曹曉倩,呂新

(石河子大學農(nóng)學院資環(huán)系/新疆兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室,石河子832003)

Mehlich 3法測定新疆土壤速效磷和速效鉀的可行性研究

曹曉倩,呂新

(石河子大學農(nóng)學院資環(huán)系/新疆兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室,石河子832003)

為了評價Mehlich 3法(M3法)測定新疆土壤速效磷、鉀的可行性,取290份新疆不同質(zhì)地類型的堿性或偏堿性土壤,分別采用M3法和常規(guī)方法測土壤速效磷、鉀的含量并分析其相關(guān)性。通過盆栽棉花生物試驗,采用M3法測定土壤速效磷、鉀的含量并分析其與棉花苗期生長的相關(guān)性。結(jié)果表明:在壤土、砂土和粘土中,2種方法測得的土壤速效磷的相關(guān)系數(shù)分別為0.9478、0.9237和0.9312,速效鉀的相關(guān)系數(shù)分別為0.8488、0.9442和0.9413,均呈顯著相關(guān);土壤速效磷與棉花苗期株高、干重和棉花植株磷含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.5647、0.5994和0.5355,相關(guān)性均不顯著,但土壤速效鉀與株高、干重和棉花植株鉀含量的相關(guān)性均達到了顯著水平,相關(guān)系數(shù)分別為0.8438、0.8585和0.7828。結(jié)論:M3法適于新疆堿性或偏堿性土壤中大量元素速效 P、K的測定,可在生產(chǎn)及科研中應用推廣。

Mehlich 3方法;相關(guān)性;速效磷;速效鉀

為了快速獲取土壤養(yǎng)分、解決精確農(nóng)業(yè)中高密度和全面的農(nóng)田信息采集的需要,以及給農(nóng)民創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益,土壤養(yǎng)分速測正趨向成為“精準農(nóng)業(yè)”的重點范疇。但是,隨著測土配方施肥的深入開展,土壤養(yǎng)分測定的工作量越來越大,如何提高土壤養(yǎng)分測定速度和質(zhì)量,對提高測土配方施肥效率和效果意義重大。常規(guī)標準測定方法測試精度高,但操作過程復雜,化學浸提劑一次只能提取一種元素,費時費力,難以滿足快速和批量化的要求[1]。Mehlich 3法(M3法)于1982年由 Mehlich[2]提出,并在美國、加拿大、澳大利亞等國被廣泛研究與應用[3-8]。該方法與常規(guī)方法測定土壤養(yǎng)分相關(guān)性的研究報道較少,結(jié)果表明其測定值與對應的常規(guī)測定方法有極好的相關(guān)性[9-10]。Sims[11]認為M3試劑可作為全球各類土壤的通用浸提劑。M3法的浸提能力較強,且適用范圍廣,包括酸性、中性、石灰性和堿性土壤[12-14]。

新疆地屬我國北方地區(qū),土壤復雜多變,目前對新疆土壤微量元素和微肥施用的研究已有較多報道[15],但對大量微量元素的快速測定法還未見報道。本研究旨在系統(tǒng)分析M3法在我國新疆地區(qū)應用代替常規(guī)方法的可行性,研究M3法測定土壤養(yǎng)分的精確度,以期提高測土環(huán)節(jié)的工作效率,建立M3法測定土壤有效養(yǎng)分的方法技術(shù)規(guī)范;并應用M3法初步分析土壤速效磷、鉀和棉花苗期的株高、干重和植株磷、鉀含量的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品

290份農(nóng)田土壤樣品取自新疆兵團農(nóng)八師149團的19個連隊和1個良種連隊。針對每個采樣區(qū),選擇每個連隊土壤質(zhì)地代表性強并具有不同肥力水平的土壤。土壤質(zhì)地主要為砂土、粘土和壤土,各類土壤高、中、低肥力水平各占1/3。土樣的采集深度均為0～20 cm,采集土樣2.0 kg左右。土樣經(jīng)自然風干后,過2 mm尼龍篩,備用。

1.2 盆栽生物實驗

1.2.1 試驗地點 石河子大學農(nóng)學院實驗站。

1.2.2 試驗作物 常規(guī)棉花品種。

1.2.3 試驗處理 采用農(nóng)八師149團不同質(zhì)地和肥力的土壤,設3個處理,每個處理3次重復。每個處理裝土2 kg(盆的大小:直徑20 cm,高25 cm)。

