張世昌 吳良泉 張衛(wèi)清 許煒東 楊文浩 張衛(wèi)強 普正仙 王芳

摘要 明確水田和旱地土壤交換性鎂的供應(yīng)能力及影響因素，為科學(xué)施用鎂肥提供依據(jù)。通過對福建省漳州市詔安縣400組不同利用方式的典型耕地土壤進行分析，研究水田、旱地2種土壤交換性鎂供應(yīng)能力的差異性及其機理。結(jié)果表明，全縣土壤交換性鎂平均含量僅為46.9 mg/kg，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)間存在較大差異，其中土壤交換性鎂平均含量最高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是橋東，平均含量達91.3 mg/kg，最低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是白洋，平均含量僅為17.9 mg/kg;水田土壤為51.9 mg/kg，旱地土壤為32.5 mg/kg，水田土壤交換性鎂的供應(yīng)能力高于旱地;稻—稻—菜水旱輪作方式的土壤交換性鎂含量平均為70.58 mg/kg，稻—稻輪作方式為47.85 mg/kg，大豆—甘薯旱地輪作方式為28.91 mg/kg，不同耕作方式對土壤交換性鎂供應(yīng)能力有較大影響。進一步分析土壤交換性鎂與理化性狀關(guān)系得出，土壤交換性鎂與有機質(zhì)、陽離子交換量、黏粒、粉粒等呈極顯著正相關(guān)（ P <0.01），與砂粒含量呈極顯著負相關(guān)。綜合得出，詔安縣土壤交換性鎂含量處于較低水平，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)間分布不平衡，且供應(yīng)能力較弱，可能會影響作物正常生長，因此，合理增施鎂肥，特別是旱地土壤，可以有效降低缺鎂造成的影響，對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞 水田;旱地;交換性鎂;耕作方式

中圖分類號 S153? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）11-0145-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.11.038

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Differences in Soil Exchangeable Mg Characteristics between Paddy Soil and Upland Soil

ZHANG Shi-chang1， WU Liang-quan2，3，ZHANG Wei-qing1 et al

（1.General Station of Farming Soil and Fertilizer， Fujian Province，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian 350003;2.College of Resources and Environmental Sciences， Fujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian 350002;3.International Magnesium Institute，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian 350002）

Abstract The supply capacity and influencing factors of exchangeable magnesium in paddy and upland soil were definited， which provided basis for scientific application of magnesium fertilizer. Based on the analysis of 400 groups of typical cultivated soil samples in Zhaoan County， Zhangzhou City， Fujian Province and their different utilization patterns，the differences of physical and chemical properties of paddy and upland soils and the effects of different utilization modes on the supply capacity of exchangeable magnesium were studied. The results showed that the average content of exchangeable magnesium in the whole county was 46.9 mg/kg， there were great differences among towns， the highest average content was 91.3 mg/kg in Qiaodong， the lowest was 17.9 mg/kg in Baiyang; 51.9 mg/kg in paddy soil and 32.5 mg/kg in upland soil. The average of exchangeable magnesium content in rice-rice-vegetable rotation was 70.58， 47.85 mg/kg in rice-rice paddy field and 28.91 mg/kg in soybean-sweet potato upland soil. The supply capacity of exchangeable magnesium on different planting modes had significant influence. Further analysis of the relationship between exchangeable magnesium and physical and chemical properties of soil showed that the content of exchangeable magnesium in soil was positively correlated with， organic matter， cation exchange capacity， clay， silt， sand （ P ?< 0.01）， and negatively correlated with the content of sand. Put it all together， the exchangeable magnesium content of soil in Zhaoan County was low， and its supply capacity was weak，which might affect the normal growth of crops. Therefore， reasonable application of magnesium fertilizer， especially dry land soil， could effectively reduce the impact of magnesium deficiency， which was of great significance to the sustainable development of agriculture.

Key words Paddy soil;Upland soil;Exchangeable magnesium;Planting mode

鎂是植物葉綠素中心原子，核糖體亞單位橋接載體以及許多酶（如RNA聚合酶、ATP酶、蛋白激酶、磷酸酶、谷胱甘肽合酶和碳酸酵素等）蛋白的必需組分。土壤交換性鎂含量主要受成土母質(zhì)、氣候條件、地理環(huán)境、人為活動等的影響，這些因素均會影響土壤交換性鎂的總體供應(yīng)能力[1-2]。加之傳統(tǒng)栽培措施對中微量元素，尤其是鎂肥投入不足，進一步加劇了土壤交換性鎂缺乏，已成為集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個重要限制因子。尤其是華南酸性土壤區(qū)，降雨量大，還存在土壤鎂淋失的風險，而土壤缺鎂嚴重影響了該地區(qū)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的提升[3]。在此生產(chǎn)背景下，提高土壤交換性鎂含量及土壤鎂的有效性、改善作物鎂營養(yǎng)狀況已成為目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的問題。

