日光溫室鉀鎂配施對土壤固相和液相鉀、鈣、鎂分配及比例的影響

閆 波，韓霽昌，陳竹君，蔡 苗，魏 樣，王輝民，王歡元

(1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司, 陜西 西安 710000; 2.西北農林科技大學 資源與環(huán)境學院， 陜西 楊凌 712100)

土壤是由氣相、液相和固相共同組成的復雜系統(tǒng)，其中，液相與固相是植物生長發(fā)育所需養(yǎng)分的主要供應源。土壤中的養(yǎng)分多以帶電離子的形式被土壤膠體吸附，以此形態(tài)得以保存在土壤中。而被吸附的離子只有解離釋放到土壤液相才能被作物吸收利用。因此，土壤液相與固相養(yǎng)分的分布與組成共同影響著養(yǎng)分的生物有效性[1-2]。近年來，楊凌日光溫室栽培番茄等作物頻繁出現典型的缺鎂癥狀。據報道，作物缺鎂會影響作物生長，影響作物對養(yǎng)分的吸收，嚴重時會造成減產[3-5]。缺鎂癥狀的發(fā)生不僅與土壤固相交換性鉀、鈣、鎂的含量與比例有關[6-9]，還與土壤液相鉀、鈣、鎂的濃度與比例有關[10]，同時還與離子之間的拮抗作用有關[11-13]。而目前針對缺鎂癥狀的研究主要集中在南方地區(qū)作物缺鎂表現及矯正措施方面[14-16]，對北方地區(qū)鉀、鈣、鎂養(yǎng)分在土壤固相及液相遷移與轉化的研究較少。因此，有必要研究鎂肥、鉀肥配施對土壤固相及液相鉀、鈣、鎂養(yǎng)分分配及比例的影響，以期為合理配施鎂肥、鉀肥和預防、矯正缺鎂癥狀提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

番茄施用鎂肥試驗于2013年9月—2014年3月在陜西楊凌示范區(qū)五泉鎮(zhèn)11號日光溫室進行。該地區(qū)海拔約520 m，屬半濕潤半干旱區(qū)，典型的大陸性季風氣候。年平均氣溫約13℃，年均降水量約620 mm，主要集中在7—9月，年均蒸發(fā)量約1 400 mm。溫室建于2009年，溫室長100 m，寬7 m，地面全覆蓋聚乙烯薄膜，前茬作物番茄出現缺鎂癥。番茄定植時間為2013年9月17日，全部收獲期為2014年3月5日。種植前溫室土壤基本性質見表1。

表1 供試日光溫室土壤基本性質

1.2 試驗設計

試驗設Mg、K肥兩個因素，Mg肥設3個水平，分別用Mg0、Mg1、Mg2表示，鉀肥設2個水平，分別用K1、K2表示，隨機區(qū)組設計(表2)，組成4個處理，每個處理重復3次，隨機區(qū)組排列，共12小區(qū)，小區(qū)面積15.08 m2。番茄采用寬窄行種植，行距分別為50 cm和80 cm，株距30 cm，每小區(qū)共計68株。肥料分為基肥和追肥，于不同時期施用?；适┯迷颇吓屏追?P2O5≥18%)，史丹利復合肥(N-P2O5-K2O含量為18-18-18)，共計135 kg·hm-2N、405 kg·hm-2P2O5和135 kg·hm-2K2O；追肥施用尿素(N≥46%)、圣誕樹水溶肥(N-P2O5-K2O含量為16-8-34)和硫酸鎂。具體施肥量見表2。基肥于8月25日一次施入土壤，追肥時分為3次分別于11月6日、11月18日、12月2日施入，每次施肥量相同。追肥采用滴灌+文丘里施肥器的水肥一體化系統(tǒng)施入土壤。灌溉時通過北京農業(yè)工程技術研究中心生產的溫室環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)讀取田間土壤含水量(0～50 cm)，用水表控制灌溉總量，使0～50 cm土壤含水量達到田間持水量的80%。