1.3 測定方法

1.3.1 土壤pH值的測定 290個土壤樣品p H值的測定(土液比1∶5):電位法,2次重復。

1.3.2 常規(guī)方法 土壤速效磷的測定:用0.5 mol/L NaHCO3作為浸提劑,鉬銻抗比色法(Olsen法)測定;土壤速效鉀的測定:1 mol/L中性乙酸銨(NH4OAc)浸提-火焰分光光度法。

1.3.3 M3法 土壤速效磷、速效鉀用M3浸提劑浸提。用鉬銻抗比色法測定土壤速效磷;用火焰分光光度法測定土壤速效鉀。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH值的測定結(jié)果

由表1可見,在290個土樣中,其中3個土壤樣品p H值<7.5,最小為6.6,256個土壤樣品p H值為7.5～8.2,31個土樣樣品p H值>8.2,最大值為8.7,結(jié)果表明所取土樣為偏堿性及堿性土。

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

2.2 土壤速效磷與速效鉀測定結(jié)果相關(guān)性分析

采用線性、對數(shù)、指數(shù)、二項式、乘冪5種方程擬合方式比較常規(guī)方法與M3方法測定本試驗土壤有效養(yǎng)分[16]。y為M3方法測定值,x為常規(guī)方法測定值,取 r值最大的擬合方程,作為二者相關(guān)性結(jié)果。

2.2.1 土壤速效磷的測定結(jié)果比較

根據(jù)土壤pH值測定結(jié)果,新疆兵團農(nóng)八師149團土壤普遍呈堿性、偏堿性,偏酸性和中性土壤極少。因此將其一概作石灰性土壤處理,直接用石灰性土壤分析方法Olsen法進行三類土壤速效磷的測定。

從圖1中可以看出,M3-鉬銻抗比色法與常規(guī)法(Olsen法)測定壤土土壤速效磷的結(jié)果之間存在極顯著的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù) r=0.9478(P<0.01)。求得的回歸方程為 y=1.6183x+2.7226(x為常規(guī)法測定值,y為M3法測定值)。常規(guī)方法測定的速效磷變幅(n=17)為5.36～89.86 mg/kg,均值為37.63 mg/kg,M3法測定的速效磷變幅(n=17)為8.29～149.87 mg/kg,均值為 63.61 mg/kg,為常規(guī)方法測定的速效磷均值的1.69倍。

從圖2中可以看出,M3-鉬銻抗比色法與常規(guī)法(Olsen法)測定砂土土壤速效磷的結(jié)果之間存在極顯著的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù) r=0.9237(P<0.01)。求得的回歸方程為 y=1.7327x-2.2877(x為常規(guī)法測定值,y為M3法測定值)。常規(guī)方法測定的速效磷變幅范圍(n=36)為3.43～157.33 mg/kg,均值為41.79 mg/kg;M3法測定的速效P變幅范圍(n=36)為 5.49～260.34 mg/kg,均值為 70.14 mg/kg,為常規(guī)方法測定的速效磷均值的1.68倍。

圖1 壤土速效磷測定方法相關(guān)性分析Fig.1 The relationship of doras available P between two tested methods

從圖3中可以看出,M3-鉬銻抗比色法與常規(guī)法(Olsen法)測定粘土土壤速效磷含量的結(jié)果之間存在極顯著的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù) r=0.9312(P<0.01)(n=19),兩種方法之間可以通過二次方程互相換算,y=0.0018x2+1.4196x+5.6846(x為常規(guī)法測定值,y為M3法測定值)。常規(guī)法測得的速效磷的變幅為15.07～143.47 mg/kg,平均值為70.28 mg/kg;M3方法測定值為18.86～265.33 mg/kg,平均值為117.26 mg/kg,為常規(guī)方法測定的速效磷均值的1.67倍。

2.2.2 土壤速效鉀的測定結(jié)果比較

比較M3法浸提-原子吸收分光光度法與常規(guī)方法(1 mol/L中性乙酸銨浸提-火焰分光光度法)測定壤土,砂土和粘土速效鉀的結(jié)果見圖4～6。

從圖4中可以看出,M3法浸提與常規(guī)方法(用1 mol/L中性乙酸銨浸提)的結(jié)果之間存在極顯著的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù) r=0.8488(P<0.01)。求得的回歸方程為 y=13.262x0.6166(x為常規(guī)法測定值,y為M3法測定值)。常規(guī)方法測定的速效 K變幅(n=30)為 94.52～209.09 mg/kg,均值為 150.13 mg/kg;M3法測定的速效鉀變幅(n=30)為207.14～435.71 mg/kg,均值為290.77 mg/kg,為常規(guī)方法測定的速效鉀均值的1.94倍。