國內(nèi)外已對土壤類型、成土母質(zhì)、海拔、河流走向與土壤交換性鎂含量的關(guān)系進行了研究。李巧玲等[4]研究表明，土壤交換性鎂含量與有機質(zhì)、全氮含量呈極顯著正相關(guān)，與速效鉀含量呈顯著正相關(guān)。黃鴻翔等[1]在南方7種不同土壤類型采集126個樣品，結(jié)果表明土壤交換性鎂含量表現(xiàn)為水稻土最高，供應(yīng)能力最好，而紅土質(zhì)紅壤最低。土壤交換性鎂含量還受成土母質(zhì)和海拔的影響，土壤交換性鎂含量以第四紀紅土和巖類風化殘積-坡積物發(fā)育形成的土壤最高，溝谷堆積物土壤交換性鎂含量較低;土壤交換性鎂含量隨海拔的升高而呈下降趨勢[5]。河流南岸地帶土壤交換性鎂含量高于北岸地帶土壤交換性鎂含量，其原因有河流的走向是從東北流向西南，在地勢上由東北向西南降低，流域南岸鎂含量分布受河流影響較大，另一方面，流河南岸地帶屬河流灌區(qū)，由于土壤的淋溶作用使河水中含有一定數(shù)量的鎂，河水通過灌溉而進入到土壤，使得土壤中交換性鎂含量提高[6]。由此可見，土壤交換性鎂含量受到自然因素的影響很大，且關(guān)于自然因素對土壤交換性鎂含量的影響研究已較為深入，而人為因素（耕作方式）對土壤交換性鎂含量的影響研究還十分缺乏。因此，筆者通過分析水田、旱地2種土壤類型的交換性鎂含量差異及影響因素，探討不同耕作方式下的交換性鎂含量的差異及造成差異可能的因素，為進一步優(yōu)化鎂肥施用技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

詔安縣位于福建省南部沿海，閩粵交界處，毗鄰廣東省饒平縣，地理坐標為116°55′～117°22′E、23°35′～24°11′N。主要河流有東溪和西溪。詔安縣陸域面積1 293.6 km2，縣城區(qū)規(guī)劃面積100 km2，海岸線長88 km，海域面積273 km2，耕地面積21 933 hm2，園地面積23 333 hm2。詔安縣年均氣溫21.3 ℃，無霜期長349 d以上，年均降雨量1 442.3 mm，集中在4—9月，尤以6—8月最多。7—9月為臺風季節(jié)，臺風暴雨為境內(nèi)主要災(zāi)害。

1.2 土壤調(diào)查樣點

在福建省漳州市詔安縣采集典型耕作土壤樣品，該數(shù)據(jù)庫總共包括400組數(shù)據(jù)，包含土壤交換性鎂、交換性鉀、交換性鈣、pH、有機質(zhì)、陽離子交換量、黏粒、粉粒和砂粒含量等信息。該土壤數(shù)據(jù)被分成2種類型，水田土壤（ n =258）和旱地土壤（ n =142），旱地土壤的主要耕作方式為大豆—紅薯輪作體系，水田土壤主要的耕作方式為早稻—晚稻或早稻—晚稻—蔬菜輪作體系。土壤主要為花崗巖和流紋巖風化而來。

1.3 測定項目與方法

土壤交換性K、Ca、Mg用 1 mol/L醋酸銨浸提-原子吸收分光光度法測定;土壤pH用水浸提（水土比2.5∶1.0），電位法測定;有機質(zhì)含量用重鉻酸鉀濃硫酸外加熱法測定;陽離子交換量用中性醋酸鹽法測定;土壤顆粒含量用吸管法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Excel及SPSS軟件進行計算和統(tǒng)計分析，并制作相關(guān)圖表。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤理化性狀

全縣土壤理化性狀見表1。由表1可知，詔安縣土壤交換性鎂含量平均為46.9 mg/kg，為0.1～456.1 mg/kg，75%土樣的土壤交換性鎂低于58.2 mg/kg，土壤缺鎂相對嚴重;土壤pH平均為5.5，有機質(zhì)含量平均為20.2 g/kg，交換性鉀含量平均為55.1 mg/kg，交換性鈣含量平均為717.1 mg/kg，陽離子交換量平均為5.4 cmol（+）/kg，交換性鎂飽和度平均為8.1%;交換性鉀/鎂比平均為6.9，交換性鈣/鎂比平均為90.3，遠超適宜作物生長的比值范圍，易發(fā)生缺鎂現(xiàn)象;在土壤組成的黏、粉、砂中，黏粒比例平均為6.2%，粉粒比例平均為16.2%，砂粒比例平均為77.6%，土壤相對偏砂。

