黃云志，楊 擁，劉光銳，馬武彪，馬 鴻，胡家田，李月蓉，黃 河*，李枝武

(1.紅塔煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司，云南 玉溪 653100；2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，云南 昆明 650205)

【研究意義】昭通市地處云、貴、川三省交界，位于云嶺高原與四川盆地結(jié)合部，屬典型的山地構(gòu)造地形，具有亞熱帶、暖溫帶共存的高原季風(fēng)立體氣候特征[1-2]。昭通市作為云南省主要的烤煙種植區(qū)之一，植煙土壤具有零星分散、立體分布的特點(diǎn)[3-4]。土壤中的鈣鎂不僅是重要的中量營養(yǎng)元素，而且是主要的堿金屬元素，影響土壤中的礦質(zhì)養(yǎng)分平衡狀況和酸堿性[5]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】關(guān)于植煙土壤大量營養(yǎng)元素的研究較早且廣泛，但對(duì)于植煙土壤中量營養(yǎng)元素的含量、豐缺狀況、影響因素的研究較少[6-7]。鈣鎂元素以離子形態(tài)被煙株吸收，在烤煙生產(chǎn)發(fā)育和煙葉產(chǎn)質(zhì)量形成過程中起著重要作用。鈣是構(gòu)成細(xì)胞壁的主要成分，促進(jìn)煙株根莖生長發(fā)育和調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝[8]。鎂是葉綠素和蛋白質(zhì)合成的主要成分，對(duì)于煙葉的光合作用和葉片的成熟落黃有重要作用[9]。植煙土壤鈣鎂元素受土壤環(huán)境影響煙株的吸收代謝，進(jìn)而引起煙草生理功能障礙，生長發(fā)育受阻，降低煙草抗病能力及煙葉產(chǎn)質(zhì)量[10-11]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】盡管目前多數(shù)植煙土壤中量元素鈣鎂的含量豐富，但植煙土壤鈣鎂含量的變化特征不僅反映了土壤的礦質(zhì)養(yǎng)分的供應(yīng)水平和有效性，而且一定程度上反映成土母質(zhì)、風(fēng)化程度、氣候條件等對(duì)植煙土壤的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】為了探究昭通市植煙土壤交換性鈣鎂含量及分布特征，利用 GPS 定位在昭通市烤煙種植區(qū)采集代表性植煙土壤樣品，測定土壤交換性鈣、交換性鎂含量及交換性鈣鎂比，分析各縣(區(qū))植煙土壤交換性鈣鎂含量分布及差異性，相關(guān)分析土壤酸堿性和土壤肥力與交換性鈣鎂之間關(guān)系，為昭通市烤煙生產(chǎn)的科學(xué)施肥管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)域

研究區(qū)域?yàn)檎淹ㄊ锌緹煼N植區(qū)，可植煙面積約為3.73 hm2，主要分布在巧家、魯?shù)?、昭陽、永善、彝良、大關(guān)、鎮(zhèn)雄和威信8個(gè)縣(區(qū))。

1.2 植煙土壤采集與檢測

依據(jù)昭通市植煙土壤類型和植煙情況，考慮不同生態(tài)環(huán)境和氣候條件，選取代表性的植煙土壤地塊，共在昭通市8個(gè)縣(區(qū))、61個(gè)植煙鄉(xiāng)(鎮(zhèn))內(nèi)共選擇242個(gè)村委會(huì)，在這些村委會(huì)的342個(gè)代表性植煙地塊內(nèi)開展土壤取樣(表1)，并將所有土壤取樣點(diǎn)進(jìn)行GPS定位(圖1)，“S”形5點(diǎn)采樣法采集0～20 cm耕層土壤，四分法混勻后風(fēng)干、磨細(xì)、過篩制成土樣。土壤取樣在烤煙種植的施肥前完成。檢測pH、有機(jī)質(zhì)、交換性鈣和交換性鎂。土壤理化指標(biāo)檢測方法：土壤pH用玻璃電極法測定；有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀氧化法測定；交換性鈣、交換性鎂用火焰原子吸收光度法測定。

表1 昭通市土壤取樣點(diǎn)分布情況

1.3 數(shù)據(jù)分析

參照《全國第二次土壤普查土壤養(yǎng)分劃分指標(biāo)》和中國植煙土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)[12-13]，將土壤交換性鈣和土壤交換性鎂含量等級(jí)分為5個(gè)等級(jí)：很低、低、中等、高、很高。應(yīng)用Excel 2017、SPSS18.0等統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)植煙土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析和方差分析，對(duì)昭通市植煙土壤交換性鈣鎂含量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 昭通市植煙土壤交換性鈣鎂含量狀況