圖3 粘土速效磷測定方法相關(guān)性分析Fig.3 The relationship of clay available P between two tested methods

圖4 壤土速效鉀測定方法相關(guān)性分析Fig.4 The relationship of doras available K between two tested methods

從圖5中可以看出,M3法浸提與常規(guī)方法(用1 mol/L中性乙酸銨浸提)的結(jié)果之間存在極顯著的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù) r=0.9442(P<0.01)。求得的回歸方程為 y=8.9028x0.6831(x為常規(guī)法測定值,y為M3法測定值)。常規(guī)方法測定的速效 K變幅(n=19)為 70.40～181.96 mg/kg,均值為 134.16 mg/kg;M3法測定的速效 K變幅(n=19)為159.52～350.00 mg/kg,均值為251.19mg/kg,為常規(guī)方法測定的速效鉀均值1.87倍。

從圖6中可以看出,M3法浸提與常規(guī)方法(用1 mol/L中性乙酸銨浸提)的結(jié)果之間存在極顯著的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù) r=0.9413(P<0.01)。求得的回歸方程為 y=5.0633x0.8057(x為常規(guī)法測定值,y為M3法測定值)。常規(guī)方法測定的速效 K變幅(n=20)為 68.39～338.74 mg/kg,均值為 177.35 mg/kg;M3法測定的速效鉀變幅(n=20)為150.00～511.90 mg/kg,均值為326.47 mg/kg,為常規(guī)方法測定的速效鉀均值1.84倍。

圖5 砂土速效鉀測定方法相關(guān)性分析Fig.5 The relationship of sandy soil available K between two tested methods

圖6 粘土速效鉀測定方法相關(guān)性分析Fig.6 The relationship of clay available K between two tested methods

2.3 M3法測定的土壤速效磷、鉀與棉花生長的相關(guān)性

通過棉花盆栽試驗,探索M3法測定的土壤速效磷、鉀與棉花苗期株高、干重及棉花苗期植株磷、鉀含量的相關(guān)性。棉花苗期的生長狀況及測定土壤、植株 P、K含量見表2。用DPS7.55軟件對 M3法測得的土壤速效磷、鉀和棉花苗期的株高、干重和棉花植株磷、鉀含量進行相關(guān)性分析(表3)。從表3可以看出,土壤速效磷與棉花苗期株高、干重和棉花植株磷含量的相關(guān)系數(shù)分別為0.5647、0.5994和0.5355,但是相關(guān)性均不顯著。然而,土壤速效鉀與株高、干重和棉花植株鉀含量的相關(guān)性均達到了極顯著水平,且相關(guān)系數(shù)也較大,分別為0.8438、0.8585和0.7828。

表2 棉花苗期的生長狀況及測定土壤、植株P(guān)、K含量Tab.2 Effect of the cotton growth during seedling stage and P,Kcontents on plant and soil

表3 相關(guān)性分析Tab.3 The correlation analysis

3 討論

根據(jù)對上述290份取自新疆石河子新疆兵團149團的壤土、砂土和粘土不同肥力水平的堿性或偏堿性土壤的分析結(jié)果,可以看出M3法與常規(guī)法在測定土壤的速效磷、鉀含量之間均達到了極顯著的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為0.8488～0.9478。韓秀英[17]在山西不同肥力水平的石灰性土壤和李酉開等[18]對華北平原(北京、河北、陜西、山西、山東、天津等省市)p H為7.5～8.7的61個石灰性土壤樣品中的研究結(jié)果均表明M3-P的測定結(jié)果與Olsen-P測定結(jié)果之間,M3-K的測定結(jié)果與N H4OAC-K的測定結(jié)果之間都達到了極顯著的相關(guān)水平。宋建蘭等[19]在東北、華北、西北、西南等地47個中性、堿性土壤中,均得出了M3浸提劑與常規(guī)浸提劑在測定土壤速效磷測定結(jié)果之間有很好的相關(guān)性。

另外,本研究結(jié)果還顯示,M3法測得的土壤速效磷的平均量的絕對值是常規(guī)法測得的土壤速效磷的1.86倍以上,M3法測得的土壤速效鉀的平均量的絕對值是常規(guī)法測得的土壤速效鉀的1.84倍以上。且M3法測得的土壤速效磷、鉀的變幅范圍均比常規(guī)方法測得土壤速效磷、鉀的變幅范圍大。這與韓秀英[17]、李昆等[20]的研究結(jié)果一致。由此可見,M3方法與常規(guī)方法在堿性或偏堿性土壤上測定的速效磷、鉀的相關(guān)性好,且穩(wěn)定、可靠,可以在生產(chǎn)、科研中推廣應用。

