殖质结合、凝聚，形成比较稳定的腐殖酸钙，有利于相互促进土壤中有机质和钙的积累[27-28]。

4 结 论

昭通市植烟土壤交换性钙镁含量在土壤空间的分布不均匀，存在较大的变异性。植烟土壤交换性钙、交换性镁含量整体偏高，平均值分别为2076.21和270.19 mg·kg-1，土壤钙镁比值大于10而引起的镁潜在性缺乏占比33.23%。植烟土壤交换性镁的变异性大于交换性钙，植烟土壤交换性钙镁比总体呈由北向南递增趋势。植烟土壤pH与交换性钙、交换性镁呈极显著正相关，交换性钙含量增幅大于交换性镁，植烟土壤交换性钙镁比随pH增加而升高。植烟土壤有机质与交换性钙呈显著正相关，与交换性镁呈负相关，植烟土壤交换性钙镁比随有机质含量增加而升高。植烟土壤微酸性和有机质含量中高等级时，交换性钙镁比值低于10，土壤钙、镁离子活性强，有利于烤烟吸收利用。调节植烟土壤酸碱性，培肥土壤，适量补充叶面镁肥协调养分平衡，有利于提高烟叶质量。