1.3 測試項目及方法

土壤溶液提?。河?2月3號第3茬果(盛果期)用環(huán)刀取鮮土150 g(相當于118 g干土)，在日立Himac2CR21型高速離心機上于25℃、相當于水吸力1.0×105Pa條件下離心，收集提取土壤溶液，測定土壤溶液中K+、Ca2+、Mg2+等離子組成。提取土壤溶液后的固相從環(huán)刀中取出，風干，粉碎過篩后保存，以備測定固相土壤交換性離子組成。

表2 各處理施肥量

土壤固相交換離子組成：交換性K+、Ca2+、Mg2+采用1 mol·L-1pH 8.2的醋酸鈉反復交換至膠體上無Ca2+離子，交換溶液分別用火焰光度法測定K+，原子吸收分光光度法測定Ca2+、Mg2+。由于石灰性土壤交換性陽離子主要為K+、Ca2+、Mg2+，分別以K+/(K++Ca2++Mg2+)、Ca2+/(K++Ca2++Mg2+)和Mg2+/(K++Ca2++Mg2+)厘摩爾百分率代表交換性K+、Ca2+、Mg2+離子飽和度分別用CPSK+、CPSCa2+和CPSMg2+表示。

1.4 數據分析

試驗數據采用Microsoft Excel和SAS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤固相及液相K+、Ca2+、Mg2+含量的影響

由圖1、圖2可知，隨著鎂肥施用量的增加，土壤固相交換性鎂含量呈增加趨勢，土壤液相Mg2+濃度顯著增加，Mg1K2、Mg2K2處理土壤液相Mg2+濃度相比Mg0K2處理分別增加26.64%、74.78%。交換性鉀含量呈降低趨勢，相比Mg0K2處理，Mg1K2處理、Mg2K2處理交換性鉀含量分別降低15.78%、27.74%，且差異達到顯著水平；土壤液相K+濃度隨著施用鎂肥量的增加而顯著增加，Mg1K2、Mg2K2處理K+濃度相比Mg0K2處理分別增加18.84%、73.91%，表明鎂肥的施用促使鉀由固相向液相轉移，這可能是由于Mg2+為二價離子，相比一價離子K+更容易被土壤膠體吸附固定，施用鎂肥后，Mg2+替代K+被土壤膠體吸附，從而使固相中的鎂含量增加，鉀含量減少，而被交換下的鉀進入液相，使液相鉀含量增加[6,17-19]。隨著施用鎂肥量的增加，土壤固相交換性鈣含量無顯著變化，液相Ca2+濃度變化趨勢為：Mg1K2

圖1 不同施肥處理土壤固相交換性K+、Ca2+、Mg2+含量(不同小寫字母表示差異顯著，P<0.05，下同。)

圖2不同施肥處理土壤液相K+、Ca2+、Mg2+濃度

Fig.2 K+, Ca2+, Mg2+concentrations of soil liquid phase under different fertilization

2.2 不同處理對土壤固相交換性離子飽和度和液相離子比例的影響

表3顯示，隨著施用鎂肥量的增加，土壤固相鉀飽和度有降低的趨勢，鈣飽和度、鎂飽和度有增加的趨勢。Mg1K2、Mg2K2、Mg2K1處理鉀飽和度相比Mg0K2處理分別降低13.39%、27.21%、29.12%，其中Mg2K2、Mg2K1處理與Mg0K2處理差異達到顯著水平。Mg1K2、Mg2K2、Mg2K1處理鈣飽和度相比Mg0K2處理分別提高1.43%、2.95%、1.14%，鎂飽和度分別提高0.92%、1.45%、23.58%。鎂的有效性與其飽和度及鉀、鈣飽和度有關，鎂飽和度越高，鉀、鈣飽和度越低，則鎂越容易被作物吸收利用。因此，施用鎂肥有利于促進作物對鎂的吸收。

表3 不同施肥處理土壤固相交換性K+、Ca2+、Mg2+飽和度

注：不同小寫字母表示差異顯著，P<0.05。下同。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference atP<0.05 level. The same as below.