土壤中鈣鎂的含量受到母質(zhì)、氣候、風(fēng)化程度、淋溶作用和耕作培肥等因素影響, 其含量的變異較大。由圖2可知，昭通市植煙土壤交換性鈣含量分布于237.30～6097.00 mg·kg-1，平均值2076.21 mg·kg-1，整體處于較高水平，土壤交換性鈣小于400 mg·kg-1很低含量的占比為1.50%，400～800 mg·kg-1低含量的占比為8.98%，800～1200 mg·kg-1中等含量的占比為13.47%，1200～2000 mg·kg-1高含量的占比為30.54%，大于2000 mg·kg-1很高含量的占比為45.51%。由圖3可知，昭通市植煙土壤交換性鎂含量分布于26.93～782.20 mg·kg-1，平均值270.19 mg·kg-1。昭通市植煙土壤交換性鎂含量整體處于中高含量范圍，土壤交換性鎂小于50 mg·kg-1很低含量的占比為4.19%，50～100 mg·kg-1低含量的占比為6.59%，100～200 mg·kg-1中等含量的占比為30.54%，200～400 mg·kg-1高含量的占比為36.82%，大于400 mg·kg-1很高含量的占比為21.86%。

由圖4可知，昭通市植煙土壤交換性鈣鎂比呈正態(tài)分布，昭通市植煙土壤鈣鎂比分布于1.81～50.27，平均值10.01。植煙土壤鈣鎂比小于5的占比為26.95%，5～10的占比為39.82%，10～20的占比為22.75%，20～30的占比為7.48%，大于30的占比為3.00%。昭通市植煙土壤鈣鎂比大于10而可能引起鎂的缺乏占比為33.23%。

2.2 昭通市植煙土壤交換性鈣、鎂含量分布特征及變異性

從表2可知，昭通市不同縣(區(qū))植煙土壤交換性鈣含量為巧家>永善>鎮(zhèn)雄>威信>魯?shù)?彝良>昭陽>大關(guān)，其中西部縣(區(qū))巧家和永善顯著高于其余縣(區(qū))；中部縣(區(qū))昭陽、彝良和大關(guān)差異不顯著；東部縣(區(qū))鎮(zhèn)雄和威信差異不顯著。植煙土壤交換性鈣含量屬于高等變異性，變異系數(shù)在32.19%～55.64%。各縣(區(qū))中魯?shù)楹屯诺耐寥澜粨Q性鈣含量的變異性相對(duì)較小，其余縣(區(qū))的變異性差異不大。植煙土壤交換性鈣含量呈明顯的波動(dòng)變化且變異系數(shù)較大，這可能是受成土母質(zhì)和氣候條件的影響。昭通市不同縣(區(qū))植煙土壤交換性鎂含量為巧家>永善>魯?shù)?昭陽>大關(guān)>威信>彝良>鎮(zhèn)雄，總體呈自西向東遞減趨勢。植煙土壤交換性鎂含量屬于高等變異性，變異系數(shù)在48.82%～93.29%。各縣(區(qū))中大關(guān)的土壤交換性鎂含量的變異性大，其余縣(區(qū))的變異系數(shù)差異較小。植煙土壤交換性鎂的變異性大于交換性鈣的，這與植煙土壤的水分條件和降雨分布有關(guān)，鎂離子的移動(dòng)性大于鈣離子，易隨水發(fā)生淋失、遷移和淀積。昭通市不同縣(區(qū))植煙土壤交換性鈣鎂比為鎮(zhèn)雄>彝良>威信>大關(guān)>永善>巧家>魯?shù)?昭陽，總體呈自北向南遞增趨勢。植煙土壤交換性鈣鎂比屬于高等變異性，變異系數(shù)在46.58%～88.96%。各縣(區(qū))中魯?shù)楹驼殃柕耐寥澜粨Q性鈣鎂比的變異性相對(duì)較小，其余縣(區(qū))的變異系數(shù)較大。