2.2 耕地土壤交換性鎂含量及分布

詔安縣不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地土壤交換性鎂平均含量存在較大差異（表2）。土壤交換性鎂平均含量最高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是橋東，平均含量達91.3 mg/kg，最低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是白洋，平均含量僅為17.9 mg/kg。土壤交換性鎂平均含量大于60.0 mg/kg的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是四都、橋東2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，土壤交換性鎂平均含量小于30.0 mg/kg的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有梅州、白洋、紅星、秀篆4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在30.0～60.0 mg/kg的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有金星、梅嶺、建設(shè)、太平、官陂、深橋、旅游、西潭8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。表明耕地土壤交換性鎂含量存在明顯的鄉(xiāng)鎮(zhèn)差異，可能是因為受成土母質(zhì)、土壤類型、氣候條件和人為因素的影響所致。

2.3 土壤交換性鎂含量與土壤理化性狀的關(guān)系

2.3.1 與土壤陽離子交換量和有機質(zhì)的關(guān)系。

從圖1可以看出，土壤陽離子交換量在3～13 cmol（+）/kg，與土壤交換性鎂含量呈極顯著正相關(guān)，隨著土壤陽離子交換量的增加土壤交換性鎂含量相應(yīng)提高，表明土壤陽離子交換量增加有利于提高土壤交換性鎂含量。土壤有機質(zhì)含量在5～40 g/kg，與土壤交換性鎂含量呈極顯著正相關(guān)，隨著土壤有機質(zhì)的增加，土壤交換性鎂也相應(yīng)增加。

2.3.2 與土壤黏粒、粉粒和砂粒的關(guān)系。

圖2表明，土壤交換性鎂含量與黏粒、粉粒含量呈極顯著線性正相關(guān)，表明土壤黏粒、粉粒含量增加時，有利于提高土壤鎂有效性;土壤砂粒含量與土壤交換性鎂含量呈極顯著線性負相關(guān)，表明隨著土壤砂粒含量的增加，土壤交換性鎂含量顯著下降。

2.4 不同類型土壤的理化性狀分析

由圖3可知，水田土壤交換性鎂含量平均為51.9 mg/kg，旱地土壤平均為32.5 mg/kg，水田土壤交換性鎂含量高于旱地。圖4表明，水田和旱地土壤pH基本相同，在土壤有機質(zhì)、CEC、黏粒、粉粒含量中，表現(xiàn)為水田高于旱地，而砂粒含量則是旱地高于水田。

2.5 耕作方式對土壤交換性鎂含量的影響

耕作方式對土壤交換性鎂含量有極顯著影響（圖5），稻—稻—菜輪作土壤交換性鎂含量為70.58 mg/kg，稻—稻耕作方式土壤交換性鎂含量為47.85 mg/kg，大豆—甘薯耕作方式土壤交換性鎂含量為28.91 mg/kg，稻—稻（稻—稻—菜）耕作方式的土壤交換性鎂含量高于大豆—甘薯耕作方式。進一步分析了稻—稻（稻—稻—菜）耕作方式和大豆—甘薯耕作方式的土壤理化性狀，稻—稻耕作方式的土壤交換性鎂含量、pH、陽離子交換量、有機質(zhì)、黏粒和粉粒等含量均高于大豆—甘薯耕作方式，而砂粒含量則低于大豆—甘薯耕作方式。綜合分析得出，稻—稻耕作方式土壤交換性鎂含量及供應(yīng)能力高于大豆—甘薯耕作方式。

3 討論

3.1 ?土壤交換性鎂的豐缺程度

土壤交換性鎂含量是衡量土壤中鎂的豐缺程度和鎂肥效應(yīng)大小的重要指標。對于大多植物而言，土壤交換性鎂含量60 mg/kg為缺鎂臨界值[7]。該研究結(jié)果表明，詔安縣農(nóng)田耕層（0～20 cm）土壤交換性鎂含量在0.1～456.1 mg/kg，平均含量為46.9 mg/kg。按照以上土壤交換性鎂含量臨界值判斷，大部分詔安縣土壤交換性鎂含量處于缺鎂狀況。然而，詔安縣在大量施用氮、磷和鉀肥的情況下，特別是鉀肥的施用增加了作物對鎂營養(yǎng)的需求，土壤交換性鉀/鎂比平均為6.9，遠高于適宜植物吸收的范圍，從而進一步加劇了農(nóng)作物缺鎂現(xiàn)象。目前，詔安縣在農(nóng)作物上大量施用有機肥、秸稈還田，對農(nóng)作物缺鎂有所緩解，但土壤交換性鎂含量還是無法得到有效補充，農(nóng)作物缺鎂得不到根本解決。所以，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)增加鎂肥，重視土壤鎂營養(yǎng)的補充，以避免農(nóng)作物發(fā)生缺鎂現(xiàn)象。