由表4可以看出，與Mg0K2處理K+、Ca2+、Mg2+分別占總量的比例相比，Mg1K2、Mg2K2處理土壤液相中K+占K+、Ca2+、Mg2+總量的比例均顯著增加，增幅分別為23.91%、31.21%，Mg2K1處理K+所占比例顯著降低，相比Mg0K2、Mg2K2處理分別降低48.58%、60.81%，表明僅施用鎂肥而不減少鉀肥的施用對K+所占比例無顯著影響，而減少施用鉀肥可以大幅度降低土壤液相K+占K+、Ca2+、Mg2+總量的比例。Ca2+所占比例隨著施用鎂肥量的增加有降低的趨勢，Mg1K2、Mg2K2處理相比Mg0K2處理顯著降低，降幅分別為8.36%、9.29%，而Mg2K1處理與Mg0K2處理無顯著差異，表明土壤液相Ca2+所占比例的變化是由K、Mg因素共同決定的。施用鎂肥的3個處理Mg2+所占比例相比對照(Mg0K2處理)顯著增加，Mg1K2、Mg2K2、Mg2K1處理分別增加32.03%、31.62%、32.84%。綜上所述，施用鎂肥可以顯著降低土壤液相K+、Ca2+、Mg2+總量中Ca2+所占比例、顯著增加Mg2+所占比例，減少鉀肥的施用可以顯著降低K+所占比例。由于鉀、鈣與鎂之間存在拮抗作用，施用鎂肥、減少施用鉀肥均有利于作物吸收鎂。

表4 不同施肥處理土壤液相K+、Ca2+、Mg2+占總量的比例

2.3 不同施肥處理對土壤固相及液相離子比例的影響

作物對鎂的吸收與Ca2+/Mg2+比例、K+/Mg2+比例有關，比例越小，越有利于作物對鎂的吸收。由圖3可知，Mg2K1處理Ca2+/Mg2+比例相比Mg0K2處理顯著降低，降低幅度達到16.89%，但4個處理之間土壤固相Ca2+/Mg2+比例差異不顯著，表明僅施用鎂肥對土壤固相Ca2+/Mg2+比例影響不明顯，但施用鎂肥的同時減少鉀肥施用，能大幅降低土壤固相Ca2+/Mg2+比例。K+/Mg2+比例隨著施用鎂肥量的增加呈降低趨勢，Mg1K2、Mg2K2處理K+/Mg2+比例相比Mg0K2處理分別降低14.52%、26.61%，其中Mg2K2處理與Mg0K2處理差異顯著，Mg2K1處理K+/Mg2+比例為4個處理中最低，相比Mg0K2、Mg2K2處理分別降低41.94%、20.88%，表明施用鎂肥能大幅度降低土壤固相K+/Mg2+比例，施用鎂肥的同時減少鉀肥的施用，對K+/Mg2+比例的降低作用進一步加強。隨著施用鎂肥量的增加，土壤固相Ca2+/K+比例有增加的趨勢，Mg1K2、Mg2K2、Mg2K1處理Ca2+/K+比例相比Mg0K2處理分別增加17.35%、42.39%、42.84%。

表5顯示，Mg1K2、Mg2K2、Mg2K1處理土壤液相Ca2+/Mg2+比例相比Mg0K2處理分別降低31.51%、32.29%、24.96%，施用鎂肥的處理相比對照土壤液相Ca2+/Mg2+比例顯著降低，表明施用鎂肥可以顯著降低土壤液相Ca2+/Mg2+比例。K+/Mg2+比例Mg0K2、Mg1K2、Mg2K2處理之間無顯著差異，Mg2K1處理K+/Mg2+比例顯著低于其它3個處理，為0.33，表明施用鎂肥的同時減少鉀肥的施用，可以顯著降低土壤液相K+/Mg2+比例。Mg0K2、Mg1K2、Mg2K2處理之間土壤液相Ca2+/K+比例差異不顯著，均顯著低于Mg2K1處理，Mg2K1處理Ca2+/K+比例達到其它3個處理的2倍以上。