表2 昭通市植煙土壤交換性鈣鎂分布特征及變異性

2.3 昭通市植煙土壤交換性鈣、鎂含量的相關(guān)性分析

通過對(duì)昭通市植煙土壤的pH、有機(jī)質(zhì)的測定，分析其與土壤交換性鈣、交換性鎂的相關(guān)性。從表3可見，植煙土壤pH值與交換性鈣、交換性鎂呈極顯著正相關(guān)，與交換性鈣鎂比呈顯著正相關(guān)。土壤交換性鈣和鎂同為堿金屬離子，土壤中堿金屬水解產(chǎn)生羥基，使土壤pH值升高，因此土壤pH值較高時(shí)，交換性鈣和交換性鎂含量豐富。植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量與交換性鈣呈顯著正相關(guān)，與交換性鎂的相關(guān)性不顯著。這可能是土壤交換性鈣受成土母質(zhì)影響較大，而土壤交換性鎂受水熱條件和施肥影響較大。植煙土壤交換性鈣與交換性鎂呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.406，土壤交換性鈣與鈣鎂比呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)-0.496，鈣在土壤中聚積的同時(shí)也可能伴隨著鎂的溶解和遷移。

表3 植煙土壤pH、有機(jī)質(zhì)與交換性鈣、鎂的相關(guān)性

2.4 植煙土壤酸堿性與交換性鈣、鎂含量的關(guān)系

由圖5可知，土壤酸堿性與交換性鈣和交換性鎂含量呈正相關(guān)關(guān)系，并且隨土壤pH值升高，土壤交換性鈣含量增加幅度大于交換性鎂的，表現(xiàn)為植煙土壤交換性鈣鎂比隨pH增加而升高。強(qiáng)酸性植煙土壤交換性鈣和交換性鎂含量相對(duì)較低，平均含量分別為1063和175 mg·kg-1，交換性鈣鎂比平均值為8.5。微酸性植煙土壤交換性鈣和交換性鎂平均含量分別為1585和236 mg·kg-1，交換性鈣鎂比平均值最低，為8.3。研究表明土壤pH值在5.5～6.5，土壤中鎂的可交換性強(qiáng)，微酸性土壤適宜于鎂以交換態(tài)存在，交換性鈣鎂比降低。中性和微堿性植煙土壤交換性鈣含量顯著增加，其平均含量分別為2422和3127 mg·kg-1，交換性鈣含量增幅大于交換性鎂，中性土壤交換性鈣鎂比10以上的占比為39.83%，微堿性土壤為45.31%。

2.5 植煙土壤有機(jī)質(zhì)與交換性鈣、鎂含量的關(guān)系

由圖6可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量與交換性鈣含量呈正相關(guān)，與交換性鎂含量呈負(fù)相關(guān)，表現(xiàn)為植煙土壤交換性鈣鎂比隨有機(jī)質(zhì)含量增加而升高。土壤有機(jī)質(zhì)含量低時(shí)，土壤交換性鎂豐富，其平均含量達(dá)304 mg·kg-1，交換性鈣鎂比值低，平均值為7.4。土壤有機(jī)質(zhì)中高含量時(shí)，土壤交換性鈣鎂含量差異不顯著，其交換性鈣鎂比分別為8.1和8.9。土壤有機(jī)質(zhì)含量很高時(shí)，土壤交換性鈣含量顯著增加，平均含量為2510 mg·kg-1；交換性鎂含量顯著降低，平均含量為249 mg·kg-1。土壤有機(jī)質(zhì)含量很高的交換性鈣鎂比10以上的占比為56.99%。

3 討 論

由于地區(qū)間成土母質(zhì)、氣候條件、農(nóng)藝措施和施肥管理的差異，不同植煙土壤交換性鈣和交換性鎂變化幅度有所不同[14]。昭通市植煙土壤交換性鈣和交換性鎂含量變幅較小，并且其含量處于適宜范圍。土壤鈣含量的變化主要取決于鈣的輸入量和輸出量的相對(duì)大小，鈣的輸入主要包括成土母質(zhì)的風(fēng)化、遷移、累積和植物殘?bào)w的歸還；鈣的輸出主要包括風(fēng)化遷移、侵蝕損失和植物吸收，主要受非生物條件控制[15]。此外，不同土壤中鈣含量的分布特征可能與土壤水分條件差異、微生物活動(dòng)強(qiáng)弱和植物生產(chǎn)力高低等因素有關(guān)。不同土壤中鎂含量的分布特征主要與植物吸收、土壤礦化和微生物固持等因素有關(guān)。研究表明，由于植物對(duì)鎂的選擇性吸收，鎂易在土壤耕層發(fā)生富集。鎂是土壤中主要的鹽基堿金屬元素，土壤鹽分狀況會(huì)間接影響鎂含量的變化，且土壤鹽分對(duì)于鎂含量的影響顯著大于對(duì)鈣含量的影響[16-17]。雨季土壤含水率高，土壤中的有機(jī)物分解產(chǎn)生還原性物質(zhì)，土壤鎂活性增強(qiáng)，易淋溶流失[18]。