本研究結(jié)果表明,土壤速效磷與棉花苗期株高,干重及植株內(nèi)磷含量的相關(guān)性雖呈一定相關(guān)性,但是變化并不顯著,這可能與測磷時的外界環(huán)境(浸提溫度)有關(guān),也可能與磷元素、棉花本身和選擇測定時期有關(guān)。首先測定的時期過早,作為雙子葉作物,棉花早期生長所需要的磷元素主要是由胚乳供給的;另外,由于磷元素本身就是生命機體的構(gòu)成元素,植物本身就含有大量磷,因而測定結(jié)果中呈一定的相關(guān)性,但變化并不顯著。鉀不參與植物體內(nèi)重要有機物的組成,主要是為生命機體提供正離子,其參與作物抗病、逆性有關(guān),參與植物光合作用、呼吸作用、氣孔開放等植物生理過程。所以土壤中速效鉀與棉花苗期的生長狀況成極顯著的相關(guān),這可能與棉花苗期病害、抗逆、光照、溫度條件等有關(guān)。

通過實施土壤養(yǎng)分快速獲取的方法,精確施肥技術(shù),不但可以提高化肥資源利用率,還可以降低成本,提高作物產(chǎn)量,減少環(huán)境污染。它是現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施與現(xiàn)代高新技術(shù)的有機結(jié)合,精準農(nóng)業(yè)是信息技術(shù)和人工智能技術(shù)在優(yōu)化管理適當尺度的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)上的集成應用。

[1]劉肅,李酉開.Mehlich 3通用浸提劑的研究[J].土壤學報,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]侯彥林,曾文,宋建國,等.土壤速效氮、磷、鉀速測方法的改進Ⅰ新速測方法的建立[J].土壤通報,2000,31(5):238-240.

[10]于群英,段立珍.用Mehlich 3通用浸提劑法測定土壤有效磷和有效鉀[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,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浸提磷與石灰性土壤速效磷的關(guān)系[J].土壤通報,1994,25(3):140-141.

[13]龐潔,韋真,沈方科.Mehlich 3法與常規(guī)分析方法在測定土壤有效P、K的比較研究[J].廣西農(nóng)業(yè)生物科學,2008,27(6):69-71.

[14]邵煌庭,馬金占,甄清香.土壤有效磷、鉀、錳、銅、鐵[J].土壤通報,1994,25(3)142-144.

[15]王芳,王逸飛,孟新偉,等.新疆北疆土壤養(yǎng)分空間變異特性的初步研究[J].石河子大學學報:自然科學版,2004,22(1):39-42.

[16]王永歡,陳洪斌,王麗,等.Mehlich 3方法與常規(guī)方法測定土壤養(yǎng)分相關(guān)性初步研究[J].土壤通報,2008,39(4):917-920.

[17]韓秀英.Mehlich3法測定石灰性土壤有效養(yǎng)分的適用性研究[J].中國農(nóng)業(yè)大學學報,2009,14(1):104-110.

[18]李西開,任樺.土壤超濾-氮,磷,鉀中無機和有機組分的分配及相關(guān)研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學,1993,26(6):59-67.

[19]宋建蘭,崔建宇,薛會英,等.Mehlich 3方法測定土壤有效養(yǎng)分的相關(guān)性研究[A].首屆全國測土配方施肥技術(shù)研討會論文集[C].北京:中國農(nóng)業(yè)大學出版社,2007:118-122.

[20]李昆,代天飛,陳鋼.土壤有效磷測定方法比較 [A].首屆全國測土配方施肥技術(shù)研討會論文集[C].北京:中國農(nóng)業(yè)大學出版社,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

國家科技支撐計劃(2006BAD21B02-2),新疆兵團重大科技專項 (2007zx03),國家自然科學基金項目(3076010),國家自然科學基金項目(30760104)

曹曉倩(1985-),女,碩士生,專業(yè)方向為綠洲生態(tài)和農(nóng)業(yè)資源高效利用;e-mail:shannon0925@sina.com。

呂新(1964-),男,教授,博士生導師,從事綠洲生態(tài)和農(nóng)業(yè)資源高效利用的研究;e-mail:lxshz@126.com。

文章編號:1007-7383(2011)02-0210-05