3.2 土壤理化性狀對交換性鎂含量的影響

該研究結(jié)果表明，土壤交換性鎂含量與陽離子交換量呈極顯著正相關(guān)，這與前人的研究結(jié)果一致[8-9]。隨著交換性陽離子含量的增加，土壤交換性鹽基（鈣、鎂、鉀、鈉）含量也同步增加，從而增加了土壤交換性鎂含量。此外，土壤交換性鎂與有機質(zhì)呈極顯著正相關(guān)，與侯玲利等[10]在茶園土壤研究的結(jié)果相符。說明土壤交換性陽離子及有機質(zhì)是影響詔安土壤交換性鎂的重要因素。從土壤特性來看，土壤交換性鎂與土壤黏粒、粉粒含量呈極顯著正相關(guān)，而與砂粒含量呈極顯著負相關(guān)，與林齊民等[8]在福建省主要土壤研究結(jié)果相一致?？紤]到土壤腐殖質(zhì)絕大部分集中于黏粒和粉粒級復(fù)合體，而腐殖質(zhì)形成的有機膠體對離子具有交換吸附作用，可以吸附更多的鎂離子，而黏粒、粉粒含量越高，腐殖質(zhì)含量越多，吸附鎂離子的能力也就越強。因此，施用鎂肥時，應(yīng)考慮土壤有機質(zhì)含量、陽離子交換量等性質(zhì)對鎂有效性的影響。

3.3 土壤類型對交換性鎂含量的影響

該研究結(jié)果顯示，全縣土壤交換性鎂含量平均為46.9 mg/kg，水田土壤為51.9 mg/kg，旱地土壤為32.5 mg/kg，水田土壤交換性鎂含量高于旱地，這與以往的研究結(jié)果基本相符[11-12]。水田與旱地土壤交換性鎂含量差異較大，一方面可能是由于水田土壤長期淹水，使黏粒經(jīng)淋洗向下移動形成犁底層利于儲水，減少耕層水分向下移動，減少耕層交換性鎂向下淋洗，另一方面水田土壤的有機質(zhì)、陽離子交換量、黏粒、粉粒含量較高，有利于對交換性鎂的吸附，減少耕地交換性鎂的損失。旱地土壤中砂粒含量較高，有利于水分向下移動，水分下移可能會帶走耕層土壤中的交換性鎂，這也是導(dǎo)致旱地土壤交換性鎂較低的原因。因此，應(yīng)注重旱地土壤的鎂肥補充。

3.4 耕作方式對土壤交換性鎂含量的影響

該研究結(jié)果表明，稻—稻—菜耕作方式下的土壤交換性鎂含量為70.58 mg/kg，稻—稻耕作方式為47.85 mg/kg，大豆—甘薯耕作方式為28.91? mg/kg;不同耕作方式的土壤交換性鎂含量表現(xiàn)為稻—稻—菜>稻—稻>大豆—甘薯，這與前人的報道結(jié)果相一致[13-14]。稻—稻—菜耕作方式的土壤交換性鎂含量最高，可能與種植蔬菜時施用大量有機肥導(dǎo)致。區(qū)善漢等[15]研究表明，連續(xù)施用蝦肽肥3 年能提高0～20 cm 淺層土壤交換性鎂含量以及20～40 cm土壤交換性鎂含量明顯提高;馮煥德等[16]研究表明，與常規(guī)施肥處理相比，羊糞發(fā)酵肥替代50%化肥處理的土壤交換性鎂提升20%以上，達顯著差異;這與該研究結(jié)果相符合，因此，施用有機肥也是增加土壤交換性鎂的有效措施之一。

4 結(jié)論

全縣土壤交換性鎂含量平均僅為46.9 mg/kg，存在鎂缺乏現(xiàn)象，且各鄉(xiāng)鎮(zhèn)間存在較大差異，水田土壤高于旱地土壤，稻—稻（稻—稻—菜）耕作方式高于大豆—甘薯耕作方式。土壤交換性鎂含量與有機質(zhì)、陽離子交換量、黏粒、粉粒等含量呈極顯著正相關(guān)（ P <0.01），與砂粒含量呈極顯著負相關(guān)。因此，實際生產(chǎn)過程中，應(yīng)注意在旱地作物施用鎂肥。

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