土壤酸堿性是土壤的重要屬性，對(duì)于土壤鈣鎂的有效性有明顯的影響。土壤處于強(qiáng)酸性環(huán)境時(shí)，土壤中的硅鋁酸鹽、鐵鋁水合氧化物、交換性鋁是產(chǎn)生H+的主要來源，抑制土壤交換性鈣鎂堿金屬元素的活性[19]。土壤酸堿性對(duì)交換性鈣鎂的影響主要為土壤膠體上吸附鈣鎂的淋溶和流失[20]。土壤pH值下降，土壤膠體吸附鈣鎂的溶出率增加，相應(yīng)增加土壤鈣鎂離子活性，同時(shí)也加速鈣鎂離子在土壤中的遷移和流失，這與鄧小華等[21]的研究結(jié)果一致；土壤pH值升高，土壤鈣鎂的形態(tài)發(fā)生變化，土壤膠體吸附的鈣鎂離子的溶解度降低，導(dǎo)致鈣鎂離子在土壤中的遷移和流失減少而不斷富集，這與曹勝等[22]的研究結(jié)果一致。在降水量大或灌溉次數(shù)過多的情況下，造成土壤營養(yǎng)物質(zhì)的吸附能力降低，加速土壤鈣鎂的流失而發(fā)生缺乏現(xiàn)象[25]。適量施用石灰不僅可以補(bǔ)充鈣，而且可以調(diào)節(jié)土壤酸堿性，消除土壤鐵、鋁毒害。堿性土壤中，交換性鈣含量整體偏高，由于烤煙根系從土壤中吸收鈣、鎂、鉀等元素的機(jī)理作用相同，較高含量的鈣會(huì)對(duì)烤煙吸收鎂、鉀產(chǎn)生拮抗作用，抑制烤煙根系對(duì)鎂、鉀的吸收利用，鈣鎂比大于10時(shí)，造成煙株吸收鎂離子受限，引發(fā)缺鎂癥狀[23-24],對(duì)于出現(xiàn)缺鎂癥狀的烤煙，采用葉面噴施方法對(duì)鎂進(jìn)行補(bǔ)充。

土壤有機(jī)質(zhì)與粘土、氧化物形成顆粒有機(jī)物或有機(jī)膜，具有較大的表面積和高度的表面活性，能夠有效增強(qiáng)土壤粘粒對(duì)鈣鎂的吸附；土壤有機(jī)質(zhì)殘?bào)w中含有氨基酸和羧酸，具有羧基、羰基及醌基等多種官能團(tuán)，帶有大量負(fù)電荷，不僅可以與帶正電荷的交換性鈣鎂離子發(fā)生靜電吸附作用，而且與其形成穩(wěn)定的絡(luò)合物、螯合物，有效提高鈣鎂的吸附固持能力[25-26]。土壤中的鈣離子容易與腐殖質(zhì)結(jié)合、凝聚，形成比較穩(wěn)定的腐殖酸鈣，有利于相互促進(jìn)土壤中有機(jī)質(zhì)和鈣的積累[27-28]。

4 結(jié) 論

昭通市植煙土壤交換性鈣鎂含量在土壤空間的分布不均勻，存在較大的變異性。植煙土壤交換性鈣、交換性鎂含量整體偏高，平均值分別為2076.21和270.19 mg·kg-1，土壤鈣鎂比值大于10而引起的鎂潛在性缺乏占比33.23%。植煙土壤交換性鎂的變異性大于交換性鈣，植煙土壤交換性鈣鎂比總體呈由北向南遞增趨勢。植煙土壤pH與交換性鈣、交換性鎂呈極顯著正相關(guān)，交換性鈣含量增幅大于交換性鎂，植煙土壤交換性鈣鎂比隨pH增加而升高。植煙土壤有機(jī)質(zhì)與交換性鈣呈顯著正相關(guān)，與交換性鎂呈負(fù)相關(guān)，植煙土壤交換性鈣鎂比隨有機(jī)質(zhì)含量增加而升高。植煙土壤微酸性和有機(jī)質(zhì)含量中高等級(jí)時(shí)，交換性鈣鎂比值低于10，土壤鈣、鎂離子活性強(qiáng)，有利于烤煙吸收利用。調(diào)節(jié)植煙土壤酸堿性，培肥土壤，適量補(bǔ)充葉面鎂肥協(xié)調(diào)養(yǎng)分平衡，有利于提高煙葉質(zhì)量。