圖3 不同施肥處理土壤固相交換性Ca2+/Mg2+、K+/Mg2+、Ca2+/K+比例

2.4 不同施肥處理對番茄產量及鉀、鈣、鎂吸收的影響

番茄產量隨著施鎂量的增加有增加的趨勢，Mg1K2、Mg2K2、Mg2K1處理相比Mg0K2處理分別增產1.19%、3.19%、2.55%。隨著施用鎂肥量的增加，番茄鉀含量及攜出量差異不顯著，番茄鈣攜出量及鎂含量和鎂攜出量均隨著鎂肥施用量的增加而增加，Mg2K2處理鎂含量及攜出量最高，顯著高于其它3個處理。雖然Mg2K1處理相比Mg2K2處理番茄鉀、鈣、鎂含量顯著降低，但與對照相比，鈣、鎂含量與攜出量有所增加。綜上所述，番茄施用鎂肥具有一定的增產作用，并可以促進番茄對鈣、鎂的吸收。鎂肥施用量以90 kg·hm-2硫酸鎂肥最佳。

3 討論與結論

1) 施用鎂肥主要對土壤固相鉀含量及液相鉀、鎂含量有影響。相比Mg0K2處理，Mg1K2處理、Mg2K2處理液相鎂含量分別增加26.64%、74.78%，交換性鉀含量分別降低15.78%、27.74%，液相鉀含量分別增加18.84%、73.91%，鎂肥施用促使鉀素由固相向液相轉移。

2) 鎂肥施用可以顯著降低土壤固相鉀飽和度、K+/Mg2+比例和液相Ca2+/Mg2+比例，而對液相K+/Mg2+比例、固相Ca2+/Mg2+比例影響不明顯。

3) 與對照相比，施用90 kg·hm-2硫酸鎂肥的同時施用鉀肥量減半處理，土壤固相交換性鎂含量、飽和度分別提高20.12%、23.58%，但未達顯著水平，液相鎂濃度、Mg2+所占比例顯著增加，增幅分別為38.58%、32.84%；土壤固相Ca2+/Mg2+比例、K+/Mg2+比例分別降低16.89%、41.94%，土壤液相Ca2+/Mg2+比例降低24.96%，K+/Mg2+比例降低62.07%，均達到顯著水平。

4) 番茄施用鎂肥具有一定的增產效果，并能促進番茄對鎂素的吸收。鉀肥施用減半后，作物并未減產，且鎂攜出量相比對照增加。

研究表明，植物對鎂素的吸收主要與土壤中鎂含量、鎂飽和度、Ca2+/Mg2+比例、K+/Mg2+比例有關，當土壤中鎂含量低于50～60 mg·kg-1，或者鎂飽和度低于6%～10%時[22-24]，或者Ca2+/Mg2+比例高于7時，或者K+/Mg2+比例高于0.4～0.7時[25]，作物就可能會出現缺鎂癥狀。據此分析，4個處理固相交換性鎂含量處于不缺鎂水平，但鎂飽和度、Ca2+/Mg2+比例、K+/Mg2+比例均處于缺鎂水平。施用鎂肥有利于土壤Ca2+/Mg2+比例、K+/Mg2+比例的降低，鎂飽和度增加，并能增加番茄鎂素吸收量，對矯正缺鎂癥狀具有積極作用。本研究中，施用90 kg·hm-2硫酸鎂肥效果最佳。根據種植番茄前后土壤養(yǎng)分含量變化分析，鎂飽和度、K+/Mg2+比例變化的主要原因是土壤鉀含量的大量增加。因此，在施用鎂肥的同時減少鉀肥的施用，是調節(jié)土壤鎂飽和度、K+/Mg2+比例，矯正缺鎂癥狀的關鍵。綜合考慮番茄產量、鎂吸收量及肥料成本，施用90 kg·hm-2硫酸鎂肥并將鉀肥施用量減半(200 kg·hm-2)為最佳處理。

表6 不同施肥處理對番茄產量、鉀鈣鎂含量及鎂攜出量的影響

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